CN112501547A - 一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺，方法包括以下步骤：步骤S1：固化炉高温除油；步骤S2：抛丸机进行表面氧化层处理；步骤S3：渗锌；步骤S4：抛丸；步骤S5：超声波清洗；步骤S6：涂覆无铬锌铝涂层；步骤S7：成品，应用本发明的技术方案，全程环保无污染，无泡酸，不影响金属构件强度，在金属构件表面采用多层复合防蚀处理措施，涂层均匀，金属构件在装配后仍能保持超高耐腐蚀性等特点。

Description

一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺
技术领域
本发明是一种金属表面处理的方法，具体涉及一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺。
背景技术
目前，现有的传统电镀工艺产生的污水（如失去效用的电解质）是水污染的重要来源，电镀废水属于重金属类废水，电镀处理产生的污泥属于危险废物，二者都属于环保部门重点监控的污染事故的风险源；同时，现有的金属表面防腐处理的工艺有电镀、电泳、发黑、金属表面着色、抛丸、喷砂、喷丸、磷化和钝化等只单单针对单一金属构件的表面做防腐处理，往往很多金属构件表面处理完成后会进行组装成型，而这个过程中金属构件的表面防腐层多少会受到外力的冲击而磨损甚至脱落，而表面镀层磨损甚至脱落的部位防腐性能会大大降低，金属构件的锈腐无形之间会对环境造成污染，虽然有些金属构件可以组装后再进行整体的表面防腐处理，但是整体组装后体积会比较大，表面结构也会更加复杂，很多表面工艺无法满足，局限性大，同时也会有表面处理不到位的死角存在。目前，紧固件中常用的表面处理方法包括有热浸镀锌、化学镀Ni–P合金镀层、真空渗锌、锌铬涂层等。其中，热浸镀锌防腐性能一般，且由于镀层较厚，容易造成螺栓与螺母装配困难；真空渗锌层具备一定的耐腐蚀性能，与基体结合强度高，耐磨性好，但耐盐雾腐蚀性能≤300h，同时单一的渗锌处理其耐腐蚀性能有限，不及达克罗防腐蚀涂层的耐腐蚀性能好；而单独采用达克罗涂层进行防腐蚀处理的紧固件其表面硬度又较低，由于达克罗防腐蚀涂层通常厚度较厚，容易影响外螺纹连接件的螺纹尺寸规格，在实际使用过程中位于螺纹处的过厚的达克罗涂层会在螺母内螺纹的挤压作用下剥落，并且剥落的达克罗涂层会积蓄在螺母内螺纹中，进一步破坏紧固件的螺纹处的达克罗涂层，使螺纹处的达克罗涂层完全丧失防腐蚀能力。因此，对紧固件表面采取表面渗锌加达克罗涂层的多层复合防蚀处理措施，才能够充分地满足紧固件对于表面硬度和耐腐蚀性的实际使用要求。
现有的多层复合防蚀处理措施，例如于2013年05月28日公开的专利号为CN201310201911.6的一种船舶紧固件复合涂层的制备方法，涉及的紧固件在表面由内向外排列的渗锌涂层、锌铝涂层和环氧涂层，将紧固件依次进行除油、除锈后进行渗锌处理、清洗、浸涂锌铝涂液、锌铝涂层固化、浸涂环氧涂液和环氧涂层固化过程形成保护层，其制备工艺简单，原理可靠，复合涂层耐腐蚀性好，能够有效解决海水环境中紧固件腐蚀问题，环境友好。但该种制备方法中，其锌铝涂液为锌粉、铝粉、铬酸盐和表面活性剂按现有技术配比组成或购置市售产品，而铬化物可以通过消化道、呼吸道、皮肤和粘膜侵人人体，主要积聚在肝、肾、内分泌系统和肺部。铬化合物具有致癌作用。铬化合物以蒸汽和粉尘的方式进入人体组织中，代谢和被清除的速度缓慢，会引起鼻中隔穿孔、肠胃疾患、白血球下降、类似哮喘的肺部病变。浓度为3．0 mg/ L即对淡水鱼有致死作用；浓度为0.01mg／L，便可使一些水生生物致死，使水体的自净作用受到抑制。而铬的污染主要是由工业引起。因此，各国对排放的废水、渔业水域水质、农田灌溉水质、地面水以及饮用水的铬含量，均有严格规定。因此，一种超耐腐、无污染的复合涂层制备方法有待开发。
