CN117888097A - 一种多元合金共渗用硅酸盐钝化液及钝化渗层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种多元合金共渗用硅酸盐钝化液及钝化渗层的制备方法，制备方法包括：确定钝化渗层的制备过程包括：共渗前检查—>碱洗除油—>抛丸活化—>渗剂配制—>多元合金共渗—>炉料分离—>清洗除灰—>水分烘干—>硅酸盐钝化—>离心干燥—>高温固化；其中，硅酸盐钝化工艺中，采用本发明确定的多元合金共渗用硅酸盐钝化液，且采用预先通过正交试验得到的工艺参数执行硅酸盐钝化工艺，以形成钝化渗层。本发明实施例提供的技术方案解决了现有单一多元合金共渗涂层，在湿热、盐雾、酸雨等复杂环境中的防护效果有限，从而导致渗层应用范围具有局限性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及但不限于金属表面处理技术领域，尤指一种多元合金共渗用硅酸盐钝化液及钝化渗层的制备方法。
背景技术
钢铁的腐蚀造成了巨大的经济损失和严重的环境污染，是当今世界面临的重要问题。据统计，因钢材腐蚀造成的损失占全世界钢材总产量的10％以上，工业发达国家因腐蚀造成的经济损失占国民经济总产值(GDP)的2％～4％。因此必须通过防护涂层来改善其表面形态、断裂韧性、热稳定性和耐蚀性，以得到更好的应用效果。
钢材的常见表面处理工艺主要有表面磷化、热浸镀锌、热渗锌、多元合金共渗、达克罗、电镀及有机涂层等。其中，表面磷化技术耐蚀性一般，难以应对强腐蚀环境；热浸镀锌技术污染严重，易产生点蚀危害，镀层厚度不易控制易产生螺栓内外螺纹配合问题；达克罗涂层硬度较低、抗划伤性能差，Cr+对人体和环境有害；电镀铬成本高，防腐性能一般；有机涂层实用性强，但是在恶劣环境中使用寿命受到限制，在服役期内需反复修复，使得实际保护成本增加了2-6倍。
多元合金共渗是在热渗锌基础上发展起来的一种表面热处理工艺，在传统渗锌粉剂中引入了Al、Ni、La等元素进行共渗，进一步提高了渗层的表面状态和综合性能，形成的防护层被称作多元合金共渗涂层(简称为：渗层)。多元合金共渗涂层被广泛应用于冶金、机械、航空、铁路及建筑等领域。然而，在湿热、盐雾、酸雨等复杂环境中单一渗层防护效果有限，从而导致其应用范围受到限制。
发明内容
本发明的目的：为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种多元合金共渗用硅酸盐钝化液及钝化渗层的制备方法，以解决现有单一多元合金共渗涂层，在湿热、盐雾、酸雨等复杂环境中的防护效果有限，从而导致渗层应用范围具有局限性的问题。
本发明的技术方案：第一方面，本发明实施例提供一种多元合金共渗用硅酸盐钝化液，包括：所述硅酸盐钝化液的组成成分包括：Na2SiO3·9H2O、H2O2、H2SO4和十二碳醇酯，初步确定的适用于多元合金渗层钝化处理的硅酸盐钝化液中各组成成分的质量比分别为：
Na2SiO3·9H2O：1～30g/L；
H2O2： 1～10g/L；
H2SO4： 1～10g/L；
十二碳醇酯：0～15g/L；
其中，Na2SiO3·9H2O以SiO3 2-形式存在，为硅酸盐钝化液中的主要成膜物质，十二碳醇酯为成膜促进剂。
可选地，如上所述的多元合金共渗用硅酸盐钝化液中，
所述硅酸盐钝化液中各组成成分的质量比为通过正交试验所确定的；所述正交试验中，对不同质量比的硅酸盐钝化液，通过观察钝化膜外观及硫酸铜点滴试验评价钝化液的性能。
可选地，如上所述的多元合金共渗用硅酸盐钝化液中，所述正交试验的评价准则包括：
钝化膜外观：通过肉眼观察膜层透明度和光泽度，以及有无裂纹等缺陷；
