CN114875357A - 一种锌钛共渗剂及其用于钢铁材料的共渗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锌钛共渗剂及用于钢铁材料的共渗方法，锌钛共渗剂由锌粉、钛粉、氯化铵及三氧化二铝组成。钢铁材料锌钛共渗的方法是：将金属基体进行除油、除锈处理后，与锌钛共渗剂置于密封环境中进行退火处理，冷却；锌钛共渗能改变单一渗锌的渗层组织，形成锌钛渗层组织，此组织降低渗层的自腐蚀电位和腐蚀电流密度，提高钢铁材料耐腐蚀性。

Description

一种锌钛共渗剂及其用于钢铁材料的共渗方法
技术领域
本发明涉及表面化学热处理技术领域，具体涉及钢铁材料表面锌钛共渗剂及共渗层的制备方法。
背景技术
粉末渗锌是利用固态热扩散方法使金属原子在热处理过程中相互渗透扩散，锌及其合金元素在加热活化状态下渗入钢铁构件基体表面形成锌铁合金保护层，从而起到对基体材料的防护作用，形成的锌铁合金层即为渗锌层。粉末渗锌因其具有无氢脆、结合强度高、耐腐蚀好等一系列优点，而被广泛应用于金属件表面防腐处理中。
目前渗锌件主要应用大气环境防腐。由于海洋环境复杂、恶劣，且氯离子浓度较高，而渗锌层的耐盐雾腐蚀能力较弱，所以其在海洋环境中的耐蚀能力远不能满足要求。随着海洋工业的发展，各种海洋基础设施不断兴建，如海洋的钻采平台、油气输送、海上风电等，开发适用于海洋环境的渗锌涂层将是今后的发展方向。
多元共渗是提高渗锌层在海洋环境中耐蚀能力一种简单可行的方法，是以Zn为主元添加少量耐海水腐蚀的合金元素，不仅能发挥渗锌层原有的优点，弥补其缺点，同时也会赋予渗层更加优良的耐蚀性能。
Zn-X共渗中元素有Al、Cr、Y、Ni等。Chliampalias等(D.Chaliampalias,M.Papazoglou,S.Tsipas, E.Pavlidou,S.Skolianos,G.Stergioudis,G.Vourlias.Theeffect of Al and Cr additions on pack cementation zinc coatings[J].AppliedSurface Science,2009,256(11):3618-3623)将Al和Cr加入渗锌剂中，成功制备出了Zn-Al和Zn-Cr共渗层。结果表明两种共渗层都具有双层结构，内层是Fe-Zn相，外层是Al或Cr元素形成的富Al或Cr相。相比于纯锌层的性能，Zn-Al和Zn-Cr 渗层的高温氧化性能得到很大的提升。Shen等(T.H.Shen,C.Y.Tsai,C.S.Lin.Growth behavior and properties of Zn–Alpack cementation coatings on carbon steels[J].Surface&Coatings Technology,2016,306:455-461)研究了不同工艺参数下Zn-Al共渗层的组织，结果表明共渗层也具有双层结构，内层是Fe-Zn相，外层是含少量Zn的Al-Fe相。Al-Fe层的生长是抢夺Fe-Zn层的Fe原子进行的，且在高温下Zn的蒸发会在Al-Fe层上留下气孔。Liu等(L.Liu,S.R.Yu.AComparative study on Zn and Zn-Y coatings on 42CrMo steel by pack cementationprocess[J].International Journal of Electrochemical Science,2017,12(10):9575-9587)研究了Zn-Y共渗层的组织和性能，结果表明Y原子会在Fe-Zn层外形成YZn5，而且Zn-Y渗层的形成能会降低，这更有利于其形成。对耐腐蚀性能来说，Y的加入能提高纯锌层对Cl-和O2的渗透能力。中国专利公开号 CN 101319300A“锌镍渗层黑色金属防腐工艺”公开了一种锌镍渗层的组分及粉末渗工艺，其中镍粉含量0.5wt％-1.4wt％，但是在500℃以内进行粉末渗处理时，镍很难渗进去形成渗层，因此难以形成高耐腐蚀的渗层，其耐腐蚀性能与传统粉末渗锌基本相当，并没有达到提高渗层耐腐蚀性的效果。
渗钛可在金属表面形成稳定性及硬度都极高的TiC渗层，使工件表面的耐蚀性、耐磨性大大提高。可大大地提高钢和铸铁在海水中的耐浸蚀性。结合渗钛的特点，锌钛共渗是在纯金属粉末或在以铝作为还原剂的金属氧化物的粉末介质中进行的。介质成分中同样添加氧化铝和卤化物。经过锌钛共渗后的工件表面可能具有较高的硬度和耐磨性，以及良好的耐蚀性、抗氧化性等性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过程简单、条件温和的锌钛共渗的方法，该方法采用所述锌钛共渗剂处理的金属材料，形成锌钛渗层组织，此组织降低金属材料自腐蚀电位和腐蚀电流密度，使金属材料耐腐蚀性得到提升。
本发明公开了一种锌钛共渗剂，其由以下质量百分比组分组成：锌粉40～70％；钛粉2～15％；氯化铵0.5～3％；以总质量为100％计量，余量为三氧化二铝。
优选的方案，所述锌粉纯度在99％以上，粒度为100目。
优选的方案，所述钛粉纯度在99.9％以上，粒度为200目。