发明内容
综上所述，为克服现有技术的不足，本发明提供一种超耐腐、无污染的超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺，该方法包括以下步骤：步骤S1：固化炉高温除油；步骤S2：抛丸机进行表面氧化层处理；步骤S3：渗锌；步骤S4：抛丸；步骤S5：超声波清洗；步骤S6：涂覆无铬锌铝涂层；步骤S7 ：成品。
通过采用上述技术方案，因采用无铬锌铝涂层，全程环保无污染，同时无过酸不影响金属构件强度；本发明技术方案先采用渗锌处理，后采用涂覆无铬锌铝涂层，在金属构件表面采用多层复合防蚀处理措施，涂层均匀，装配后仍保持超强耐腐蚀性。
本发明进一步设置：包括如下步骤：步骤S1：由于基体零件在机加工后残留油污及冷却液等，在固化炉内 300℃高温下对基体零件进行高温除油；S2：将步骤 S1 得到的工件，由于渗锌前期的机械加工、锻造、焊接、热处理等工序过程都会在渗锌工件表面残留污染物，因此利用高速运动的钢丸流 60m/s -110m/s 连续冲击零件表面 20-30 分钟，根据零件表面大小对所述钢丸直径 0.4mm-0.8mm 及抛丸的速率进行调节，迫使零件表面和表层在循环性冲击下去除氧化层 0.10 mm -0.30mm，提高零件后续渗锌的附着力；S3：步骤S2得到的工件进行炉体之前，将渗锌粉装入渗锌炉内，将工件投入炉体与渗锌粉混合，炉体加热到350℃-420℃，加热到所需温度后保温180 min -240min，然后随炉冷却到200℃-300℃，开炉并降温至室温；S4：步骤S3 得到的工件在高速水流抛光机进行水抛丸，通过高速喷出的抛光液对工件表面进行冲击，借助于磨料粒子与工件表面高速碰撞，使工件上局部应力场应力高速集中，并快速变化，因而产生冲蚀、剪切，达到残留锌粉去除的目的，最后通过固化炉对零件进行高温固化处理；S5：超声波清洗具体工艺是：将水抛丸后的工件放入超声波清洗机，并加入Ph 中和液，通过超声波对工件表面牢固的杂质进行清洗的同时使工件表面的Ph 值中和至7±1，检测合格后将工件放置在100℃下的烘烤炉中进行20min-30min 的烘烤固化；S6：对 S5 得到的工件进行浸渍涂覆无铬锌铝涂液→烘烤→冷却→二次浸渍涂覆无铬锌铝涂液→烘烤→冷却，所述烘烤包括：
①预烘：无铬锌铝涂层浸渍涂覆后的工件必须尽快在 120±20℃的温度下，预烘10min-15min，所述时间由工件吸热量定，使涂液水份蒸发，流平均匀。
②烘烤：预烘后的工件必须在320℃-345℃的高温下烘烤，烘烤时间20 min -40min，所述时间由工件吸热量定。
③冷却：取出烘烤的工件放置室温下，用鼓风机吹冷，温度至100℃后进行自然冷却。
通过采用上述技术方案，工件在经过了除油、除锈处理后，再经过10-15分钟的预热（100-140）℃以及20-40分钟的高温烘烤（320-345)℃后形成由锌、铝等化合物组成的无机涂层，固化时，涂层中的水份、有机组分等在挥发的同时，对锌、铝和铁基体同时进行钝态保护，形成 Fe、Zn、Al 的化合物，使涂液与工件更有效的结合起来，更好的渗透到工件表面的缝隙当中去，使表面更加紧密，由于涂层是与基体直接反应获得的，故防腐蚀层极为致密，涂层在腐蚀环境下会形成无数个原电池，即先腐蚀掉电位较负的 Zn、Al 片类，才有可能腐蚀至基体本身。