硫酸铜点滴试验：将41gCuSO4、35gNaCl、13ml浓HCl加入900ml水中配制成硫酸铜水溶液；试验过程中，用滴管将硫酸铜溶液滴在钝化膜试样表面，观察并记录钝化膜变黑的时间，时间越长表明钝化膜耐蚀性越好。
可选地，如上所述的多元合金共渗用硅酸盐钝化液中，用于确定硅酸盐钝化液中各组成成分的质量比的正交试验方案为：
可选地，如上所述的多元合金共渗用硅酸盐钝化液中，通过所述正交试验方案得到的硅酸盐钝化液中各组成成分的质量比分别为：
Na2SiO3·9H2O：20g/L；
H2O2： 9g/L；
H2SO4： 1g/L；
十二碳醇酯：5g/L。
第二方面，本发明实施例还提供一种采用多元合金共渗用硅酸盐钝化液制备钝化渗层的制备方法，确定钝化渗层的制备过程包括：
共渗前检查—>碱洗除油—>抛丸活化—>渗剂配制—>多元合金共渗—>炉料分离—>清洗除灰—>水分烘干—>硅酸盐钝化—>离心干燥—>高温固化；
其中，所述硅酸盐钝化工艺中，采用如权利要求1～5中任一项所确定的所述多元合金共渗用硅酸盐钝化液，且采用预先通过正交试验得到的工艺参数执行硅酸盐钝化工艺，以形成钝化渗层。
可选地，如上所述的采用多元合金共渗用硅酸盐钝化液制备钝化渗层的制备方法中，用于获取硅酸盐钝化工艺中各项工艺参数的正交试验设计方案包括：
基于影响钝化膜性能的工艺参数设计正交试验中的多组钝化试验；其中，工艺参数包括钝化液配比、浸泡时间、固化温度和固化时间；
对正交实验中通过多组钝化试验形成的钝化渗层进行附着力测试、耐碱性试验、中性盐雾试验及电化学性能测试，以评估各组钝化试验所形成钝化渗层的性能。
可选地，如上所述的采用多元合金共渗用硅酸盐钝化液制备钝化渗层的制备方法中，所述正交试验的试验方案和试验结果包括：
可选地，如上所述的采用多元合金共渗用硅酸盐钝化液制备钝化渗层的制备方法中，
通过正交试验得到的硅酸盐钝化工艺的工艺参数为：
硅酸盐钝化液与H2O的配比为1：1，浸泡时间为3min，固化温度为100℃，固化时间为60min。
可选地，如上所述的采用多元合金共渗用硅酸盐钝化液制备钝化渗层的制备方法中，具体包括：
步骤1：共渗前检查，检测并确定金属零件表面无机械变形和机械损伤，无影响渗锌质量的缺陷；
步骤2：碱洗除油，通过碱液清洗金属零件表面的防锈油或油污，以便于多元合金的热扩散反应；
步骤3：抛丸活化，利用小钢丸去高速撞击金属基材表面，去除金属表面的氧化层和浮锈，以去除金属表面残余应力，激活金属试件表面活化能；
步骤4：渗剂配制，将锌粉、铝粉、Ni、La合金元素按比例混合均匀，保持干燥且不与水接触；
步骤5：多元合金共渗，将金属零件、渗剂、惰性组分装入加热炉进行多元合金共渗，升温结束后保温一定时间并降至室温，在零件表面形成多元合金共渗涂层，即渗层；
步骤6：炉料分离，待渗锌炉温度降至室温后，共渗零件和炉料出炉，利用振动筛进行炉料分离，以重复使用渗剂和惰性组分；
步骤7：清洗除灰，在振动清洗机中使共渗零件和陶瓷粒充分接触进行研磨清洗，去除共渗零件表面残留锌灰；
步骤8：水分烘干，清洗完成后的共渗零件进行磁选分离或筛分离，并进行烘干避免污染硅酸盐钝化液；
步骤9：硅酸盐钝化，将共渗零件在钝化液中浸泡3min，并利用离心机去除零件表面残留钝化液；
步骤10：离心干燥，常温下通过离心机进行离心干燥，去除共渗零件表面残留的钝化液，避免流挂；
步骤11：高温固化，在100℃下烘干60min，在共渗零件的渗层上形成厚度均匀、耐磨防腐的硅酸盐钝化渗层。
本发明的有益效果：本发明实施例提供的一种多元合金共渗用硅酸盐钝化液及钝化渗层的制备方法，一方面，对比现有铬酸盐钝化工艺，本发明实施例提供的硅酸盐钝化液具有以下优点：
(1)无毒、无污染，不会造成人体健康危害和环境破坏；
