專利名稱：在工件表面制備ZnAlMg多元合金防腐涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)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ZnAlMg多元合金防腐涂層的方法。
背景技術(shù)：
目前，已經(jīng)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(kuò)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(gòu)件表面，形成合金保護(hù)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(shí)間應(yīng)用時(shí)會(huì)導(dǎo)致防 腐性能下降，因此已經(jīng)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(fù)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、鋁和氧化锎組成；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(xué) 性能并不能得到明顯改善，而且工藝復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容
'本發(fā)明解決的技術(shù)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4是高防腐涂層的抗腐蝕性能和表面》更度。
為了解決上述技術(shù)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% 3Owt%的鋅粉、 10wt% 20wt%的鋁粉、10wt% 20wt%的鎂粉、0.1 wt% 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。C 50(TC,保溫3小時(shí) 10小時(shí)進(jìn)4亍共;參處理。
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4分末包括15% 18%的4美粉。 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，在將所述鐵^各軌道工件包埋在共滲劑粉末之前，還包括 將所述工件進(jìn)行預(yù)處理的步驟。
優(yōu)選的，所述共滲劑粉末還包括2wt。/。 10wt。/。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Sr2Ta207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
楊。C 50(TC、保溫3小時(shí) 10小日十進(jìn)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(xiàn)有技術(shù)相
比，在本發(fā)明提供的共滲劑中包含一部分鎂，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防腐涂
層增加鎂元素后，抗腐蝕性能和表面硬度均得到了明顯的改善。
具體實(shí)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(gè)方案，包括
提供以下重量百分比的共滲劑粉末15wt% 3 0wt%的鋅粉、 10wt。/。 20wt。/o的鋁粉、10wt。/。 20wt。/()的鎂粉、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(shí) 10小時(shí)進(jìn)行共滲處理。
按照本發(fā)明，所述工件指本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于高速鐵路、 普通鐵路上軌道上的螺栓、防落梁、軌道壓板等零部件。工件的材質(zhì) 一般為本領(lǐng)域技術(shù)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、鎂。與現(xiàn)有技術(shù)相 比，添加一部分鎂后，可以有效提高防腐涂層的抗腐蝕性能，并且相 應(yīng)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%,所述鋅粉的4分末粒徑優(yōu)選為20目 500目，更優(yōu)選為 200目~325目。所述共滲劑4分末中鋁粉含量優(yōu)選為10wt% 20wt%,優(yōu) 選為12wt%~16wt%,所述鋁4分的4分末粒徑優(yōu)選為50目 200目，更優(yōu) 選為 100目 200目。所述共滲劑4分末中鎂粉含量優(yōu)選為 10wt%~20wt°/。，優(yōu)選為12wt% 18wt%,鎂粉粒徑優(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4分的粒徑優(yōu)選為50目 ~200目，更優(yōu)選為100目 200目，活4匕劑可以選自本本領(lǐng)i或4支術(shù)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)選為石英砂，填充劑粉末的粒徑優(yōu)選為40目 100目，更優(yōu)選為 50目 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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，稀土金屬氧化物可以進(jìn)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， 更優(yōu)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(fù)合金屬氧化物 Sr2Ta207，該復(fù)合金屬氧化物已在中國專利CN100376505C所公開。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)共滲劑粉末中摻入稀土氧化物和復(fù)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(duì)于所述復(fù)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(fù)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(duì)工件進(jìn)行預(yù) 處理。所述預(yù)處理包括除油處理、除銹處理、噴砂、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(jìn)行預(yù)處理。