本发明进一步设置：所述步骤S3进一步包括：所述渗锌粉的配比为：锌粉为 15kg/t -45kg/t、石英砂占炉体有效容积的 30%-40%，抛光液由磨料微粉与蒸馏水配成，粗抛光可选用 6um 粒度的磨料磨粉，精抛光可选用约 1um 粒度的磨料微粉，配比：1:（5-10）。
通过采用上述技术方案，使被渗锌件表面得到均匀厚度的渗锌层以及良好的表面结合力。
本发明进一步设置：根据所述的制作工艺，经过所述步骤S3渗锌后的工件所得渗锌层厚度控制为30-50μm。
通过采用上述技术方案，使工件表面达到足够的底层预渗防腐层。
本发明进一步设置：根据所述的制作工艺，经过所述步骤S4抛丸后的工件所留得渗锌层厚度控制为10-20μm。
通过采用上述技术方案，使工件表面抛丸后达到有效的底层渗锌防腐层。
本发明进一步设置：所述无铬锌铝涂液内含金属浆（锌片、铝片、硅系粘合剂）、有机溶媒水溶液、增粘剂等，将金属浆置于20℃±1℃去离子水槽中进行均匀搅拌，搅拌的同时加入1/3的有机溶媒水溶液，搅拌1小时后检测溶液温度是否达到20℃-25℃，再调配必要量的增粘剂和4-5倍的去离子水进行搅拌，并在0.5-1分钟内倒入水槽中均匀搅拌，锌铝涂液在20℃-25℃温度下搅拌12小时以上后用80目滤网进行过滤得到所需的无铬锌铝涂覆液。
通过采用上述技术方案，相较于现有的达克罗涂液，本发明技术方案采用的为无铬锌铝涂液，制作成型的产品不含有毒的金属（如镍、铅、钡和汞等）以及六价铬或三价铬，符合相关环保要求规范，同时防腐性能更强。
本发明进一步设置：根据所述的制作工艺，所述步骤S6一次浸涂无铬锌铝涂液经过烘烤冷却后所得一次无铬锌铝涂层厚度控制为5-7μm，二次浸无铬锌铝涂液经过烘烤冷却后所得二次无铬锌铝涂层总厚度控制为10-12μm。
通过采用上述技术方案，控制涂覆层厚度，一方面是控制产品的盐雾性能和实配性能，镀层太厚会影响产品实配性，且镀层太厚产品结合力较差，控制后的涂层可以达到更优的涂覆盐雾以及结合力的效果。
本发明进一步设置：所述步骤S6进一步包括：一次浸涂无铬锌铝涂液后的烘烤温度为120±20℃，预烘10min-15min，中间烘烤温度为320-345℃，烘烤时间为20 min -40min，取出烘烤的工件放置室温下，用鼓风机吹冷，温度至100℃后进行自然冷却；二次浸涂无铬锌铝涂液后的工件重复预烘、烘烤和冷却步骤。
通过采用上述技术方案，在该温度及时间的条件下，能让工件逐步受热升温保温冷却后使涂覆层结合力更好。
实施例描述本发明具体实施方式。
附图说明
图1为本发明实施例工艺流程图；
图2为本发明实施例步骤S6：涂覆无铬锌铝涂层的工艺流程图；
图3为本发明实施例的有关盐雾测试数据表；
图4为本发明实施例的传统电镀、热浸锌以及复合渗锌性能参数对比表。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
参见附图1-4，实施例 1：一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺，该方法包括以下步骤：步骤S1：固化炉高温除油；步骤S2：抛丸机进行表面氧化层处理；步骤S3：渗锌；步骤S4：抛丸；步骤S5：超声波清洗；步骤S6：涂覆无铬锌铝涂层；步骤S7 ：成品。
本实施例进一步设置：S1；由于基体零件在机加工后残留油污及冷却液等，在固化炉内 300℃高温下对基体零件进行高温除油；
S2：将步骤 S1 得到的工件，由于渗锌前期的机械加工、锻造、焊接、热处理等工序过程都会在渗锌工件表面残留污染物，因此利用高速运动的钢丸流 60m/s -110m/s 连续冲击零件表面 20-30 分钟，根据零件表面大小对所述钢丸直径 0.4mm-0.8mm 及抛丸的速率进行调节，迫使零件表面和表层在循环性冲击下去除氧化层 0.10 mm -0.30mm，提高零件后续渗锌的附着力；
