CN103866227B - 一种工件表面制备防腐涂层用共渗剂及共渗工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属防腐领域，特别涉及一种用于电力金具表面的共渗剂，及通过该共渗剂，在电力金具表面制备防腐涂层的方法。按重量百分比计算，该共渗剂粉末的组分包括：20wt%～40wt%的锌粉，5wt%～10wt%的铝粉，2wt%～5wt%的铬粉，0.5wt%～2wt%的活化剂，余量为漂珠。将电力金具工件和共渗剂置于封闭加热式真空渗金属炉内，抽真空至（1—3）×133pa后热至400℃～500℃,保温3小时～6小时进行共渗剂处理，并对共渗后锌铝铬合金层作钝化处理。

Description

一种工件表面制备防腐涂层用共渗剂及共渗工艺

技术领域

本发明涉及金属防腐领域，特别涉及一种用于电力金具表面的共渗剂，及通过该共渗剂，在电力金具表面制备防腐涂层的方法。

背景技术

目前现有的钢铁制造的电力金具，普遍采用传统的热镀锌工艺作为电力金具表面防腐处理，但是热镀锌工艺具有污染环境，锌原料消耗大，能耗高，性能差等缺点。由于电力金具构件常年暴露在室外大气中，承受着各种条件下的酷暑严寒、风霜雨雪、砂尘酸雾，使用环境极为恶劣，常因大气、雨水、砂尘的侵蚀和构件之间的磨损，而导致电力金具部件的机械性能和防腐性能大幅下降而失效，造成电力网线的安全隐患。因此需要对电力金具构件表面进行高质量表面处理，提高电力金具表面抗腐蚀，耐磨损性能，延长其使用寿命。

近期，已公开了多种工件表面防腐处理方法，如锌铝合金共渗、锌铝稀土共渗工艺是目前比较常用的钢铁工件防腐处理方法，但此类渗剂中普遍添加三氧化二铝或石英砂，由于氧化铝和石英砂硬度低，外表面呈现颗粒状，但棱边较多且不规则，共渗时的流动性差，且易破碎，使用周期短，增加生产成本。

经锌铝共渗、锌铝稀土共渗或锌铝镍共渗的合金层，其耐中性盐雾检测在120～200小时之间，合金渗层的硬度HV200～300之间，其抗腐蚀耐磨损性能的不尽人意。见表1、表2。

因此，本申请通过在共渗剂体系中引入铬粉，来提高共渗涂层的抗腐蚀耐磨损性能，但是这又带来了另一个问题：在共渗涂层中，铬元素会不可避免地被氧化成三价铬，如果共渗涂层处于高温、氧化环境下的话，三价铬还会被氧化成六价铬。铬属于重金属离子，铬的毒性与其存在的价态有关，六价铬比三价铬毒性高100倍，并易被人体吸收且在体内蓄积。三价铬和六价铬可以相互转化，特别是在高温条件、氧化环境下，三价铬容易转化成六价铬，对环境和人体健康产生危害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在含铬的防腐共渗涂层中，三价铬和六价铬可以相互转化，特别是在高温条件、氧化环境下，三价铬容易转化成六价铬，对环境和人体健康产生危害。

为解决这一技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种在工件表面，特别是在电力金具表面制备的防腐涂层所采用的环保型共渗剂，按重量百分比计算，该共渗剂的组分包括：

20wt%～40wt%的锌粉，5wt%～10wt%的铝粉，2wt%～5wt%的铬粉，0.5wt%～2wt%的活化剂，余量为漂珠，

漂珠可以增加共渗剂的流动性，提高共渗合金属的均匀性，延长共渗剂的循环周期，降低生产成本，更重要的是：漂珠壁薄中空，空腔内为半真空，质轻，保温隔热，本发明的共渗材料中含有大量的漂珠，其目的在于使漂珠与金属粉末一起共渗到金具表面后，漂珠由于含量比较大，可以作为隔热层，包围在金属元素周围，隔绝热量，特别是包围在三价铬周围，避免三价铬接触到过热的环境，再被氧化成六价铬；

