CN104805399B - 一种彩色料浆渗铝工艺 - Google Patents

Abstract

一种彩色料浆渗铝工艺，属于渗铝技术领域，料浆的制备步骤如下：1）按照聚乙烯醇0.1‑20%、羟甲基纤维素钠0.1‑10%、增稠剂0.1‑10%、余量为水的重量百分比调制成粘结剂料浆；2）按照供铝剂：10‑65%、松散剂：3.5‑65%、活化剂：1‑30%的比例混合，调制成供铝剂；3）在上述粘结剂料浆中加入供铝剂并混合，调制渗铝料浆使渗铝剂与粘结剂的比例进入1:0.5‑1.2的范围内；对渗铝件涂覆后进行二次加热处理。利用了料浆涂敷方法，不存在粉尘污染，这种工艺劳动环境好、劳动强度低、工艺相对简单，生产成本低，不会发生安全生产事故，对环境污染小，有利于环境保护。

Description

一种彩色料浆渗铝工艺

技术领域

本发明涉及一种渗铝工艺，特别涉及一种彩色料浆渗铝工艺，属于渗铝技术领域。

背景技术

渗铝是一种金属铝原子渗入金属工件表层内的化学热处理工艺，一般的工艺是将金属工件放在含有渗入金属元素的渗剂中，加热到一定温度，渗剂热分解所产生的渗入金属元素的活性原子便被吸附到工件表面，并扩散进入工件表层，从而改变工件表层的化学成分、组织和性能。金属元素渗入以后形成的化合物或钝化膜，具有较高的抗高温氧化能力和抗腐蚀能力，能分别适应不同的环境介质。

目前国内采用的渗铝工艺一般有粉末渗铝工艺和液体渗铝工艺。

在粉末渗铝工艺中，存在着粉尘污染严重、气味浓，渗铝箱有时会引发爆裂的危险性，会喷出大量的渗剂，渗铝层脆性大有时会脱落、生锈等问题，有的经粉末渗铝处理产品为防止生锈还需要进行表面发蓝处理，由于该工艺较为复杂，因此，成本相应要高。

利用液体渗铝工艺是依靠铝液和渗铝件的物理接触进行渗铝处理，如果在渗铝处理之前的酸处理工序中不能将渗铝件上的氧化层、锈和污垢清理干净，这些未处理之处的渗铝就无法彻底完成，会出现漏渗现象，这种漏渗现象如果发生在钢管的内表面，目前，尚没有较好的检验方法进行检验，因此，液体渗铝产品主要用于耐热方面，不能用于耐化学介质腐蚀方面，另外，经过液体渗铝处理的产品，还需要进行扩散退火，生产工艺比较繁琐，处理过程中容易发生铝液爆浅，容易伤人，再一个是生产中，万一发生渗铝锅漏铝的话，会引起铝的浪费，严重者会引起炉子报废，如何才能避免上述两种工艺中存在的问题，是渗铝行业技术人员孜孜不倦研发的方向。

发明内容

针对粉末渗铝工艺和液体渗铝工艺中存在的污染大、气味浓、渗铝层脆性大、容易出现漏渗等问题、这两种渗铝工艺繁琐，特别是会发生伤人事故等问题，本发明提供一种彩色料浆渗铝工艺，其目的是减少污染，降低生产成本，改善劳动条件，丰富渗铝件的色泽。

本发明的技术方案是：料浆彩色渗铝工艺，渗铝工艺为如下步骤：

除油→酸洗→配制料浆→渗铝件上涂覆料浆→晾干或烘干→入箱、装炉→加热渗铝→出炉、出箱→清除渗剂→加热上彩，在渗铝件表面形成彩色渗铝层；所述料浆包括粘结剂和渗铝剂，所述渗铝剂包括供铝剂、松散剂以及活化剂，其中料浆粘结剂由聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素钾、增稠剂、水构成，构成料浆的重量百分比如下：

聚乙烯醇0.1-20%、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素钾0.1-10%、增稠剂0.1-10%、供铝剂10-65%、松散剂3.5-35%、活化剂4-30%、余量为水；

具体制备步骤如下：

1）按照上述料浆中聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素钾、增稠剂、水的重量百分比调制成粘结剂；

