一种金属渗锌渗层防腐工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种金属渗锌渗层防腐工艺，包括将锌镍渗层和金属基体置于密闭的金属容器中加热，加热速率为50～60℃/min，加热至480～500℃时保温加热120～180分钟；锌镍渗层的加入量为金属基体重量的1.5％?4.5％，锌镍渗层由锌粉、镍粉、铝粉和催渗剂颗粒按照1∶0.03～0.05∶0.02～0.04∶0.09～0.15的重量比制成，原料的粒径控制在0.1～1mm，催渗剂颗粒由40～90wt％氯化稀土和10～60wt％助剂组成，助剂由50～70wt％氯化钾、20～40wt％氯化钠和2～10wt％硼酸组成。本发明的工艺周期短，渗层的强度和耐磨性好，成品机械性能和防腐性能优越。
【专利说明】
一种金属渗锌渗层防腐工艺
技术领域
[0001]本发明涉及黑色金属防腐技术，具体说是一种金属渗锌渗层防腐工艺。
【背景技术】
[0002]金属防腐技术主要是通过对物体表面进行特殊的处理，形成一层保护层，使物体在各种腐蚀性物质或环境的作用下所引起的破坏或变质的反应减缓，以达到延长物体使用寿命的目的。常见的金属防腐技术主要有电镀锌、热浸锌、碳氮共渗和达克罗等。这些处理技术有的会污染环境(如电镀锌和热浸锌)，有的会影响基体的机械性能(如热浸锌和碳氮共渗)，有的防腐性能欠佳(如电镀锌和热浸锌)，有的硬度低、耐磨性差易损坏(如达克罗)。为此，专利号为CN101319300A的发明专利提出了一种“锌镍渗层黑色金属防腐工艺”，采用锌镍渗层技术，在黑色金属表面形成了一层锌镍渗层。该工艺不会污染环境，不会影响基体的机械性能，能耗低，成品综合性能优良，可以有效避免其他工艺存在的缺陷。但该专利提出的工艺，仍然存在以下不足:加热共渗所需的时间长(通常要加热4?6小时)，共渗层的强度和耐磨性仍有待提尚，防腐性能有待提尚。
【发明内容】
[0003]为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺周期短、成品机械性能和防腐性能更优越的金属渗锌渗层防腐工艺。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
[0005]一种金属渗锌渗层防腐工艺，包括:
[0006]对黑色金属基体依次进行碱洗脱脂和抛丸除锈处理；
[0007]将锌镍渗层和金属基体置于密闭的金属容器中进行加热，边加热边旋转容器，转速为5?10转/分钟，加热速率为50?60°C/min，加热至480?500°C时保温加热120?180分钟；
[0008]加热完毕后，随炉冷却至100°C以下出炉，然后水洗去灰；
[0009]其中，锌镍渗层的加入量为金属基体重量的1.5%_4.5%，锌镍渗层由锌粉、镍粉、铝粉和催渗剂颗粒按照锌粉:镍粉:铝粉:催渗剂颗粒=1:0.03?0.05:0.02?0.04:0.09?0.15的重量比混合而成，锌粉、镍粉、铝粉和催渗剂颗粒的粒径控制在0.1?1mm，所述催渗剂颗粒按重量百分比由40?90wt%的氯化稀土和10?60wt%的助剂组成，所述助剂按重量百分比由50?70wt%的氯化钾、20?40wt%的氯化钠和2?10wt%的硼酸组成。
[0010]本发明的有益效果在于:通过向锌镍渗层中加入催渗剂并严格控制各组分的配比和粒径尺寸，以及优化锌镍渗层的加入量和共渗过程的升温、恒温和冷却条件，使共渗所需的时间缩短至120?180分钟，整体工艺周期大大缩短。锌镍渗层的附着力强，厚度可达150?300微米，硬度可达350HV以上，确保金属构件25?28年不锈，可经受撞击、碾压，可焊性好。渗层可耐湿热，耐酸碱，中性盐雾试验可达600小时以上，封闭后可达1000小时。渗层厚度均匀紧密，成品外观均匀性好，特别适于螺纹件、铸锻件等复杂工件。渗层表面经封闭可按用户需求涂装各种颜色。加工过程无三废排放，属清洁生产工艺，环境友好。投资小，上马快，生产效率高，耗料省，成本低，原料来源广。
【具体实施方式】
[0011 ]为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
[0012]本发明最关键的构思在于:向锌镍渗层中加入催渗剂并严格控制各组分的配比和粒径尺寸，以及优化锌镍渗层的加入量和共渗过程的升温、恒温和冷却条件，使共渗所需的时间缩短至120?180分钟，锌镍渗层的厚度可达150?300微米，锌镍渗层的硬度可达350HV以上，延长制品防腐年限5?8年。
[0013]具体的，本发明提供的金属渗锌渗层防腐工艺，包括:
[0014]对黑色金属基体依次进行碱洗脱脂和抛丸除锈处理；
[0015]将锌镍渗层和金属基体置于密闭的金属容器中进行加热，边加热边旋转容器，转速为5?10转/分钟，加热速率为50?60°C/min，加热至480?500°C时保温加热120?180分钟；
[0016]加热完毕后，随炉冷却至100°C以下出炉，然后水洗去灰；
[0017]其中，锌镍渗层的加入量为金属基体重量的1.5%_4.5%，锌镍渗层由锌粉、镍粉、铝粉和催渗剂颗粒按照锌粉:镍粉:铝粉:催渗剂颗粒=1:0.03?0.05:0.02?0.04:0.09?0.15的重量比混合而成，锌粉、镍粉、铝粉和催渗剂颗粒的粒径控制在0.1?1mm，所述催渗剂颗粒按重量百分比由40?90wt%的氯化稀土和10?60wt%的助剂组成，所述助剂按重量百分比由50?70wt%的氯化钾、20?40wt%的氯化钠和2?10wt%的硼酸组成。
[0018]在上述实施例中，水洗去灰后还可以包括钝化处理，以进一步提高锌镍渗层的耐腐蚀性能，从而起到保护锌镍渗层的作用。钝化液可以采用浓HN03、浓H2S04、HC103、K2Cr207或KMnO4，钝化时间为I?2h，钝化完成后水洗干燥。
[0019]在钝化处理后，还可以根据用户需求实施各种色彩封闭。
[0020]整个工艺过程无酸洗和污染环境的六价铬等重金属的参与与排放，洗灰水澄清后可重复利用，沉底的灰干燥后可再用，脱脂清洗水PH值为7.5?8.5，完全达到国家一级排放标准，因而该技术无三废排放，友好环境。
[0021]加热渗层温度为480?500°C，比热浸锌温度低200°C左右，因而节能效果显著。
[0022]加热渗层过程是在密闭的金属容器中完成，渗层厚度均匀可控，无热浸锌过程的酸雾、锌蒸汽挥发和镀锌层的厚薄不均、流挂、盲孔螺纹积液等现象，因而不仅防腐层外观质量由于热浸锌，而且比热浸锌省锌15%左右。另外工作环境优于热浸锌，有利于工人劳动保护。
[0023]优选的，所述氯化稀土为La、Ce、Pr、Nd按任意比例组成的混合氯化稀土或者为单质的La或Ce的氯化稀土。
[O O2 4 ]优选的，所述催渗剂颗粒按重量百分比由4 O w t %的氯化稀土和6 O w t %的助剂组成，所述助剂按重量百分比由70wt%的氯化钾、24wt%的氯化钠和6wt%的硼酸组成。
[0025]经过测试，本发明的锌镍渗层的厚度可达150?300微米，可调，外层厚约50微米左右，由Fe、Zn、Al、Ni等多相固溶体组成，内层为Zn、Al、Ni在基体中的扩散层，约100?250微米左右，锌镍渗层的硬度可达350HV以上。复合防腐层中性盐雾试验600小时以上不出红锈，复合防腐层二氧化硫试验120小时以上不出红锈。
[0026]从上述描述可知，本发明的有益效果在于:通过向锌镍渗层中加入催渗剂并严格控制各组分的配比和粒径尺寸，以及优化锌镍渗层的加入量和共渗过程的升温、恒温和冷却条件，使共渗所需的时间缩短至120?180分钟，整体工艺周期大大缩短。锌镍渗层的附着力强，厚度可达150?300微米，硬度可达350HV以上，确保金属构件25?28年不锈，可经受撞击、碾压，可焊性好。渗层可耐湿热，耐酸碱，中性盐雾试验可达600小时以上，封闭后可达1000小时。渗层厚度均匀紧密，成品外观均匀性好，特别适于螺纹件、铸锻件等复杂工件。渗层表面经封闭可按用户需求涂装各种颜色。加工过程无三废排放，属清洁生产工艺，环境友好。投资小，上马快，生产效率高，耗料省，成本低，原料来源广。
[0027]实施例1
[0028]对黑色金属基体依次进行碱洗脱脂和抛丸除锈处理；
[0029]将锌镍渗层和金属基体置于密闭的金属容器中进行加热，边加热边旋转容器，转速为5?10转/分钟，加热速率为50?60°C/min，加热至500°C时保温加热120分钟；
[0030]加热完毕后，随炉冷却至室温出炉，然后水洗去灰；
[0031]其中，锌镍渗层的加入量为金属基体重量的1.5%，锌镍渗层由锌粉、镍粉、招粉和催渗剂颗粒按照锌粉:镍粉:铝粉:催渗剂颗粒=1:0.03:0.02:0.09的重量比混合而成，锌粉、镍粉、铝粉和催渗剂颗粒的粒径控制在0.1?1mm，所述催渗剂颗粒按重量百分比由40wt %的氯化稀土和60wt %的助剂组成，所述氯化稀土为单质La的氯化稀土，所述助剂按重量百分比由70wt%的氯化钾、20wt%的氯化钠和10wt%的硼酸组成。
[0032]经测试，实施例1的锌镍渗层的厚度为155微米，锌镍渗层的硬度为352HV。复合防腐层中性盐雾试验600小时以上不出红锈，复合防腐层二氧化硫试验120小时以上不出红锈。
[0033]实施例2
