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一种固体粉末渗锌剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种固体粉末渗锌剂，按质量百分比由以下组分组成：供锌剂50％～90％，活化剂0.5％～5％，催渗剂0.2％～5％，其余为填充剂，以上组分质量百分比之和为100％。本发明还公开了其制备方法，将供锌剂和填充剂混合均匀，球磨后添加活化剂和催渗剂混合均匀，最后在氮气保护下120℃～150℃烘干1～1.5h即得。本发明固体粉末渗锌剂，原料广泛，活性高，渗速高，相同工艺条件下渗锌层厚度较无催渗剂时提高至少25μm以上，重复使用性能优异，渗锌层厚度可观、均匀，与基体结合强度高，硬度高，耐磨、耐蚀性能强，外观优异无花斑等，能耗小，生产成本底，适用于各种金属材料及构件，且其制备方法简单，方便实施。

Description

一种固体粉末渗锌剂及其制备方法
技术领域
本发明属于钢铁表面化学热处理技术领域，具体涉及一种固体粉末渗锌剂，本发明还涉及该固体粉末渗锌剂的制备方法。
背景技术
腐蚀现象一直是金属材料的主要失效形式之一，每年因腐蚀而损失的钢铁材料是相当大的，也因此造成了巨大的经济损失，所以广大科研工作者一直致力于金属材料的防腐工作，以延长金属材料的使用寿命。粉末渗锌技术是利用锌铁原子互扩散而在基体表面形成一种锌铁合金层，由于该合金层厚度均匀、硬度强度高且与基体结合牢固，所以对钢铁基体特别是紧固件等具有优异的保护作用而被广泛应用于钢铁件的防腐领域。
粉末渗锌工艺的影响因素有很多，其中渗锌剂的影响至关重要，但就研究现状来看，关于粉末渗锌剂的研究鲜见报道，目前常用渗锌剂种类主要为纯锌粉或者锌粉、氯化铵和氧化铝的混合物，这两种渗锌剂一般渗锌层厚度较小，或者要达到很大厚度就必须提高保温温度和延长保温时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种固体粉末渗锌剂，解决了现有渗锌剂形成的渗锌层厚度小的问题。
本发明的另一个目的是提供一种固体粉末渗锌剂的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种固体粉末渗锌剂，按质量百分比由以下组分组成：供锌剂50％～90％，活化剂0.5％～5％，催渗剂0.2％～5％，其余为填充剂，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明的特点还在于，
供锌剂为纯锌粉，粒度为200～400目，金属锌含量≥98％。
活化剂为NH4Br、NH4I、(NH4)2SO4和NH3·H2O中的一种或几种的混合物。
催渗剂为稀土元素La、Ce、Nd、Pr、Yb、Eu的无水氯化物、氢化物、硫化物、硝酸盐及硫酸盐中的一种或几种混合物。
填充剂为氧化锆。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种固体粉末渗锌剂的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比分别称取供锌剂50％～90％，活化剂0.5％～5％，催渗剂0.2％～5％，其余为填充剂，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将供锌剂和填充剂混合均匀，再利用机械球磨机球磨10～15分钟，然后再添加活化剂和催渗剂并搅拌混合均匀，最后在氮气保护下120℃～150℃烘干1～1.5h，即得到固体粉末渗锌剂。
本发明的特点还在于，
步骤1中供锌剂为纯锌粉，粒度为200～400目，金属锌含量≥98％。
步骤1中活化剂为NH4Br、NH4I、(NH4)2SO4和NH3·H2O中的一种或几种的混合物。
步骤1中催渗剂为稀土元素La、Ce、Nd、Pr、Yb、Eu的无水氯化物、氢化物、硫化物、硝酸盐及硫酸盐中的一种或几种混合物。
步骤1中填充剂为氧化锆。