漂珠的粒径为80目～200目，优选为100目，

其中，活化剂选自氯化铵、氯化镧中的一种或两种的混合物，活化剂的含量优选为1wt%～1.5wt%，活化剂的粒径为100目～200目，优选为100目，

氯化铵、氯化镧中含有氯离子，Cl-具有还原性，容易被六价铬氧化，所以一旦有六价铬生成就被Cl-还原成三价，Cl-起到了抗氧化剂的作用；

其中，锌粉粒径为300目～500目，铝粉粒径为500目～1000目，铬粉粒径为400目～500目，

作为优选：共渗剂粉末中，锌粉的含量为25wt%～35wt%，粒径优选为325目，

作为优选：共渗剂粉末中，铝粉的含量为6wt%～8wt%，粒径优选为500目，

作为优选：共渗剂粉末中，铬粉的含量为3wt%～5wt%，粒径优选为500目。

本发明还提供了一种利用上述共渗剂，在工件表面，特别是在电力金具工件表面制备防腐涂层的工艺：

将经过前处理的工件，放入封闭的加热式真空渗金属炉（炉胆）中，抽真空至（1—3）×133Pa，加热至400℃～500℃保温3小时～6小时进行共渗处理，共渗处理后，将炉胆起吊至冷却架上冷却，同时开启鼓风机强风空冷至100℃以下，即可将工件出炉，清洗干净，经上述工艺处理后的金具表面合金共渗层深度（厚度）可达50～60um。

进行钝化或封闭后处理，其中，封闭后处理为粉末涂装封闭，即采用完全不挥发的无溶剂涂料密封，品种有聚乙稀、氟树脂、环氧、聚脂等。粉末涂装的特点是无溶剂有利于环境保护无烟火危险，涂膜性能好，生产效率高。粉末涂装能有效提高电力金具的防腐性能和外观色泽，

上述的电力金具是指，本领域技术人员熟知的用于电力网线中的线夹、挂环、间隔棒、防振锤、伸缩节、屏蔽环等电力金具零部件，其材质为碳钢、合金钢、铸钢、铸铁、铝铜类，

上述前处理，包括除油、除锈，

其中，除油处理为：采用10%（溶质质量分数）的氢氧化钠水溶液，加热至90℃～100℃，将工件浸泡在上述氢氧化钠溶液中30分钟，取出工件后，用清水清洗二遍；

上述共渗工艺中，将工件包埋在混合均匀的共渗剂中，共渗剂与工件体积比优选为2:1，

共渗处理温度优选为400～450℃，保温时间优选为3～4小时。

本发明的有益效果在于：本发明提供一种在工件表面，特别是电力金具工件的表面，制备“锌—铝—铬”防腐涂层的方法，与现有技术相比，本发明提供的渗剂中包含了一部分铬，并改变了共渗剂中其它成分的含量。实验结果表明，防腐涂层增加了铬元素后，抗腐蚀性能和表面硬度均得到了显著的提高。并且，漂珠和活性剂在共渗工艺中，一并进入到共渗层中，漂珠含量大大增加，漂珠作为隔热材料，包围在三价铬周围，避免三价铬接触到过热的环境，再被氧化成六价铬；再配合活性剂中的氯离子的抗氧化作用，大大抑制了共渗涂层中六价铬的存在。

具体实施方式

实施例1

按重量百分比计算，本实施例中共渗剂的组分包括：

30wt%的锌粉，7wt%的铝粉，4wt%的铬粉，1.5wt%的活化剂，余量为漂珠（57.5wt%）。其中，锌粉的粒径为325目，铝粉粒径为500目，铬粉粒径为500目，活化剂为粒径为100目氯化铵，漂珠的粒径为100目。将上述这些组分混合均匀，即得到共渗剂。

利用本实施例中的共渗剂，在材质为Q235-A·F碳钢板材试样表面，制备防腐涂层，具体工艺为：

除油处理：采用10%（溶质质量分数）的氢氧化钠水溶液，加热至90℃，将碳钢板材试样浸泡在上述氢氧化钠溶液中30分钟，取出碳钢板材试样后，用清水清洗二遍，干燥，钢铁除油检验方法按照GB/T13312-91标准；

除锈处理采用抛丸法除锈，具体使用合金钢丸作除锈处理，除锈等级达到GB8923-88标准中的Sa2.5级至Sa3级即可，并烘干；

将经过上述前处理的碳钢板材试样，放入封闭的加热式真空渗金属炉中，且包埋于本实施例中的共渗剂中（共渗剂与防振锤体积比为2:1），抽真空至3×133Pa，加热至450℃，并保温4小时，作为共渗处理；

