CN114318215A - 一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法 - Google Patents
一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌‑铝多元合金防腐涂层的制作方法，属于锚具相关技术领域。步骤一：锚具进行热处理；步骤二：对热处理后的锚具进行精加工、探伤；步骤三：对锚具进行前处理：步骤四：准备热渗锌铝合金材料，并在常温下混合均匀，形成渗剂；步骤五：锚具装入渗罐，并将渗剂填入渗罐内；步骤六：旋转加热炉内装满石英砂，并将渗罐埋于石英砂，使得渗罐设于旋转加热炉中心，加盖封炉；步骤七：设定共渗温度，锚具进行加热共渗处理；步骤八：冷却处理，步骤九：对热渗后的锚具表面进行封闭处理。本申请锚具表面形成锌‑铝多元合金渗层，渗层厚度均匀，表层无毛刺，特别适用于具有公差配合要求的斜拉索螺纹式锚具的防腐。
Description
技术领域
本发明涉及一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，属 于锚具相关技术领域。
背景技术
斜拉索锚具是连接斜拉索、塔、梁的核心构件。斜拉索锚具包括锚杯、锚环等。锚杯一般采用内腔为锥体，外表面采用带外螺纹的圆柱体，锚环采用内表面带内螺纹的圆环。锚环与锚杯通过螺纹进行连接，螺纹连接可以实现斜拉索长度及索力的调整以及斜 拉索的更换。
由于锚杯外表面为螺纹，传统的斜拉索锚具采用电镀锌进行防腐。电镀锌为电化学 反应过程，沉积速度受到反应影响，效率较低，所形成的镀层厚度一般较薄，一般为 15～30um，已经不能满足海洋环境下斜拉索锚具的防腐要求。另外，如果电镀处理不当， 工件会产生氢脆，其硬度受到影响而降低。且电镀锌工艺对环境具有一定的污染性。
近几年，开始使用厚度达到90um以上热镀锌进行螺纹式锚具的防腐。热镀锌也叫热浸镀锌，是将待处理工件浸入到盛有熔融态的锌液中，通过扩散或反应扩散在工件表 面形成一层合金层的技术。热浸镀工艺基本操作为：酸洗除锈—浸入助镀剂—烘干—浸 入熔融锌液—反应扩散而形成化合物，在最外层形成纯锌层。热镀锌的良好腐蚀效果与 其本身镀层组组织结构有关。目前，认为热浸镀锌的抗腐蚀机理是由于锌的牺牲阳极保 护作用。Zn的标准电极电位为-0.762V，低于铁的电极电位-0.441V。因此能起到牺牲阳 极保护钢铁的作用。同时锌的腐蚀产物ZnO、Zn(OH)2和ZnCO3等所形成致密的钝化 膜，具有良好稳定性，因此进一步改善了镀层的耐腐蚀性能。但是，由于热浸镀锌锚具 镀层厚度较厚、均匀性较差，需要提前留有充分的配合间隙，从而降低了配合件的螺纹 连接强度。另外，锚具的螺纹部位还需在浸镀后再加工，加工降低了热镀层的厚度和均 匀性，无法保证锚具螺纹部位的有效防腐。为了解决以上问题，本发明提出了一种新型 的热渗锌-铝多元合金的斜拉索螺纹式锚具防腐方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种斜拉索螺纹式锚具粉末 渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，渗锌层厚度均匀，表层无毛刺，特别适用于具有公差配合要求的螺纹式锚具的防腐。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多 元合金防腐涂层的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：
步骤一：锚具进行热处理；
步骤二：对热处理后的锚具进行精加工、探伤；
步骤三：对锚具进行前处理：精加工后的锚具表面的油污、氧化皮及锈蚀等清洁干净；
步骤四：准备热渗锌铝合金材料：锌粉、铝粉、氧化铝、石英砂、活化剂、催化剂 按配比进行配制，并在常温下混合均匀，形成渗剂；
步骤五：锚具装入渗罐，并将渗剂填入渗罐内；
步骤六：旋转加热炉内装满石英砂，并将渗罐埋于石英砂，使得渗罐设于旋转加热炉中心，加盖封炉；