优选的锌钛共渗剂由以下质量百分比组分组成：锌粉50～60％；钛粉6～10％；氯化铵1～2％；以总质量为100％计量，余量为三氧化二铝。
本发明还提供了一种所述的锌钛共渗剂用于金属材料渗锌的方法，该方法是将金属基体进行除油、除锈处理后，与锌钛共渗剂置于密封环境中进行退火处理，冷却。
优选的方案，退火温度为420～540℃，时间为0.5～4小时。退火温度优选为460～500℃，时间优选为1～2小时。
本发明的氯化铵、三氧化二铝均为纯度在95％以上的分析纯。
本发明提供了一种金属渗锌的方法，具体包括以下步骤：
1)金属基体尺寸为10*10*5mm；
2)对基体进行碱洗并水洗；
3)对金属基体进行酸洗除锈处理并水洗烘干；
4)将锌钛共渗剂和基体放入密封坩埚中，将坩埚置于管式电阻炉中退火，退火温度为420～ 540℃，保温时间0.5～4小时；
5)空冷后水洗即得样品。
本发明的金属基体可以是各种金属或金属合金材料。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果。
本发明的锌钛共渗剂引入了金属钛，使钛在基体中形成Zn-Fe-Ti渗层，降低金属材料的自腐蚀电位和腐蚀电流密度，提高耐腐蚀性能。
本发明的锌钛共渗操作过程简单，成本降低、条件温和，有利于推广应用。
附图说明
【图1】为实施例1样品表面的扫描电镜照片(×1000)。
【图2】为实施例1样品渗层截面的扫描电镜照片(×500)。
【图3】为实施例1和对比实施例1的样品在3.5％NaCl溶液中的极化曲线图。
【图4】为实施例2的样品表面的扫描电镜照片(×1000)。
【图5】为对比实施例1的样品表面的扫描电镜照片(×1000)。
【图6】为对比实施例1的样品截面的扫描电镜照片(×500)。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
实施例1
步骤1，按质量百分比分别称取200目的纯锌粉60％，氯化铵2％，三氧化二铝30％，纯钛粉8％，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2，将步骤1中的材料混合均匀，利用卧式行星球磨机球磨1小时，即得锌钛共渗剂。
步骤3，利用线切割取得尺寸为10*10*5mm的样品，用粒度为400#，600#，800#的砂纸在预磨机上磨至光亮。
步骤4，将步骤3的样品进行前处理；即碱洗-水洗-酸洗-水洗-烘干备用。
步骤5，将步骤2所得锌钛共渗剂与试样一起装入密封坩埚，置于管式电阻炉中，随炉升温至500℃并保温2小时，然后空冷至室温，即得表面紧实、致密、没有可见的针孔和裂纹，样品表面颜色呈灰色；渗层厚度为82微米左右；样品表面的扫描电镜照片如图1所示，可以看出表面致密；通过EDS检测分析，渗层表面含有Ti、Fe、Zn元素。
样品渗层截面的扫描电镜照片如图2所示，样品的渗层具有双层结构，在基体表面上形成 Zn-Fe-Ti渗层，其余为锌铁渗层。
样品在3.5％NaCl溶液中的极化曲线图如图3所示；从图3中可以看出，其腐蚀速率为 0.090mm/a，其腐蚀速率较低。
实施例2
步骤1，按质量百分比分别称取200目的纯锌粉60％，氯化铵2％，三氧化二铝28％，纯钛粉10％，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2，将步骤1中的材料混合均匀，利用卧式行星球磨机球磨1小时，即得锌钛共渗剂。
步骤3，利用线切割取得尺寸为10*10*5mm的样品，用粒度为400#，600#，800#的砂纸在预磨机上磨至光亮。
步骤4，将步骤3的样品进行前处理；即碱洗-水洗-酸洗-水洗-烘干备用。
步骤5，将步骤2所得锌钛共渗剂与试样一起装入密封坩埚，置于管式电阻炉中，随炉升温至500℃并保温2小时，然后空冷至室温，即得表面紧实、致密，颜色呈灰色的样品。
样品的渗层厚度为29.5微米左右；样品表面的电镜照片如图4所示，可以看出表面致密。
对比实施例1
步骤1，按质量百分比分别称取200目的纯锌粉60％，氯化铵2％，三氧化二铝38％，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2，将步骤1中的材料混合均匀，利用卧式行星球磨机球磨1小时，即得锌钛共渗剂。
步骤3，利用线切割取得尺寸为10*10*5mm的样品，用粒度为400#，600#，800#的砂纸在预磨机上磨至光亮。
步骤4，将步骤3的样品进行前处理；即碱洗-水洗-酸洗-水洗-烘干备用。
步骤5，将步骤2所得锌钛共渗剂与试样一起装入密封坩埚，置于管式电阻炉中，随炉升温至500℃并保温2小时，然后空冷至室温，即得表面光滑平整、均匀，但表面存在较少的针孔和极少的微裂纹。
样品的渗层厚度为23微米左右；样品在3.5％NaCl溶液中的极化曲线图如图3所示；从图3 中可以看出，样品的腐蚀速率为0.151mm/a；相对实施例1的样品腐蚀速率高，耐腐蚀性能差；
样品表面的扫描电镜照片如图5所示，可以看出表面光滑平整；通过EDS检测分析，渗层表面含有Fe、Zn元素。
样品渗层截面的扫描电镜照片如图6所示，样品的渗层具有单层结构，在基体表面上形成 Zn-Fe渗层，其为纯锌样品。