共渗处理后，将炉胆起吊至冷却架上冷却，同时开启鼓风机强风空冷至100℃以下，即可将防振锤取出，清洗干净，进行钝化后处理。

经上述工艺处理后的金具表面合金共渗层深度（厚度）为50um。

共渗合金层的性能数据如表1、表2所示。

对比实施例1：（锌铝共渗，与实施例1的共渗剂相比，不含铬粉，其余组分及参数基本不变）

按重量百分比计算，本实施例中共渗剂的组分包括：

32wt%的锌粉，9wt%的铝粉，1.5wt%的活化剂，余量为漂珠。其中，锌粉的粒径为325目，铝粉粒径为500目，活化剂为粒径为100目氯化铵，漂珠的粒径为100目。将上述这些组分混合均匀，即得到共渗剂。

利用本实施例中的共渗剂，在材质为Q235-A·F碳钢的碳钢板材试样表面，制备防腐涂层，控制本实施例中，金具表面合金共渗涂层深度（厚度）为50um，具体工艺如实施例1中所述。

共渗合金层的性能数据如表1所示。

对比实施例2：（锌铝镍共渗，将实施例1的共渗剂中的铬粉，换成镍粉，其余组分及参数不变）

按重量百分比计算，本实施例中共渗剂的组分包括：

30wt%的锌粉，7wt%的铝粉，4wt%的镍粉，1.5wt%的活化剂，余量为漂珠。其中，锌粉的粒径为325目，铝粉粒径为500目，镍粉粒径为500目，活化剂为粒径为100目氯化铵，漂珠的粒径为100目。将上述这些组分混合均匀，即得到共渗剂。

利用本实施例中的共渗剂，在材质为Q235-A·F碳钢的碳钢板材试样表面，制备防腐涂层，控制本实施例中，金具表面合金共渗涂层深度（厚度）为50um，具体工艺如实施例1中所述。

共渗合金层的性能数据如表1所示。

对比实施例3：（锌铝稀土共渗）

按重量百分比计算，本实施例中共渗剂的组分包括：

32wt%的锌稀土，9wt%的铝稀土，1.5wt%的活化剂，余量为漂珠。其中，活化剂为粒径为100目氯化铵，漂珠的粒径为100目。将上述这些组分混合均匀，即得到共渗剂。

利用本实施例中的共渗剂，在材质为Q235-A·F碳钢的碳钢板材试样表面，制备防腐涂层，控制本实施例中，金具表面合金共渗涂层深度（厚度）为50um，具体工艺如实施例1中所述。

共渗合金层的性能数据如表1所示。

表1

表1和表3中，“磨痕宽度”根据《GB/T12444-2006金属材料磨损试验方法试环》来检测；“渗层合金硬度”根据《GB/T2828.1—2003》来检测；“中性盐雾试验”根据ISO3768-1976《金属覆盖层中性盐雾试验（NSS试验）》来检测。

表2

上表中各项力学性能，根据标准GB/T10623-2008来检测。

实施例2

按重量百分比计算，本实施例中共渗剂的组分包括：

35wt%的锌粉，10wt%的铝粉，3wt%的铬粉，2wt%的活化剂，余量为漂珠（50wt%），

其中，锌粉的粒径为500目，铝粉粒径为1000目，铬粉粒径为400目，活化剂为粒径为200目氯化铵，漂珠的粒径为200目。将上述这些组分混合均匀，即得到共渗剂。

利用本实施例中的共渗剂，在材质为HT100灰铸铁的板材试样表面，制备防腐涂层，具体工艺为：

除油处理：采用10%（溶质质量分数）的氢氧化钠水溶液，加热至95℃，将板材试样浸泡在上述氢氧化钠溶液中30分钟，取出板材试样后，用清水清洗二遍，干燥，钢铁除油检验方法按照GB/T13312-91标准；

除锈处理采用抛丸法除锈，具体使用合金钢丸作除锈处理，除锈等级达到GB8923-88标准中的Sa2.5级至Sa3级即可，并烘干；

将经过上述前处理的板材试样，放入封闭的加热式真空渗金属炉中，且包埋于本实施例中的共渗剂中（共渗剂与防振锤体积比为2:1），抽真空至133Pa，加热至400℃，并保温6小时，作为共渗处理；

