一種機械鍍鋅層熱滲用填充劑的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種機械鍍鋅層熱滲用填充劑，屬于鋼鐵材料的表面化學熱處理及鍍覆技術領域。
【背景技術】
[0002]滲鋅是采用擴散的方法在鋼鐵制件表面獲得鐵一鋅合金保護層的防腐工藝。相對于熱浸鍍鋅而言，滲鋅層具有滲層均勻、硬度高、耐磨性能好、滲層厚度可控、尺寸精度較高、耐腐蝕性能更佳等優點。它適合于尺寸較小、形狀復雜的零件，尤其是適合于尺寸精度有配合要求且同時又要求耐腐蝕性能和耐磨性能的零件，被廣泛應用于緊固件、彈簧、閥門、軸、銷、鏈、齒輪等機械零件和一些中小型結構件、管件。
[0003]目前的滲鋅工藝以粉末滲鋅為多見，粉末滲鋅是將滲鋅劑與鋼鐵制件按一定比例裝入滾動(或旋轉)的爐罐或滲鋅箱中，加熱到400°C左右，在保溫的條件下使爐罐或滲鋅箱的零件與填料不停地碰撞與摩擦，滲劑中的金屬鋅在鋼鐵制件表面產生活性鋅原子，活性鋅原子吸附到鋼鐵表面，然后鋅原子擴散進入鋼鐵基體。隨著鋅原子不斷地擴散進入鋼鐵基體，在鋼鐵基體表面形成一層連續的鋅一鐵合金層，同時鐵原子也穿過鋅一鐵合金層向外擴散，形成鋅一鐵的互擴散反應，鋅一鐵合金層不斷增厚，最終形成滲層。
[0004]目前用于工業生產的粉末滲鋅工藝是將鋼鐵制件經過前處理后及時烘干，然后裝入爐罐或滲鋅箱，再加入填料或添加劑后進行熱滲處理。由于烘干與裝料間隔內鋼鐵制件不可避免地發生一定程度的二次氧化，再有滲劑中的金屬鋅粉不可能與基體表面的任意一點位置都能均勻接觸，這些都可能造成鋼鐵制件的漏滲，導致鋼鐵制件的熱滲合格率不理想。還有，滲鋅過程是鋅鐵原子之間的互擴散過程，要達到一定的滲層厚度則需要一定的加熱或保溫時間，即使在真空條件下滲鋅，仍需要4?6小時以上的保溫時間，對于形狀復雜的工件甚至需要8?10小時的保溫時間，這嚴重影響了生產效率，也極大地影響了該項技術的應用和發展。
[0005]為了提高鋼鐵制件滲鋅的成品率和生產效率，人們提出了鍍后擴散滲鋅技術，SP先在鋼鐵制件表面預鍍鋅層，再進行熱擴散得到滲鋅層。此技術中鍍鋅層可直接在基體表面提供活性鋅原子，能促進基體表面的鋅一鐵互擴散，縮短滲鋅時間，提高滲鋅層質量。預鍍鋅層可采用熱浸鍍、電鍍、熱噴涂等工藝獲得，電鍍鋅的鍍層厚度較薄，擴散后形成的滲鋅層也薄，耐腐蝕壽命有限，不適合作為預鍍鋅層；熱噴涂鋅可以獲得較厚的鍍層，但鋅涂層中的氧化夾雜較多，易造成漏滲，也不適合作為預鍍鋅層；熱浸鍍鋅層可以獲得厚鍍層，且鍍層是由鋅一鐵合金層和表面的純鋅層構成，其中鋅一鐵合金層是鋅和鐵之間的界面化學反應和原子擴散反應所致，且在熱浸鍍過程這一合金層發生了鋅原子和鐵原子的互擴散，所以從原子的擴散距離考慮熱浸鍍鋅層有利于實現滲層的形成；但德國的研究者早在20世紀80年代開展的腐蝕行為研究中就發現熱浸鍍鋅層的熱滲過程會出現柯肯達爾效應(Peter Maass, Peter Peissker.Handbook of hot-dip galvanizat1n, WILEY-VCH,2011.4)，產生滲層空位缺陷，最終導致鍍層、滲層脫落，可見熱浸鍍鋅層也不適合作為預鍍鋅層。
