機械鍍鋅基稀土合金鍍層工藝的制作方法

專利名稱：機械鍍鋅基稀土合金鍍層工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用機械鍍的方法在鋼鐵零件表面形成鋅基稀土合金鍍層(Zn-RE、Zn-Al-RE)的方法，屬于鋼鐵材料的表面鍍覆工藝技術領域。
背景技術：
目前，鋼鐵表面防腐的主體技術是熱浸鍍和電鍍，采用鋅及鋅-鋁合金鍍層進行表面防護的鋼鐵產品，在發達國家達到年鋼產量的30～40％，我國目前為10％，并以年6％的量增長。由于電鍍鍍層較薄不實用于長期服役的鋼鐵制品、零件的表面防護，因此，采用熱浸鍍的鋅基和鋅-鋁合金是主要的防護鍍層。近年國內外在熱浸鍍領域重點發展多元合金鍍層，在鋼板、鋼絲和部分制品上，已經基本替代了傳統的鍍鋅層。其中Zn-5％Al合金具有較好的工藝性，如加入稀土則能有效地抑制晶界腐蝕；Zn-Al-RE、Zn-Al-Mg合金是各國積極發展的高耐蝕熱浸鍍合金；Galfan合金(Zn-5％Al-0.03～0.1％La or Ce)耐腐蝕性是普通熱鍍鋅的2～3倍。熱浸鍍鋅基合金中的各合金元素，分別起到了抑制枝晶生長、減小表面張力、抑制晶界腐蝕、降低合金熔點增加流動性、提高耐腐蝕性和抗氧化性、增加合金與母材的潤濕性等作用。它們一般以中間合金加入，其成分的控制受到各組元物理、化學特性和冶金條件(如熔點、比重、氧化燒損、溫度和助鍍劑)的影響。在熱浸鍍合金中加入稀土金屬，除了可起到改善凝固、結晶效果的作用外，對改善鍍層的結構、耐腐蝕性和外觀也有優良的效果；稀土金屬一般以中間合金或溶入助鍍劑隨被鍍工件進入鋅池與鋅基合金液發生熔融，在鋼鐵工件表面發生結晶反應形成鍍層。可見，鋅基多元合金是適用于鋼鐵且經過實踐驗證的優良防護鍍層。雖然熱浸鍍是獲得這些鍍層的一種方法，但在實現過程的穩定控制上還存在許多難點和缺點，如能耗、原料消耗大，所用原料有毒性，易造成環境污染等，從清潔生產的觀點看有許多弊端，鋼鐵鍍件鍍后還有氫脆和退火軟化現象。此外，熱浸鍍或電鍍形成鍍層時冶金、電結晶過程還存在不利于成分控制的因素。
機械鍍(Mechanical Plating)是在常溫、常壓下利用物理、化學吸附沉積和機械碰撞，使金屬粉在鋼鐵零件表面形成鍍層的一種表面處理工藝。典型的機械鍍工藝是把經過鍍前處理的零件放入機械傳動的鍍筒中，加入水和沖擊介質(玻璃丸)，轉動鍍筒形成一個具有碰撞和搓碾作用的流態環境。根據預定的鍍層厚度加入金屬粉和藥劑，在化學藥劑和機械碰撞的共同作用下使零件的表面形成鍍層。機械鍍所用原料無毒性，環境易治理，可實現過程無工業污染，鍍后無氫脆和退火軟化現象。雖然機械鍍具有這些優點，但所得鍍層的強度、硬度略低于熱浸鍍；光澤性不如電鍍鋅；在機械鍍中加入稀土元素，得到鋅基稀土合金鍍層的技術還未見其它報道。經試驗后發現在機械鍍鋅基稀土合金鍍層形成過程中，稀土金屬對鍍層形成過程、鍍層的性能和結構起到的作用與結晶形層時有所不同，表現為有利于形成細膩致密的合金鍍層組織。存在于鍍層中的稀土元素有效地改善了鍍層的外觀色澤，可以呈現銀色和銀色綢緞面效果。采用鹽水浸泡法、戶外曝曬法、中性鹽霧試驗法、濕熱試驗法檢測鍍層的耐蝕和耐侯性，在鍍層厚度相同的情況下與成分類似的熱浸鍍和電鍍鍍層的耐腐蝕性能相當。在機械鍍鋅基稀土合金鍍層形成過程中，稀土元素加入過多會造成金屬粉在鍍件邊緣的偏聚吸附，影響鍍層的均勻性。

