CN105543775A - 一种快速粉末渗锌剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速粉末渗锌剂，具有以下原料及其重量份数配比：锌粉55~85份、海泡石粉0.5~5份、稀土氧化铈0.2~5份、氯化铵0.5~10份、铝粉1~10份、氧化铝10~45份；所述各原料按重量份数配比合成100份，均匀搅拌混合。所述快速粉末渗锌剂的使用方法，其步骤是：将所述粉末渗锌剂与欲渗锌的钢铁件装入滚筒式加热炉的陶瓷内衬筒里，加盖密封；控制滚筒式加热炉转速从1r/min升至60r/min，再降速至1r/min，如此循环升降；滚筒式加热炉升温至390~410℃，保温20~200min后，缓冷至室温，停炉取出钢铁件。本发明渗锌速度快、不粘结、防腐蚀性能高。

Description

一种快速粉末渗锌剂及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种快速粉末渗锌剂及其使用方法，属于钢铁件的表面防护技术领域，具体涉及在钢铁件表面形成锌铁合金防护层的化学热处理行业。

背景技术

室外钢结构及紧固件、高速公路护栏、桥梁，水暖器具、建筑五金、汽车、工程机械等钢铁零部件，粉末冶金制品以及化工、海洋、冶金、发电等工程中使用的钢铁零部件，常常需要耐腐蚀防护层。锌是钢铁件表面防护中最常使用的化学元素：热浸镀锌层，厚度一般在15～130μm，构件平面与边角镀层厚度有明显差别，均匀性差，不易控制；电镀锌层，厚度一般在5～25μm，平面镀层均匀性好，但构件内部空腔的镀层薄，且有时无镀层；热喷涂锌层，厚度一般为84～300μm，也可厚达3mm，厚度均匀性差，致密性低；粉末渗锌层，厚度只取决于渗锌剂、加热温度与保温时间等工艺参数，与构件的形状和位置基本无关，当处理带有螺纹、凹槽和内孔等复杂形状的钢铁件时，渗锌层的厚度几乎相同，一般厚度可以在10～100μm之间选择，通过调整保温时间准确控制在某一厚度值附近。

粉末渗锌，是将粉末渗锌剂与钢铁件共置于密封容器中，加热到400℃左右，使活性锌原子由钢铁件的表面向内部渗透，在其表层形成均匀的锌铁合金层的工艺方法。相对于其他方法，粉末渗锌的锌消耗量低、节省原材料；生产过程无污染，劳动条件好；生产设备简单，使用和维修成本低。粉末渗锌在钢铁件表面形成的锌铁合金层具有耐腐蚀性强、硬度高、耐磨损、抗划伤、涂覆性能好等优点。

腐蚀、锈蚀是钢铁材料的天敌。据估算，世界钢产量约有十分之一损耗于腐蚀、锈蚀。实践证明，在海洋大气、恶劣的工业大气等多种环境下，渗锌层的耐蚀性优于热镀锌、电镀锌和不锈钢。渗锌层表面维氏硬度可以达到250～400，而热镀锌、电镀锌钢铁件表面为纯锌，镀层维氏硬度仅为70左右，因此渗锌与热镀锌和电镀锌相比，钢铁件的表面耐磨性和抗擦伤性能好得多。在一般情况下，渗锌生产的前处理只采用抛丸机除锈清油，且用布袋除尘。粉末渗锌技术为锌的固体渗，没有锌蒸气产生，工件与粉末渗锌剂又在密闭的器具中进行渗透和分离，对周围环境没有污染。据测算，热镀锌钢铁件吨产品的锌消耗量为100公斤左右，而粉末渗锌仅为30公斤左右，只占热镀锌的30%。另外，也没有锌锅腐蚀这一热镀锌的老大难问题。渗锌产品的渗锌层均匀，且与油漆的结合力为一级，涂漆后能实现复合防护，其耐腐蚀性均优于热镀锌、电镀锌和单一渗锌层。经渗锌处理的钢材制件不影响材料的力学性能。渗锌处理的温度比热镀锌低100～280℃，此温度下吸入钢基体的氢原子已扩散逸出。因此在应用中没有氢脆的危害，也能避免弹簧等一些高强度件因处理温度高造成力学性能下降的弊端。所以，粉末渗锌有广阔的应用前景。

