CN110423981B - 一种锌铝镁机械能助渗用助渗剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锌铝镁机械能助渗用助渗剂及其使用方法。助渗剂的组分包括：氯化锌、酒石酸铵、氧化锌、草酸、氟化钠、氯化镁以及尿素。使用方法步骤包括：配置助渗剂；将助渗剂、锌‑铝‑镁金属粉末、刚玉粉以及工件一同装填入热渗炉中；封闭热渗炉，并维持热渗炉内温度在350～410℃之间；旋转热渗炉，持续时间为4.5～6小时。本发明的助渗剂用于钢铁制件表面的金属渗层防腐，热渗过程中助渗剂可以保证渗炉内产生稳定的还原气氛，获得厚度均匀、成分均匀的锌铝镁热渗层；同时助渗剂分散性好，渗后渗件不产生粘接。
Description
技术领域
本发明涉及一种助渗剂及其使用方法，属于钢铁材料的表面渗镀及化学热处理技术领域，用于钢铁制件表面的金属渗层防腐。
背景技术
渗镀具有镀层厚度容易控制、结合强度高、耐腐蚀性好等诸多优点，故多年来其一直成为轨道交通、高速铁路、大型基础设施建设领域预埋件、紧固件表面防护的最佳选择。但其工艺技术发展至今仍只有热渗锌、热渗铝技术得到广泛应用，其相关生产设备结构及参数技术落后，多为原始的人工操作及控制；文献报道虽有锌基、铝基的二元或多元合金渗镀研究，但多为锌-铝，锌-稀土等合金渗，且均处于实验室研究和车间小试阶段，未发现它们的工业应用。合金的耐蚀性评价分析表明，锌-铝-镁合金具有优异的耐蚀性能，几乎是纯锌防护层的15倍以上，是Galfan(Zn-Al)防护层的5～8倍；然而，国内外文献检索并没有发现锌-铝-镁合金渗镀的相关报道。基于渗锌技术的研发和生产经验，进行了多次锌-镁、镁-锌共渗的尝试，但均以失败而告终，均没有获得一定厚度、覆盖完整、厚度均匀的渗层，且存在漏渗、偏析等系列问题。究其原因是锌-铝-镁属于易氧化金属，金属表面容易氧化且快速形成稳定性较高的惰性保护膜，工艺过程其表面难以活化和稳定控制。
鉴于此，针对传统电镀镉存在的诸多问题，开展镉及镉合金镀层的机械沉积研究具有重要的实践意义和应用价值，这也是金属表面处理技术领域科技工作者们亟待解决的课题。
因此，研究高耐蚀易氧化金属粉末的表面活化及稳定控制具有重要的实践意义和应用价值，这也是高耐蚀金属粉末热加工领域科技工作者们亟待解决的课题。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种锌铝镁机械能助渗用助渗剂及其使用方法，用于钢铁制件表面的锌铝镁多元共渗处理。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锌铝镁机械能助渗用助渗剂，所述助渗剂的组分包括：氯化锌、酒石酸铵、氧化锌、草酸、氟化钠、氯化镁以及尿素。
进一步地，所述助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌17％～28％、酒石酸铵10％～22％、氧化锌5％～12％、草酸6％～10％、氟化钠2％～8％、氯化镁10％～15％、余量为尿素
进一步地，所述助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌20％～25％、酒石酸铵16％～22％、氧化锌6％～8％、草酸8％～10％、氟化钠5％～8％、氯化镁10％～13％、余量为尿素。
进一步地，所述助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌25％、酒石酸铵16％、氧化锌8％、草酸8％、氟化钠5％、氯化镁13％、尿素25％。
本发明还提供了一种锌铝镁机械能助渗用助渗剂的使用方法，包括如下步骤：
步骤1，配置助渗剂；
步骤2，将助渗剂、锌-铝-镁金属粉末、刚玉粉以及工件一同装填入热渗炉中；
步骤3，封闭热渗炉，并维持热渗炉内温度在350～410℃之间；