發明內容
本發明目的在于克服現有技術的不足，提供一種所得鍍層性能好、能耗小、污染少、節約金屬的機械鍍鋅基稀土合金鍍層工藝，采用機械鍍的方法在鋼鐵零件表面上獲得鋅基稀土合金鍍層。
本發明目的技術方案是包括工件鍍前處理、基層建立、合金化鍍層增厚、鍍層強化等過程的機械鍍鋅基稀土合金鍍層工藝，其特征在于不通過冶金和電結晶過程，在常溫、常壓的條件下，采用機械鍍方法在鋼鐵制品表面上形成鋅基稀土合金鍍層；首先對工件進行鍍前處理，除去零件表面油污和氧化皮后，將工件裝入鍍筒，并在筒內裝入1～2倍的沖擊介質和適量的水，同時加入無機酸調整鍍液的pH值至1～2；隨后建立基層，在轉動的鍍筒中加入鋅粉、亞錫和復合稀土金屬鹽溶液，在鋼鐵基體表面上形成一層1～2微米的Zn-Sn-RE合金基層；基層建立后進行合金化鍍層增厚過程，保持鍍筒轉動和酸性鍍液pH值為1～2，形成一個促進合金粉吸附-沉積的環境，再依據鍍層成分的需要加入鋅粉或鋅-鋁合金粉，并加入復合稀土金屬鹽，轉動鍍筒，使工件表面在沖擊介質的碰撞作用下形成所需厚度的合金鍍層；鍍層加料、增厚完畢后，在鍍筒中加入清水至浸沒工件和沖擊介質，鍍筒轉動3～5分鐘，使鍍層組織結構強化、外表光亮，然后將鍍件、沖擊介質和鍍液傾倒出鍍筒，分離、清洗鍍件和沖擊介質，烘干鍍件表面的水分后檢驗入庫，沖擊介質返回使用。加入的復合稀土金屬鹽為由La、Ce、Pr、Nd等稀土金屬的氯化鹽、硫酸鹽合成的水溶性添加劑，其重量百分比成分為Ce(SO4)1～20％，La-RECl35～40％，CeCl36H2O 10～30％，Ms-RECl36H2O 20～60％；建立基層時，鍍筒轉動的外接圓線速度為60～80米/分；合金化鍍層增厚及鍍層強化過程中，鍍筒的轉速保持線速度為40～70米/分。形成Zn-Sn-RE合金基層時，加入的鋅粉、亞錫和復合稀土金屬鹽總重量中，復合稀土金屬鹽占0.01～1％，亞錫鹽占1～3％，其余為Zn；在合金化鍍層增厚過程，通過加入復合稀土金屬鹽及鋅粉或鋅-鋁合金粉，獲得鋅基稀土合金鍍層(Zn-RE)或鋅基鋁稀土合金鍍層(Zn-Al-RE)；鍍層為鋅基稀土合金層(Zn-RE)時，在加入總重量中復合稀土金屬鹽占0.01～1％，其余為鋅粉；鍍層為鋅基鋁稀土合金層(Zn-Al-RE)時，在加入總重量中鋁粉為1～5％，復合稀土金屬鹽為0.05～2％，其余為鋅粉。加入的金屬鋅粉，金屬鋅含量大于94％，最大粒徑小于8微米或過1200目；加入的金屬鋁粉，金屬鋁含量大于93％，最大粒徑小于30微米或過400目；鍍層增厚時一般采取分次加料，加料強度控制在每3～5分鐘沉積3～10微米鍍層厚度。金屬粉的用量與鍍件的被鍍表面積和欲鍍的鍍層厚度相關，對于Zn-RE鍍層，鋅粉的用量為65～75g/(m2·10μm)；對于Zn-Al-RE鍍層，鋅、鋁金屬粉的用量為60～70g/(m2·10μm)。