(2)钝化液组成简单，原料均是可采购的；
(3)钝化工艺简单，常温浸泡1～5min(优先为3min)即可形成硅酸盐钝化膜；
(4)钝化液稳定性好，常温储存不易变质和反应；
(5)钝化膜表面光洁度和平整度好，耐磨损和抗划伤能力强；
(6)耐蚀性优，钝化渗层耐中性盐雾性能达到3000h以上；
(7)适应性好，可广泛应用于机械镀锌、热浸锌及多元合金共渗等领域。
另一方面，采用本发明实施例提供的硅酸盐钝化液制备钝化渗层，经各项试验验证，采用本发明实施例提供的硅酸盐钝化液制备形成的钝化渗层与传统多元合金渗层相比具有如下优势：
(1)钝化渗层表面连续均匀，无裂纹、局部脱落等缺陷，表面平整光滑，且具有较好的平整度、光泽度及均匀性，表明钝化改善了传统工艺形成渗层的表面状态；
(2)未钝化渗层表面凹凸不平、粗糙度较大，钝化渗层的平整度得到明显改善，良好的表面平整度有利于提高紧固件、法兰盘等零件在使用过程中的装配性；
(3)经100h中性盐雾试验后，未钝化渗层表面布满大量红锈，表明此时渗层已失去防护效果；3000h中性盐雾试验后，钝化渗层表面未见锈蚀，表明钝化渗层具有优异的耐中性盐雾性能。
因此，本发明实施例提供的多元合金共渗用硅酸盐钝化液具有良好的稳定性、自愈合性且无毒无污染，在电镀锌、机械镀锌及多元合金共渗等领域具有广泛的应用前景，并且本发明实施例提供的硅酸盐钝化液应用于多元合金共渗层，制备钝化渗层，显著提高渗层的装饰性和耐蚀性等综合性能。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例中通过正交试验得到的多组钝化渗层的电化学交流阻抗谱的示意图；
图2为本发明实施例提供的采用多元合金共渗用硅酸盐钝化液制备钝化渗层的制备方法的流程图；
图3为未钝化渗层和采用本发明制备方法形成的钝化渗层的表面微观形貌的对比示意图；
图4为未钝化渗层和采用本发明制备方法形成的钝化深层的三维立体形貌的对比示意图；
图5为未钝化渗层和采用本发明制备方法形成的钝化深层的耐中性盐雾性能的对比示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
上述背景技术中已经说明，钢铁的腐蚀造成了巨大的经济损失和严重的环境污染。因此研究开发先进的钢铁防腐工艺，以提高钢材在恶劣环境中的适应性和耐久性，对于促进工业和国民经济发展具有重大意义。
多元合金共渗是在热渗锌基础上发展起来的一种表面热处理工艺，在传统渗锌粉剂中引入了Al、Ni、La等元素进行共渗，进一步提高了渗层的表面状态和综合性能，通过该工艺制备形成的渗层具有优异的耐磨损和抗划伤能力、与基材结合强度高、耐蚀性好、无氢脆危害和环境污染，目前广泛应用于铁路、机械、建筑等领域。然而，未经钝化处理的渗层在湿热、盐雾、酸雨等复杂环境中的防护效果有限，导致渗层应用范围具有局限性的问题。钝化处理虽然可以有效改善其耐蚀性和装饰性；但是传统的铬酸盐钝化膜耐蚀性较好，但是Cr6+毒性较高，使用受到严格限制。因此近年来硅酸盐、钼酸盐、稀土盐等无机盐钝化技术得到推广。
基于上述分析，需要提出能够解决如下技术问题的技术方案：
(1)未钝化多元合金共渗涂层防腐能力有限，难以应对湿热、盐雾及酸雨等复杂环境；
(2)目前常用的铬酸盐钝化液，钝化工艺简单，钝化膜耐蚀性好，但是Cr6+毒性较高，危害工人健康，环境污染较大，其使用受到较大限制；
(3)新型钼酸盐及稀土盐钝化液虽然无毒，但是稳定性差、钝化工艺复杂；
(4)现有硅酸盐钝化液耐蚀性一般，难以应对复杂恶劣的环境。