[0006]機械鍍鋅是在常溫、常壓下利用物理、化學吸附沉積和機械碰撞，使金屬鋅粉在鋼鐵制件表面形成鍍層的一種表面處理工藝。機械鍍鋅的工藝方法目前在工業中已穩定應用多年，如中國專利ZL 93105628.4所述，可以根據需要得到5?110微米范圍內任意厚度的鍍鋅層。機械鍍鋅工藝的鋅粉有效使用率達到90%以上，成品率高于95%，相同鍍層厚度的生產成本僅為熱浸鍍鋅的40?60%。機械鍍鋅層的熱滲實驗表明，在一定的熱滲溫度、時間等條件下可以制備機械鍍鋅層的滲層。機械鍍鋅層是附著在鋼鐵基體表面上的由超細鋅粉構成的鍍鋅層，鍍層和鋼鐵基體之間屬于物理結合，界面處不存在鋅一鐵合金層，從原子擴散的動力學上分析機械鍍鋅層可能更有利于獲得質量穩定的滲鋅層，且生產效率應該明顯增加。鑒于此，本發明基于鋼鐵制件表面的鍍鋅層，提出一種保障機械鍍鋅層熱滲環境、促進機械鍍鋅層熱滲速度、提高機械鍍鋅層熱滲層質量的填充劑，以獲得優質、高效的機械鍍鋅熱滲層。
【發明內容】
[0007]本發明目的在于克服現有技術的不足，提供一種用于鋼鐵制件表面機械鍍鋅層在密封容器中熱滲用的填充劑。
[0008]本發明所述機械鍍鋅層熱滲用填充劑的成分及質量百分比為:氧化鋯30%?60%、氧化鋅5%?10%、氧化鋁10%?25%、磷酸三鈣10%?30%、鈉基膨潤土 5%?20%。
[0009]本發明所述機械鍍鋅層熱滲用填充劑用于機械鍍鋅鋼鐵制件表面鍍層在密封容器中熱滲處理。
[0010]本發明所用原料均為市售工業級化工原料。
[0011]本發明所述填充劑用于鋼鐵制件表面機械鍍鋅層在密封容器中熱滲處理時:所用方法為常規熱滲方法，具體為:將原料按質量百分比稱量并混合均勻，之后與機械鍍鋅鋼鐵制件一同裝填入滲鋅容器，裝填時應保證每個機械鍍鋅鋼鐵制件完全被上述填充劑隔離，滲鋅容器內物料裝滿后經適當振實，之后將滲鋅容器加蓋采用耐火泥密封；然后將滲鋅容器放入加熱爐內進行加熱保溫，完成滲鋅過程。
[0012]本發明所述填充劑組成中含有一定量的氧化鋯、三氧化二鋁，使得所述填充劑在熱滲過程中具有導熱率大、熱膨脹系數小的優點，能夠保證機械鍍鋅鋼鐵制件熱滲過程的靜置。
[0013]本發明所述填充劑組成中含有一定量的磷酸三鈣、鈉基膨潤土，它們具有優異的抗結塊性能，同時又能提高粉體的流動性，又具有優良的壓實性，這些可以確保填充劑裝填時的流動性、致密度，阻止熱滲過程空氣和水蒸氣到達機械鍍鋅層表面，減少熱滲過程鍍層的氧化損失。
[0014]本發明的有益效果:
(I)本發明填充劑用于機械鍍鋅層熱滲處理時滲層成品率高:采用本發明填充劑用于機械鍍鋅層熱滲處理時，填充劑將機械鍍鋅試樣隔離并封閉在熱滲容器內，熱滲時機械鍍鋅試樣處于較好的封閉環境，鍍層表面和工件表面不與外界空氣接觸，防止了鍍層表面的氧化，有利于機械鍍鋅層向基體表面以及鍍鋅層和基體之間發生擴散，加熱時用填充劑滲層成品率高。
[0015](2)本發明填充劑用于機械鍍鋅層熱滲處理時生產效率高:傳統的粉末滲鋅過程，依靠鋅粉和基體表面之間的間斷接觸提供活性鋅原子，所需要的滲鋅時間較長，生產效率低；機械鍍鋅試樣熱滲過程鍍層已經覆蓋在基體表面，本發明的填充劑將機械鍍鋅試樣整體與外界隔離，在熱量的作用下鍍層一直都處于提供活性鋅原子的狀態，所提供活性鋅原子的數量和速度顯著高于傳統的粉末滲鋅過程，可明顯縮短滲鋅時間，提高生產效率。
【具體實施方式】
[0016]