2）按照上述料浆中供铝剂、松散剂、活化剂的重量百分比，调制渗铝剂；

3）在上述调制的粘结剂中加入调制的渗铝剂并混合，调制渗铝料浆；

4) 加热渗铝工艺中，利用850-950℃的温度，对渗铝件加热3-5小时；

5)上彩工艺中，根据渗铝件所需颜色，利用以下相应温度对所需渗铝件加热上彩，使表面形成不同颜色：

黄色：400-450℃；

紫色：680-750℃；

混合色：750-800℃；

蓝 色：750-850℃；

灰 色：850-950℃；

进一步，所述除油工艺中，利用加热或除油剂处理，加热温度在300-400℃之间；

进一步，所述渗铝层厚度在50um-200um；

进一步，所述活化剂为氯化亚铜、氯化铜、氯化镁、氯化铁、氯化亚铁、氯化锰、氯化亚锰、氯化铝、氯化锌、氯化铵、盐酸中的任意一种或多种活化剂的混合物；

进一步，所述松散剂为面沙、高岭土、氧化铝、石英粉、熟耐火土、铝矾土中的任意一种或多种松散剂的混合物。

本发明的有益效果是：利用本渗铝工艺可以对各种钢管、钢板、元钢、型钢以及各种钢铁制品等进行渗铝加工，还可以对钛材、铜材进行渗铝处理，通过使用粘结剂可以将渗铝剂粘结在渗铝件表面，通过使用铝粉和活化剂中的氯化物与铝发生反应，生成三氯化铝，在加热的情况下，分解成铝原子，渗入到金属材料表层，同时渗铝工艺可提高金属的耐高温氧化和耐腐蚀性能；这种工艺与传统的工艺相比较，因采用的是上浆涂敷工艺，因此，渗铝过程中没有气味、不喷洒渗剂，渗层韧性好不会脱落或生锈，不会产生漏渗现象，也无需发蓝处理或扩散退火处理，利用振动或敲击渗剂即可容易地被清除，利用不同温度对渗铝件再次加热，可使渗铝件显示不同颜色，由于这种工艺利用了料浆涂敷，不存在粉尘污染，这种工艺劳动环境好、劳动强度低、工艺相对简单，生产成本低，不会产生爆浅等安全事故，对环境污染小，有利于环境保护。

附图说明

图1 940℃温度下，不同铝配比对渗铝速度的影响示意图。

图2 940℃温度下，涂覆层厚度对渗铝速度的影响示意图。

具体实施方式

本发明的技术方案是一种多彩料浆渗铝工艺，包括粘结剂和渗铝剂，所述粘结剂成分在料浆中的重量百分比为：聚乙烯醇0.1-20%、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素钾0.1-10%、增稠剂0.1-10%、其余为水；所述渗铝剂包括供铝剂、松散剂以及活化剂，其主要成分以及在料浆中的重量百分比如下：供铝剂10-65%、松散剂3.5-65%、活化剂0.1-30%。

其中，供铝剂采用铝粉；松散剂采用面沙、高岭土、氧化铝、石英粉、氧化铝、二氧化铝、铝矾土、熟耐火土中的任意一种或多种松散剂的混合物；活化剂采用氯化亚铜、氯化铜、氯化镁、氯化铁、氯化亚铁、氯化锰、氯化亚锰、氯化锌、氯化铵、氯化铝以及盐酸中的任何一种或多种的混合物。

铝粉的配比直接影响到铝渗入的速度和渗层的性能，铝配比量大，其渗入速度快，渗入层的铝含量高，渗层的韧性低，表面粗糙，已形成灰色，铝配比小则相反。

粘结剂的作用主要是将渗剂粘接到渗铝件表面，调整料浆的浓度，保证涂层厚度，如果涂层太厚，会形成黑色，料浆浓度大，涂层厚，渗速快，渗层的脆性大，表面粗糙，含铝量高，涂层薄，效果相反。

所述彩色料浆渗铝工艺为如下步骤：

A、除油：加热或利用除油剂处理，加热温度在300-400℃之间；

B、酸洗：利用浓度为50%的盐酸对渗铝件进行30分钟左右的清洗；

C：配制料浆：

1）按照料浆中聚乙烯醇0.1-20%、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素钾0.1-10%、增稠剂0.1-10%、水的重量百分比调制成粘结剂料浆；

2）按照料浆中供铝剂10-65%、松散剂3.5-65%、活化剂1-30%的比例混合，调制成渗铝剂；

3）在上述粘结剂料浆中加入供铝剂并混合，调制渗铝料浆使渗铝剂与粘结剂的比例进入1:0.5-1.5的范围内，如果料浆粘度大，为了涂覆方便，可用水稀释；

D、渗铝件上涂覆料浆：将配制好的料浆涂覆到渗铝件整个表面，喷涂、刷涂、浸渍等均可；

E、晾干或烘干：对经过涂覆料浆的渗铝件自然晾干，或利用低于200℃的温度对渗铝件进行干燥，直到表面料浆水分干燥为止，也可以先晾干到一定程度后，再利用烘干方法继续干燥，一般烘干温度在80-200℃；