步骤七：设定共渗温度，锚具进行加热共渗处理，使得锚具表面形成锌-铝多元合金渗层；
步骤八：冷却处理：在达到共渗温度后并保温4～8h，停止加热，旋转加热炉的滚筒继续转动2～3h，停止转动，打开炉门，锚具冷却后出炉，并继续在空气中自然冷却；
步骤九：对热渗后的锚具表面进行封闭处理。
所述步骤一中的淬火温度为800～900℃，回火温度为520～620℃，热处理后的锚具 表面硬度为HRC28～HRC35。
所述步骤二对热处理后的锚具表面进行外螺纹、张拉内螺纹的精加工；对精加工后 的锚具进行磁粉探伤，保证锚具表面及近表面无缺陷。
所述步骤三中采用有机溶剂除油或化学除油或机械除油或擦拭除油中的一种或多 种方法去除锚具表面的油污。
所述步骤四中的锌粉和铝粉质量百分比为10％～40％，其中锌铝比为3:1；催化剂质量百分比为3％-5％，氧化铝和石英砂为余量。
所述步骤四中添加质量百分比为0.01～3％的稀土元素镧或铈。
所述步骤四中还可添加镁、铬、镍、锰和铜微量合金，所述镁的质量百分比不超过5％，镍、锰和铜中质量百分比不超过10％。
所述步骤五中的渗剂填入后占渗罐容积的2/3～3/4。
所述步骤七中的共渗温度为350～450℃，旋转加热炉的转速为10～20r/min，加热保 温时间为2～8h。
所述步骤七中的锌-铝多元合金渗层厚度不小于90μm，所述锌-铝多元合金渗层与锚具基体侧冶金结合强度不低于200MPa。
所述步骤九中的封闭处理采用二氧化硅水性高温涂料或锌铬膜。
与现有技术相比，本发明的优点在于：一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，本申请渗剂通过锌粉、铝粉、氧化铝、石英砂、活化剂、催化 剂等按配比配制，通过加热共渗处理，使得锚具表面形成锌-铝多元合金渗层，渗层厚 度均匀，表层无毛刺，特别适用于具有公差配合要求的斜拉索螺纹式锚具的防腐。粉末 热渗技术是基于扩散产生的冶金反应，渗层与基体的结合强度好，在斜拉索安装过程中 也不容易出现破损，能起到很好的保护作用，整个过程无氢脆现象。
附图说明
无
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例中的一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法， 包括如下步骤：
步骤一：锚具进行热处理；
为了提高锚具的综合机械性能，需要对斜拉索锚具进行热处理。对于2000MPa以上超高强度斜拉索锚具，锚具材质一般为42CrMo，其淬火温度一般为800～900℃，回 火温度一般为520～620℃，热处理后的锚具表面硬度为HRC28～HRC35。
步骤二：对热处理后的锚具进行精加工、探伤；
对热处理后的锚具表面进行外螺纹、张拉内螺纹的精加工；对精加工后的锚具进行 磁粉探伤，保证锚具表面及近表面无缺陷。
步骤三：对锚具进行前处理(清洁)；
锚具在热渗以前的表面状态和洁净程度是保证获得优质渗层的重要条件，在锈蚀和 污染的零件表面上，很难获得性能良好的渗锌-铝多元合金层，因此在热渗前必须将精加工后的锚具表面的油污、氧化皮及锈蚀等清除干净。可以采用有机溶剂除油(清洗 剂)、化学除油(酸洗及碱洗)、机械除油(喷砂或者喷丸处理)和擦拭除油等一种或 多种方法配合除去锚具表面的油污。
步骤四：准备热渗锌铝合金材料：锌粉、铝粉、氧化铝、石英砂、活化剂、催化剂 按配比进行配制，并将在常温下混合均匀，形成渗剂；
上述锌粉和铝粉质量百分比为为10％～40％，其中锌铝比为3:1；催化剂质量百分比为3％-5％，氧化铝和石英砂为余量。
其中，锌粉、铝粉是锌铝共渗工艺的主要原料。
氯化铵是催化剂，起催化作用。氯化铵的作用机理有两个，一是净化机理：氯化铵在加热时分解为HCl和NH3，与钢基表面的氧化铁发生反应，使得基体与锌粉接触的 界面得到充分净化，能够充分接触、反应；二是活化机理，HCl与氧化铁反应生成了FeCl2和FeCl3，同时也会产生[Cl]，而金属锌将FeCl2和FeCl3还原，得到了ZnCl2和活化 的铁，ZnCl2的熔点为318℃，渗锌温度下呈熔融态，在钢基表面起到浸润剂的作用， 有利于锌原子在钢基表面的吸附，活化的铁也加快了锌铁之间的反应。