S3：步骤S2 得到的工件进行炉体之前，将渗锌粉装入渗锌炉内，将工件投入炉体与渗锌粉混合，炉体加热到350℃-420℃，加热到所需温度后保温180 min -240min，然后随炉冷却到200℃-300℃，开炉并降温至室温；
S4：步骤S3 得到的工件在高速水流抛光机进行水抛丸，通过高速喷出的抛光液对工件表面进行冲击，借助于磨料粒子与工件表面高速碰撞，使工件上局部应力场应力高速集中，并快速变化，因而产生冲蚀、剪切，达到残留锌粉去除的目的，最后通过固化炉对零件进行高温固化处理
S5：超声波清洗具体工艺是：将水抛丸后的工件放入超声波清洗机，并加入Ph 中和液，通过超声波对工件表面牢固的杂质进行清洗的同时使工件表面的Ph 值中和至7±1，检测合格后将工件放置在100℃下的烘烤炉中进行20min-30min 的烘烤固化。
S6：对 S5 得到的工件进行浸渍涂覆----烘烤----冷却----二次浸渍涂覆----烘烤----冷却，所述烘烤包括：
①预烘：无铬锌铝涂层浸渍涂覆后的工件必须尽快在 120±20℃的温度下，预烘10min-15min，所述时间由工件吸热量定，使涂液水份蒸发，流平均匀。
②烘烤：预烘后的工件必须在320℃-345℃的高温下烘烤，烘烤时间20 min -40min，所述时间由工件吸热量定。
③冷却：取出烘烤的工件放置室温下，用鼓风机吹冷，温度至100℃后进行自然冷却。
本实施例进一步设置：所述步骤S3进一步包括：所述渗锌粉的配比为：锌粉为15kg/t -45kg/t、石英砂占炉体有效容积的 30%-40%，抛光液由磨料微粉与蒸馏水配成，粗抛光可选用 6um 粒度的磨料磨粉，精抛光可选用约 1um 粒度的磨料微粉，配比：1:（5-10）。
本实施例进一步设置：根据所述的制作工艺，经过所述步骤S3渗锌后的工件所得渗锌层厚度控制为30-50μm。
本实施例进一步设置：根据所述的制作工艺，经过所述步骤S4抛丸后的工件所留得渗锌层厚度控制为10-20μm。
本实施例进一步设置：所述无铬锌铝涂液内含金属浆（锌片、铝片、硅系粘合剂）、有机溶媒水溶液、增粘剂等，将金属浆置于20℃±1℃去离子水槽中进行均匀搅拌，搅拌的同时加入1/3的有机溶媒水溶液，搅拌1小时后检测溶液温度是否达到20℃-25℃，再调配必要量的增粘剂和4-5倍的去离子水进行搅拌，并在0.5-1分钟内倒入水槽中均匀搅拌，锌铝涂液在20℃-25℃温度下搅拌12小时以上后用80目滤网进行过滤得到所需的无铬锌铝涂覆液。
本实施例进一步设置：根据所述的制作工艺，所述步骤S6一次浸涂无铬锌铝涂液经过烘烤冷却后所得一次无铬锌铝涂层厚度控制为5-7μm，二次浸无铬锌铝涂液经过烘烤冷却后所得二次无铬锌铝涂层总厚度控制为10-12μm。
本实施例进一步设置：所述步骤S6进一步包括：一次浸涂无铬锌铝涂液后的烘烤温度为120±20℃，预烘10min-15min，中间烘烤温度为320-345℃，烘烤时间为20 min -40min，取出烘烤的工件放置室温下，用鼓风机吹冷，温度至100℃后进行自然冷却；二次浸涂无铬锌铝涂液后的工件重复预烘、烘烤和冷却步骤。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤S1：固化炉高温除油；步骤S2：抛丸机进行表面氧化层处理；步骤S3：渗锌；步骤S4：抛丸；步骤S5：超声波清洗；步骤S6：涂覆无铬锌铝涂层；步骤S7 ：成品。