Claims (7)

1.一种锌钛共渗剂，其特征在于：由以下质量百分比组分组成：
锌粉40～70％；
钛粉2～15％；
氯化铵0.5～3％；
以总质量为100％计量，余量为三氧化二铝。
2.根据权利要求1所述的锌钛共渗剂，其特征在于：所述锌粉纯度在99％以上，粒度为-100目。
3.根据权利要求1所述的锌钛共渗剂，其特征在于：所述钛粉纯度在99.9％以上，粒度为-200目。
4.根据权利要求1～3任一项所述的锌钛共渗剂，其特征在于：由以下质量百分比组分组成：
锌粉50～60％；
钛粉6～10％；
氯化铵1～2％；
以总质量为100％计量，余量为三氧化二铝。
5.权利要求1～4任一项所述的锌钛共渗剂用于钢铁材料的共渗方法，其特征在于：将钢铁材料基体进行除油、除锈处理后，与锌钛共渗剂混合均匀后置于密封环境中进行退火处理，冷却。
6.根据权利要求5所述的锌钛共渗剂用于钢铁材料渗锌的方法，其特征在于：退火温度为420～540℃，时间为0.5～4小时。
7.根据权利要求6所述的锌钛共渗剂用于金属材料渗锌的方法，其特征在于：退火温度为460～500℃，时间为1～2小时。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101665901A (zh) * 2009-10-14 2010-03-10 北京中路大成科技发展有限公司 在工件表面制备ZnAlTi多元合金防腐涂层的方法
CN107164720A (zh) * 2017-05-17 2017-09-15 湘潭大学 一种含铜渗锌剂及其用于金属材料渗锌的方法
CN107761047A (zh) * 2017-11-30 2018-03-06 武汉劲野科技有限公司 高铝锌钛渗剂及其多元共渗方法
RU2651087C1 (ru) * 2017-08-28 2018-04-18 Общество с ограниченной ответственностью "Аквамодуль" Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования изделий из титановых сплавов, способ термодиффузионного цинкования изделий из титановых сплавов

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101665901A (zh) * 2009-10-14 2010-03-10 北京中路大成科技发展有限公司 在工件表面制备ZnAlTi多元合金防腐涂层的方法
CN107164720A (zh) * 2017-05-17 2017-09-15 湘潭大学 一种含铜渗锌剂及其用于金属材料渗锌的方法
RU2651087C1 (ru) * 2017-08-28 2018-04-18 Общество с ограниченной ответственностью "Аквамодуль" Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования изделий из титановых сплавов, способ термодиффузионного цинкования изделий из титановых сплавов
CN107761047A (zh) * 2017-11-30 2018-03-06 武汉劲野科技有限公司 高铝锌钛渗剂及其多元共渗方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
龙君碧: "粉末渗锌工艺的BP模型及锌钛渗层组织与耐蚀性研究" *

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