但是，现有的粉末渗锌剂及其应用工艺需要的渗锌时间长；锌铁合金层的耐腐蚀性能还可以进一步提高；钢铁件表面粘结有渗锌剂，需要清理；用过的粉末渗锌剂结块，不便于回收再利用。故迫切需要寻找一种更加优良的粉末渗锌剂及其使用方法和应用工艺。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种快速粉末渗锌剂及其使用方法，缩短粉末渗锌时间，提高锌铁合金层的耐腐蚀性能，使粉末渗锌剂在渗锌时不结块、不与钢铁件粘结。为此，本发明采取的技术方案是：一种快速粉末渗锌剂，其特征在于，具有以下原料及其重量份数配比：锌粉55~85份、海泡石粉0.5~5份、稀土氧化铈0.2~5份、氯化铵0.5~10份、铝粉1~10份、氧化铝10~45份。

所述锌粉为含锌99.9%以上、颗粒直径40~60nm；所述海泡石粉为含海泡石98%以上、颗粒直径10~25μm；所述稀土氧化铈为含氧化铈95%以上、颗粒直径40~60nm；所述氯化铵为含氯化铵98%以上、颗粒直径5~20μm；所述铝粉为含铝95%以上、颗粒直径1~5μm；所述氧化铝为含氧化铝99%以上、颗粒直径60~90nm；所述各原料按重量份数配比合成100份，均匀搅拌混合在一起。

一种如上所述的快速粉末渗锌剂的使用方法，其特征在于，其方法步骤如下：

（1）将所述粉末渗锌剂与欲渗锌的钢铁件装入滚筒式加热炉的陶瓷内衬筒里，加盖密封；

（2）滚筒式加热炉转动，升温至390~410℃，保温；

（3）控制滚筒式加热炉转速从1r/min升至60r/min，再降速至1r/min，如此循环升降；

（4）保温20~200min后，缓慢冷却至室温，停炉取出钢铁件。

上述快速粉末渗锌剂中锌粉组份、海泡石粉组份、稀土氧化铈组份、氯化铵组份和铝粉组份越多，渗锌速度越快，但粉末渗锌剂易结块、易与钢铁件粘结。上述快速粉末渗锌剂的应用工艺中，选择的加热温度越高、保温时间越长，钢铁件表面所获得的锌铁合金层越厚。锌铁合金层厚度应根据钢铁件的具体使用环境确定，一般在10～100μm范围内选取为宜，并通过调整保温时间准确控制在某一厚度值附近。

锌粉是形成锌铁合金防护层的主要元素，应选高纯度、纳米级超细微粉。锌粉为灰色，球状晶形结构；密度为7.14g/cm³，熔点为419℃，沸点为907℃；不溶于水，能溶于酸和碱、氨水；活性高，耐蚀性好，环保；分散性好，粒度均匀，具有很强的还原性；比表面积大，遮盖效率高。

海泡石粉是一种层链状结构的含水富镁硅酸盐矿物，收缩率低、可塑性好，比表面大，吸附性强，具有良好的吸湿作用，也可用作催化剂载体；具有巨大的活性表面积，能保住产品的活性，作活化剂使用。在本发明中，作为干燥组份、活化组份、催化组份。

稀土氧化铈是常用的催化剂或催化剂助剂，在本发明中作为催化组份，应选高纯度、纳米级超细微粉。氧化铈为淡黄或黄褐色；密度7.13g/cm³。熔点2397℃；不溶于水和碱，微溶于酸。

氯化铵主要起活化、助吸附作用，在本发明中作为活化组份、助吸附组份，应选高纯度微粉。氯化铵为无色晶体或白色结晶性粉末；无臭，味咸、凉；有引湿性，在水中易溶，在乙醇中微溶。