本發明采用機械鍍方法，不通過冶金和電結晶過程，在常溫、常壓的條件下，在鋼鐵制品表面上形成鋅基稀土合金鍍層，其工藝過程包括工件鍍前處理、基層建立、合金化鍍層增厚、鍍層強化等。首先對工件進行鍍前處理，采用化學法或氧化法除去被鍍的鋼鐵零件表面沾附的油污，經過酸洗或拋丸處理除盡工件表面的氧化皮后，將工件裝入鍍筒，并在筒內裝入1～2倍的沖擊介質和適量的水(沖擊介質為普通機械鍍使用的玻璃丸等，加入的體積量為工件體積的1～2倍，水的加入量一般以浸沒工件和沖擊介質即可)，同時加入無機酸調整鍍液的pH值至1～2(無機酸可為硫酸、磷酸等)。隨后建立基層，在轉動的鍍筒中加入鋅粉、亞錫鹽(如硫酸亞錫、氯化亞錫)和復合稀土金屬鹽溶液，鍍筒轉動時保持外接圓線速度在60～80米/分，直到鋼鐵基體表面上形成一層1～2微米的Zn-Sn-RE合金基層，在加入鋅粉、亞錫和復合稀土金屬鹽總重量中，復合稀土金屬鹽占0.01～1％，亞錫鹽占1～3％，其余為Zn。
基層建立后即可進行合金化鍍層增厚過程，保持鍍筒轉動和酸性鍍液pH值為1～2，加入由多種表面活性劑復合的活化液(可采用中國專利ZL93105628.4中配方一，體積百分比成分為椰子油14～16％，碳酸鉀1～2％，50％濃度氫氧化鉀10～13％，丙三純2～3％，水67～72％)，形成一個促進合金粉吸附-沉積的環境；再根據所需鍍層成分加入鋅粉或鋅-鋁合金粉，并加入采用多種稀土金屬鹽復合的添加劑，同時在沖擊介質的碰撞作用下形成鋅基稀土合金鍍層(Zn-RE)或鋅基鋁稀土合金鍍層(Zn-Al-RE)。鍍層為鋅基稀土合金層(Zn-RE)時，按重量在加入總量中復合稀土金屬鹽占0.01～1％，其余為鋅粉；鍍層為鋅基鋁稀土合金層(Zn-Al-RE)時，按重量在加入總量中鋁粉為1～5％，復合稀土金屬鹽為0.05～2％，其余為鋅粉。鍍層增厚時一般采取分次加料，加料強度可以控制在每3～5分鐘沉積3～10微米鍍層厚度，一般情況下加料強度大獲得的鍍層外觀粗糙，反之則平整。根據鍍件的情況，鍍筒的轉速保持線速度在40～70米/分。鍍層增厚的加料完畢，在鍍筒中加入清水至浸沒工件和沖擊介質，鍍筒轉動3～5分鐘，使鍍層組織結構強化、外表光亮；然后將鍍件、沖擊介質和鍍液傾倒出鍍筒，分離、清洗鍍件和沖擊介質，鍍件烘干表面的水分后檢驗入庫，沖擊介質返回使用。
工藝過程中，加入的金屬鋅粉，金屬鋅含量大于94％，最大粒徑小于8微米或過1200目；加入的金屬鋁粉，金屬鋁含量大于93％，形態可以是片狀或粒狀，最大粒徑小于30微米或過400目；加入的復合稀土金屬鹽為由La、Ce、Pr、Nd等稀土金屬的氯化鹽、硫酸鹽合成的水溶性添加劑，其重量百分比成分為Ce(SO4)1～20％，La-RECl35～40％，CeCl36H2O 10～30％，Ms-RECl36H2O 20～60％；這些稀土金屬鹽合成為水溶性添加劑后，與金屬鋅粉和鋁粉一起加入。金屬粉的用量與鍍件的被鍍表面積和欲鍍的鍍層厚度相關，對于Zn-RE鍍層，鋅粉的用量為65～75g/(m2·10μm)；對于Zn-Al-RE鍍層，鋅、鋁金屬粉的用量為60～70g/(m2·10μm)。試驗表明，當金屬鋅粉細化后，即采用最大粒徑小于10微米，粒徑范圍為0.1～10微米的超細金屬鋅粉時，在化學活性、比表面積、吸附性、塑性變形等方面發生了極大變化，為形成致密金屬層體提供了有利的條件。