下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并不限于所述內容。
[0017]實施例1
本實施例所述機械鍍鋅層熱滲用填充劑的成分及質量百分比為:氧化鋯60%、氧化鋅5%、氧化鋁10%、磷酸三鈣10%、鈉基膨潤土 15%。
[0018]將上述原料混合均勻后與機械鍍鋅層厚度為30微米的Φ 16厚度2 mm的平墊片共同裝入滲鋅箱，在350°C加熱爐中保溫3小時；冷卻后開箱將墊片分離，墊片表面呈均勻的灰色，無雜物粘接附著，橫斷面金相法發現滲鋅層的厚度約24微米，且滲層厚度均勻。
[0019]實施例2
本實施例所述機械鍍鋅層熱滲用填充劑的成分及質量百分比為:氧化鋯40%、氧化鋅10%、氧化鋁25%、磷酸三鈣20%、鈉基膨潤土 5%。
[0020]將上述原料混合均勻后與機械鍍鋅層厚度50微米的M20建筑用螺栓共同裝入滲鋅箱，在400°C加熱爐中保溫2小時；冷卻后開箱將螺栓分離，螺栓外觀呈均勻的灰色，無雜物粘接附著，螺牙部位清晰，橫斷面金相法發現滲鋅層的厚度約46微米，且滲層厚度均勻。
[0021]實施例3
本實施例所述機械鍍鋅層熱滲用填充劑的成分及質量百分比為:氧化鋯30%、氧化鋅6%、氧化鋁24%、磷酸三鈣30%、鈉基膨潤土 10%。
[0022]將上述原料混合均勻后與機械鍍鋅層厚度60微米的M30軌道用地腳螺栓共同裝入滲鋅箱，在380°C加熱爐中保溫3小時；冷卻后開箱將螺栓分離，螺栓外觀呈均勻的灰色，無雜物粘接附著，螺牙部位清晰，橫斷面金相法發現滲鋅層的厚度約55微米，且滲層厚度均勻。
[0023]實施例4
本實施例所述機械鍍鋅層熱滲用填充劑的成分及質量百分比為:氧化鋯50%、氧化鋅8%、氧化鋁12%、磷酸三鈣12%、鈉基膨潤土 18%。
[0024]將上述原料混合均勻后與機械鍍鋅層厚度60微米的M24 U型螺栓共同裝入滲鋅箱，在360°C加熱爐中保溫2.5小時；冷卻后開箱將螺栓分離，螺栓外觀呈均勻的灰色，無雜物粘接附著，螺牙部位清晰，橫斷面金相法發現滲鋅層的厚度約56微米，且滲層厚度均勻。
【主權項】
1.一種機械鍍鋅層熱滲用填充劑，其特征在于:所述填充劑的成分及質量百分比為:氧化鋯30%?60%、氧化鋅5%?10%、氧化鋁10%?25%、磷酸三鈣10%?30%、鈉基膨潤土5% ?20%ο2.根據權利要求1所述的機械鍍鋅層熱滲用填充劑，其特征在于:所述填充劑用于機械鍍鋅鋼鐵制件表面鍍層在密封容器中熱滲處理。
【專利摘要】本發明公開了一種機械鍍鋅層熱滲用填充劑，屬于鋼鐵材料的表面化學熱處理及鍍覆技術領域。本發明的機械鍍鋅熱滲用填充劑由氧化鋯30%～60%，氧化鋅5%～10%，氧化鋁10%～25%，磷酸三鈣10%～30%，鈉基膨潤土5%～20%組成。本發明的填充劑使用時作為機械鍍鋅鋼鐵制件在密封容器中熱滲用填充介質，采用本發明填充劑，機械鍍鋅層在密封容器中熱滲處理后表面可獲得厚度均勻的滲鋅層，且成品率高，滲鋅速度快。
【IPC分類】C23C2/06, C23C2/26
【公開號】CN105132845
【申請號】CN201510592590
【發明人】王勝民, 劉華偉, 趙曉軍, 譚蓉, 余德坤, 李夢遠
【申請人】昆明理工大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月17日