针对上述问题，本发明实施例提供了一种多元合金共渗用硅酸盐钝化液及钝化渗层的制备方法，采用本发明实施例提供的多元合金共渗用硅酸盐钝化液具有良好的稳定性、自愈合性且无毒无污染，在电镀锌、机械镀锌及多元合金共渗等领域具有广泛的应用前景，并且本发明实施例提供的硅酸盐钝化液应用于多元合金共渗层，制备钝化渗层，显著提高渗层的装饰性和耐蚀性等综合性能。
本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
本发明实施例的目的在于研制一种多元合金共渗用硅酸盐钝化液。本发明实施例中通过正交试验，确定多元合金共渗用硅酸盐钝化液的组成成分，并将该多元合金共渗用硅酸盐钝化液应用到多元合金渗层的钝化工艺中，制备出综合性能有益的钝化渗层。
第一部分：多元合金共渗用硅酸盐钝化液
本发明实施例多元合金共渗用硅酸盐钝化液的主要组成成分包括：Na2SiO3·9H2O、H2O2、H2SO4和十二碳醇酯；该硅酸盐钝化液中各组成成分的质量比分别为：
Na2SiO3·9H2O：1～30g/L；
H2O2： 1～10g/L；
H2SO4： 1～10g/L；
十二碳醇酯：0～15g/L；
其中，Na2SiO3·9H2O以SiO3 2-形式存在，为硅酸盐钝化液中的主要成膜物质，十二碳醇酯为成膜促进剂。
本发明实施例中，基于上述主要组成成分的质量比，通过设计正交实验，提供具有不同质量比的硅酸盐钝化液，并且通过观察钝化膜外观及硫酸铜点滴试验评价钝化液性能。
正交试验的实施方案包括：
(1)钝化膜外观：通过肉眼观察膜层透明度和光泽度，以及有无裂纹等缺陷。
(2)硫酸铜点滴试验：将41gCuSO4、35gNaCl、13ml浓HCl加入900ml水中配制成硫酸铜水溶液。试验时用滴管将硫酸铜溶液滴在钝化膜试样表面，观察并记录钝化膜变黑的时间，时间越长表明钝化膜耐蚀性越好。
表1硅酸盐钝化液正交实验设计及试验结果
表1的正交实验结果表明，当Na2SiO3·9H2O含量为20g/L，H2O2含量为9g/L、H2SO4含量为1g/L和十二碳醇酯含量为5g/L时，钝化膜透明、无裂纹且光泽度好，醋酸铜点滴试验钝化膜变黑时间为69s，表明该组分下钝化膜具有最佳的外观和耐蚀性。
第二部分：将上述第一部分中得到的多元合金共渗用硅酸盐钝化液应用到多元合金渗层的钝化工艺中；
该部分中，首先确定钝化工艺的工艺参数，同样可以采用正交试验获取较为准确的钝化工艺参数。
考虑到影响钝化膜性能的主要工艺参数包括：钝化液配比、浸泡时间、固化温度和固化时间。首先，初步确定的硅酸盐钝化的工艺参数包括：硅酸盐钝化液与H2O的配比为1：4～1：1，钝化浸泡时间为1～5min，固化温度为80～100℃，固化时间为15～60min。
基于上述各种工艺参数范围设计正交实验，通过附着力测试、耐碱性试验、中性盐雾试验及电化学性能测试评价钝化渗层的性能。以下对各种验证方式进行说明：
(1)附着力测试：钝化渗层与基材的附着力按照GB/T 5210-2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》进行测试，测试过程中首先用胶粘剂将试柱粘结到钝化渗层表面，胶粘剂固化后进行拉开法试验，用界面间的拉力表示测试结果，拉力值越大表示附着力越好。
(2)耐碱性试验：按照GB/T 9274-1988《色漆和清漆耐液体介质的测定》方法进行测试，将钝化渗层试件浸泡在5％NaOH溶液中，168h后取出吹干，计算浸泡后钝化渗层试件的失重率，失重率越小表明钝化渗层耐碱性越好。
(3)中性盐雾试验：按照GB/T 10125-2021《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》方法进行，腐蚀介质为5％NaCl溶液，试验温度为(35±2)℃，盐雾沉降量为(1～2)ml/(80cm2·h)，试件与垂直方向呈20°角放置，定期观察钝化渗层试件表面有无锈蚀，用出现红锈的时间表示实验结果。