本發明采用機械鍍的方法，使金屬粉在鍍液中首先富集成藻團狀，隨后吸附到工件表面沉積成層，在沖擊介質的碰撞作用下經過致密化和變形，逐漸形成鍍層；物質傳輸的過程中，欲鍍金屬的狀態變化為固→固，全過程在室溫下進行，組成鍍層的金屬只發生微粒單元的彈性、塑性變形，以及微粒相互位置的重構，不發生大范圍結構的原子重組，且以微粒金屬密集堆積成層體；復合稀土金屬鹽的加入，在鍍液環境中形成水溶性稀土金屬離子，改善金屬鋅粉和鋁粉與鍍液的潤濕性，改變金屬微粉的富集特性，使其傾向于形成細小的藻團，并改善吸附沉積特性，使得金屬粉均勻吸附形成面狀沉積，最終使鍍層平整、光亮、均勻性好。稀土金屬元素在鍍層形成后還可以抑制鋅基鍍層在大氣暴露狀態下顏色變灰的傾向，提高了鍍層的耐腐蝕性，進一步改善機械鍍鋅基合金鍍層的外觀，使得薄鍍層(＜20微米)呈現銀色緞面，厚鍍層(＞50微米)呈現銀色平整外觀。
本發明采用機械鍍的方法獲得鋅基稀土合金鍍層，可以避免熱浸鍍或電鍍形成鍍層時冶金、電結晶過程的不利于成分控制的因素，同時可以低能耗、減少污染、節約金屬。
金屬粉可以是金屬鋅、鋁、鋅-鋁或其它有色金屬和合金。由于全過程在常溫、常壓下，機械鍍可以不經過冶金或電結晶過程直接形成鋅基合金鍍層主體，并可以在形成鍍層的過程中加入稀土金屬鹽得到鋅基稀土合金鍍層，是一種可節約能源和有色金屬、適用于鋼鐵表面防護的清潔生產工藝。


圖1為本發明工藝流程示意圖。
具體實施例方式下面將通過具體實施例對本發明作進一步的詳述。
實施例1高速公路防護欄高強度緊固螺栓400kg，被鍍面積24.4m2，欲鍍Zn-RE鍍層，厚度大于50微米。工件經酸洗除銹、清水漂洗后倒入鍍筒內，在鍍筒中裝入與工件等體積的玻璃丸，加水至浸沒工件和玻璃丸(大約100升)，轉動鍍筒使工件和玻璃丸充分混合，鍍前準備完畢。加入濃度為98％的硫酸300毫升，使鍍液pH值為1，在鍍筒中形成混合料液。加入1560克最大粒徑小于8微米或過1200目的超細純鋅粉，加入占所加入鋅粉、亞錫和復合稀土金屬鹽總重量1％的復合稀土金屬鹽(組成為1％Ce(SO4)，40％La-RECl3，10％CeCl36H2O，49％Ms-RECl36H2O)配制的水溶性添加劑100毫升，以及重量比濃度為8％的硫酸亞錫水溶液1800毫升，使鍍筒以70米/分線速度轉動5分鐘后在工件上形成一個1.5微米厚的、均勻的Zn-Sn-RE合金基層。然后在混合料液中加入1700毫升復合表面活化劑(見中國專利ZL93105628.4配方一，體積百分比成分為椰子油14～16％，碳酸鉀1～2％，50％濃度氫氧化鉀10～13％，丙三純2～3％，水67～72％)、390毫升稀土金屬鹽合成的水溶性添加劑(即復合稀土金屬鹽，成分同前面基層建立時加入的一樣)；之后進入重復加料增厚鍍鋅層階段，每間隔3分鐘加入金屬鋅含量大于94％、最大粒徑小于8微米或過1200目的超細純鋅粉1560克，以60米/分的線速度轉動鍍筒，共計加料5次；其間，在第三次加料后加入100毫升硫酸以保持混合料液的pH值為1。