F、入箱、装炉：干燥后，将涂有料浆的渗铝件放入渗铝箱、再装入渗铝炉中，渗铝炉使用台式渗铝加热炉或垂直渗铝加热炉，入箱、入炉时需要小心放置，否则会使涂层脱落，为保证质量，最后是密闭状态，所述高温渗铝工艺中，利用850-950℃的温度，对渗铝件加热3-7小时。

加热过程中，如果温度过高，渗铝的时间与渗铝层厚度是成正比例，渗铝后的冷却方式可根据情况而定；

H、出炉或出箱：将经过渗铝处理的渗铝件移出渗铝炉、渗铝箱；

R、清除渗剂：对渗铝件降温，利用振动或敲击，使附着在渗铝件表面剩余渗铝剂脱落，并用水清洗；

J、上彩：根据渗铝件所需颜色，利用相应温度对所需渗铝件加热上彩，使表面形成所需色彩的渗透件，所述上彩的温度具体如下：

黄色：420-450℃；

紫色：680-700℃；

混合色：750-800℃；

蓝 色：750-850℃；

灰 色：850-950℃；

所述渗铝层厚度在50um-200um。

在上述渗铝工艺中，采用的各种材料的作用如下：

聚乙烯醇（简称PVA)外观为白色粉末，是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物，其水溶液有很好的粘接性和成膜性。

羧甲基纤维素钠(carboxymethylcellulose，CMC)，羧甲基纤维素钠溶液粘度用作黏结剂、抗再沉凝剂，受分子量、浓度、温度及pH的影响，且与羟乙基或羟丙基纤维素、卡拉胶、槐豆胶、瓜尔胶、琼脂、海藻酸钠、果胶、阿拉伯胶和淀粉及其衍生物等有良好的配伍性（即协同增效作用），主要是利用羧甲基纤维素钠的乳化和防护胶体性质，在洗涤过程中，它产生阴离子可以同时使被洗物表面与污垢粒子带负电荷，这样污垢粒子在水相中有分相性，与固相被洗物表面有排斥性，因此能够防止污垢再沉积于被洗物上。

其次羧甲基纤维素钠有增稠作用，主要是使涂覆浆料不沉淀。

在本实施例中，通过将渗铝剂与粘结剂之间的混合，可防止发生铝粉的爆炸事故。

加热到一定温度，渗剂会发生化学反应，产生铝原子，附着在工件表面，在高温状况下，扩散进入工件表层，从而改变工件表层的化学成分、组织和性能。

被渗铝的材料可以是钢铁部件、钛、铜部件。

参照图1，在940℃温度下，料浆中，不同铝的配比可直接影响铝的渗入速度和渗铝层的性能，生产中，可根据不同要求选择不同铝层的配比，铝配比大渗铝速度快，渗层中的铝含量高，但渗层的韧性低，表面粗糙，外表呈现灰色，铝配比小则相反。

参照图2 ，在940℃温度下，不同料浆涂层厚度对渗铝速度具有一定的影响，粘结剂的作用主要是将渗剂粘结在渗铝件的表面，调正料浆的浓度，以此保证涂层厚度的均匀，如果粘结剂配比过大，会形成炭黑，料浆浓度过大、涂层厚，渗速快，渗层的脆性大，表面粗糙，但含铝量就会大；如果涂层薄效果则相反。

按照各种比例进行了料浆的调制，然后对棒钢进行渗铝处理，对结果进行了评价：

表一：

在表一中松散剂和活化剂使用了多种原料中的任意一种，也可以将多种松散剂或活化剂混合成上述比例使用。

针对按照上述工艺处理后的钢材进行了耐腐蚀试验，实验时，利用了浓度为60%的硫酸钠，40%的氯化钠均匀混合后，放入陶瓷容器中，加热到800℃，试样利用铂丝吊挂，选入盐浴中，经过24小时腐蚀后，取出清洗，并清除掉表面的黑色物，干燥后称重，利用重量变化评价耐腐蚀性，清洗后的渗铝件表面光洁，容易清理表面，而未渗铝的清理起来困难，从表面看，渗铝件的耐腐蚀性能有很大的提高，从失重少测得重量得知，渗铝件比未渗铝件的耐腐蚀性提高了60倍。

