專利名稱：一種對耐海洋氣候工程零件涂層進行擴散處理的方法
技術領域：
本發明涉及一種對耐海洋氣候工程零件涂層進行擴散處理的方法。
背景技術：
隨著科學技術的迅猛發展，應用于近海和海洋中的工程裝備越來越多，其服役條件按ISO 9225環境評價標準一般＞C5級，屬于極端惡劣環境。所述環境大氣多雨、高溫、多鹽霧和強風流，裸露在外的零件將受到強烈的大氣腐蝕、電化學腐蝕以及氣流沖刷侵蝕的綜合作用，各種鋼結構的使用壽命遠低于一般內陸戶外環境。如在海洋氣候條件下服役的典型工程裝備之一風力發電設備，由于風力發電機組是利用風能發電，而在海岸線、離岸海洋中具有豐富的風力資源，風電場的建設有很大比例是選址在近海岸或離岸海洋中。然而，由于機組的外部構件如機艙、引擎罩、塔架等直接裸露于極端的腐蝕大氣中，采用常規的防護措施，往往僅數個月便產生嚴重的腐蝕，這帶來了巨大的損失，據統計，海洋腐蝕的損失約占總腐蝕損失的1/3，不僅如此，因為海洋腐蝕帶來的事故更是無法計算損失。如1969年日本一艘5萬噸級礦石專用運輸船，因為腐蝕脆性破壞而突然沉沒。因此，加強腐蝕控制、減少金屬材料的損耗，避免設備在海洋環境中遭到過早的或意外的損壞，有著非常重要的戰略意義。
現代表面工程技術的快速發展，為鋼鐵表面的腐蝕防護提供了多種解決方法，如電鍍、化學鍍、熱噴涂、氣相沉積等。但目前上述的手段均存在一定的問題，共性的問題是上述的技術手段工藝復雜，生產成本高，并且更為嚴重的是，采用上述技術手段獲得的涂鍍層在環境、應力協同作用下，很容易剝落而失去防護效果，因此，研發行之有效的改善涂層與基體結合強度的新工藝，已成為當前產業發展的迫切需求。
發明內容
針對現有技術中這些問題，本發明提供一種對耐海洋氣候工程零件涂層進行擴散處理的方法，從而徹底解決了現在技術中存在的問題。
本發明提供的對耐海洋氣候工程零件涂層進行擴散處理的方法，包括 第一步對零件進行預處理； 第二步將零件放在氣氛保護爐內預熱； 第三步將經預熱的零件浸入鍍液中浸沒，浸沒過程中對零件施以旋轉； 第四步擴散處理將已浸鍍的零件放入真空爐內，800～950℃保溫1～3小時后逐步降溫取出，使界面處原子的擴散而在基體上形成擴散層從而實現與涂層與基體的冶金結合。
優選的，其中第一步對零件進行預處理包括除油、除銹處理和浸蝕處理。
更優選的，其中所述浸蝕處理是將除油除銹后的零件放在鹽酸和氫氟酸混合溶液中，室溫浸蝕1～3分鐘，所述鹽酸和氫氟酸混合溶液以體積計算鹽酸HCl占94％～96％，氫氟酸HF占4％～6％。
優選的，其中第二步將所述零件放在氣氛保護爐內經500～650℃預熱10～20分鐘。
優選的，其中第三步將經預熱的零件浸入鍍液中，浸沒1～5分鐘，其中所述鍍液主要由Zn、Al、Si、RE、微合金元素和納米氧化物顆粒增強劑組成，所述納米氧化物顆粒增強劑選自TiO2、CeO2中的一種或兩種，所述微合金元素選自Mg、Ti、Ni中的一種或任意幾種，并且各組成成份占鍍液總質量百分比為Zn35～58％，Si0.3～4.0％，RE0.02～1.0％，納米氧化物顆粒增強劑總的含量0.01～1.0％，微合金元素總的含量0.01～6.0％，Al余量。
更優選的，其中所述納米氧化物顆粒增強劑的平均粒徑為15～60nm。
更優選的，其中所述微合金元素各組成成份的具體加入量占總質量百分比為Mg0.1～5.0％，Ti0.01～0.5％，Ni0.1～3.0％。
優選的，其中所述第四步中使界面處原子的擴散而在基體上形成的擴散層厚度為10～30μm。
另一方面，本發明還提供一種涂層經過擴散處理的耐海洋氣候的零部件，其中所述零部件表面的涂層厚度為200-300μm，所述涂層中還包含使界面處原子擴散而在基體上形成的擴散層，通過所述擴散層實現涂層與基體的冶金結合，所述擴散層的厚度為10～30μm。
優選的，其中所述擴散層經過下述工藝過程形成 第一步對零件進行預處理； 第二步將零件放在氣氛保護爐內預熱； 第三步將經預熱的零件浸入鍍液中浸沒，浸沒過程中對零件施以旋轉； 第四步擴散處理將已浸鍍的零件放入真空爐內，800～950℃保溫1～3小時后逐步降溫取出，使界面處原子的擴散而在基體上形成擴散層從而實現與涂層與基體的冶金結合。
