CN105132845A - 一种机械镀锌层热渗用填充剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械镀锌层热渗用填充剂，属于钢铁材料的表面化学热处理及镀覆技术领域。本发明的机械镀锌热渗用填充剂由氧化锆30%～60%，氧化锌5%～10%，氧化铝10%～25%，磷酸三钙10%～30%，钠基膨润土5%～20%组成。本发明的填充剂使用时作为机械镀锌钢铁制件在密封容器中热渗用填充介质，采用本发明填充剂，机械镀锌层在密封容器中热渗处理后表面可获得厚度均匀的渗锌层，且成品率高，渗锌速度快。

Description

一种机械镀锌层热渗用填充剂

技术领域

本发明涉及一种机械镀锌层热渗用填充剂，属于钢铁材料的表面化学热处理及镀覆技术领域。

背景技术

渗锌是采用扩散的方法在钢铁制件表面获得铁—锌合金保护层的防腐工艺。相对于热浸镀锌而言，渗锌层具有渗层均匀、硬度高、耐磨性能好、渗层厚度可控、尺寸精度较高、耐腐蚀性能更佳等优点。它适合于尺寸较小、形状复杂的零件，尤其是适合于尺寸精度有配合要求且同时又要求耐腐蚀性能和耐磨性能的零件，被广泛应用于紧固件、弹簧、阀门、轴、销、链、齿轮等机械零件和一些中小型结构件、管件。

目前的渗锌工艺以粉末渗锌为多见，粉末渗锌是将渗锌剂与钢铁制件按一定比例装入滚动（或旋转）的炉罐或渗锌箱中，加热到400℃左右，在保温的条件下使炉罐或渗锌箱的零件与填料不停地碰撞与摩擦，渗剂中的金属锌在钢铁制件表面产生活性锌原子，活性锌原子吸附到钢铁表面，然后锌原子扩散进入钢铁基体。随着锌原子不断地扩散进入钢铁基体，在钢铁基体表面形成一层连续的锌—铁合金层，同时铁原子也穿过锌—铁合金层向外扩散，形成锌—铁的互扩散反应，锌—铁合金层不断增厚，最终形成渗层。

目前用于工业生产的粉末渗锌工艺是将钢铁制件经过前处理后及时烘干，然后装入炉罐或渗锌箱，再加入填料或添加剂后进行热渗处理。由于烘干与装料间隔内钢铁制件不可避免地发生一定程度的二次氧化，再有渗剂中的金属锌粉不可能与基体表面的任意一点位置都能均匀接触，这些都可能造成钢铁制件的漏渗，导致钢铁制件的热渗合格率不理想。还有，渗锌过程是锌铁原子之间的互扩散过程，要达到一定的渗层厚度则需要一定的加热或保温时间，即使在真空条件下渗锌，仍需要4～6小时以上的保温时间，对于形状复杂的工件甚至需要8～10小时的保温时间，这严重影响了生产效率，也极大地影响了该项技术的应用和发展。

为了提高钢铁制件渗锌的成品率和生产效率，人们提出了镀后扩散渗锌技术，即先在钢铁制件表面预镀锌层，再进行热扩散得到渗锌层。此技术中镀锌层可直接在基体表面提供活性锌原子，能促进基体表面的锌—铁互扩散，缩短渗锌时间，提高渗锌层质量。预镀锌层可采用热浸镀、电镀、热喷涂等工艺获得，电镀锌的镀层厚度较薄，扩散后形成的渗锌层也薄，耐腐蚀寿命有限，不适合作为预镀锌层；热喷涂锌可以获得较厚的镀层，但锌涂层中的氧化夹杂较多，易造成漏渗，也不适合作为预镀锌层；热浸镀锌层可以获得厚镀层，且镀层是由锌—铁合金层和表面的纯锌层构成，其中锌—铁合金层是锌和铁之间的界面化学反应和原子扩散反应所致，且在热浸镀过程这一合金层发生了锌原子和铁原子的互扩散，所以从原子的扩散距离考虑热浸镀锌层有利于实现渗层的形成；但德国的研究者早在20世纪80年代开展的腐蚀行为研究中就发现热浸镀锌层的热渗过程会出现柯肯达尔效应（PeterMaass,PeterPeissker.Handbookofhot-dipgalvanization,WILEY-VCH,2011.4），产生渗层空位缺陷，最终导致镀层、渗层脱落，可见热浸镀锌层也不适合作为预镀锌层。

机械镀锌是在常温、常压下利用物理、化学吸附沉积和机械碰撞，使金属锌粉在钢铁制件表面形成镀层的一种表面处理工艺。机械镀锌的工艺方法目前在工业中已稳定应用多年，如中国专利ZL93105628.4所述，可以根据需要得到5～110微米范围内任意厚度的镀锌层。机械镀锌工艺的锌粉有效使用率达到90%以上，成品率高于95%，相同镀层厚度的生产成本仅为热浸镀锌的40～60%。机械镀锌层的热渗实验表明，在一定的热渗温度、时间等条件下可以制备机械镀锌层的渗层。机械镀锌层是附着在钢铁基体表面上的由超细锌粉构成的镀锌层，镀层和钢铁基体之间属于物理结合，界面处不存在锌—铁合金层，从原子扩散的动力学上分析机械镀锌层可能更有利于获得质量稳定的渗锌层，且生产效率应该明显增加。鉴于此，本发明基于钢铁制件表面的镀锌层，提出一种保障机械镀锌层热渗环境、促进机械镀锌层热渗速度、提高机械镀锌层热渗层质量的填充剂，以获得优质、高效的机械镀锌热渗层。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于钢铁制件表面机械镀锌层在密封容器中热渗用的填充剂。

