CN101760717B - 一种对耐海洋气候工程零件涂层进行扩散处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对耐海洋气候工程零件涂层进行扩散处理的方法，包括：第一步：对零件进行预处理；第二步：将零件放在气氛保护炉内预热；第三步：将经预热的零件浸入镀液中浸没，浸没过程中对零件施以旋转；第四步：扩散处理：将已浸镀的零件放入真空炉内，800～950℃保温1～3小时后逐步降温取出，使界面处原子的扩散而在基体上形成扩散层从而实现与涂层与基体的冶金结合，采用本发明的方法处理过的零件，可在海洋气候条件下赋予其充分耐腐蚀性能和抗冲刷侵蚀性能。

Description

一种对耐海洋气候工程零件涂层进行扩散处理的方法
技术领域
本发明涉及一种对耐海洋气候工程零件涂层进行扩散处理的方法。
背景技术
随着科学技术的迅猛发展，应用于近海和海洋中的工程装备越来越多，其服役条件按ISO 9225环境评价标准一般＞C5级，属于极端恶劣环境。所述环境大气多雨、高温、多盐雾和强风流，裸露在外的零件将受到强烈的大气腐蚀、电化学腐蚀以及气流冲刷侵蚀的综合作用，各种钢结构的使用寿命远低于一般内陆户外环境。如在海洋气候条件下服役的典型工程装备之一风力发电设备，由于风力发电机组是利用风能发电，而在海岸线、离岸海洋中具有丰富的风力资源，风电场的建设有很大比例是选址在近海岸或离岸海洋中。然而，由于机组的外部构件如机舱、引擎罩、塔架等直接裸露于极端的腐蚀大气中，采用常规的防护措施，往往仅数个月便产生严重的腐蚀，这带来了巨大的损失，据统计，海洋腐蚀的损失约占总腐蚀损失的1/3，不仅如此，因为海洋腐蚀带来的事故更是无法计算损失。如1969年日本一艘5万吨级矿石专用运输船，因为腐蚀脆性破坏而突然沉没。因此，加强腐蚀控制、减少金属材料的损耗，避免设备在海洋环境中遭到过早的或意外的损坏，有着非常重要的战略意义。
现代表面工程技术的快速发展，为钢铁表面的腐蚀防护提供了多种解决方法，如电镀、化学镀、热喷涂、气相沉积等。但目前上述的手段均存在一定的问题，共性的问题是上述的技术手段工艺复杂，生产成本高，并且更为严重的是，采用上述技术手段获得的涂镀层在环境、应力协同作用下，很容易剥落而失去防护效果，因此，研发行之有效的改善涂层与基体结合强度的新工艺，已成为当前产业发展的迫切需求。
发明内容
针对现有技术中这些问题，本发明提供一种对耐海洋气候工程零件涂层进行扩散处理的方法，从而彻底解决了现在技术中存在的问题。
本发明提供的对耐海洋气候工程零件涂层进行扩散处理的方法，包括：
第一步：对零件进行预处理；
第二步：将零件放在气氛保护炉内预热；
第三步：将经预热的零件浸入镀液中浸没，浸没过程中对零件施以旋转；
第四步：扩散处理：将已浸镀的零件放入真空炉内，800～950℃保温1～3小时后逐步降温取出，使界面处原子的扩散而在基体上形成扩散层从而实现与涂层与基体的冶金结合。
优选的，其中第一步对零件进行预处理包括除油、除锈处理和浸蚀处理。
更优选的，其中所述浸蚀处理是将除油除锈后的零件放在盐酸和氢氟酸混合溶液中，室温浸蚀1～3分钟，所述盐酸和氢氟酸混合溶液以体积计算盐酸HCl占94％～96％，氢氟酸HF占4％～6％。
优选的，其中第二步：将所述零件放在气氛保护炉内经500～650℃预热10～20分钟。
优选的，其中第三步：将经预热的零件浸入镀液中，浸没1～5分钟，其中所述镀液主要由Zn、Al、Si、RE、微合金元素和纳米氧化物颗粒增强剂组成，所述纳米氧化物颗粒增强剂选自TiO2、CeO2中的一种或两种，所述微合金元素选自Mg、Ti、Ni中的一种或任意几种，并且各组成成份占镀液总质量百分比为：Zn：35～58％，Si：0.3～4.0％，RE：0.02～1.0％，纳米氧化物颗粒增强剂总的含量：0.01～1.0％，微合金元素总的含量：0.01～6.0％，Al：余量。
更优选的，其中所述纳米氧化物颗粒增强剂的平均粒径为15～60nm。
更优选的，其中所述微合金元素各组成成份的具体加入量占总质量百分比为：Mg：0.1～5.0％，Ti：0.01～0.5％，Ni：0.1～3.0％。
优选的，其中所述第四步中使界面处原子的扩散而在基体上形成的扩散层厚度为10～30μm。
另一方面，本发明还提供一种涂层经过扩散处理的耐海洋气候的零部件，其中：所述零部件表面的涂层厚度为200-300μm，所述涂层中还包含使界面处原子扩散而在基体上形成的扩散层，通过所述扩散层实现涂层与基体的冶金结合，所述扩散层的厚度为10～30μm。
优选的，其中所述扩散层经过下述工艺过程形成：
第一步：对零件进行预处理；
第二步：将零件放在气氛保护炉内预热；
第三步：将经预热的零件浸入镀液中浸没，浸没过程中对零件施以旋转；
第四步：扩散处理：将已浸镀的零件放入真空炉内，800～950℃保温1～3小时后逐步降温取出，使界面处原子的扩散而在基体上形成扩散层从而实现与涂层与基体的冶金结合。