步骤4，旋转热渗炉，持续时间为4.5～6小时，完成机械能助渗处理。
进一步地，步骤1中，配置的助渗剂的组分包括：氯化锌、酒石酸铵、氧化锌、草酸、氟化钠、氯化镁以及尿素。
进一步地，步骤1中，配置的助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌17％～28％、酒石酸铵10％～22％、氧化锌5％～12％、草酸6％～10％、氟化钠2％～8％、氯化镁10％～15％、余量为尿素。
进一步地，步骤1中，配置的助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌20％～25％、酒石酸铵16％～22％、氧化锌6％～8％、草酸8％～10％、氟化钠5％～8％、氯化镁10％～13％、余量为尿素。
进一步地，步骤1中，配置的助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌25％、酒石酸铵16％、氧化锌8％、草酸8％、氟化钠5％、氯化镁13％、尿素25％。
进一步地，步骤2中，助渗剂的添加量为锌-铝-镁金属粉末总质量的10％～30％。
本发明的有益效果在于：
(1)可以获得厚度均匀、成分均匀的锌铝镁热渗层。
本发明的助渗剂加入后在热渗开始随着炉胆的旋转和加热，组分中的酒石酸铵、氯化锌、尿素发生缓慢分解，在350～410℃的炉内温度能够保证缓慢稳定分解，释放出适量的氢气和一氧化碳，可以保障旋转炉胆内锌铝镁金属粉末表面和渗件表面始终处于稳定的还原气氛中，防止清洁金属表面的二次氧化；组分中的草酸、氟化钠、氯化镁等在热渗过程和渗件表面充分接触，能够在短时间内去除锌铝镁粉末表面的氧化物，使得金属粉末裸露出新鲜的原子面，进而保证锌铝镁粉末颗粒表面和渗件基体钢铁表面在热渗过程一直保持活性表面，进而有利于在机械能和加热作用下产生锌、铝、镁活性原子钢铁基体表面的吸附和发生互扩散，并且这一过程可以维持到热渗结束的较长时间，最终在钢铁制件表面获得厚度均匀且锌、铝、镁、铁成分均匀的渗层。
(2)助渗剂分散性好，不产生粘接附着缺陷。
本发明的助渗剂及其在热渗过程中产生的分解产物为还原性气体，不含有易粘接或板结分解产物，助渗剂中组分氟化物的含量较低，且助渗剂以粉末状加入使用，少了的氟粒子只起到锌铝镁金属粉末颗粒表面和渗件基体表面的活化作用，不会对渗件表面和炉胆内壁造成损坏；助渗剂使用时以粉末状加入，助渗剂及其分解产物与锌铝镁金属粉末、刚玉粉、石英砂具有较好的分散性，装料及热渗处理过程不发生粘接，热渗处理完成后渗件表面不存在助渗剂残留物或反应残留物；在一炉渗件处理完成并分离后，残留有少了锌铝镁粉末和助渗剂残留物的刚玉粉或石英砂可以多次重复使用，不影响渗件及渗层质量。
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实施例所述范围。
本发明公开了一种锌铝镁机械能助渗用助渗剂，所述助渗剂的组分包括：氯化锌、酒石酸铵、氧化锌、草酸、氟化钠、氯化镁以及尿素。
进一步地，所述助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌17％～28％、酒石酸铵10％～22％、氧化锌5％～12％、草酸6％～10％、氟化钠2％～8％、氯化镁10％～15％、余量为尿素
进一步地，所述助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌20％～25％、酒石酸铵16％～22％、氧化锌6％～8％、草酸8％～10％、氟化钠5％～8％、氯化镁10％～13％、余量为尿素。
进一步地，所述助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌25％、酒石酸铵16％、氧化锌8％、草酸8％、氟化钠5％、氯化镁13％、尿素25％。
本发明还公开了一种锌铝镁机械能助渗用助渗剂的使用方法，包括如下步骤：