本发明所述机械镀锌层热渗用填充剂的成分及质量百分比为：氧化锆30%～60%、氧化锌5%～10%、氧化铝10%～25%、磷酸三钙10%～30%、钠基膨润土5%～20%。

本发明所述机械镀锌层热渗用填充剂用于机械镀锌钢铁制件表面镀层在密封容器中热渗处理。

本发明所用原料均为市售工业级化工原料。

本发明所述填充剂用于钢铁制件表面机械镀锌层在密封容器中热渗处理时：所用方法为常规热渗方法，具体为：将原料按质量百分比称量并混合均匀，之后与机械镀锌钢铁制件一同装填入渗锌容器，装填时应保证每个机械镀锌钢铁制件完全被上述填充剂隔离，渗锌容器内物料装满后经适当振实，之后将渗锌容器加盖采用耐火泥密封；然后将渗锌容器放入加热炉内进行加热保温，完成渗锌过程。

本发明所述填充剂组成中含有一定量的氧化锆、三氧化二铝，使得所述填充剂在热渗过程中具有导热率大、热膨胀系数小的优点，能够保证机械镀锌钢铁制件热渗过程的静置。

本发明所述填充剂组成中含有一定量的磷酸三钙、钠基膨润土，它们具有优异的抗结块性能，同时又能提高粉体的流动性，又具有优良的压实性，这些可以确保填充剂装填时的流动性、致密度，阻止热渗过程空气和水蒸气到达机械镀锌层表面，减少热渗过程镀层的氧化损失。

本发明的有益效果：

（1）本发明填充剂用于机械镀锌层热渗处理时渗层成品率高：采用本发明填充剂用于机械镀锌层热渗处理时，填充剂将机械镀锌试样隔离并封闭在热渗容器内，热渗时机械镀锌试样处于较好的封闭环境，镀层表面和工件表面不与外界空气接触，防止了镀层表面的氧化，有利于机械镀锌层向基体表面以及镀锌层和基体之间发生扩散，加热时用填充剂渗层成品率高。

（2）本发明填充剂用于机械镀锌层热渗处理时生产效率高：传统的粉末渗锌过程，依靠锌粉和基体表面之间的间断接触提供活性锌原子，所需要的渗锌时间较长，生产效率低；机械镀锌试样热渗过程镀层已经覆盖在基体表面，本发明的填充剂将机械镀锌试样整体与外界隔离，在热量的作用下镀层一直都处于提供活性锌原子的状态，所提供活性锌原子的数量和速度显著高于传统的粉末渗锌过程，可明显缩短渗锌时间，提高生产效率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

本实施例所述机械镀锌层热渗用填充剂的成分及质量百分比为：氧化锆60%、氧化锌5%、氧化铝10%、磷酸三钙10%、钠基膨润土15%。

将上述原料混合均匀后与机械镀锌层厚度为30微米的Ф16厚度2mm的平垫片共同装入渗锌箱，在350℃加热炉中保温3小时；冷却后开箱将垫片分离，垫片表面呈均匀的灰色，无杂物粘接附着，横断面金相法发现渗锌层的厚度约24微米，且渗层厚度均匀。

实施例2

本实施例所述机械镀锌层热渗用填充剂的成分及质量百分比为：氧化锆40%、氧化锌10%、氧化铝25%、磷酸三钙20%、钠基膨润土5%。

将上述原料混合均匀后与机械镀锌层厚度50微米的M20建筑用螺栓共同装入渗锌箱，在400℃加热炉中保温2小时；冷却后开箱将螺栓分离，螺栓外观呈均匀的灰色，无杂物粘接附着，螺牙部位清晰，横断面金相法发现渗锌层的厚度约46微米，且渗层厚度均匀。

实施例3

本实施例所述机械镀锌层热渗用填充剂的成分及质量百分比为：氧化锆30%、氧化锌6%、氧化铝24%、磷酸三钙30%、钠基膨润土10%。

将上述原料混合均匀后与机械镀锌层厚度60微米的M30轨道用地脚螺栓共同装入渗锌箱，在380℃加热炉中保温3小时；冷却后开箱将螺栓分离，螺栓外观呈均匀的灰色，无杂物粘接附着，螺牙部位清晰，横断面金相法发现渗锌层的厚度约55微米，且渗层厚度均匀。

实施例4

本实施例所述机械镀锌层热渗用填充剂的成分及质量百分比为：氧化锆50%、氧化锌8%、氧化铝12%、磷酸三钙12%、钠基膨润土18%。

将上述原料混合均匀后与机械镀锌层厚度60微米的M24U型螺栓共同装入渗锌箱，在360℃加热炉中保温2.5小时；冷却后开箱将螺栓分离，螺栓外观呈均匀的灰色，无杂物粘接附着，螺牙部位清晰，横断面金相法发现渗锌层的厚度约56微米，且渗层厚度均匀。

Claims (2)

1.一种机械镀锌层热渗用填充剂，其特征在于：所述填充剂的成分及质量百分比为：氧化锆30%～60%、氧化锌5%～10%、氧化铝10%～25%、磷酸三钙10%～30%、钠基膨润土5%～20%。

2.根据权利要求1所述的机械镀锌层热渗用填充剂，其特征在于：所述填充剂用于机械镀锌钢铁制件表面镀层在密封容器中热渗处理。