本发明在浸镀前，将待浸镀的部件放入气氛保护炉内预热一段时间，从而减小了涂层与基体材料之间的力学性能失配，使涂层即使在接触微动载荷作用下也不剥落。
另一方面，采用本发明的镀液形成的涂层，抵抗大气腐蚀、电化学腐蚀以及气流冲刷侵蚀能力显著提高，并且涂层的强度、硬度，抗冲刷性能也都得以显著提高。
再者，本发明在浸镀后还增加了扩散处理的步骤，使涂层与基体结合牢固，涂镀层即使在环境、应力协同作用下，也不容易剥落，从而起到了很好的防护效果，完全适用于海洋等极端恶劣的环境。
综上所述，本发明与现有技术相比，生产工艺简化，成本低，镀层厚度可调整范围广，且涂层的耐蚀、耐磨性好，涂层与基体结合牢固，不容易剥落，适合各种尺寸零件的处理，该方法工艺简单，生产成本低，并且能适用于任何形状、任何尺寸零部件，采用本发明处理过的零件，可在海洋气候条件下赋予其充分耐腐蚀性能和抗冲刷侵蚀性能。
具体实施方式
本发明提供的一种对耐海洋气候工程零件涂层进行扩散处理的方法，包括：
第一步：对零件进行预处理；
第二步：将零件放在气氛保护炉内预热；
第三步：将经预热的零件浸入镀液中浸没，浸没过程中对零件施以旋转；
第四步：扩散处理，将已浸镀的零件放入真空炉内，800～950℃保温1～3小时后逐步降温取出，使界面处原子的扩散而在基体上形成扩散层从而实现与涂层与基体的冶金结合。
下面，给出采用本发明的扩散处理方法在钢结构零件表面制备耐海洋气候防腐涂层的一些优选的具体实施例，但需要说明的是，下述具体实施例中给出的条件并非是作为必要技术特征加以描述的，对于本领域技术人员来说，完全可以在具体实施方式所列数值的基础上进行合理概括和推导。
实施例1
(1)将零件清洗、除油后，通过酸洗除锈处理，去离子水漂洗。
(2)将除油除锈后的零件在盐酸HCl 94％(体积分数)+氢氟酸HF6％(体积分数)混合溶液中，室温浸蚀1分钟，去离子水漂洗。
(3)将经(1)～(2)处理的零件放入气氛保护炉内，500℃预热20分钟。
(4)在气氛保护熔炼炉内，将经预热的钢零件浸入镀液中，浸没1分钟，浸没过程中对零件施以旋转。
(5)将浸镀的部件放入真空炉内，800℃保温3小时后逐步降温取出，使其镀层下形成扩散层，经上述工艺过程，在零件表面形成保护镀渗复合层。
实施例2
(1)将零件清洗、除油后，通过酸洗除锈处理，去离子水漂洗。
(2)将除油除锈后的零件在盐酸HCl 95％(体积分数)+氢氟酸HF5％(体积分数)混合溶液中，室温浸蚀2分钟，去离子水漂洗。
(3)将经(1)～(2)处理的零件放入气氛保护炉内，600℃预热15分钟。
(4)在气氛保护熔炼炉内，将经预热的钢零件浸入镀液中，浸没3分钟，浸没过程中对零件施以旋转。
(5)将浸镀的部件放入真空炉内，880℃保温2小时后逐步降温取出，使其镀层下形成扩散层，经上述工艺过程，在零件表面形成保护镀渗复合层。
实施例3
(1)将零件清洗、除油后，通过酸洗除锈处理，去离子水漂洗。
(2)将除油除锈后的零件在盐酸HCl 96％(体积分数)+氢氟酸HF4％(体积分数)混合溶液中，室温浸蚀3分钟，去离子水漂洗。
(3)将经(1)～(2)处理的零件放入气氛保护炉内，650℃预热10分钟。
(4)在气氛保护熔炼炉内，将经预热的钢零件浸入镀液中，浸没5分钟，浸没过程中对零件施以旋转。
(5)将浸镀的部件放入真空炉内，950℃保温1小时后逐步降温取出，使其镀层下形成扩散层，经上述工艺过程，在零件表面形成保护镀渗复合层。
其中，实施例1-3中镀液的组成和含量如下表1所示，并且需要特别说明的是，表1中仅仅是给出本发明镀液的一些优选实施例，尽管表1的微合金元素同时包含Mg、Ti、Ni三种元素，但这些并非是作为必要技术特征加以描述的，本发明的微合金元素可以选自Mg、Ti、Ni中的任一种、两种或三种，类似的，尽管表1中列出所述纳米氧化物颗粒增强剂为TiO2，但本发明的纳米氧化物颗粒增强剂还可以选自CeO2或两种同时使用。
表1：各组成成份占总重量的质量百分比含量(％)
Figure G2009102627153D00061
优选的，其中所述纳米氧化物颗粒增强剂的平均粒径为15～60nm。
优选的，其中所述微合金元素各组成成份的具体加入量占总质量百分比为：Mg：0.1～5.0％，Ti：0.01～0.5％，Ni：0.1～3.0％。
另一方面，本发明还提供一种涂层经过扩散处理的耐海洋气候的零部件，其中：所述零部件表面的涂层厚度为200-300μm，所述涂层中还包含使界面处原子扩散而在基体上形成的扩散层，通过所述扩散层实现涂层与基体的冶金结合，所述扩散层的厚度为10～30μm，下面给出本发明的经过扩散处理的涂层一些优选的实施方式，如下表2：
表2：厚度单位(μm)
  序号   涂层厚度   扩散层厚度   镀层结合力   耐蚀性
  1   200   10   1级   良
