CN102127732B - 一种多元合金共渗剂及其制备共渗层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种针对铁路道轨扣件、螺栓、弹条、混凝土预埋件等普通钢铁零件表面防腐而设计的多元合金共渗剂及其制备共渗层的方法。多元合金共渗剂由锌粉、铝粉、氧化铝粉、氢氧化镧粉和氯化铵组成。制备共渗层的工艺路线：工件预处理→工件装炉、加入共渗剂→转炉加热保温进行共渗→到温冷却工件出炉。在确定的工艺规范下热渗，从而在工件表面形成一定厚度的结构致密的耐蚀耐磨的多元合金共渗层。本发明工艺简单、易于实施。常规工艺操作获得的锌-铝-铁-镧多元合金共渗层厚度约100μm，硬度可达240-320HV，盐雾腐蚀达680小时。
Description
技术领域
本发明属于多元合金共渗技术领域，即利用加热状态下金属原子的渗透互扩散作用，在温度低于基体金属相变温度和锌溶化温度的条件下，将锌，铝，镧元素渗入钢铁零件表面，形成多元复合的合金保护层以达到大幅度改善和提高钢铁零件表面的抗腐蚀、抗氧化及耐磨损性能。具体涉及一种多元合金共渗剂及其制备共渗层的方法。
背景技术
铁路轨道设备、螺栓、道钉、轨道扣件和接触网金具等安装在露天环境，风吹日晒雨淋， 严寒、高温、雨水、风沙、严重空气污染、特别是酸雨地区工作条件恶劣，现有的防腐蚀工艺、方法不能满足产品的要求。尤其我国高速铁路快速发展的今天，对轨道设备防腐性能提出了更高的要求。钢筋混凝土结构的桥梁同样存在腐蚀问题。其原因主要有冰冻破坏、化学腐蚀、钢筋锈蚀和碱骨料反应等，特别是由于湿度、温度和CO2 的作用,会引起混凝土的碳化，再加上O2、SO2、Cl2 等腐蚀性介质的作用会导致钢筋锈蚀，进而破坏混凝土结构。针对铁道设备现有的防腐措施主要有涂油漆、涂装达克罗、氮化、热镀锌和单纯渗锌。这些方法中涂油漆的耐蚀效果差，涂层结合不好，易剥落；达克罗的耐蚀效果很好，但涂层薄而软，不耐磨，易剥落；氮化硬度高耐磨，结合好，但耐蚀性能不够；热镀锌可以获得厚镀层，但表面质量不高，易结瘤，尤其是螺纹件沟槽易被填平而不能使用。同时热镀锌污染严重，温度高能耗大，弹条等一些零件不宜使用；热渗纯锌层耐蚀达不到要求。
发明内容
为提高铁路轨道设备、螺栓、道钉、轨道扣件、接触网金具和钢筋混凝土结构的桥梁预埋件等耐腐蚀性能，本发明提供一种多元合金共渗剂及其制备共渗层的方法，采用锌-铝-铁-镧多元合金共渗方法在上述轨道零部件表面制备长效防腐层。
实现上述目的的具体技术方案如下：
一种多元合金共渗剂包括下列配比的原料：
锌粉 12.50%-27.50%
铝粉 4.80%-6.80%
氧化铝粉 56.8-76.6%
氢氧化镧粉 6.00%-8.50%
氯化铵 0.10%-0.40%，
将上述原料混合均匀，温度140-180℃，烘干15-20分钟，制得共渗剂。
用多元合金共渗剂制备多元合金共渗层的方法包括以下步骤：工件清洗、表面喷丸处理、热渗处理和后处理；其中热渗处理步骤的具体操作是，将所述共渗剂和经过表面预处理、喷丸处理的工件均置于热渗锌转炉内，共渗剂的用量为工件重量的40%；转速4-6转/分钟、温度360℃-450℃，加热共渗2-4小时，使工件表面获得锌-铝-铁-镧多元合金共渗层。
本发明多元合金共渗剂的组成中锌粉是主渗剂；铝粉的添加是为了获得合金元素铝；氢氧化镧粉的添加可以在共渗过程分解，从而使渗层获得合金元素镧；铁元素在加热共渗过程中通过扩散进入渗层，由此形成锌-铝-铁-镧多元合金共渗层。氧化铝粉是共渗助剂，它的作用是渗剂均匀接触工件，控制渗剂温度均匀，避免氧化；氯化铵粉的添加可以活化工件表面，增加结合，促进共渗。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1、采用本发明多元合金共渗剂制备的锌-铝-铁-镧多元合金共渗层，外观平整、无锌瘤、毛刺等缺陷，厚度可控制在10～100μm范围内。多元合金共渗层厚度均匀，误差在±10﹪以内，对带螺纹，有配合要求的工件，可保证其互换性。
2、采用本发明多元合金共渗剂制备的锌-铝-铁-镧多元合金共渗层结构致密，与钢铁基体结合牢固，表面硬度高达HV240-320，比Q235钢铁本体高1倍多。在运输、装配和拆卸使用过程中涂层不易磨损、擦伤、脱落。
3、采用本发明多元合金共渗剂制备的制备的锌-铝-铁-镧多元合金共渗层腐蚀速度低，耐腐寿命长。中性盐雾实验工件800小时未见红锈。
4、本发明的制备方法是针对工业化大规模生产研发的，具有渗速快，渗速可以达到每小时20-30μm，生产效率高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地描述。