三氧化二铝作为稀释剂，防止渗剂在加热过程中发生烧结，达到保持渗剂的松散性、 提供还原性气氛的作用。
活化剂的作用是产生气态化合物，提高渗剂的活性，加速共渗过程。对于锚具热渗锌-铝合金工艺中，氟铝酸盐的分解温度低，既是活化剂又是供铝剂。氟铝酸盐作为活 化剂能够产生氟化氢等气态物质。
为了进一步提高渗层的耐久性，可添加质量百分比为0.01～3％的稀土元素镧(La) 或铈(Ce)，使锚具渗层更加的均匀、紧致，耐腐蚀性能也更强。
在工艺允许的条件下，也可添加其他微量合金如镁、铬、镍、锰和铜等合金来提高涂层的综合性能，如渗层的致密性、均匀性和耐腐蚀性能。其中镁的质量百分比不超过5％，镍、锰和铜的中质量百分比不超过10％。
步骤五：锚具装入渗罐，并将渗剂填入渗罐内；
采用旋转加热炉对锚杯、锚环进行加热共渗处理。所选用渗罐采用不锈钢等材料焊 接而成。渗剂填入后约占渗罐容积的2/3到3/4，剩余空间为渗剂(锌粉、铝粉、稀土 等)搅动提供空间，有助于渗剂的流动。
步骤六：旋转加热炉内装满石英砂，并将渗罐埋于石英砂，使得渗罐设于旋转加热炉中心，防止旋转过程中渗罐与炉壁发生碰撞，加盖封炉；
步骤七：设定共渗温度，锚具进行加热共渗处理，使得锚具表面形成锌-铝多元合金渗层；
设定共渗温度为350～450℃，先启动旋转加热炉的旋转功能，查看旋转加热炉有无 漏砂情况。在封装良好情况下，再启动加热按钮，旋转加热炉的转速为10～20r/min，产生的机械能使铝合金粉颗粒不断的冲击加热后的锚具表面，形成锌-铝多元合金渗层。 热渗温度对渗层的性能影响较大。渗涂层的硬度和厚度随渗镀温度的升高而逐渐增大。 为了保证锚具的耐久性，其锌-铝多元合金渗层厚度不小于90μm，加热温度为350～450 ℃，加热保温时间为2～8小时(保温时间的长短根据锚具的大小)。渗层与锚具基体侧 冶金结合强度不低于200MPa。
步骤八：冷却处理：在达到共渗温度后保温4～8后，停止加热，旋转加热炉的滚筒继续转2～3小时后停止转动，打开炉门，当锚具温度冷却到100℃后，锚具出炉，并继 续在空气中自然冷却。
步骤九：热渗后的锚具表面进行封闭处理；
为了进一步提高锚具的锌-铝多元合金渗层的表面质量，热渗后锚具表面进行封闭 处理。封闭处理可采用二氧化硅水性高温涂料进行封闭处理，使得锌-铝多元合金渗层的表面有一层较薄的非晶态SiO2薄膜在Zn-SiO2复合涂层的外层，复辟后的锌-铝多元 合金渗层腐蚀速率明显更低，而且腐蚀后还保持光泽的表面。另外，也可采用锌铬膜 (达克罗)封闭处理。锌铬膜(达克罗)封闭处理是将锌铬膜(达克罗)水基处理液喷 刷或刷涂到锚具上，对于小型锚具，也可以采用浸涂处理，然后送进加热炉炉固化，固 化温度在200℃～400℃左右，经四十五分钟到一小时的烘烤，形成锌铬膜(达克罗)， 铬固化时，涂膜中的水份、有机类(纤维素)物质等挥发份在挥发的同时，依靠锌铬膜 (达克罗)母液中的高价铬盐的氧化性，使电极电位负值较大的单质锌片、铝片浆与铁 基体反应，形成Fe、Zn、Al的铬盐化合物无机涂层。
在粉末渗锌中添加铝元素进行共渗后，会获得耐蚀性能更加优良的渗层。通过将粉 末渗锌和锌铝共渗得到的渗层进行盐雾试验对比，发现锌铝共渗的渗层在腐蚀过程中会 产生一种具有稳定结构的氧化物—ZnAl 2O4，它能够在渗层表面形成一层致密的保护层结构，阻断渗层内外物质的传输交换，有效地降低腐蚀速率。相关抗盐雾试验证明，粉 末热渗锌铝合金涂层的抗盐雾腐蚀能力为同厚度的热镀锌的热镀锌的1.5倍以上。另外， 封闭层极为致密，也可提高锚具的防腐性能。
本申请渗剂通过锌粉、铝粉、氧化铝、石英砂、活化剂、催化剂等按配比配制，通 过加热共渗处理，使得锚具表面形成锌-铝多元合金渗层，渗层厚度均匀，表层无毛刺， 特别适用于具有公差配合要求的斜拉索螺纹式锚具的防腐。粉末热渗技术是基于扩散产 生的冶金反应，渗层与基体的结合强度好，在斜拉索安装过程中也不容易出现破损，能 起到很好的保护作用，整个过程无氢脆现象。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方 式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，其特征在于：所述制作方法包括如下步骤：
