專利名稱：在工件表面制備ZnAlZr多元合金防腐涂層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬防腐涂層的制備方法，具體涉及一種在工件表面 制備ZnAlZr多元合金防腐涂層的方法。
背景技術：
然而，由于鐵路常年經受日曬雨淋、冬冷夏熱，使用環(huán)境惡劣， 常因大氣及雨水腐蝕而產生銹蝕，易導致零部件的力學性能大幅度下 降，早期失效，造成行車安全隱患。因此，需要對零部件進行高質量 的表面防腐處理，防止產生銹蝕，提高零部件的表面耐腐蝕性能，延 長其使用壽命，從而提高鐵路行車安全系數。
目前，已經公開了多種工件表面防腐處理方法。例如，鋅鋁合金 共滲工藝是目前比較常用的金屬工件防腐處理方法，該工藝是利用加 熱狀態(tài)下金屬原子的滲透擴散作用，在金屬基體沒有相變的條件下， 將鋅鋁元素滲入到鋼鐵構件表面，形成合金保護層，提高工件表面的 抗腐蝕、抗表面氧化及耐磨性能等。但是，由于該工藝制備的含有鋅 鋁涂層的工件的防腐性能單一、性能不穩(wěn)定，長時間應用時會導致防 腐性能下降，因此已經逐漸被新的防腐處理工藝所代替。
例外，還有人考慮在工件表面制備復合涂層來改善工件的表面性 能。例如，中國專利CN100503890CV^開了一種多元共滲合金共滲加 封閉的涂層，該涂層是由第 一層的多元合金共滲滲層與鈍化層和第二 層的封閉層組成，其中第一層多元合金共滲滲層與鈍化層中，多元合 金共滲滲層是由鋅、鋁和氧化鑭組成；第二層封閉層是由鋅和鋁與環(huán) 氧樹脂組成。雖然上述涂層具有很好的防腐效果，但是工件表面力學 性能并不能得到明顯改善，而且工藝復雜。
發(fā)明內容
本發(fā)明解決的技術問題在于，提供一種在工件表面制備防腐涂層 的方法，通過該方法來提高防腐涂層的抗腐蝕性能和表面硬度。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種在工件表面制備防腐涂層的方法，包括
提供包括以下重量百分比的共滲劑粉末15wt。/o 30wt。/。的鋅粉、 10wt。/o 20wtyo的鋁斗分、10wto/o 20wt。/o的4告4分、0.1wto/。 2.0wt。/o的活化 劑粉、余量的填充劑；
將工件包埋在所述共滲劑粉末中加熱至400。C 60(TC,保溫3小 時~10小時進行共滲處理。
優(yōu)選的，所述共滲劑粉末包括20wt。/。 25wt。/()的鋅粉。
優(yōu)選的，所述共滲劑粉末包括10wt。/。 18wt。/。的鋯粉。
優(yōu)選的，所述填充劑為石英砂。
優(yōu)選的，所述活化劑選自氯化銨、氯化鋅中的一種或多種。 優(yōu)選的，在將所述工件包埋在共滲劑粉末之前，還包括將所述工
件進行預處理的步驟。
優(yōu)選的，所述共滲劑粉末還包括2wt%~ 1 Owt%的稀土氧化物粉。 優(yōu)選的，所述稀土氧化物粉為氧化釔粉、氧化鑭粉、氧化鈰粉、
氧化鐠粉、或氧化釹粉中一種或多種。
優(yōu)選的，所述共滲劑粉末還包括lwt。/。 10wt。/。的Sr2Nb207粉末。 優(yōu)選的，所述方法還包括繼續(xù)將所述工件和共滲劑粉末升溫至
400。C 50(TC、保溫3小時 10小時進行共滲處理。
本發(fā)明提供 一 種在工件表面制備防腐涂層的方法，與現有技術相
比，在本發(fā)明提供的共滲劑中包含一部分鋯，實驗結果表明，防腐涂
層增加鋯元素后，抗腐蝕性能和表面硬度均得到了明顯的改善。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的在工件表面制備防腐涂層的一個方案，包括
提供以下重量百分比的共滲劑粉末15wt% 3wtO%的鋅粉、
10wt% 20wt%的鋁粉、10wt%~20wt%的鋯粉、余量的填充劑；
將所述工件包埋在所述共滲劑粉末中加熱至400°C~500°C，保溫
3小時 10小時進行共滲處理。按照本發(fā)明，所述工件指本領域技術人員熟知的用于高速鐵路、 普通鐵路上軌道上的螺栓、軌道壓板等零部件。工件的材質一般為本 領域技術人員熟知的碳鋼或合金鋼。