鍍層增厚全部加料完畢，在鍍筒中加入30升水，滾動3分鐘使鍍層強化、光亮。混合料液由鍍桶中倒出，清洗、分離工件和玻璃丸，工件檢驗、干燥、入庫，玻璃丸返回使用。鍍鋅全過程34分鐘，鍍后按檢驗要求對螺栓的球冠頭和螺紋段端面測量厚度，經測厚儀測量，球冠頭58微米；端面53微米(要求任意三點的平均值大于50微米)，鍍層均勻外觀好。中性鹽霧試驗480小時無紅銹。
實施例2普通公制M16螺母200kg，被鍍面積14m2，欲鍍Zn-RE鍍層，厚度大于40微米。工件經酸洗除銹、清水漂洗后倒入鍍筒內，在鍍筒中裝入與工件等體積的玻璃丸，加水至浸沒工件和玻璃丸(大約80升)，轉動鍍筒使工件和玻璃丸充分混合，鍍前準備完畢。加入濃度為98％的硫酸240毫升，使鍍液pH值為2，在鍍筒中形成混合料液。加入800克最大粒徑小于8微米或過1200目的超細純鋅粉，加入占所加入鋅粉、亞錫和復合稀土金屬鹽總重量0.01％的復合稀土金屬鹽(組成為20％Ce(SO4)，5％La-RECl3，30％CeCl3 6H2O，45％Ms-RECl36H2O)配制的水溶性添加劑200毫升，以及重量比濃度為10％的硫酸亞錫水溶液1200毫升，使鍍筒以70米/分線速度轉動5分鐘后在工件上形成一個1.5微米厚的、均勻的Zn-Sn-RE合金基層。然后在混合料液中加入1200毫升復合表面活化劑(中國專利ZL93105628.4配方一，見實施例1)、400毫升稀土金屬鹽合成的水溶性添加劑(即復合稀土金屬鹽，成分同前面基層建立時加入的一樣)；之后進入重復加料增厚鍍鋅層階段，每間隔4分鐘加入金屬鋅含量為94％、最大粒徑小于8微米或過1200目的超細純鋅粉830克，以70米/分的線速度轉動鍍筒，共計加料4次。鍍層增厚全部加料完畢，在鍍筒中加入20升水，滾動3分鐘使鍍層強化、光亮。混合料液由鍍桶中倒出，清洗、分離工件和玻璃丸，工件檢驗、干燥、入庫，玻璃丸返回使用。鍍鋅全過程20分鐘，鍍后按檢驗要求對螺母外表面測量厚度，經測厚儀測量，鍍鋅層厚度大于40微米；鍍層均勻外觀好。中性鹽霧試驗400小時無紅銹。
實施例3￠16彈簧墊片200kg，被鍍面積20m2，欲鍍Zn-RE鍍層，厚度40微米。工件經酸洗除銹、清水漂洗后倒入鍍筒內，在鍍筒中裝入與工件等體積的玻璃丸，加水至浸沒工件和玻璃丸(大約100升)，轉動鍍筒使工件和玻璃丸充分混合，鍍前準備完畢。加入濃度為98％的硫酸400毫升，使鍍液pH值為1.5，在鍍筒中形成混合料液。加入600克最大粒徑小于8微米或過1200目的超細純鋅粉，加入占所加入鋅粉、亞錫和復合稀土金屬鹽總重量0.05％的復合稀土金屬鹽(組成為2％Ce(SO4)，23％La-RECl3，15％CeCl3 6H2O，60％Ms-RECl3 6H2O)配制的水溶性添加劑130毫升，以及重量比濃度為10％的硫酸亞錫水溶液1600毫升，使鍍筒以70米/分線速度轉動5分鐘后在工件上形成一個1.5微米厚的、均勻的Zn-Sn-RE合金基層。