步骤1，配置助渗剂；
步骤2，将助渗剂、锌-铝-镁金属粉末、刚玉粉以及工件一同装填入热渗炉中；
步骤3，封闭热渗炉，并维持热渗炉内温度在350～410℃之间；
步骤4，旋转热渗炉，持续时间为4.5～6小时，完成机械能助渗处理。
进一步地，步骤1中，配置的助渗剂的组分包括：氯化锌、酒石酸铵、氧化锌、草酸、氟化钠、氯化镁以及尿素。
进一步地，步骤1中，配置的助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌17％～28％、酒石酸铵10％～22％、氧化锌5％～12％、草酸6％～10％、氟化钠2％～8％、氯化镁10％～15％、余量为尿素。
进一步地，步骤1中，配置的助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌20％～25％、酒石酸铵16％～22％、氧化锌6％～8％、草酸8％～10％、氟化钠5％～8％、氯化镁10％～13％、余量为尿素。
进一步地，步骤1中，配置的助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌25％、酒石酸铵16％、氧化锌8％、草酸8％、氟化钠5％、氯化镁13％、尿素25％。
进一步地，步骤2中，助渗剂的添加量为锌-铝-镁金属粉末总质量的10％～30％。
进一步地作为使用方法的优选方案，步骤3中，维持热渗炉内温度在400℃。
进一步地作为使用方法的优选方案，步骤4中，旋转热渗炉的持续时间为6小时。
在具体使用时有如下实施例：
实施例1
本实施例所述助渗剂的成分及质量百分比为：
本实施例所助渗剂用于钢铁制件机械能助渗处理时：将上述原料按质量百分比称量混合均匀配制7.5kg，与锌-6％铝-4％镁合金粉25kg、刚玉粉适量、M20螺栓2500kg一同装填入热渗炉，之后热渗炉封闭、旋转，400℃+5小时后完成热渗处理；冷却后卸料将螺栓分离，分离的刚玉粉呈灰色，螺栓表面呈均匀的灰色，螺栓表面及螺牙底部无杂物粘接附着，抛丸后螺栓表面呈均匀的灰白色，横断面金相法发现渗层的厚度约50微米，且渗层厚度均匀。
实施例2
本实施例所述助渗剂的成分及质量百分比为：
本实施例所助渗剂用于钢铁制件机械能助渗处理时：将上述原料按质量百分比称量混合均匀配制2.5kg，与锌-6％铝-4％镁合金粉25kg、刚玉粉适量、M16螺栓2500kg一同装填入热渗炉，之后热渗炉封闭、旋转，400℃+4.5小时后完成热渗处理；冷却后卸料将螺栓分离，分离的刚玉粉呈灰色，螺栓表面呈均匀的灰色，螺栓表面及螺牙底部无杂物粘接附着，抛丸后螺栓表面呈均匀的浅灰色，横断面金相法发现渗层的厚度约45微米，且渗层厚度均匀。
实施例3
本实施例所述助渗剂的成分及质量百分比为：
本实施例所助渗剂用于钢铁制件机械能助渗处理时：将上述原料按质量百分比称量混合均匀配制12kg，与锌-6％铝-4％镁合金粉60kg、刚玉粉适量、M20螺栓4000kg一同装填入热渗炉，之后热渗炉封闭、旋转，400℃+6小时后完成热渗处理；冷却后卸料将螺栓分离，螺栓表面呈均匀的灰色，螺栓表面及螺牙底部无杂物粘接附着，抛丸后螺栓表面呈均匀的灰白色，横断面金相法发现渗层的厚度约80微米，且渗层厚度均匀。
实施例4
本实施例所述助渗剂的成分及质量百分比为：
本实施例所助渗剂用于钢铁制件机械能助渗处理时：将上述原料按质量百分比称量混合均匀配制25kg，与锌-6％铝-4％镁合金粉60kg、刚玉粉适量、M20螺栓4000kg一同装填入热渗炉，之后热渗炉封闭、旋转，400℃+6小时后完成热渗处理；冷却后卸料将螺栓分离，螺栓表面呈均匀的灰色，螺栓表面及螺牙底部无杂物粘接附着，抛丸后螺栓表面呈均匀的灰白色，横断面金相法发现渗层的厚度约75微米，且渗层厚度均匀。
实施例5
本实施例所述助渗剂的成分及质量百分比为：