共渗处理后，将炉胆起吊至冷却架上冷却，同时开启鼓风机强风空冷至100℃以下，即可将板材试样取出，清洗干净，进行钝化后处理。

经上述工艺处理后的金具表面合金共渗层深度（厚度）为50um。

共渗合金层的性能数据如表3所示。

实施例3

按重量百分比计算，本实施例中共渗剂的组分包括：

40wt%的锌粉，5wt%的铝粉，5wt%的铬粉，0.5wt%的活化剂，余量为漂珠（49.5wt%），

其中，锌粉的粒径为300目，铝粉粒径为800目，铬粉粒径为450目，活化剂为粒径为150目氯化铵，漂珠的粒径为80目。将上述这些组分混合均匀，即得到共渗剂。

利用本实施例中的共渗剂，在材质为304铸钢的板材试样表面，制备防腐涂层，具体工艺为：

除油处理：采用10%（溶质质量分数）的氢氧化钠水溶液，加热至100℃，将板材试样浸泡在上述氢氧化钠溶液中30分钟，取出板材试样后，用清水清洗二遍，干燥，钢铁除油检验方法按照GB/T13312-91标准；

除锈处理采用抛丸法除锈，具体使用合金钢丸作除锈处理，除锈等级达到GB8923-88标准中的Sa2.5级至Sa3级即可，并烘干；

将经过上述前处理的板材试样，放入封闭的加热式真空渗金属炉中，且包埋于本实施例中的共渗剂中（共渗剂与防振锤体积比为2:1），抽真空至2×133Pa，加热至500℃，并保温3小时，作为共渗处理；

共渗处理后，将炉胆起吊至冷却架上冷却，同时开启鼓风机强风空冷至100℃以下，即可将板材试样取出，清洗干净，进行钝化后处理。

经上述工艺处理后的金具表面合金共渗层深度（厚度）为50um。

共渗合金层的性能数据如表3所示。

实施例4

按重量百分比计算，本实施例中共渗剂的组分包括：

20wt%的锌粉，8wt%的铝粉，2wt%的铬粉，1wt%的活化剂，余量为漂珠（69wt%），

其中，锌粉的粒径为400目，铝粉粒径为600目，铬粉粒径为400目，活化剂为粒径为100目氯化镧，漂珠的粒径为150目。将上述这些组分混合均匀，即得到共渗剂。

利用本实施例中的共渗剂，在材质为60Si2Mn合金钢的板材试样表面，制备防腐涂层，具体工艺为：

除油处理：采用10%（溶质质量分数）的氢氧化钠水溶液，加热至90℃，将板材试样浸泡在上述氢氧化钠溶液中30分钟，取出板材试样后，用清水清洗二遍，干燥，钢铁除油检验方法按照GB/T13312-91标准；

除锈处理采用抛丸法除锈，具体使用合金钢丸作除锈处理，除锈等级达到GB8923-88标准中的Sa2.5级至Sa3级即可，并烘干；

将经过上述前处理的板材试样，放入封闭的加热式真空渗金属炉中，且包埋于本实施例中的共渗剂中（共渗剂与防振锤体积比为2:1），抽真空至2×133Pa，加热至450℃，并保温5小时，作为共渗处理；

共渗处理后，将炉胆起吊至冷却架上冷却，同时开启鼓风机强风空冷至100℃以下，即可将板材试样取出，清洗干净，进行钝化后处理。

经上述工艺处理后的金具表面合金共渗层深度（厚度）为50um。

共渗合金层的性能数据如表3所示。

表3

以上是对各实施例中，涂层的抗腐蚀、耐磨损性能、力学性能的比较分析。下面通过实验来表征本发明中涂层对六价铬的抑制程度。

对比实施例4：（将实施例1中的“漂珠”换成“石英砂”，其余操作不变）

按重量百分比计算，本实施例中共渗剂的组分包括：

30wt%的锌粉，7wt%的铝粉，4wt%的铬粉，1.5wt%的活化剂，余量为石英砂。其中，锌粉的粒径为325目，铝粉粒径为500目，铬粉粒径为500目，活化剂为粒径为100目氯化铵，石英砂的粒径为100目。将上述这些组分混合均匀，即得到共渗剂。