然后在混合料液中加入1600毫升復合表面活化劑(中國專利ZL93105628.4配方一，見實施例1)、450毫升稀土金屬鹽合成的水溶性添加劑(即復合稀土金屬鹽，成分同前面基層建立時加入的一樣)；之后進入重復加料增厚鍍鋅層階段，每間隔4分鐘加入金屬鋅含量為95％、最大粒徑小于8微米或過1200目的超細純鋅粉1250克，以60米/分的線速度轉動鍍筒，共計加料4次。鍍層增厚全部加料完畢，在鍍筒中加入20升水，滾動4分鐘使鍍層強化、光亮。混合料液由鍍桶中倒出，清洗、分離工件和玻璃丸，工件檢驗、干燥、入庫，玻璃丸返回使用。鍍鋅全過程20～22分鐘，鍍后按檢驗要求對彈簧墊片表面進行測量厚度，經測厚儀測量，鍍鋅層厚度大于40微米；鍍層均勻。中性鹽霧試驗420小時無紅銹。
實施例4轎車門鎖扣150公斤，被鍍面積15m2，欲鍍Zn-Al-RE鍍層，厚度20微米。工件經酸洗除銹、清水漂洗后倒入鍍筒內，在鍍筒裝入與工件等體積的玻璃丸，加水至浸沒工件和玻璃丸(大約60升)，轉動鍍筒使工件和玻璃丸充分混合，鍍前準備完畢。加入濃度為98％的硫酸200毫升，使鍍液pH值為1，在鍍筒中形成混合料液。加入含3％Al、其余為Zn的金屬粉(最大粒徑小于30微米或過400目)390克，加入占所加入金屬粉、復合稀土金屬鹽總重量0.05％的復合稀土金屬鹽(組成為15％Ce(SO4)，35％La-RECl3，30％CeCl3 6H2O，20％Ms-RECl3 6H2O)配制的水溶性添加劑40毫升和重量比濃度為10％的硫酸亞錫水溶液900毫升，使鍍筒以80米/分的線速度轉動5分鐘后在工件上形成一個1微米厚的、均勻的Zn-Al-RE合金基層。續后在混合料液中加入900毫升復合表面活化劑(中國專利ZL93105628.4配方一，見實施例1)，160毫升稀土金屬鹽合成的水溶性添加劑(成分同前面基層建立階段)。以后進入重復加料增厚鍍鋅層階段，每間隔3分鐘加入含3％Al其余為Zn的金屬粉390克，以70米/分的線速度轉動鍍筒，共計加料4次。全部加料完畢后，在鍍筒中加入30升水，滾動5分鐘使鍍層強化、光亮。混合料液由鍍桶中倒出。清洗、分離工件和玻璃丸，工件檢驗、干燥、入庫，玻璃丸返回使用。鋅層平均厚度23微米，鍍層均勻外觀好，鍍鋅全過程28分鐘。中性鹽霧試驗240小時無紅銹。
實施例5車庫門8″方鉸鏈120kg，被鍍面積11.75m2，欲鍍Zn-Al-RE鍍層，厚度40微米。工件經酸洗除銹、清水漂洗后倒入鍍筒內，在鍍筒裝入與工件等體積的玻璃丸，加水至浸沒工件和玻璃丸(大約80升)，轉動鍍筒使工件和玻璃丸充分混合，鍍前準備完畢。加入濃度為98％的磷酸300毫升使鍍液pH值為2，在鍍筒中形成混合料液。加入含4％Al其余為Zn的金屬粉(最大粒徑小于30微米或過400目)410克，加入占所加入金屬粉、復合稀土金屬鹽總重量2％的復合稀土金屬鹽(組成為10％Ce(SO4)，40％La-RECl3，20％CeCl3 6H2O，30％Ms-RECl3 6H2O)配制的水溶性添加劑60毫升和重量比濃度為8％的氯化亞錫水溶液600毫升，使鍍筒以60米/分線速度轉動5分鐘后在工件上形成一個1.5微米厚的、均勻的Zn-Al-RE合金基層。