(4)电化学性能测试：使用电化学工作站测试钝化渗层的电化学阻抗特性。三电极体系：参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极，工作电极为试样。腐蚀介质为3.5％NaCl溶液，测试在常温下进行。电化学阻抗谱测试在开路电位下进行，测试频率范围为0.1Hz～100kHz。在Nyquist图中容抗弧半径的大小能够衡量渗层耐蚀能力的高低，低频区容抗弧半径越大，耐蚀性越好。
表2钝化渗层正交实验设计及试验结果
如图1所示，为本发明实施例中通过正交试验得到的多组钝化渗层的电化学交流阻抗谱的示意图。由表2和图1可知确定出硅酸盐钝化的优选工艺参数为：当硅酸盐钝化液与H2O的配比为1：1，浸泡时间为3min，固化温度为100℃，固化时间为60min时，钝化渗层与基材的附着力为24MPa，5％ NaCl溶液浸泡168h失重率为32％，耐中性盐雾性能大于1200h，且具有最大的容抗弧半径，因此该钝化工艺下钝化渗层具有最佳的综合性能。
对比现有铬酸盐钝化工艺，本发明实施例提供的硅酸盐钝化液具有以下优点：
(1)无毒、无污染，不会造成人体健康危害和环境破坏；
(2)钝化液组成简单，原料均是可采购的；
(3)钝化工艺简单，常温浸泡1～5min(优先为3min)即可形成硅酸盐钝化膜；
(4)钝化液稳定性好，常温储存不易变质和反应；
(5)钝化膜表面光洁度和平整度好，耐磨损和抗划伤能力强；
(6)耐蚀性优，钝化渗层耐中性盐雾性能达到3000h以上；
(7)适应性好，可广泛应用于机械镀锌、热浸锌及多元合金共渗等领域。
在通过正交试验确定出硅酸盐钝化工艺的工艺参数后，通过确定钝化渗层的制备过程实施硅酸盐钝化，如图2所示，为本发明实施例提供的采用多元合金共渗用硅酸盐钝化液制备钝化渗层的制备方法的流程图，制备过程包括：
共渗前检查—>碱洗除油—>抛丸活化—>渗剂配制—>多元合金共渗—>炉料分离—>清洗除灰—>水分烘干—>硅酸盐钝化—>离心干燥—>高温固化；具体实施过程为：
步骤1：共渗前检查，金属零件表面应无机械变形和机械损伤，无凹坑、凸瘤、毛刺等影响渗锌质量的其他缺陷。
步骤2：碱洗除油，通过碱液清洗金属零件表面的防锈油或油污，以便于多元合金的热扩散反应。
步骤3：抛丸活化，利用小钢丸去高速撞击金属基材表面，去除金属表面的氧化层和浮锈，在表面清理的同时达到表面强化效果，去除金属表面残余应力，激活金属试件表面活化能，为下一步热渗锌做好准备。
步骤4：渗剂配制，将锌粉、铝粉、Ni、La等合金元素按比例混合均匀，保持干燥且不与水接触。
步骤5：多元合金共渗，将金属零件、渗剂、惰性组分装入加热炉进行多元合金共渗，升温结束后保温一定时间并降至室温，在零件表面形成多元合金共渗涂层(简称为：渗层)。
步骤6：炉料分离，待渗锌炉温度降至室温后，共渗零件和炉料出炉，利用振动筛进行炉料分离，渗剂和惰性组分可以重复使用。
步骤7：清洗除灰，在振动清洗机中使共渗零件和陶瓷粒充分接触进行研磨清洗，去除共渗零件表面残留锌灰。
步骤8：水分烘干，清洗完成后的共渗零件进行磁选分离/筛分离，并进行烘干避免污染钝化液。
步骤9：硅酸盐钝化，将共渗零件在钝化液中浸泡1～5min(优选为3min)，然后利用离心机去除零件表面残留钝化液，避免流挂影响膜层外观。
步骤10：离心干燥，常温下通过离心机进行离心干燥，去除共渗零件表面残留的钝化液，避免流挂。
步骤11：高温固化，在100℃下烘干60min，在零件的渗层上形成厚度均匀、耐磨防腐的硅酸盐钝化渗层。