本發明在浸鍍前，將待浸鍍的部件放入氣氛保護爐內預熱一段時間，從而減小了涂層與基體材料之間的力學性能失配，使涂層即使在接觸微動載荷作用下也不剝落。
另一方面，采用本發明的鍍液形成的涂層，抵抗大氣腐蝕、電化學腐蝕以及氣流沖刷侵蝕能力顯著提高，并且涂層的強度、硬度，抗沖刷性能也都得以顯著提高。
再者，本發明在浸鍍后還增加了擴散處理的步驟，使涂層與基體結合牢固，涂鍍層即使在環境、應力協同作用下，也不容易剝落，從而起到了很好的防護效果，完全適用于海洋等極端惡劣的環境。
綜上所述，本發明與現有技術相比，生產工藝簡化，成本低，鍍層厚度可調整范圍廣，且涂層的耐蝕、耐磨性好，涂層與基體結合牢固，不容易剝落，適合各種尺寸零件的處理，該方法工藝簡單，生產成本低，并且能適用于任何形狀、任何尺寸零部件，采用本發明處理過的零件，可在海洋氣候條件下賦予其充分耐腐蝕性能和抗沖刷侵蝕性能。
具體實施例方式 本發明提供的一種對耐海洋氣候工程零件涂層進行擴散處理的方法，包括 第一步對零件進行預處理； 第二步將零件放在氣氛保護爐內預熱； 第三步將經預熱的零件浸入鍍液中浸沒，浸沒過程中對零件施以旋轉； 第四步擴散處理，將已浸鍍的零件放入真空爐內，800～950℃保溫1～3小時后逐步降溫取出，使界面處原子的擴散而在基體上形成擴散層從而實現與涂層與基體的冶金結合。
下面，給出采用本發明的擴散處理方法在鋼結構零件表面制備耐海洋氣候防腐涂層的一些優選的具體實施例，但需要說明的是，下述具體實施例中給出的條件并非是作為必要技術特征加以描述的，對于本領域技術人員來說，完全可以在具體實施方式
所列數值的基礎上進行合理概括和推導。
實施例1 (1)將零件清洗、除油后，通過酸洗除銹處理，去離子水漂洗。
(2)將除油除銹后的零件在鹽酸HCl 94％(體積分數)+氫氟酸HF6％(體積分數)混合溶液中，室溫浸蝕1分鐘，去離子水漂洗。
(3)將經(1)～(2)處理的零件放入氣氛保護爐內，500℃預熱20分鐘。
(4)在氣氛保護熔煉爐內，將經預熱的鋼零件浸入鍍液中，浸沒1分鐘，浸沒過程中對零件施以旋轉。
(5)將浸鍍的部件放入真空爐內，800℃保溫3小時后逐步降溫取出，使其鍍層下形成擴散層，經上述工藝過程，在零件表面形成保護鍍滲復合層。
實施例2 (1)將零件清洗、除油后，通過酸洗除銹處理，去離子水漂洗。
(2)將除油除銹后的零件在鹽酸HCl 95％(體積分數)+氫氟酸HF5％(體積分數)混合溶液中，室溫浸蝕2分鐘，去離子水漂洗。
(3)將經(1)～(2)處理的零件放入氣氛保護爐內，600℃預熱15分鐘。
(4)在氣氛保護熔煉爐內，將經預熱的鋼零件浸入鍍液中，浸沒3分鐘，浸沒過程中對零件施以旋轉。
(5)將浸鍍的部件放入真空爐內，880℃保溫2小時后逐步降溫取出，使其鍍層下形成擴散層，經上述工藝過程，在零件表面形成保護鍍滲復合層。
實施例3 (1)將零件清洗、除油后，通過酸洗除銹處理，去離子水漂洗。
(2)將除油除銹后的零件在鹽酸HCl 96％(體積分數)+氫氟酸HF4％(體積分數)混合溶液中，室溫浸蝕3分鐘，去離子水漂洗。
(3)將經(1)～(2)處理的零件放入氣氛保護爐內，650℃預熱10分鐘。
(4)在氣氛保護熔煉爐內，將經預熱的鋼零件浸入鍍液中，浸沒5分鐘，浸沒過程中對零件施以旋轉。
(5)將浸鍍的部件放入真空爐內，950℃保溫1小時后逐步降溫取出，使其鍍層下形成擴散層，經上述工藝過程，在零件表面形成保護鍍滲復合層。
其中，實施例1-3中鍍液的組成和含量如下表1所示，并且需要特別說明的是，表1中僅僅是給出本發明鍍液的一些優選實施例，盡管表1的微合金元素同時包含Mg、Ti、Ni三種元素，但這些并非是作為必要技術特征加以描述的，本發明的微合金元素可以選自Mg、Ti、Ni中的任一種、兩種或三種，類似的，盡管表1中列出所述納米氧化物顆粒增強劑為TiO2，但本發明的納米氧化物顆粒增強劑還可以選自CeO2或兩種同時使用。
表1各組成成份占總重量的質量百分比含量(％)
優選的，其中所述納米氧化物顆粒增強劑的平均粒徑為15～60nm。
優選的，其中所述微合金元素各組成成份的具體加入量占總質量百分比為Mg0.1～5.0％，Ti0.01～0.5％，Ni0.1～3.0％。