續后，在混合料液中加入700毫升復合表面活化劑(見中國專利ZL93105628.4，配方一)，120毫升稀土金屬鹽合成的水溶性添加劑(成分同基層建立階段)。以后進入重復加料增厚鍍鋅層階段，每間隔5分鐘加入含3％Al的鋅粉410克，以40米/分的線速度轉動鍍筒，共計加料4次。全部加料完畢后，在鍍筒中加入40升水，滾動5分鐘使鍍層強化、光亮。將混合料液由鍍桶中倒出，清洗、分離工件和玻璃丸，工件檢驗、干燥、入庫，玻璃丸返回使用。鋅層平均厚度43微米，鍍層均勻外觀好，鍍鋅全過程34分鐘。中性鹽霧試驗460小時無紅銹。
實施例6普通公制M12螺母100kg，被鍍面積9m2，欲鍍Zn-Al-RE鍍層，厚度30微米。工件經酸洗除銹、清水漂洗后倒入鍍筒內，在鍍筒裝入與工件等體積的玻璃丸，加水至浸沒工件和玻璃丸(大約60升)，轉動鍍筒使工件和玻璃丸充分混合，鍍前準備完畢。加入濃度為98％的磷酸200毫升使鍍液pH值為1，在鍍筒中形成混合料液。加入含3％Al其余為Zn的金屬粉(最大粒徑小于30微米或過400目)300克，加入占所加入金屬粉、復合稀土金屬鹽總重量1％的復合稀土金屬鹽(組成為1％Ce(SO4)，40％La-RECl3，10％CeCl36H2O，49％Ms-RECl36H2O)配制的水溶性添加劑80毫升和重量比濃度為10％的氯化亞錫水溶液720毫升，使鍍筒以60米/分線速度轉動5分鐘后在工件上形成一個1.5微米厚的、均勻的Zn-Al-RE合金基層。續后，在混合料液中加入750毫升復合表面活化劑(見中國專利ZL93105628.4，配方一)，200毫升稀土金屬鹽合成的水溶性添加劑(成分同基層建立階段)。以后進入重復加料增厚鍍鋅層階段，每間隔5分鐘加入含3％Al的鋅粉530克，以40米/分的線速度轉動鍍筒，共計加料3次。全部加料完畢后，在鍍筒中加入20升水，滾動5分鐘使鍍層強化、光亮。將混合料液由鍍桶中倒出，清洗、分離工件和玻璃丸，工件檢驗、干燥、入庫，玻璃丸返回使用。鋅層平均厚度31微米，鍍層均勻外觀好，鍍鋅全過程20分鐘。中性鹽霧試驗280小時無紅銹。
權利要求
1.一種機械鍍鋅基稀土合金鍍層工藝，包括工件鍍前處理、基層建立、合金化鍍層增厚、鍍層強化過程，其特征在于不通過冶金和電結晶過程，在常溫、常壓的條件下，采用機械鍍方法在鋼鐵制品表面上形成鋅基稀土合金鍍層；首先對工件進行鍍前處理，除去零件表面油污和氧化皮后，將工件裝入鍍筒，并在筒內裝入1～2倍的沖擊介質和適量的水，同時加入無機酸調整鍍液的pH值至1～2；隨后建立基層，在轉動的鍍筒中加入鋅粉、亞錫和復合稀土金屬鹽溶液，在鋼鐵基體表面上形成一層1～2微米的Zn-Sn-RE合金基層；基層建立后進行合金化鍍層增厚過程，保持鍍筒轉動和酸性鍍液pH值為1～2，形成一個促進合金粉吸附-沉積的環境，再依據鍍層成分的需要加入鋅粉或鋅-鋁合金粉，并加入復合稀土金屬鹽，轉動鍍筒，使工件表面在沖擊介質的碰撞作用下形成所需厚度的合金鍍層；鍍層加料、增厚完畢后，在鍍筒中加入清水至浸沒工件和沖擊介質，鍍筒轉動3～5分鐘，使鍍層組織結構強化、外表光亮，然后將鍍件、沖擊介質和鍍液傾倒出鍍筒，分離、清洗鍍件和沖擊介質，烘干鍍件表面的水分后檢驗入庫，沖擊介質返回使用。