在本發(fā)明提供的共滲劑粉末中，包括鋅、鋁、鋯。與現有技術相 比，添加一部分鋯后，可以有效提高防腐涂層的抗腐蝕性能，并且相 應的硬度也得到改善。按照本發(fā)明，在共滲劑粉末中，鋅粉含量為
15wt% 30wt% (重量百分比)，優(yōu)選為 18wt%~28wt% ， 更優(yōu)選為 20wt% 25wt%,所述鋅4分的粉末粒徑優(yōu)選為50目~200目，更優(yōu)選為 100目~200目。所述共滲劑粉末中鋁粉含量優(yōu)選為10wt% 20wt%,優(yōu) 選為12wt% 16wt%，所述鋁粉的粉末粒徑優(yōu)選為50目~200目，更優(yōu) 選為100目 200目。所述共滲劑粉末中鋯粉含量優(yōu)選為 10wt%~20wt%,優(yōu)選為12wt% 18wt%,《告4分粒徑優(yōu)選為50目 200目， 更優(yōu)選為100目~200目。
在本發(fā)明提供的共滲劑粉末中，活化劑粉的含量為 0.1wt~2.0wt%，優(yōu)選為0.5wt 1.5wt%,活化劑可以選自本本領域寺支術 人員熟知的氯化銨、氯化鋅中的一種或多種。所述共滲劑粉末中，填 充劑優(yōu)選為石英石少，填充劑姊分末的粒徑優(yōu)選為40目 100目，更優(yōu)選 為80目。
按照本發(fā)明，還可以在所述共滲劑粉末中摻入稀土金屬氧化物， 實驗結果表明，稀土金屬氧化物可以進一 步改善防腐涂層的抗腐蝕性 能和表面硬度。優(yōu)選的稀土金屬氧化物為氧化釔、氧化鑭、氧化鈰、 氧化鐠、或氧化釹。稀土金屬氧化物的含量優(yōu)選為lwt% 10wt%,更 優(yōu)選為4wt%~6wt%。稀土金屬氧化物4分末粒徑優(yōu)選為40目 200目， 更4尤選為100目 200目。
按照本發(fā)明，還可以在所述共滲劑粉末中摻入復合金屬氧化物 Sr2Nb207,該復合金屬氧化物已在中國專利CN100376505C所7>開。 實驗結果表明，當共滲劑粉末中摻入稀土氧化物和復合金屬氧化物后， 稀土氧化物可以增加共滲劑的活性，因此得到防腐涂層的硬度、抗腐 蝕性能均得到明顯的改善。對于所述復合金屬氧化物的摻入量，優(yōu)選為lwt%~10wt%,更優(yōu)選為4wt%~6wt%，所述復合金屬氧化物的4分末 粒徑優(yōu)選為40目~200目，更優(yōu)選為100目 200目。
按照本發(fā)明，將工件包埋在共滲劑粉末之前，優(yōu)選對工件進行預 處理。所述預處理包括除油處理、除4秀處理、噴石少處理中的一種或多 種處理工序，優(yōu)選依次按照除油處理、除4秀處理、清洗處理、助滲處 理、烘干處理的工件進行預處理。
」換照本發(fā)明，所述除油處理優(yōu)選為 <吏用堿溶液和石圭酸鈉熔液的混 合液對工件進行處理，所述堿溶液優(yōu)選為NaOH或KOH溶液，堿溶 液的質量濃度優(yōu)選為1%~10%,更優(yōu)選為2%~8%,石圭酸鈉溶液的質量 濃度優(yōu)選為1%~10%，更優(yōu)選為2% 8%，最優(yōu)選為3% 5%。對于混 合液中堿溶液和娃酸鈉溶液的質量比，優(yōu)選為堿溶液硅酸鈉溶液為 3: 2~2: 3，更優(yōu)選為1: 1。進行除油處理時，將帶處理工件放入混 合液中，優(yōu)選加溫至70。C 10(TC ,更優(yōu)選為8(TC 90。C ,浸泡時間優(yōu) 選為20分鐘 60分鐘，更優(yōu)選為30分4f 40分鐘。
所述除銹處理具體為用稀酸溶液清洗除油處理后的工件除去鐵 銹和氧化皮，所述稀酸優(yōu)選質量濃度為5% 20%，更優(yōu)選為7% 15% 的鹽酸溶液。
除銹處理后，優(yōu)選使用水將工件清洗干凈。
清洗處理后，優(yōu)選使用濃度為1%~10%,更優(yōu)選為2% 5%的三乙 醇胺和濃度為1% 5%,更優(yōu)選為2%~4%亞硝酸鈉溶液涂」昧在工件表 面進行助滲處理。