本发明的有益效果是，本发明固体粉末渗锌剂，原料广泛，活性高，渗速高，相同工艺条件下渗锌层厚度较无催渗剂时提高至少25μm以上，重复使用性能优异，渗锌层厚度可观、均匀，与基体结合强度高，硬度高，耐磨、耐蚀性能强，外观优异无花斑等，能耗小，生产成本底，适用于各种金属材料及构件，具有一定的经济效益，且其制备方法简单，方便实施。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种固体粉末渗锌剂，按质量百分比由以下组分组成：供锌剂50％～90％，活化剂0.5％～5％，催渗剂0.2％～5％，其余为填充剂，以上组分质量百分比之和为100％。
供锌剂为纯锌粉，粒度为200～400目，金属锌含量≥98％；活化剂为NH4Br、NH4I、(NH4)2SO4和NH3·H2O中的一种或几种的混合物；催渗剂为稀土元素La、Ce、Nd、Pr、Yb、Eu的无水氯化物、氢化物、硫化物、硝酸盐及硫酸盐中的一种或几种混合物；填充剂为氧化锆。
上述固体粉末渗锌剂的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比分别称取供锌剂50％～90％，活化剂0.5％～5％，催渗剂0.2％～5％，其余为填充剂，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将供锌剂和填充剂混合均匀，再利用机械球磨机球磨10～15分钟，然后再添加活化剂和催渗剂并搅拌混合均匀，最后在氮气保护下120℃～150℃烘干1～1.5h，即得到固体粉末渗锌剂。
本发明固体粉末渗锌剂，原料广泛，活性高，渗速高，相同工艺条件下渗锌层厚度较无催渗剂时提高至少25μm以上，重复使用性能优异，渗锌层厚度可观、均匀，与基体结合强度高，硬度高，耐磨、耐蚀性能强，外观优异无花斑等，能耗小，生产成本底，适用于各种金属材料及构件，具有一定的经济效益，且其制备方法简单，方便实施。
实施例1
步骤1，按质量百分比分别称取平均粒径为200目的纯锌粉50％，NH4Br5％，硝酸镧5％，氧化锆40％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将纯锌粉和氧化锆混合均匀，再利用机械球磨机球磨10分钟，然后再添加NH4Br和硝酸镧并搅拌混合均匀，最后在氮气保护下120℃烘干1.5h，即得到固体粉末渗锌剂。
将实施例1得到的固体粉末渗锌剂与20钢试样一起装入密封渗锌罐中，随炉升温至400℃静止加热渗锌1h，然后随炉冷却至200℃以下取出空冷至室温，即可在20钢表面得到致密均匀、外观优异的渗锌层，其厚度为45μm～75μm，硬度达475HV以上，结合强度高。
实施例2
步骤1，按质量百分比分别称取平均粒径为300目的纯锌粉60％，NH4I3％，无水氯化镧2％，氧化锆35％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将纯锌粉和氧化锆混合均匀，再利用机械球磨机球磨12分钟，然后再添加NH4I和无水氯化镧并搅拌混合均匀，最后在氮气保护下150℃烘干1h，即得到固体粉末渗锌剂。
将实施例2得到的固体粉末渗锌剂与20钢试样一起装入密封渗锌罐中，随炉升温至400℃转动加热渗锌1h，然后随炉冷却至200℃以下取出空冷至室温，即可在20钢表面得到致密均匀、外观优异的渗锌层，其厚度为55～100μm，硬度达475HV以上，结合强度高。
实施例3
步骤1，按质量百分比分别称取平均粒径为400目的纯锌粉80％，(NH4)2SO44％，硫酸铈1.5％，氧化锆14.5％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将纯锌粉和氧化锆混合均匀，再利用机械球磨机球磨15分钟，然后再添加(NH4)2SO4和硫酸铈并搅拌混合均匀，最后在氮气保护下130℃烘干1.3h，即得到固体粉末渗锌剂。
将实施例3得到的固体粉末渗锌剂与20钢试样一起装入密封渗锌罐中，随炉升温至400℃静止加热渗锌2h，然后随炉冷却至200℃以下取出空冷至室温，即可在20钢表面得到致密均匀、外观优异的渗锌层，其厚度为75～135μm，硬度达475HV以上，结合强度高。
实施例4