[0034]对黑色金属基体依次进行碱洗脱脂和抛丸除锈处理；
[0035]将锌镍渗层和金属基体置于密闭的金属容器中进行加热，边加热边旋转容器，转速为5?10转/分钟，加热速率为50?60°C/min，加热至480°C时保温加热180分钟；
[0036]加热完毕后，随炉冷却至100°C出炉，然后水洗去灰；
[0037]其中，锌镍渗层的加入量为金属基体重量的4.5%，锌镍渗层由锌粉、镍粉、招粉和催渗剂颗粒按照锌粉:镍粉:铝粉:催渗剂颗粒=1:0.05:0.04:0.15的重量比混合而成，锌粉、镍粉、铝粉和催渗剂颗粒的粒径控制在0.1?1mm，所述催渗剂颗粒按重量百分比由90wt %的氯化稀土和1wt %的助剂组成，所述氯化稀土为单质Ce的氯化稀土，所述助剂按重量百分比由68wt%的氯化钾、30wt%的氯化钠和2wt%的硼酸组成。
[0038]经测试，实施例2的锌镍渗层的厚度为160微米，锌镍渗层的硬度为365HV。复合防腐层中性盐雾试验600小时以上不出红锈，复合防腐层二氧化硫试验120小时以上不出红锈。
[0039]实施例3
[0040]对黑色金属基体依次进行碱洗脱脂和抛丸除锈处理；
[0041]将锌镍渗层和金属基体置于密闭的金属容器中进行加热，边加热边旋转容器，转速为5?10转/分钟，加热速率为50?60°C/min，加热至480°C时保温加热180分钟；
[0042]加热完毕后，随炉冷却至室温出炉，然后水洗去灰；
[0043]其中，锌镍渗层的加入量为金属基体重量的4.0%，锌镍渗层由锌粉、镍粉、招粉和催渗剂颗粒按照锌粉:镍粉:铝粉:催渗剂颗粒=1:0.05:0.02:0.15的重量比混合而成，锌粉、镍粉、铝粉和催渗剂颗粒的粒径控制在0.1?1mm，所述催渗剂颗粒按重量百分比由40wt %的氯化稀土和60wt %的助剂组成，所述氯化稀土为La、Ce、Pr、Nd按照La: Ce: Pr: Nd =1:0.5:0.2:0.5的重量比例组成的混合氯化稀土，所述助剂按重量百分比由70wt%的氯化钾、24wt%的氯化钠和6wt%的硼酸组成。
[0044]经测试，实施例3的锌镍渗层的厚度为250微米，锌镍渗层的硬度为385HV。复合防腐层中性盐雾试验600小时以上不出红锈，复合防腐层二氧化硫试验120小时以上不出红锈。
[0045]综上所述，本发明提供的金属渗锌渗层防腐工艺，工艺周期短，加工过程无三废排放，生产成本低，渗层的强度和耐磨性好，成品机械性能和防腐性能优越。
[0046]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种金属渗锌渗层防腐工艺，其特征在于，包括: 对黑色金属基体依次进行碱洗脱脂和抛丸除锈处理； 将锌镍渗层和金属基体置于密闭的金属容器中进行加热，边加热边旋转容器，转速为5?10转/分钟，加热速率为50?60°C/min，加热至480?500°C时保温加热120?180分钟； 加热完毕后，随炉冷却至100 °C以下出炉，然后水洗去灰； 其中，锌镍渗层的加入量为金属基体重量的1.5%-4.5%，锌镍渗层由锌粉、镍粉、招粉和催渗剂颗粒按照锌粉:镍粉:铝粉:催渗剂颗粒=1: 0.03?0.05:0.02?0.04:0.09?0.15的重量比混合而成，锌粉、镍粉、铝粉和催渗剂颗粒的粒径控制在0.1?1mm，所述催渗剂颗粒按重量百分比由40?90wt%的氯化稀土和10?60wt%的助剂组成，所述助剂按重量百分比由50?70wt%的氯化钾、20?40wt%的氯化钠和2?10wt%的硼酸组成。2.根据权利要求1所述的金属渗锌渗层防腐工艺，其特征在于:水洗去灰后还包括钝化处理，钝化液为浓HNO3、浓H2SO4、HC103、K2Cr207或KMnO4，钝化时间为I?2h，钝化完成后水洗干燥。3.根据权利要求1所述的金属渗锌渗层防腐工艺，其特征在于:所述碱洗脱脂中所用的清洗水的pH值为7.5?8.5。4.根据权利要求1所述的金属渗锌渗层防腐工艺，其特征在于:所述氯化稀土为La、Ce、Pr、Nd按任意比例组成的混合氯化稀土或者为单质的La或Ce的氯化稀土。5.根据权利要求1所述的金属渗锌渗层防腐工艺，其特征在于:所述催渗剂颗粒按重量百分比由40wt%的氯化稀土和60wt%的助剂组成，所述助剂按重量百分比由70wt%的氯化钾、24wt%的氯化钠和6wt%的硼酸组成。
【文档编号】C23C10/52GK105839047SQ201610429109
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】徐志建
【申请人】福建大统铁路精密装备股份有限公司