助滲處理后，將工件;坎在烘箱內，優(yōu)選升溫至100。C 200。C,更 優(yōu)選為150。C 20(TC進行烘干處理。
烘干處理后，將工件與共滲劑放在真空共滲爐中，并將工件包埋 在共滲劑中，共滲劑與工件的體積比優(yōu)選為3: 1 1: 2,更優(yōu)選為2: 1~1: 1。共滲處理溫度優(yōu)選為400 600°C,更優(yōu)選為400~480°C ，保 溫時間優(yōu)選為1.5小時 10小時，更優(yōu)選為4小時~10小時，更優(yōu)選為 8小時 10小時。真空共滲爐內的真空對優(yōu)選小于lkPa,更優(yōu)選小于 0.5kpa。共滲處理后，將工件從真空共滲爐內取出，然后清洗處理。
按照本發(fā)明，當在所述共滲劑粉末中添加稀土金屬氧化物以及復
合金屬氧化物Sr2Nb2Ojt,共滲處理溫度優(yōu)選為300~400°C ,更優(yōu)選 為350 400°C ,保溫時間優(yōu)選為1.5小時 10小時，更優(yōu)選為4小時 10 小時，真空共滲爐內的真空度小于0.5kpa。
本發(fā)明提供一種在工件表面制備防腐涂層的方法。與現有技術相 比，在本發(fā)明提供的共滲劑中包含一部分鋯，實驗結果表明，防腐涂 層增加鋯元素后，抗腐蝕性能和表面硬度均得到了明顯的改善。
在優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明在共滲劑粉末中進一步添加了稀土 金屬氧化物和復合金屬氧化物，實驗結果表明，防腐涂層的抗腐蝕性 能和表明硬度得到了進一 步的改善。
為了進 一 步了解本發(fā)明，下面結合實施例和比較例對本發(fā)明提供 的鐵路軌道工件表面制備防腐涂層的方法進行描述。
實施例1
配制共滲劑取15wt。/。粒度為100目 200目的鋅粉、20wt。/。的粒 度為100目 300目的鋁粉、10wt。/o粒度為100目~200目的鋯粉、lwt% 的氯化銨，余量粒度為100目 300目的石英砂均勻混合得到共滲劑粉
末；
除油處理取3wt%NaOH溶液和2wt。/。硅酸鈉溶液按照1: 1的比 例混合制取除油混合液，將機加工后的工件浸沒在所述除油混合液中， 將除油混合液升溫至80。C浸泡30分鐘，防落梁工件材質為Q235b;
除銹處理用質量濃度為15%的鹽酸溶液清洗除油處理后的防落 梁工件以除去鐵銹和氧化皮；
清洗處理用自來水將工件清洗干凈；
助滲處理清洗處理后，使用質量濃度為3%的三乙醇胺溶液和質 量濃度為5%的亞硝酸鈉溶液涂纟未在工件表面進行助滲處理；
烘干處理將助滲處理后的工件放在烘箱內，升溫至150。C保溫1 小時進行烘干處理。共滲處理取配制好的共滲劑和工件放入真空共滲爐中，并且將 工件包埋在共滲劑中，共滲劑與工件的體積比為1: 1,將真空爐抽真 空至真空度小于0.5kPa，將真空共滲爐升溫至450°C,真空爐膽每分 鐘轉3圈，保溫8小時后，將工件取出，清洗干凈，曬干。取樣進行測試，在工件表面形成厚度約90微米的合金滲層，合金 滲層表面元素含量分析結果如下19.45wt。/。的Fe、 23.48wt。/。的Zn、 38.29wt。/。的Al、 18.41wt。/。的Zr、其它元素含量為0.325wt%。性能測試結果如下工件表面》更度為528HV;中性鹽霧實驗> 1200h (ISO 3768-1976);耐堿性.'1.2g/L Ca ( OH) 2條件下，160h膜層不變色。實施例2耳又30wt。/4立度為100目 200目的《辛凈分、10wto/o的4立度為100目 300 目的鋁粉、20wt。/。粒度為100目 200目的鋯粉、2wt。/。的氯化銨，余量 粒度為100目~300目的石英砂均勻混合得到共滲劑粉末；所用工件以及除油處理、除4秀處理、清洗處理、助滲處理、烘干 處理等工序與實施例1相同；共滲處理取配制好的共滲劑和工件放入真空共滲爐中，并且將 工件包埋在共滲劑中，共滲劑與工件的體積比為1: 1,將真空爐抽真 空至真空度小于0.5kPa，將真空共滲爐升溫至460°C，真空爐膽每分鐘轉3圈，保溫8小時后，將工件:取出，清洗干凈，曬干。