表二：

从表二可以看出，利用渗铝加工过后的钢材料，具有明显的耐腐蚀效果。

另外，在静态状况下，对渗铝件进行了高温抗氧化性进行了试验。

针对按照上述工艺处理后的钢材进行了抗氧化试验，实验时，将3#钢和为渗铝钢分别放在陶瓷坩埚中，同事进行加热，分别测得600-1000℃不同时间的氧化增重值，比较抗氧化性能的优良程度。

测量方法利用了不连续的称重法。

测量单位mg/cm²检测的结果如表三，3#钢在高于600℃以后随着温度的升高，氧化皮快速增厚，遇冷脱皮，到700℃以后，氧化皮呈熔融状态，高于1000℃后，10小时即可看到厚度2mm的氧化皮。

表三：

表四是渗铝后的试片可极大地提高抗氧化性，但在不同温度下效果具有一定的差别，在800℃以下的温度状况下，具有了优良的抗氧化性，经100小时几乎没有增量。

表四：

从900℃以后，抗坑氧化性能开始减弱，但是，其抗过氧化能力仍然提高70倍以上。

针对强度没有进行硬度检测，其硬度为HRB250-350度。

利用本渗铝工艺可以对各种钢管、钢板、元钢、型钢以及各种钢铁制品、标准件等制品进行渗铝加工，还可以对钛材、铜材进行渗铝处理，通过使用粘结剂可以将渗铝剂粘结在渗铝件上，通过使用铝粉和活化剂中的氯化物或与铝发生反应，生成三氯化铝，在加热的情况下，分解成铝原子，渗入到金属材料表层中，同时渗铝工艺可提高金属的耐高温氧化和耐腐蚀性能；利用不同温度对渗铝件再次加热，可使渗铝件显示不同颜色，这种工艺与传统的工艺相比较，因采用的是上浆涂敷工艺，因此，没有粉尘污染，渗铝过程中没有气味、不喷洒渗剂，渗层韧性好不会脱落或生锈，不会产生漏渗现象，也无需发蓝处理或扩散退火处理，利用振动或敲击渗剂即可容易地被清除，由于利用了料浆涂敷，不存在粉尘污染，这种工艺劳动环境好、劳动强度低、工艺相对简单，生产成本低，不会产生爆浅等安全事故，对环境污染小，有利于环境保护。

Claims (5)

1.料浆彩色渗铝工艺，其特征在于：渗铝工艺为如下步骤：

除油→酸洗→配制料浆→渗铝件上涂覆料浆→晾干或烘干→入箱、装炉→加热渗铝→出炉、出箱→清除渗剂→加热上彩，在渗铝件表面形成彩色渗铝层；所述料浆包括粘结剂和渗铝剂，所述渗铝剂包括供铝剂、松散剂以及活化剂，其中料浆粘结剂由聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素钾、增稠剂、水构成，构成料浆的重量百分比如下：

聚乙烯醇0.1-20%、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素钾0.1-10%、增稠剂0.1-10%、供铝剂10-65%、松散剂3.5-35%、活化剂4-30%、余量为水；

具体制备步骤如下：

1）按照上述料浆中聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素钾、增稠剂、水的重量百分比调制成粘结剂；

2）按照上述料浆中供铝剂、松散剂、活化剂的重量百分比，调制渗铝剂；

3）在上述调制的粘结剂中加入调制的渗铝剂并混合，调制渗铝料浆；

4) 加热渗铝工艺中，利用850-950℃的温度，对渗铝件加热3-5小时；

5)上彩工艺中，根据渗铝件所需颜色，利用以下相应温度对所需渗铝件加热上彩，使表面形成不同颜色：

黄色：400-450℃；

紫色：680-750℃；

混合色：750-800℃；

蓝 色：750-850℃；

灰 色：850-950℃。

2.根据权利要求1所述的料浆彩色渗铝工艺，其特征在于：所述除油工艺中，利用加热或除油剂处理，加热温度在300-400℃之间。

3.根据权利要求1所述的料浆彩色渗铝工艺，其特征在于：所述渗铝层厚度在50um-200um。

4.根据权利要求1所述的料浆彩色渗铝工艺，其特征在于：所述活化剂为氯化亚铜、氯化铜、氯化镁、氯化铁、氯化亚铁、氯化锰、氯化亚锰、氯化铝、氯化锌、氯化铵、盐酸中的任意一种或多种活化剂的混合物。

5.根据权利要求1所述的料浆彩色渗铝工艺，其特征在于：所述松散剂为面沙、高岭土、氧化铝、石英粉、熟耐火土、铝矾土中的任意一种或多种松散剂的混合物。