实施例1：
在Q235圆钢带螺纹（M16×860mm）上制备锌-铝-铁-镧多元合金共渗层。
1、制备共渗剂粉料：100kg
取以下原料锌粉12.5kg（12.5%）、铝粉4.8kg（4.8%）、氧化铝粉76.6 kg（76.6%）、
氢氧化镧粉6kg（6%）、氯化铵100g（0.1%）；
用普通混料机在大气与常温条件下混合5-8分钟，放入烘箱140-180℃，15-20分钟烘干，制得共渗剂。
2、锌-铝-铁-镧多元合金共渗层的制备工艺
工艺路线：工件预处理→工件装炉、加入共渗剂→转炉加热保温进行共渗→到温冷却工件出炉；
a、工件预处理：热渗前先进行预处理过程主要包括：工件化学除油→水洗→烘干→喷丸→装夹。将工业除油剂按10kg/t的比例配置除油液；将工件放入除油液滚动除油5-6分钟；捞出逆流漂洗2分钟左右；放入连续式烘箱，120-140℃，3-5分钟；烘干后的工件放入喷丸机喷丸6-10分钟以去除表面锈斑和氧化皮；
b、热渗：将装于工装夹具中的工件置于转炉中，再加入混合均匀的共渗剂粉料，粉料加入量为工件重量的40%；转炉转速设定为4r/min，外加热（电加热或燃气加热），温度为360-400℃，热渗保温2小时；
c、保温到时间后冷却到300℃再保温半小时出炉。
3.验证结果：
Q235圆钢带螺纹（M16×860mm）被加工件表面的锌-铝-铁-镧多元合金共渗层采用扫描电镜（SEM）观察形貌；采用能谱仪（EDS）测量热渗涂层成分；用显微硬度（MH-6型显微硬度计）测试涂层硬度，工作载荷100g；在盐雾箱中进行中性盐雾腐蚀试验。
锌-铝-铁-镧多元合金共渗层厚度约40±5μm，厚度均匀。
锌-铝-铁-镧多元合金共渗层显微硬度为186HV。
锌-铝-铁-镧多元合金共渗层成分：锌：86%；铝：2.3%；铁：6.4%；镧：1.86%；其它杂质。
锌-铝-铁-镧多元合金共渗层耐腐蚀性能测试：中性盐雾腐蚀410小时不出红锈。
实施例2：
在Q235圆钢带螺纹（M16×860mm）上制备锌-铝-铁-镧多元合金共渗层。
1、制备共渗剂粉料：100kg
共渗剂配方如下：锌粉18kg（18%）、铝粉5.8kg（5.8%）、氧化铝粉余量68.5 kg（68.5%）、氢氧化镧粉7.5kg（7.5%）、氯化铵200g（0.2%）。
共渗剂制备方法同实施例1。
2、锌-铝-铁-镧多元合金共渗层的制备工艺
热渗工艺条件：转炉转速4r/min、温度390±20℃、到温后保温时间3h。
其它同实施例1。
3、验证结果：
Q235圆钢带螺纹（M16×860mm）被加工件表面的锌-铝-铁-镧多元合金共渗层厚度约60±5μm，厚度均匀。
锌-铝-铁-镧多元合金共渗层显微硬度为197HV。
锌-铝-铁-镧多元合金共渗层成分：锌：84.6%；铝：3.2%；铁：6.2%；镧：2.2%；其它杂质。
锌-铝-铁-镧多元合金共渗层耐腐蚀性能测试：中性盐雾腐蚀490小时不出红锈。
实施例3：
在Q235圆钢带螺纹（M16×860mm）上制备锌-铝-铁-镧多元合金共渗层。
1.制备共渗剂粉料：100kg
共渗剂配方如下：锌粉27.5kg（27.5%）、铝粉6.8kg（6.8%）、氧化铝粉56.8（56.8%）、氢氧化镧粉8.5kg（8.5%）、氯化铵400g（0.4%）。
共渗剂制备方法同实施例1。
2、锌-铝-铁-镧多元合金共渗层的制备工艺
热渗工艺条件如下：转炉转速6r/min、温度430±20℃、到温后保温时间4h。
其它同实施例1。
3、验证结果：
Q235圆钢带螺纹（M16×860mm）被加工工件表面的锌-铝-铁-镧多元合金共渗层厚度约100±5μm，厚度均匀。
锌-铝-铁-镧多元合金共渗层显微硬度为287HV。
锌-铝-铁-镧多元合金共渗层成分：锌：85.5%；铝：4.5%；铁：6.4%；镧：2.8%；其它杂质。
锌-铝-铁-镧多元合金共渗层耐腐蚀性能测试：中性盐雾腐蚀680小时不出红锈。
Claims (2)
1.一种多元合金共渗剂，其特征在于包括下列配比的原料：
将上述原料混合均匀，温度140-180℃，烘干15-20分钟，制得共渗剂。
2.用权利要求1所述多元合金共渗剂制备多元合金共渗层的方法，包括以下步骤：工件清洗、表面喷丸处理、热渗处理和后处理，其特征在于：所述热渗处理步骤的具体操作是，将所述多元合金共渗剂和经过表面预处理、喷丸处理的工件均置于热渗锌转炉内，共渗剂的用量为工件重量的40％；转速4-6转/分钟、温度360℃-450℃，加热共渗2-4小时，使工件表面获得锌-铝-铁-镧多元合金共渗层。
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