2.根據權利要求1所述的機械鍍鋅基稀土合金鍍層工藝，其特征在于加入的復合稀土金屬鹽為由La、Ce、Pr、Nd等稀土金屬的氯化鹽、硫酸鹽合成的水溶性添加劑，其重量百分比成分為Ce(SO4)1～20％，La-RECl35～40％，CeCl36H2O10～30％，Ms-RECl36H2O20～60％；建立基層時，鍍筒轉動的外接圓線速度為60～80米/分；合金化鍍層增厚及鍍層強化過程中，鍍筒的轉速保持線速度為40～70米/分。
3.根據權利要求1或2所述的機械鍍鋅基稀土合金鍍層工藝，其特征在于形成Zn-Sn-RE合金基層時，加入的鋅粉、亞錫和復合稀土金屬鹽總重量中，復合稀土金屬鹽占0.01～1％，亞錫鹽占1～3％，其余為Zn；在合金化鍍層增厚過程，通過加入復合稀土金屬鹽及鋅粉或鋅-鋁合金粉，獲得鋅基稀土合金鍍層(Zn-RE)或鋅基鋁稀土合金鍍層(Zn-Al-RE)；鍍層為鋅基稀土合金層(Zn-RE)時，在加入總重量中復合稀土金屬鹽占0.01～1％，其余為鋅粉；鍍層為鋅基鋁稀土合金層(Zn-Al-RE)時，在加入總重量中鋁粉為1～5％，復合稀土金屬鹽為0.05～2％，其余為鋅粉。
4.根據權利要求1或2所述的機械鍍鋅基稀土合金鍍層工藝，其特征在于加入的金屬鋅粉，金屬鋅含量大于94％，最大粒徑小于8微米或過1200目；加入的金屬鋁粉，金屬鋁含量大于93％，最大粒徑小于30微米或過400目；鍍層增厚時一般采取分次加料，加料強度控制在每3～5分鐘沉積3～10微米鍍層厚度。
5.根據權利要求5所述的機械鍍鋅基稀土合金鍍層工藝，其特征在于金屬粉的用量與鍍件的被鍍表面積和欲鍍的鍍層厚度相關，對于Zn-RE鍍層，鋅粉的用量為65～75g/(m2·10μm)；對于Zn-Al-RE鍍層，鋅、鋁金屬粉的用量為60～70g/(m2·10μm)。
全文摘要
本發明提供一種用機械鍍的方法在鋼鐵零件表面形成鋅基稀土合金鍍層(Zn－RE、Zn－Al－RE)的方法，屬于鋼鐵材料的表面鍍覆工藝技術領域。包括工件鍍前處理、基層建立、合金化鍍層增厚、鍍層強化等過程。采用機械鍍方法，對工件進行鍍前處理后裝入有沖擊介質和水的鍍筒中，隨后加入鋅粉、亞錫和復合稀土金屬鹽溶液，轉動鍍筒，在鋼鐵基體表面上形成合金基層；加入表面活化液、沉積性活化劑、復合稀土金屬鹽，再加入鋅粉或鋅－鋁合金粉，進行合金鍍層增厚；最后加水轉動鍍筒，強化鍍層組織結構強化。具有污染少、能耗小、節約金屬，所得鍍層性能好的優點。
文檔編號C23C24/00GK1789491SQ20051004874
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月23日 優先權日2005年12月23日
發明者何明奕, 劉麗, 王勝民, 趙曉軍, 彭增華, 譚蓉, 裴和中, 史志民 申請人:昆明理工大學