  2   210   11   1级   良
  3   220   13   1级   优
  4   235   16   1级   优
  5   250   19   1级   优
  6   260   21   1级   优
  7   270   25   1级   优
  8   290   28   2级   优
  9   300   30   2级   优
注：镀层结合力测试方法参照GB1720-79进行
综上所述，尽管上面列举了本发明一些优选的实施方式，但本发明的发明构思并不局限于此，凡在此基础上，对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种对耐海洋气候工程零件涂层进行扩散处理的方法，包括：
第一步：对零件进行预处理；
第二步：将零件放在气氛保护炉内预热；
第三步：将经预热的零件浸入镀液中浸没，浸没1～5分钟，浸没过程中对零件施以旋转，其中所述镀液主要由Zn、Al、Si、稀土元素、微合金元素和纳米氧化物颗粒增强剂组成，所述纳米氧化物颗粒增强剂选自TiO2、CeO2中的一种或两种，所述微合金元素选自Mg、Ti、Ni中的一种或任意几种，并且各组成成份占镀液总质量百分比为：Zn：35～58％，Si：0.3～4.0％，稀土元素：0.02～1.0％，纳米氧化物颗粒增强剂总的含量：0.01～1.0％，微合金元素总的含量：0.01～6.0％，Al：余量；
第四步：扩散处理，将已浸镀的零件放入真空炉内，800～950℃保温1～3小时后逐步降温取出，使界面处的原子扩散而在基体上形成扩散层从而实现涂层与基体的冶金结合，使界面处原子的扩散而在基体上形成的扩散层厚度为10～30μm。
2.根据权利要求1所述的方法，其中第一步对零件进行预处理包括除油、除锈处理和浸蚀处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述浸蚀处理是将除油除锈后的零件放在盐酸和氢氟酸混合溶液中，室温浸蚀1～3分钟，所述盐酸和氢氟酸混合溶液以体积计算盐酸HCl占94％～96％，氢氟酸HF占4％～6％。
4.根据权利要求1所述的方法，其中第二步：将所述零件放在气氛保护炉内经500～650℃预热10～20分钟。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述纳米氧化物颗粒增强剂的平均粒径为15～60nm。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述微合金元素各组成成份的具体加入量占总质量百分比为：Mg：0.1～5.0％，Ti：0.01～0.5％，Ni：0.1～3.0％。
7.一种涂层经过扩散处理的耐海洋气候的零部件，其中：所述零部件表面的涂层厚度为200-300μm，所述涂层中还包含使界面处原子扩散而在基体上形成的扩 散层，通过所述扩散层实现涂层与基体的冶金结合，所述扩散层的厚度为10～30μm，其中所述扩散层经过下述工艺过程形成：
第一步：对零部件进行预处理；
第二步：将零部件放在气氛保护炉内预热；
第三步：将经预热的零部件浸入镀液中浸没，浸没1～5分钟，浸没过程中对零部件施以旋转，其中所述镀液主要由Zn、Al、Si、稀土元素、微合金元素和纳米氧化物颗粒增强剂组成，所述纳米氧化物颗粒增强剂选自TiO2、CeO2中的一种或两种，所述微合金元素选自Mg、Ti、Ni中的一种或任意几种，并且各组成成份占镀液总质量百分比为：Zn：35～58％，Si：0.3～4.0％，稀土元素：0.02～1.0％，纳米氧化物颗粒增强剂总的含量：0.01～1.0％，微合金元素总的含量：0.01～6.0％，Al：余量；
第四步：扩散处理，将已浸镀的零部件放入真空炉内，800～950℃保温1～3小时后逐步降温取出，使界面处的原子扩散而在基体上形成扩散层从而实现涂层与基体的冶金结合。 
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Denomination of invention: Method for carrying out diffusion treatment on coating of engineering parts resistant to marine climate

Effective date of registration: 20200713

Granted publication date: 20110921

Pledgee: Wuxi rural commercial bank Limited by Share Ltd.

Pledgor: Jiangsu Linlong New Materials Co.,Ltd.

Registration number: Y2020990000737