另一方面，本發明還提供一種涂層經過擴散處理的耐海洋氣候的零部件，其中所述零部件表面的涂層厚度為200-300μm，所述涂層中還包含使界面處原子擴散而在基體上形成的擴散層，通過所述擴散層實現涂層與基體的冶金結合，所述擴散層的厚度為10～30μm，下面給出本發明的經過擴散處理的涂層一些優選的實施方式，如下表2 表2厚度單位(μm) 注鍍層結合力測試方法參照GB1720-79進行 綜上所述，盡管上面列舉了本發明一些優選的實施方式，但本發明的發明構思并不局限于此，凡在此基礎上，對本發明進行非實質性的改動，均應落入本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種對耐海洋氣候工程零件涂層進行擴散處理的方法，包括
第一步對零件進行預處理；
第二步將零件放在氣氛保護爐內預熱；
第三步將經預熱的零件浸入鍍液中浸沒，浸沒過程中對零件施以旋轉；
第四步擴散處理，將已浸鍍的零件放入真空爐內，800～950℃保溫1～3小時后逐步降溫取出，使界面處的原子擴散而在基體上形成擴散層從而實現與涂層與基體的冶金結合。
2.根據權利要求1所述的方法，其中第一步對零件進行預處理包括除油、除銹處理和浸蝕處理。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述浸蝕處理是將除油除銹后的零件放在鹽酸和氫氟酸混合溶液中，室溫浸蝕1～3分鐘，所述鹽酸和氫氟酸混合溶液以體積計算鹽酸HCl占94％～96％，氫氟酸HF占4％～6％。
4.根據權利要求1所述的方法，其中第二步將所述零件放在氣氛保護爐內經500～650℃預熱10～20分鐘。
5.根據權利要求1所述的方法，其中第三步將經預熱的零件浸入鍍液中，浸沒1～5分鐘，其中所述鍍液主要由Zn、Al、Si、RE、微合金元素和納米氧化物顆粒增強劑組成，所述納米氧化物顆粒增強劑選自TiO2、CeO2中的一種或兩種，所述微合金元素選自Mg、Ti、Ni中的一種或任意幾種，并且各組成成份占鍍液總質量百分比為Zn35～58％，Si0.3～4.0％，RE0.02～1.0％，納米氧化物顆粒增強劑總的含量0.01～1.0％，微合金元素總的含量0.01～6.0％，Al余量。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述納米氧化物顆粒增強劑的平均粒徑為15～60nm。
7.根據權利要求5所述的方法，其中所述微合金元素各組成成份的具體加入量占總質量百分比為Mg0.1～5.0％，Ti0.01～0.5％，Ni0.1～3.0％。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述第四步中使界面處原子的擴散而在基體上形成的擴散層厚度為10～30μm。
9.一種涂層經過擴散處理的耐海洋氣候的零部件，其中所述零部件表面的涂層厚度為200-300μm，所述涂層中還包含使界面處原子擴散而在基體上形成的擴散層，通過所述擴散層實現涂層與基體的冶金結合，所述擴散層的厚度為10～30μm。
10.根據權利要求9所述的零部件，其中所述擴散層經過下述工藝過程形成
第一步對零件進行預處理；
第二步將零件放在氣氛保護爐內預熱；
第三步將經預熱的零件浸入鍍液中浸沒，浸沒過程中對零件施以旋轉；
第四步擴散處理，將已浸鍍的零件放入真空爐內，800～950℃保溫1～3小時后逐步降溫取出，使界面處的原子擴散而在基體上形成擴散層從而實現與涂層與基體的冶金結合。
全文摘要
本發明涉及一種對耐海洋氣候工程零件涂層進行擴散處理的方法，包括第一步對零件進行預處理；第二步將零件放在氣氛保護爐內預熱；第三步將經預熱的零件浸入鍍液中浸沒，浸沒過程中對零件施以旋轉；第四步擴散處理將已浸鍍的零件放入真空爐內，800～950℃保溫1～3小時后逐步降溫取出，使界面處原子的擴散而在基體上形成擴散層從而實現與涂層與基體的冶金結合，采用本發明的方法處理過的零件，可在海洋氣候條件下賦予其充分耐腐蝕性能和抗沖刷侵蝕性能。
文檔編號C23C2/26GK101760717SQ20091026271
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月28日 優先權日2009年12月28日
發明者馮立新, 張敏燕, 繆強 申請人:無錫麟龍鋁業有限公司