CN113136536B - 一种基于热浸镀技术进行低合金钢表面改性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种基于热浸镀技术进行低合金钢表面改性的方法,具体为:步骤1:铜基镀层材料的制备:按质量百分比分别称取金属粉末:铝粉6%~8%,锌粉1%~2%,锡粉0.5%~1.5%,铜为余量,以上组分质量百分比之和为100%;步骤2:将步骤1称取的各个金属粉末充分混合,进行合金化处理,然后熔融成金属混合液;步骤3:将待镀低合金钢板放置在加热炉中进行表面预处理,除去表面的氧化物及油污杂质;步骤4:将处理后的低合金钢板在还原性气氛的保护下,放入制备好的金属混合液中进行热浸镀;步骤5:对热浸镀后的低合金钢板进行冷却和干燥处理。该方法可有效改善钢材表面的耐蚀性和耐磨性,同时也有利于提高制备效率。
Description
技术领域
本发明属于金属材料表面改性技术领域,具体涉及一种基于热浸镀技术进行低合金钢表面改性的方法。
背景技术
随着现代工业的高速发展,钢铁材料的产量和使用量越来越大。然而钢铁的耐腐蚀性和耐磨性较差,据不完全统计,全世界每年因腐蚀而损耗的钢铁材料约占钢铁年产量的30%左右;同时,因磨损而报废的钢铁材料零件数目也极为庞大。材料的腐蚀和磨损不仅造成了巨大的经济损失和资源浪费,还会带来许多安全风险。
由于腐蚀和磨损一般由材料的表面开始,因此采用表面改性方法提高材料表面的耐腐蚀性和耐磨性成为研究重点。常见的表面改性方法有渗氮(或渗碳)、喷丸、镀层、阳极氧化、化学气相沉积、物理气相沉积等,其中热浸镀是一种简单高效的材料表面改性方法,目前,热浸镀锌和热浸镀铝已在工业生产中广泛应用,但随着时代的发展,这两种方法已渐渐不能满足实际需要。因此,本发明将以铜基合金作为表面改性材料,设计合理的热浸镀工艺,实现材料表面改性的目的,从而提高结构件的耐磨、耐蚀性能,为材料表面镀铜处理提供一定的理论支撑。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于热浸镀技术进行低合金钢表面改性的方法,该方法可有效改善钢材表面的耐蚀性和耐磨性,同时也有利于提高制备效率。
本发明所采用的技术方案是,一种基于热浸镀技术进行低合金钢表面改性的方法,具体操作步骤为:
步骤1:铜基镀层材料的制备:按质量百分比分别称取金属粉末:铝粉6%~8%,锌粉1%~2%,锡粉0.5%~1.5%,铜为余量,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1称取的各个金属粉末充分混合,进行合金化处理,然后熔融成金属混合液;
步骤3:将待镀低合金钢板放置在加热炉中进行表面预处理,除去表面的氧化物及油污杂质;
步骤4:将处理后的低合金钢板在还原性气氛的保护下,放入制备好的金属混合液中进行热浸镀;
步骤5:对热浸镀后的低合金钢板进行冷却和干燥处理。
本发明的特征还在于,
步骤2中,利用球磨处理进行粉末合金化处理,球磨转速为320r/min-350r/min,球磨时间为12h-14h;熔融温度为400℃-550℃。
步骤3中,表面预处理的步骤为:先进行氧化处理再进行还原处理,具体为:氧化处理在大气环境中进行,处理温度为400~500℃,处理时间为5min~10min;还原处理气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气,处理温度为800~850℃,处理时间为10min~20min。
步骤4中,还原性气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气;热浸镀温度为850℃~920℃,热浸镀时间50s~90s。
步骤5中,冷却处理采用风冷和水冷方式。
本发明的有益效果是:
(1)本发明方法的基于热浸镀法的材料表面改性方法在制备镀层材料时,使用金属粉末进行称量、配比,制备方法简单,可以较为容易的实现镀层组织、性能的优化与调控。
(2)本发明方法的基于热浸镀法的材料表面改性方法制备的镀层,可大大改善钢的耐腐蚀性和耐磨性,并且具有较好的力学性能和表面质量。
(3)本发明方法的基于热浸镀法的材料表面改性方法,成本低、生产效率高,可用于自动化大批量生产。
(4)本发明方法的基于热浸镀法的材料表面改性方法,生产过程无毒无污染,对环境的影响较小。
附图说明
图1是本发明实施例3制备的铜-钢结合界面的显微组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种基于热浸镀技术进行低合金钢表面改性的方法,其特征在于,具体操作步骤为:
步骤1:铜基镀层材料的制备:按质量百分比分别称取金属粉末:铝粉6%~8%,锌粉1%~2%,锡粉0.5%~1.5%,铜为余量,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1称取的各个金属粉末充分混合,进行合金化处理,然后熔融成金属混合液;
步骤2中,利用球磨处理进行粉末合金化处理,球磨转速为320r/min-350r/min,球磨时间为12h-14h;熔融温度为400℃-550℃;