为验证本发明实施例提供的多元合金共渗用硅酸盐钝化液及钝化渗层的制备方法实施效果，对于钝化前后的渗层进行了性能验证，测试项目分别为表面微观形貌、三维立体形貌及耐中性盐雾性能。
(1)表面微观形貌
通过三维数字显微镜观察渗层钝化前后的表面微观形貌，放大倍数为200倍。如图3所示，为未钝化渗层和采用本发明制备方法形成的钝化渗层的表面微观形貌的对比示意图，图3中左图为未钝化渗层；右图为钝化渗层。由图3可以看出，钝化渗层表面连续均匀，无裂纹、局部脱落等缺陷，表面平整光滑，且具有较好的平整度、光泽度及均匀性，表明钝化改善了渗层的表面状态。
(2)三维立体形貌
通过三维数字显微镜观察渗层钝化前后的三维立体形貌，如图4所示，为未钝化渗层和采用本发明制备方法形成的钝化深层的三维立体形貌的对比示意图，图4中左图为未钝化渗层；右图为钝化渗层。由图4可以看出，未钝化渗层表面凹凸不平、粗糙度较大，钝化渗层的平整度得到明显改善，良好的表面平整度有利于提高紧固件、法兰盘等零件在使用过程中的装配性。
(3)耐中性盐雾性能
按照GB/T 10125-2021《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》方法测试渗层钝化前后的耐中性盐雾性能，腐蚀介质为5％ NaCl溶液，试验温度为(35±2)℃，盐雾沉降量为(1～2)ml/(80cm2·h)，试件与垂直方向呈20°角放置，定期观察试样表面有无锈蚀，如图5所示，为未钝化渗层和采用本发明制备方法形成的钝化深层的耐中性盐雾性能的对比示意图，图5中左图为未钝化渗层中性盐雾环境100h；右图为钝化渗层中性盐雾环境3000h。由图5可以看出，100h中性盐雾试验后，未钝化渗层表面布满大量红锈，表明此时渗层已失去防护效果；3000h中性盐雾试验后，钝化渗层表面未见锈蚀，表明钝化渗层具有优异的耐中性盐雾性能。
经上述各项试验验证，采用本发明实施例提供的硅酸盐钝化液制备形成的钝化渗层与传统多元合金渗层相比具有如下优势：
(1)钝化渗层表面连续均匀，无裂纹、局部脱落等缺陷，表面平整光滑，且具有较好的平整度、光泽度及均匀性，表明钝化改善了传统工艺形成渗层的表面状态；
(2)未钝化渗层表面凹凸不平、粗糙度较大，钝化渗层的平整度得到明显改善，良好的表面平整度有利于提高紧固件、法兰盘等零件在使用过程中的装配性；
(3)经100h中性盐雾试验后，未钝化渗层表面布满大量红锈，表明此时渗层已失去防护效果；3000h中性盐雾试验后，钝化渗层表面未见锈蚀，表明钝化渗层具有优异的耐中性盐雾性能。
因此，本发明实施例提供的多元合金共渗用硅酸盐钝化液具有良好的稳定性、自愈合性且无毒无污染，在电镀锌、机械镀锌及多元合金共渗等领域具有广泛的应用前景，并且本发明实施例提供的硅酸盐钝化液应用于多元合金共渗层，制备钝化渗层，显著提高渗层的装饰性和耐蚀性等综合性能。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种多元合金共渗用硅酸盐钝化液，其特征在于，所述硅酸盐钝化液的组成成分包括：Na2SiO3·9H2O、H2O2、H2SO4和十二碳醇酯，初步确定的适用于多元合金渗层钝化处理的硅酸盐钝化液中各组成成分的质量比分别为：
其中，Na2SiO3·9H2O以SiO3 2-形式存在，为硅酸盐钝化液中的主要成膜物质，十二碳醇酯为成膜促进剂。
2.根据权利要求1所述的多元合金共渗用硅酸盐钝化液，其特征在于，
所述硅酸盐钝化液中各组成成分的质量比为通过正交试验所确定的；所述正交试验中，对不同质量比的硅酸盐钝化液，通过观察钝化膜外观及硫酸铜点滴试验评价钝化液的性能。
3.根据权利要求2所述的多元合金共渗用硅酸盐钝化液，其特征在于，所述正交试验的评价准则包括：