铝粉是强氧化剂，能保持渗剂中锌的活性，在本发明中作为活化组份使用。超细球形铝粉，质轻、遮盖力强、对光和热反射性好，还原性好、极易氧化。进入渗锌层中的微量铝也有提高渗锌层耐高温腐蚀的作用。

氧化铝主要起分散、防粘结作用，在本发明中作为分散组份，应选高纯度、纳米级微粉，以减少锌原子的迁移阻碍。

在390~410℃温度下，钢铁件被粉末渗锌剂包围，在干燥组份、催化组份、活化组份、助吸附组份、分散组份的共同作用下，活性锌原子被钢铁件表面吸附、聚集、进而向里扩散，与铁原子形成锌铁合金层；在滚筒式加热炉变速转动的作用下，钢铁件与粉末渗锌剂充分接触，再加上滚动时的撞击，非常适宜活性锌原子的迁移，钢铁件表面被活性锌原子全覆盖，进而被钢铁件表面吸附、聚集，加速了渗锌的速度。

在使用状态下，渗锌的钢铁件表面首先形成锌的致密保护膜，这种保护膜与渗层结合牢固并且是很难溶解的腐蚀产物，它阻挡了腐蚀剂与金属的接触，阻止了腐蚀的进一步发生；锌铁合金层为致密的、完全没有空隙的冶金层，具有很高的硬度和抗磨损特性，这种均匀的合金层也会对基体性能起到良好的保护作用；在潮湿的环境中，锌常作为阳极，而钢铁件内部的铁常作为阴极，因而具有非常有效的牺牲阳极、保护阴极的电化学防腐蚀作用。即使在渗锌层局部损坏的情况下，渗锌层与基体形成的电解偶也能有效保护基体金属不腐蚀。渗锌层的这三重保护作用，使其在大气环境、酸性工业气氛、中性和微碱性等各种介质中，均具有良好的耐腐蚀性能，具有更高的耐腐蚀寿命。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明所述快速粉末渗锌剂，对钢铁件的前处理要求不严格。除主渗元素锌以外，还含有干燥组份、催化组份、活化组份、助吸附组份、分散组份，在它们的共同作用下，锌原子活性强，易被钢铁件表面吸附、聚集、进而向里扩散，能有效缩短粉末渗锌时间；

（2）采用本发明所述快速粉末渗锌剂的使用方法，采用变速滚动撞击方式，使活性锌原子与钢铁件表面充分接触，便于被吸附、聚集，有利于缩短粉末渗锌时间；

（3）采用本发明所述快速粉末渗锌剂及其使用方法，所形成的锌铁合金层致密、均匀、覆盖好，提高了锌铁合金层的耐腐蚀性能。渗件表面极少出现漏渗、假渗，能有效控制渗锌层厚度和表面光洁度；

（4）干燥组份、分散组份使粉末渗锌剂在渗锌时不结块、便于再利用；不与钢铁件粘结，易于钢铁件的清理。

具体实施方式

实施例1：一种快速粉末渗锌剂，采用下述重量份数的原料制成：锌粉75份、海泡石粉3份、稀土氧化铈3份、氯化铵6份、铝粉3份、氧化铝10份，各原料均匀搅拌混合在一起。

所述锌粉为含锌99.9%以上、颗粒直径40~60nm；所述海泡石粉为含海泡石98%以上、颗粒直径10~25μm；所述稀土氧化铈为含氧化铈95%以上、颗粒直径40~60nm；所述氯化铵为含氯化铵98%以上、颗粒直径5~20μm；所述铝粉为含铝95%以上、颗粒直径1~5μm；所述氧化铝为含氧化铝99%以上、颗粒直径60~90nm。

上述快速粉末渗锌剂的使用方法，其具体步骤如下：

（1）将所述粉末渗锌剂与欲渗锌的钢铁件装入滚筒式加热炉的陶瓷内衬筒里，加盖密封；

（2）滚筒式加热炉转动，升温至395~405℃，保温；

（3）控制滚筒式加热炉转速从1r/min升至60r/min，再降速至1r/min，如此循环升降；

（4）保温40min后，缓慢冷却至室温，停炉取出钢铁件。

实施例2：一种快速粉末渗锌剂，采用下述重量份数的原料制成：锌粉66份、海泡石粉3份、稀土氧化铈3.5份、氯化铵4.5份、铝粉3份、氧化铝20份，各原料均匀搅拌混合在一起。