取樣進行測試，在工件表面形成厚度約90微米的合金滲層，合金 滲層表面元素含量分析結果如下17.31wt。/o的Fe、 42.47wt。/o的Zn、 12.42wt。/。的Al、 27.48wt。/。的Zr、其它元素含量為0.32wt%。性能測試工件表面石更度為575HV;中性鹽霧實驗> 1200h (ISO 3768-1976);條件下，190h膜層不變色。 實施例3取20wt。/o粒度為100目 200目的鋅粉、15wtQ/。的粒度為100目 300 目的鋁粉、15wt。/。粒度為100目~200目的鋯粉、5wt。/o粒度為100目~200 目的氧化鑭粉、lwt。/。的氯化銨，余量粒度為100目 300目的石英砂 均勻混合得到共滲劑粉末；所用工件以及除油處理、除4秀處理、清洗處理、助滲處理、烘干 處理等工序與實施例l相同；取樣進行測試，在工件表面形成厚度約90微米的合金滲層，合金 滲層表面元素含量分析結果如下16.75wt。/。的Fe、 31.49wt。/。的Zn、 27.73wt。/。的Al、 22.32wt。/。的Zr、 1.35wt。/。的La、其它元素含量為 0.36wt%。性能測試工件表面石更度為590HV;中性鹽霧實-瞼> 1400h (ISO 3768-1976 );耐堿性1.2g/LCa (OH) 2條件下，210h膜層不變色。與實施例l和實施例2相比，本實施例在共滲劑粉末中添加了一 部分氧化鑭，實驗結果表明，防腐涂層中添加鑭后，涂層表面硬度和 抗腐蝕性能均得到了改善。實施例4取20wt。/。粒度為100目 200目的鋅粉、15wt。/。的粒度為100目 300 目的鋁粉、15wt。/。粒度為100目 200目的鋯粉、5wt。/。粒度為100目 200 目的氧化鑭粉、10wt。/。粒度為100目 200目的Sr2Nb207、 lwt。/。的氯化 銨，余量粒度為40目 100目的石英砂均勻混合得到共滲劑粉末；所用工件以及除油處理、除銹處理、清洗處理、助滲處理、烘干處理等工序與實施例1相同；低溫共滲處理取配制好的共滲劑和工件放入真空共滲爐中，并且將工件包埋在共滲劑中，共滲劑與工件的體積比為1: 1,將真空爐 抽真空至真空度小于0.5kPa，將真空共滲爐升溫至520°C,真空爐膽 每分鐘轉3圈，保溫8小時后；取樣進行測試，在工件表面形成厚度約90微米的合金滲層，合金 滲層表面元素含量分析結果如下18.19wt。/。的Fe、 29.71 wt。/。的Zn、 21.74wt。/o的Al、27.52wt。/o的Zr、 1.27wt。/o的La、0.61wt。/o的Sr、0.63wt% 的Nb、其它元素含量為0.33wt%。性能測試工件表面硬度為625HV;中性鹽霧實驗> 1500h (ISO 3768-1976 );耐堿性1.2g/L Ca ( OH) 2條件下，240h膜層不變色。與實施例3相比，本實施例在共滲劑粉末中添加了一部分復合金 屬氧化物Sr2Nb207,實驗結果表明，防腐涂層中添加Sr2Nb207后，涂 層表面硬度和抗腐蝕性能均得到了進 一 步的改善。比專交例取40wt。/。粒度為100目 200目的鋅粉、30wt。/o的粒度為100目~300 目的鋁粉、lwt。/。的氯化銨，余量粒度為40目 100目的石英砂均勻混合得到共滲劑粉末；所用工件以及除油處理、除《秀處理、清洗處理、助滲處理、烘千處理等工序與實施例1相同；共滲處理取配制好的共滲劑和工件》文入真空共滲爐中，并且將 工件包埋在共滲劑中，共滲劑與工件的體積比為1: 1,將真空爐抽真 空至真空度小于0.5kPa,將真空共滲爐升溫至460°C，真空爐膽每分 鐘轉3圈，保溫8小時后；將工件取出，清洗干凈，曬干。取樣進行測試，在工件表面形成厚度約90微米的合金滲層，合金 滲層表面元素含量分析結果如下17.13wt。/。的Fe、 48.56wt。/。的Zn、 33.97wt。/。的Al、其它元素含量為0.34wt%。