钝化膜外观：通过肉眼观察膜层透明度和光泽度，以及有无裂纹等缺陷；
硫酸铜点滴试验：将41gCuSO4、35gNaCl、13ml浓HCl加入900ml水中配制成硫酸铜水溶液；试验过程中，用滴管将硫酸铜溶液滴在钝化膜试样表面，观察并记录钝化膜变黑的时间，时间越长表明钝化膜耐蚀性越好。
4.根据权利要求3所述的多元合金共渗用硅酸盐钝化液，其特征在于，用于确定硅酸盐钝化液中各组成成分的质量比的正交试验方案为：
5.根据权利要求4所述的多元合金共渗用硅酸盐钝化液，其特征在于，通过所述正交试验方案得到的硅酸盐钝化液中各组成成分的质量比分别为：
6.一种采用多元合金共渗用硅酸盐钝化液制备钝化渗层的制备方法，其特征在于，确定钝化渗层的制备过程包括：
共渗前检查—>碱洗除油—>抛丸活化—>渗剂配制—>多元合金共渗—>炉料分离—>清洗除灰—>水分烘干—>硅酸盐钝化—>离心干燥—>高温固化；
其中，所述硅酸盐钝化工艺中，采用如权利要求1～5中任一项所确定的所述多元合金共渗用硅酸盐钝化液，且采用预先通过正交试验得到的工艺参数执行硅酸盐钝化工艺，以形成钝化渗层。
7.根据权利要求6所述的采用多元合金共渗用硅酸盐钝化液制备钝化渗层的制备方法，其特征在于，用于获取硅酸盐钝化工艺中各项工艺参数的正交试验设计方案包括：
基于影响钝化膜性能的工艺参数设计正交试验中的多组钝化试验；其中，工艺参数包括钝化液配比、浸泡时间、固化温度和固化时间；
对正交实验中通过多组钝化试验形成的钝化渗层进行附着力测试、耐碱性试验、中性盐雾试验及电化学性能测试，以评估各组钝化试验所形成钝化渗层的性能。
8.根据权利要求7所述的采用多元合金共渗用硅酸盐钝化液制备钝化渗层的制备方法，其特征在于，所述正交试验的试验方案和试验结果包括：
9.根据权利要求8所述的采用多元合金共渗用硅酸盐钝化液制备钝化渗层的制备方法，其特征在于，
通过正交试验得到的硅酸盐钝化工艺的工艺参数为：
硅酸盐钝化液与H2O的配比为1：1，浸泡时间为3min，固化温度为100℃，固化时间为60min。
10.根据权利要求9所述的采用多元合金共渗用硅酸盐钝化液制备钝化渗层的制备方法，其特征在于，具体包括：
步骤1：共渗前检查，检测并确定金属零件表面无机械变形和机械损伤，无影响渗锌质量的缺陷；
步骤2：碱洗除油，通过碱液清洗金属零件表面的防锈油或油污，以便于多元合金的热扩散反应；
步骤3：抛丸活化，利用小钢丸去高速撞击金属基材表面，去除金属表面的氧化层和浮锈，以去除金属表面残余应力，激活金属试件表面活化能；
步骤4：渗剂配制，将锌粉、铝粉、Ni、La合金元素按比例混合均匀，保持干燥且不与水接触；
步骤5：多元合金共渗，将金属零件、渗剂、惰性组分装入加热炉进行多元合金共渗，升温结束后保温一定时间并降至室温，在零件表面形成多元合金共渗涂层，即渗层；
步骤6：炉料分离，待渗锌炉温度降至室温后，共渗零件和炉料出炉，利用振动筛进行炉料分离，以重复使用渗剂和惰性组分；
步骤7：清洗除灰，在振动清洗机中使共渗零件和陶瓷粒充分接触进行研磨清洗，去除共渗零件表面残留锌灰；
步骤8：水分烘干，清洗完成后的共渗零件进行磁选分离或筛分离，并进行烘干避免污染硅酸盐钝化液；
步骤9：硅酸盐钝化，将共渗零件在钝化液中浸泡3min，并利用离心机去除零件表面残留钝化液；
步骤10：离心干燥，常温下通过离心机进行离心干燥，去除共渗零件表面残留的钝化液，避免流挂；
步骤11：高温固化，在100℃下烘干60min，在共渗零件的渗层上形成厚度均匀、耐磨防腐的硅酸盐钝化渗层。
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