步骤3:将待镀低合金钢板放置在加热炉中进行表面预处理,除去表面的氧化物及油污杂质;
步骤3中,表面预处理的步骤为:先进行氧化处理再进行还原处理,具体为:氧化处理在大气环境中进行,处理温度为400~500℃,处理时间为5min~10min;还原处理气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气,处理温度为800~850℃,处理时间为10min~20min;
步骤4:将处理后的低合金钢板在还原性气氛的保护下,放入制备好的金属混合液中进行热浸镀;
步骤4中,还原性气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气;热浸镀温度为850℃~920℃,热浸镀时间50s~90s;
步骤5:对热浸镀后的低合金钢板进行冷却和干燥处理。
步骤5中,冷却处理采用风冷和水冷方式。
实施例1
步骤1:铜基镀层材料的制备。分别称取铜粉91.5g,铝粉6g,锌粉1.5g,锡粉1g;
步骤2:将步骤1称取的金属粉末充分混合,进行合金化处理,然后熔融成金属混合液。其中,利用球磨处理进行粉末合金化处理,球磨转速320r/min,球磨时间12h;熔融温度为400℃;
步骤3:将规格为50mm×30mm×3mm的Q235钢板放置在加热炉中进行表面预处理,步骤如下:(1)先将Q235钢板在大气环境中进行氧化处理,处理温度为400℃,处理时间为5min,以除去Q235钢板表面的油污等杂质;(2)将(1)中处理后的Q235钢板放置在还原处理气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气的加热炉中进行还原处理,处理温度800℃,处理时间为10min,以除去钢板表面存留的氧化物;
步骤4:将处理后的钢板在还原性气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气的保护下,放入制备好的金属液中进行热浸镀,热浸镀温度为850℃,热浸镀时间50s;
步骤5:对热浸镀后的钢板进行水冷、干燥和表面处理。
实施例1中采用一种基于热浸镀技术进行低合金钢表面改性的方法制备的铜基镀层,经力学性能测试,镀层平均硬度为180.4HV0.1;经电化学腐蚀性能测试,腐蚀电流密度为0.4156uA/mm2,具有良好的耐蚀性和耐磨性。
实施例2
步骤1:铜基镀层材料的制备。分别称取铜粉91g,铝粉6.5g,锌粉1.5g,锡粉1g;
步骤2:将步骤1称取的金属粉末充分混合,进行合金化处理,然后熔融成金属混合液。其中,利用球磨处理进行粉末合金化处理,球磨转速350r/min,球磨时间14h;熔融温度为550℃;
步骤3:将规格为50mm×30mm×3mm的Q235钢板放置在加热炉中进行表面预处理,步骤如下:(1)先将Q235钢板在大气环境中进行氧化处理,处理温度为500℃,处理时间为10min,以除去Q235钢板表面的油污等杂质;(2)将(1)中处理后的Q235钢板放置在还原处理气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气的加热炉中进行还原处理,处理温度850℃,处理时间为20min,以除去钢板表面存留的氧化物;
步骤4:将处理后的钢板在还原性气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气的保护下,放入制备好的金属液中进行热浸镀,热浸镀温度为860℃,热浸镀时间60s;
步骤5:对热浸镀后的钢板进行水冷、干燥和表面处理。
实施例2中采用一种基于热浸镀技术进行低合金钢表面改性的方法制备的铜基镀层,经力学性能测试,镀层平均硬度为205.2HV0.1;经电化学腐蚀性能测试,腐蚀电流密度为0.4160uA/mm2,具有良好的耐蚀性和耐磨性。
实施例3
步骤1:铜基镀层材料的制备。分别称取铜粉90.5g,铝粉7g,锌粉1.5g,锡粉1g;
步骤2:将步骤1称取的金属粉末充分混合,进行合金化处理,然后熔融成金属混合液。其中,利用球磨处理进行粉末合金化处理,球磨转速330r/min,球磨时间13h;熔融温度为450℃;
步骤3:将规格为50mm×30mm×3mm的Q235钢板放置在加热炉中进行表面预处理,步骤如下:(1)先将Q235钢板在大气环境中进行氧化处理,处理温度为450℃,处理时间为8min,以除去Q235钢板表面的油污等杂质;(2)将(1)中处理后的Q235钢板放置在还原处理气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气的加热炉中进行还原处理,处理温度820℃,处理时间为15min,以除去钢板表面存留的氧化物;
步骤4:将处理后的钢板在还原性气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气的保护下,放入制备好的金属液中进行热浸镀,热浸镀温度为870℃,热浸镀时间70s;
步骤5:对热浸镀后的钢板进行水冷、干燥和表面处理。