步骤1，按质量百分比分别称取平均粒径为280目的纯锌粉70％，NH3·H2O2％，无水氯化铈3％，氧化锆25％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将纯锌粉和氧化锆混合均匀，再利用机械球磨机球磨13分钟，然后再添加NH3·H2O和无水氯化铈并搅拌混合均匀，最后在氮气保护下140℃烘干1.2h，即得到固体粉末渗锌剂。
将实施例4得到的固体粉末渗锌剂与20钢试样一起装入密封渗锌罐中，随炉升温至400℃转动加热渗锌2h，然后随炉冷却至200℃以下取出空冷至室温，即可在20钢表面得到致密均匀、外观优异的渗锌层，其厚度为95～165μm，硬度达475HV以上，结合强度高。
实施例5
步骤1，按质量百分比分别称取平均粒径为350目的纯锌粉90％，NH3·H2O0.5％，硝酸铈0.2％，氧化锆9.3％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将纯锌粉和氧化锆混合均匀，再利用机械球磨机球磨14分钟，然后再添加NH3·H2O和硝酸铈并搅拌混合均匀，最后在氮气保护下135℃烘干1.2h，即得到固体粉末渗锌剂。
将实施例5得到的固体粉末渗锌剂与20钢试样一起装入密封渗锌罐中，随炉升温至400℃转动加热渗锌8h，然后随炉冷却至200℃以下取出空冷至室温，即可在20钢表面得到致密均匀、外观优异的渗锌层，其厚度为135～200μm，硬度达475HV以上，结合强度高。
实施例5中活化剂为NH3·H2O，也可以为NH4Br、NH4I、(NH4)2SO4和NH3·H2O中的一种或几种的混合物。
实施例5中催渗剂为硝酸铈，也可以为稀土元素La、Ce、Nd、Pr、Yb、Eu的无水氯化物、氢化物、硫化物、硝酸盐及硫酸盐中的一种或几种混合物。

Claims (10)

1.一种固体粉末渗锌剂，其特征在于，按质量百分比由以下组分组成：供锌剂50％～90％，活化剂0.5％～5％，催渗剂0.2％～5％，其余为填充剂，以上组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的固体粉末渗锌剂，其特征在于，所述供锌剂为纯锌粉，粒度为200～400目，金属锌含量≥98％。
3.根据权利要求1所述的固体粉末渗锌剂，其特征在于，所述活化剂为NH4Br、NH4I、(NH4)2SO4和NH3·H2O中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的固体粉末渗锌剂，其特征在于，所述催渗剂为稀土元素La、Ce、Nd、Pr、Yb、Eu的无水氯化物、氢化物、硫化物、硝酸盐及硫酸盐中的一种或几种混合物。
5.根据权利要求1所述的固体粉末渗锌剂，其特征在于，所述填充剂为氧化锆。
6.一种固体粉末渗锌剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比分别称取供锌剂50％～90％，活化剂0.5％～5％，催渗剂0.2％～5％，其余为填充剂，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将供锌剂和填充剂混合均匀，再利用机械球磨机球磨10～15分钟，然后再添加活化剂和催渗剂并搅拌混合均匀，最后在氮气保护下120℃～150℃烘干1～1.5h，即得到固体粉末渗锌剂。
7.根据权利要求6所述的固体粉末渗锌剂的制备方法，其特征在于，步骤1中供锌剂为纯锌粉，粒度为200～400目，金属锌含量≥98％。
8.根据权利要求6所述的固体粉末渗锌剂的制备方法，其特征在于，步骤1中活化剂为NH4Br、NH4I、(NH4)2SO4和NH3·H2O中的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求6所述的固体粉末渗锌剂的制备方法，其特征在于，步骤1中催渗剂为稀土元素La、Ce、Nd、Pr、Yb、Eu的无水氯化物、氢化物、硫化物、硝酸盐及硫酸盐中的一种或几种混合物。
10.根据权利要求6所述的固体粉末渗锌剂的制备方法，其特征在于，步骤1中填充剂为氧化锆。
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