2.如权利要求1所述的一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1：将加工后的工件放入 300℃高温固化炉内，在高温的环境下对工件表面进行高温除油；
步骤S2：将S1固化炉高温除油后的工件放入抛丸机，利用60m/s-110m/s 流速钢丸流的抛丸机对工件表面进行冲击，时长为20min -30min；
步骤S3：所述 S3 渗锌的具体工艺是：将渗锌粉装入渗锌炉内，将工件投入炉体与渗锌粉混合，将炉体加热到 350℃-420℃后保温放置 180 min-240min，随后冷却炉体到 200℃-300℃，开炉并降至室温；
步骤S4：将渗锌后的工件从炉体内取出，通过过滤网将工件与锌粉石英砂分离，通过高速水流抛光机对工件进行水抛丸,去除表面残留介质；
步骤S5：将水抛丸后的工件放入超声波清洗机，并加入 Ph 中和液，通过超声波对工件表面牢固的杂质进行清洗的同时使工件表面的 Ph 值中和至 7±1，检测合格后将工件放置在 100℃下的烘烤炉中进行 20min-30min 的烘烤固化；
步骤S6：对超声波清洗后的工件依次进行浸渍涂覆无铬锌铝涂液→烘烤→冷却→二次浸渍涂覆无铬锌铝涂液→烘烤→冷却；
步骤S7：最后检查工件，由此完成成品。
3.根据权利要求2所述的一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺，其特征在于，所述步骤S3进一步包括：所述渗锌粉的配比为：锌粉为 15kg/t -45kg/t、石英砂占炉体有效容积的 30%-40%。
4.根据权利要求2所述的一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺，其特征在于：经过所述步骤S3渗锌后的工件所得渗锌层厚度控制为30-50μm。
5.根据权利要求2所述的一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺，其特征在于：经过所述步骤S4抛丸后的工件所留得渗锌层厚度控制为10-20μm。
6.根据权利要求2所述的一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺，其特征在于：所述无铬锌铝涂液包括金属浆、有机溶媒水溶液和增粘剂，将金属浆置于去离子水槽中进行均匀搅拌，搅拌的同时加入有机溶媒水溶液，在经过一定时长后，检测溶液温度，再调配必要量的增粘剂和去离子水进行搅拌，并快速地倒入水槽中，在20℃-25℃温度下均匀搅拌12小时以上，然后用80目滤网进行过滤得到所需的无铬锌铝涂覆液。
7.根据权利要求2所述的一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺，其特征在于：所述步骤S6一次浸涂无铬锌铝涂液经过烘烤冷却后所得一次无铬锌铝涂层厚度控制为5-7μm，二次浸无铬锌铝涂液经过烘烤冷却后所得二次无铬锌铝涂层总厚度控制为10-12μm。
8.根据权利要求2所述的一种超耐腐金属构件的无污染复合渗锌工艺，其特征在于：所述步骤S6进一步包括：一次浸涂无铬锌铝涂液后的烘烤温度为120±20℃，预烘10min-15min，中间烘烤温度为320-345℃，烘烤时间为20 min -40min，取出烘烤的工件放置室温下，用鼓风机吹冷，温度至100℃后进行自然冷却；二次浸涂无铬锌铝涂液后的工件重复预烘、烘烤和冷却步骤。
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