步骤一：锚具进行热处理；
步骤二：对热处理后的锚具进行精加工、探伤；
步骤三：对锚具进行前处理：精加工后的锚具表面的油污、氧化皮及锈蚀等清洁干净；
步骤四：准备热渗锌铝合金材料：锌粉、铝粉、氧化铝、石英砂、活化剂、催化剂按配比进行配制，并在常温下混合均匀，形成渗剂；
步骤五：锚具装入渗罐，并将渗剂填入渗罐内；
步骤六：旋转加热炉内装满石英砂，并将渗罐埋于石英砂，使得渗罐设于旋转加热炉中心，加盖封炉；
步骤七：设定共渗温度，锚具进行加热共渗处理，使得锚具表面形成锌-铝多元合金渗层；
步骤八：冷却处理：在达到共渗温度后并保温4～8h，停止加热，旋转加热炉的滚筒继续转动2～3h，停止转动，打开炉门，锚具冷却后出炉，并继续在空气中自然冷却；
步骤九：对热渗后的锚具表面进行封闭处理。
2.根据权利要求1所述的一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，其特征在于：所述步骤一中的淬火温度为800～900℃，回火温度为520～620℃，热处理后的锚具表面硬度为HRC28～HRC35。
3.根据权利要求1所述的一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，其特征在于：所述步骤二对热处理后的锚具表面进行外螺纹、张拉内螺纹的精加工；对精加工后的锚具进行磁粉探伤，保证锚具表面及近表面无缺陷。
4.根据权利要求1所述的一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，其特征在于：所述步骤三中采用有机溶剂除油或化学除油或机械除油或擦拭除油中的一种或多种方法去除锚具表面的油污。
5.根据权利要求1所述的一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，其特征在于：所述步骤四中的锌粉和铝粉质量百分比为10％～40％，其中锌铝比为3:1；催化剂质量百分比为3％-5％，氧化铝和石英砂为余量。
6.根据权利要求5所述的一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，其特征在于：所述步骤四中添加质量百分比为0.01～3％的稀土元素镧或铈。
7.根据权利要求5所述的一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，其特征在于：所述步骤四中还可添加镁、铬、镍、锰和铜微量合金，所述镁的质量百分比不超过5％，镍、锰和铜中质量百分比不超过10％。
8.根据权利要求1所述的一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，其特征在于：所述步骤五中的渗剂填入后占渗罐容积的2/3～3/4。
9.根据权利要求1所述的一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，其特征在于：所述步骤七中的共渗温度为350～450℃，旋转加热炉的转速为10～20r/min，加热保温时间为2～8h。
10.根据权利要求1所述的一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，其特征在于：所述步骤七中的锌-铝多元合金渗层厚度不小于90μm，所述锌-铝多元合金渗层与锚具基体侧冶金结合强度不低于200MPa。
11.根据权利要求1所述的一种斜拉索螺纹式锚具粉末渗锌-铝多元合金防腐涂层的制作方法，其特征在于：所述步骤九中的封闭处理采用二氧化硅水性高温涂料或锌铬膜。
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