本实施例所助渗剂用于钢铁制件机械能助渗处理时：将上述原料按质量百分比称量混合均匀配制10kg，与锌-6％铝-4％镁粉40kg、刚玉粉适量、M20螺栓4000kg一同装填入热渗炉，之后热渗炉封闭、旋转，400℃+5小时后完成热渗处理；冷却后卸料将螺栓分离，螺栓表面呈均匀的灰色，螺栓表面及螺牙底部无杂物粘接附着，抛丸后螺栓表面呈均匀的灰白色，横断面金相法发现渗层的厚度约55微米，且渗层厚度均匀。
实施例6
本实施例所述助渗剂的成分及质量百分比为：
本实施例所助渗剂用于钢铁制件机械能助渗处理时：将上述原料按质量百分比称量混合均匀配制10kg，与锌-6％铝-4％镁合金粉65kg、刚玉粉适量、外径60mm内径30mm厚度4mm的垫片4000kg一同装填入热渗炉，之后热渗炉封闭、旋转，410℃+5小时后完成热渗处理；冷却后卸料将垫片分离，垫片表面呈均匀的灰色，表面及边缘部位无块状黑斑，无残留物粘接附着，抛丸后垫片表面呈均匀的灰白色，横断面金相法发现渗层的厚度约60微米，且渗层厚度均匀。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (7)
1.一种锌铝镁机械能助渗用助渗剂，其特征在于，所述助渗剂的组分包括：氯化锌、酒石酸铵、氧化锌、草酸、氟化钠、氯化镁以及尿素；
所述助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌17％～28％、酒石酸铵10％～22％、氧化锌5％～12％、草酸6％～10％、氟化钠2％～8％、氯化镁10％～15％、余量为尿素。
2.根据权利要求1所述的锌铝镁机械能助渗用助渗剂，其特征在于，所述助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌20％～25％、酒石酸铵16％～22％、氧化锌6％～8％、草酸8％～10％、氟化钠5％～8％、氯化镁10％～13％、余量为尿素。
3.根据权利要求1所述的锌铝镁机械能助渗用助渗剂，其特征在于，所述助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌25％、酒石酸铵16％、氧化锌8％、草酸8％、氟化钠5％、氯化镁13％、尿素25％。
4.一种锌铝镁机械能助渗用助渗剂的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，配置助渗剂；
步骤2，将助渗剂、锌-铝-镁金属粉末、刚玉粉以及工件一同装填入热渗炉中；
步骤3，封闭热渗炉，并维持热渗炉内温度在350～410℃之间；
步骤4，旋转热渗炉，持续时间为4.5～6小时，完成机械能助渗处理；
步骤1中，配置的助渗剂的组分包括：氯化锌、酒石酸铵、氧化锌、草酸、氟化钠、氯化镁以及尿素；
步骤1中，配置的助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌17％～28％、酒石酸铵10％～22％、氧化锌5％～12％、草酸6％～10％、氟化钠2％～8％、氯化镁10％～15％、余量为尿素。
5.根据权利要求4所述的锌铝镁机械能助渗用助渗剂的使用方法，其特征在于，步骤1中，配置的助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌20％～25％、酒石酸铵16％～22％、氧化锌6％～8％、草酸8％～10％、氟化钠5％～8％、氯化镁10％～13％、余量为尿素。
6.根据权利要求4所述的锌铝镁机械能助渗用助渗剂的使用方法，其特征在于，步骤1中，配置的助渗剂各组分的质量百分比为：氯化锌25％、酒石酸铵16％、氧化锌8％、草酸8％、氟化钠5％、氯化镁13％、尿素25％。
7.根据权利要求4所述的锌铝镁机械能助渗用助渗剂的使用方法，其特征在于，步骤2中，助渗剂的添加量为锌-铝-镁金属粉末总质量的10％～30％。
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