实施例3中采用一种基于热浸镀技术进行低合金钢表面改性的方法制备的铜基镀层,其界面结合组织如图1所示,铜侧组织中含有一定量的泛铁现象,说明两种金属进行了充分的冶金结合,结合强度较高。经力学性能测试,镀层平均硬度为240.7HV0.1;经电化学腐蚀性能测试,腐蚀电流密度为0.4012uA/mm2,具有良好的耐蚀性和耐磨性。
实施例4
步骤1:铜基镀层材料的制备。分别称取铜粉90g,铝粉7.5g,锌粉1.5g,锡粉1g;
步骤2:将步骤1称取的金属粉末充分混合,进行合金化处理,然后熔融成金属混合液。其中,利用球磨处理进行粉末合金化处理,球磨转速320r/min,球磨时间14h;熔融温度为400℃;
步骤3:将规格为50mm×30mm×3mm的Q235钢板放置在加热炉中进行表面预处理,步骤如下:(1)先将Q235钢板在大气环境中进行氧化处理,处理温度为440℃,处理时间为6min,以除去Q235钢板表面的油污等杂质;(2)将(1)中处理后的Q235钢板放置在还原处理气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气的加热炉中进行还原处理,处理温度820℃,处理时间为16min,以除去钢板表面存留的氧化物;
步骤4:将处理后的钢板在还原性气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气的保护下,放入制备好的金属液中进行热浸镀,热浸镀温度为900℃,热浸镀时间80s;
步骤5:对热浸镀后的钢板进行水冷、干燥和表面处理。
实施例4中采用一种基于热浸镀技术进行低合金钢表面改性的方法制备的铜基镀层,经力学性能测试,镀层平均硬度为231.3HV0.1;经电化学腐蚀性能测试,腐蚀电流密度为0.4116uA/mm2,具有良好的耐蚀性和耐磨性。
实施例5
步骤1:铜基镀层材料的制备。分别称取铜粉89.5g,铝粉8g,锌粉1.5g,锡粉1g;
步骤2:将步骤1称取的金属粉末充分混合,进行合金化处理,然后熔融成金属混合液。其中,利用球磨处理进行粉末合金化处理,球磨转速320r/min,球磨时间12h;熔融温度为400℃;
步骤3:将规格为50mm×30mm×3mm的Q235钢板放置在加热炉中进行表面预处理,步骤如下:(1)先将Q235钢板在大气环境中进行氧化处理,处理温度为480℃,处理时间为5min,以除去Q235钢板表面的油污等杂质;(2)将(1)中处理后的Q235钢板放置在还原处理气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气的加热炉中进行还原处理,处理温度800℃,处理时间为10min,以除去钢板表面存留的氧化物;
步骤4:将处理后的钢板在还原性气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气的保护下,放入制备好的金属液中进行热浸镀,热浸镀温度为920℃,热浸镀时间90s;
步骤5:对热浸镀后的钢板进行水冷、干燥和表面处理。
实施例5中采用一种基于热浸镀技术进行低合金钢表面改性的方法制备的铜基镀层,经力学性能测试,镀层平均硬度为240.5HV0.1;经电化学腐蚀性能测试,腐蚀电流密度为0.4221uA/mm2,具有良好的耐蚀性和耐磨性。
Claims (2)
1.一种基于热浸镀技术进行低合金钢表面改性的方法,其特征在于,具体操作步骤为:
步骤1:铜基镀层材料的制备:按质量百分比分别称取金属粉末:铝粉6%~8%,锌粉1%~2%,锡粉0.5%~1.5%,铜为余量,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1称取的各个金属粉末充分混合,进行合金化处理,然后熔融成金属混合液;
步骤3:将待镀低合金钢板放置在加热炉中进行表面预处理,除去表面的氧化物及油污杂质;
步骤4:将处理后的低合金钢板在还原性气氛的保护下,放入制备好的金属混合液中进行热浸镀;
步骤5:对热浸镀后的低合金钢板进行冷却和干燥处理;
步骤2中,利用球磨处理进行粉末合金化处理,球磨转速为320r/min-350r/min,球磨时间为12h-14h;熔融温度为400℃-550℃;
步骤3中,表面预处理的步骤为:先进行氧化处理再进行还原处理,具体为:氧化处理在大气环境中进行,处理温度为400~500℃,处理时间为5min~10min;还原处理气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气,处理温度为800~850℃,处理时间为10min~20min;
步骤4中,还原性气氛为75vol.%氢气+25vol.%氮气;热浸镀温度为850℃~920℃,热浸镀时间50s~90s。
2.根据权利要求1所述的一种基于热浸镀技术进行低合金钢表面改性的方法,其特征在于,步骤5中,冷却处理采用风冷和水冷方式。
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GR01 | Patent grant | ||
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