所述锌粉为含锌99.9%以上、颗粒直径40~60nm；所述海泡石粉为含海泡石98%以上、颗粒直径10~25μm；所述稀土氧化铈为含氧化铈95%以上、颗粒直径40~60nm；所述氯化铵为含氯化铵98%以上、颗粒直径5~20μm；所述铝粉为含铝95%以上、颗粒直径1~5μm；所述氧化铝为含氧化铝99%以上、颗粒直径60~90nm。

上述快速粉末渗锌剂的使用方法，其具体步骤如下：

（1）将所述粉末渗锌剂与欲渗锌的钢铁件装入滚筒式加热炉的陶瓷内衬筒里，加盖密封；

（2）滚筒式加热炉转动，升温至398~408℃，保温；

（3）控制滚筒式加热炉转速从1r/min升至60r/min，再降速至1r/min，如此循环升降；

（4）保温65min后，缓慢冷却至室温，停炉取出钢铁件。

实施例3：一种快速粉末渗锌剂，采用下述重量份数的原料制成：锌粉58份、海泡石粉3份、稀土氧化铈3份、氯化铵4份、铝粉3份、氧化铝29份，各原料均匀搅拌混合在一起。

所述锌粉为含锌99.9%以上、颗粒直径40~60nm；所述海泡石粉为含海泡石98%以上、颗粒直径10~25μm；所述稀土氧化铈为含氧化铈95%以上、颗粒直径40~60nm；所述氯化铵为含氯化铵98%以上、颗粒直径5~20μm；所述铝粉为含铝95%以上、颗粒直径1~5μm；所述氧化铝为含氧化铝99%以上、颗粒直径60~90nm。

上述快速粉末渗锌剂的使用方法，其具体步骤如下：

（1）将所述粉末渗锌剂与欲渗锌的钢铁件装入滚筒式加热炉的陶瓷内衬筒里，加盖密封；

（2）滚筒式加热炉转动，升温至390~400℃，保温；

（3）控制滚筒式加热炉转速从1r/min升至60r/min，再降速至1r/min，如此循环升降；

（4）保温90min后，缓慢冷却至室温，停炉取出钢铁件。

使用上述快速粉末渗锌剂及其使用方法处理10钢螺栓、15钢高速公路护板等，获得了致密、均匀、覆盖好、耐腐蚀性能优良的锌铁合金层，且工艺时间短、粉末渗锌剂结块不明显、钢件表面光洁。

Claims (3)

1.一种快速粉末渗锌剂，其特征在于，具有以下原料及其重量份数配比：锌粉55~85份、海泡石粉0.5~5份、稀土氧化铈0.2~5份、氯化铵0.5~10份、铝粉1~10份、氧化铝10~45份。

2.根据权利要求１所述的快速粉末渗锌剂，其特征在于，所述锌粉为含锌99.9%以上、颗粒直径40~60nm；所述海泡石粉为含海泡石98%以上、颗粒直径10~25μm；所述稀土氧化铈为含氧化铈95%以上、颗粒直径40~60nm；所述氯化铵为含氯化铵98%以上、颗粒直径5~20μm；所述铝粉为含铝95%以上、颗粒直径1~5μm；所述氧化铝为含氧化铝99%以上、颗粒直径60~90nm；所述各原料按重量份数配比合成100份，均匀搅拌混合在一起。

3.一种如权利要求１所述的快速粉末渗锌剂的使用方法，其特征在于，其方法步骤如下：

（1）将所述粉末渗锌剂与欲渗锌的钢铁件装入滚筒式加热炉的陶瓷内衬筒里，加盖密封；

（2）滚筒式加热炉转动，升温至390~410℃，保温；

（3）控制滚筒式加热炉转速从1r/min升至60r/min，再降速至1r/min，如此循环升降；

（4）保温20~200min后，缓慢冷却至室温，停炉取出钢铁件。