利用本实施例中的共渗剂，在材质为Q235-A·F碳钢板材试样表面，制备防腐涂层，具体工艺如实施例1所述。

对比实施例5：（将实施例1中的“漂珠”换成“氧化铝”，其余操作不变）

按重量百分比计算，本实施例中共渗剂的组分包括：

30wt%的锌粉，7wt%的铝粉，4wt%的铬粉，1.5wt%的活化剂，余量为氧化铝。其中，锌粉的粒径为325目，铝粉粒径为500目，铬粉粒径为500目，活化剂为粒径为100目氯化铵，氧化铝的粒径为100目。将上述这些组分混合均匀，即得到共渗剂。

利用本实施例中的共渗剂，在材质为Q235-A·F碳钢板材试样表面，制备防腐涂层，具体工艺如实施例1所述。

对比实施例6：（将实施例1中的“漂珠”在共渗剂中的含量，减少为原来的一半）

按重量百分比计算，本实施例中共渗剂的组分包括：

60wt%的锌粉，14wt%的铝粉，8wt%的铬粉，3wt%的活化剂，余量为漂珠（15wt%）。其中，锌粉的粒径为325目，铝粉粒径为500目，铬粉粒径为500目，活化剂为粒径为100目氯化铵，漂珠的粒径为100目。将上述这些组分混合均匀，即得到共渗剂。

利用本实施例中的共渗剂，在材质为Q235-A·F碳钢板材试样表面，制备防腐涂层，具体工艺如实施例1所述。

对比实施例7：

按重量百分比计算，本实施例中共渗剂的组分包括：

42wt%的锌粉，10wt%的铝粉，5.5wt%的铬粉，2.5wt%的活化剂，余量为漂珠（40wt%）。其中，锌粉的粒径为325目，铝粉粒径为500目，铬粉粒径为500目，活化剂为粒径为100目氯化铵，漂珠的粒径为100目。将上述这些组分混合均匀，即得到共渗剂。

利用本实施例中的共渗剂，在材质为Q235-A·F碳钢板材试样表面，制备防腐涂层，具体工艺如实施例1所述。

对比实施例8：

将实施例1中的活化剂“氯化铵”换成“硫酸铵”，其余操作不变，如实施例1所述。

对比实施例9：

将实施例1中的活化剂“氯化铵”换成“氢氧化铵”，其余操作不变，如实施例1所述。

对实施例1—4、对比实施例4—对比实施例8中的产品——钝化后的共渗合金层，采用相同操作的“沸水萃取+比色法”，来验证六价铬的存在，并通过完全相同操作的“二苯碳酰二肼分光光度法”来测定含量，检测结果对比如下：

Claims (7)

1.一种工件表面制备防腐涂层用共渗剂，其特征在于：所述的共渗剂的组分，按重量百分比计算，包括：20wt％～40wt％的锌粉，5wt％～10wt％的铝粉，2wt％～5wt％的铬粉，0.5wt％～2wt％的活化剂，余量为漂珠，

其中，所述的活化剂为氯化铵、氯化镧中的一种或两种。

2.如权利要求1所述的共渗剂，其特征在于：所述锌粉粒径为300目～500目，铝粉粒径为500目～1000目，铬粉粒径为400目～500目，漂珠的粒径为80目～200目，活化剂的粒径为100目～200目。

3.如权利要求2所述的共渗剂，其特征在于：所述锌粉粒径为325目，铝粉粒径为500目，铬粉粒径为500目，漂珠的粒径为100目，活化剂的粒径为100目。

4.一种利用权利要求1至3任一项所述的共渗剂，在工件表面制备防腐涂层的工艺，其特征在于：所述工艺为，将经过前处理的工件，放入封闭的加热式真空渗金属炉中，抽真空至(1—3)×133Pa，加热至400℃～500℃保温3小时～6小时进行共渗处理，共渗处理后，将工件取出，清洗干净，进行钝化或封闭后处理。

5.如权利要求4所述的制备防腐涂层的工艺，其特征在于：所述的前处理为除油和除锈。

6.如权利要求4所述的制备防腐涂层的工艺，其特征在于：所述的制备工艺中，共渗剂与工件体积比为2:1。

7.如权利要求4所述的制备防腐涂层的工艺，其特征在于：所述的共渗处理温度为400～450℃，保温时间为3～4小时。