霧實驗> 800h (ISO 3768-1976 ) 耐堿性1.2g/L Ca ( OH) 2條件下，120h后膜層開始變色。 與實施例1至4相比，只含有鋁和鋅的共滲劑粉末，抗腐蝕性能 和表面硬度等性能均比較低。以上對本發(fā)明提供的在工件表面制備防腐涂層的方法進行了詳闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思 想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā) 明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和 修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內。
權利要求
1、一種在工件表面制備防腐涂層的方法，包括提供包括以下成分的共滲劑粉末15wt％～30wt％的鋅粉、10wt％～20wt％的鋁粉、10wt％～20wt％的鋯粉、0.1wt％～2.0wt％的活化劑粉、余量的填充劑；將工件包埋在所述共滲劑粉末中加熱至400℃～500℃，保溫3小時～10小時進行共滲處理。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述共滲劑粉末 包括`2 0 wt %~2 5 wt%的鋅粉。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述共滲劑粉末 還包括`12wt% 18 wt%的鋯粉。
4、 根據權利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，所述 填充劑為石英砂。
5、 根據權利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，所述 活化劑選自氯化銨、氯化鋅中的一種或多種。
6、 根據權利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，在將 所述軌道工件包埋在共滲劑粉末之前，還包括將所述工件進行預處理 的步驟。
7、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述共滲劑粉末 還包括`2 wt%~ 10 wt%的稀土氧化物粉。
8、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述稀土氧化物 粉為氧化釔粉、氧化鑭粉、氧化鈰粉、氧化鐠粉、或氧化釹粉中一種 或多種。
9、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述共滲劑粉末 還包括`1 wt%~ 10wt%的Sr2Nb207粉末。
10、 根據權利要求7至9任一項所述的方法，其特征在于，還包括繼續(xù)將所述工件和共滲劑粉末升溫至40(TC 500。C、保溫3小時 ~10小時進行共滲處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在工件表面制備防腐涂層的方法，包括提供包括以下重量百分比的共滲劑粉末15wt％～30wt％的鋅粉、10wt％～20wt％的鋁粉、10wt％～20wt％的鋯粉、0.1wt％～2.0wt％的活化劑粉、余量的填充劑；將工件包埋在所述共滲劑粉末中加熱至400℃～500℃，保溫3小時～10小時進行共滲處理。與現有技術相比，本發(fā)明通過共滲劑粉末中添加了一部分鋯，并改變了共滲劑中其它成分的含量，實驗結果表明，防腐涂層增加鋯元素后，防腐涂層的抗腐蝕性能和表面硬度均得到了明顯的改善。
文檔編號C23C10/52GK101665899SQ200910181188
公開日2010年3月10日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權日2009年10月14日
發(fā)明者肖占華, 松 陳 申請人:北京中路大成科技發(fā)展有限公司