合液對(duì)工件進(jìn)4亍處理，所述石威溶液優(yōu)選為NaOH或KOH溶液，磁j容 液的質(zhì)量濃度優(yōu)選為1%~10%,更優(yōu)選為2% 8%,硅酸鈉溶液的質(zhì)量 濃度優(yōu)選為1% 10%，更優(yōu)選為2% 8%，最優(yōu)選為3%~5%。對(duì)于混 合液中石咸溶液和石圭酸鈉溶液的質(zhì)量比，優(yōu)選為堿溶液石圭酸鈉溶液為 3: 2~2: 3，更優(yōu)選為1: 1。進(jìn)行除油處理時(shí)，將帶處理工件力丈入混 合液中，優(yōu)選加溫至70°C~100°C ，更優(yōu)選為80°C 90°C ,浸泡時(shí)間優(yōu) 選為20分鐘 60分鐘，更優(yōu)選為30分鐘 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 4秀和氧化皮，所述稀酸優(yōu)選質(zhì)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4吏用濃度為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%亞硝酸鈉溶液涂抹在工件表 面進(jìn)行助滲處理。
助滲處理后，將工件放在烘箱內(nèi)，優(yōu)選升溫至100°C 200°C,更 優(yōu)選為150。C 20(TC進(jìn)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400~500°C,更優(yōu)選為480~500°C，保 溫時(shí)間優(yōu)選為1.5小時(shí)~10小時(shí)，更優(yōu)選為4小時(shí)~10小時(shí)。真空共滲 爐內(nèi)的真空對(duì)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(nèi)取出，然后清洗處理。
按照本發(fā)明，當(dāng)在所述共滲劑粉末中添加稀土金屬氧化物以及復(fù) 合金屬氧化物Sr2Ta2Ojt,共滲處理溫度優(yōu)選為300 400°C ，更優(yōu)選 為350~450°C ,保溫時(shí)間優(yōu)選為1.5小時(shí) 10小時(shí)，更優(yōu)選為4小時(shí) 10 小時(shí)，真空共滲爐內(nèi)的真空度小于0.5kpa。
高溫共滲處理后，將工件從共滲爐中取出，清洗。本發(fā)明提供一種在工件表面制備防腐涂層的方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明提供的共滲劑中包含一部分鎂，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防腐涂層增加鎂元素后，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(shí)施方式中，本發(fā)明在共滲劑粉末中進(jìn)一步添加了稀土金屬氧化物和復(fù)合金屬氧化物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防腐涂層的抗腐蝕性能和表明硬度得到了進(jìn)一 步的改善。
為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例和比較例對(duì)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(jìn)行描述。
實(shí)施例1
配制共滲劑取15wt。/。粒度為100目~200目的鋅4分、20wt。/。的粒度為100目 300目的4呂4分、lChvto/4i度為100目 200目的4美4分、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；
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，將才幾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，工件材質(zhì)為Q235b;
除銹處理用質(zhì)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(zhì)量濃度為3%的三乙醇胺溶液和質(zhì)量濃度為5%的亞硝酸鈉溶液涂抹在工件表面進(jìn)行助滲處理；
烘干處理將助滲處理后的防落梁工件放在烘箱內(nèi)，升溫至150。C保溫1小時(shí)進(jìn)行烘干處理。
共滲處理取配制好的共滲劑和工件;改入真空共滲爐中，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(zhuǎn)3圈，保溫8小時(shí)后，將工件取出，清洗干凈，曬千。
取樣進(jìn)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(jié)果如下18.49wt。/。的Fe、 25.44wt。/。的Zn、37.16wt。/。的Al、 18.60wt。/。的Mg、其它元素含量為0.31wt%。
性能測試結(jié)果如下
工件表面石更度為523HV;
中性鹽霧實(shí)驗(yàn)> 1200h (ISO 3768-1976);
耐堿性1.2g/LCa (OH) 2條件下，169h膜層不變色。
實(shí)施例2
取30wt。/o粒度為100目 200目的鋅粉、10wt。/o的粒度為100目~300目的4呂4分、20wt0/a立度為100目 200目的《美4分、2wto/o的IU匕4妄，余t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:參處理、烘干處理等工序與實(shí)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48CTC,真空爐膽每分鐘轉(zhuǎn)3圏，保溫8小時(shí)后，將工件取出，清洗干凈，曬干。
取樣進(jìn)行測試，在工件表面形成厚度約卯微米的合金滲層，合金滲層表面元素含量分析結(jié)果如下17.35wt。/。的Fe、 39.41wt。/。的Zn、13.45wt。/。的Al、 29.46wt。/。的Mg、其它元素含量為0.33wt%。
性能測試
工件表面硬度為571HV;
中性鹽霧實(shí)'驗(yàn)> 1200h (ISO 3768-1976 );
耐堿性1.2g/LCa (OH) 2條件下，181h膜層不變色。
實(shí)施例3
取20wt。/。粒度為100目~200目的鋅粉、15wt。/。的粒度為100目 300目的鋁粉、15wtQ/。粒度為100目 200目的鎂粉、5wtQ/。粒度為100目 200目的氧化鑭粉、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、除銹處理、清洗處理、助滲處理、烘干
處理等工序與實(shí)施例1相同；
低溫共滲處理取配制好的共滲劑和防落梁工件放入真空共滲爐中，并且將防落梁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400。C,真空爐膽每分鐘轉(zhuǎn)3圈，保溫8小時(shí)后；
取樣進(jìn)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(jié)果如下17.67wt。/。的Fe、 30.74wt。/。的Zn、29.55wt。/。的Al、 20.43wt。/。的Mg、 1.25wt。/。的La、其它元素含量為0.36wt%。
性能測試
工件表面石更度為595HV;
中性鹽霧實(shí)-驗(yàn)> 1400h ( ISO 3768-1976 );
耐石咸性1.2g/L Ca ( OH) 2條件下，212h膜層不變色。
與實(shí)施例1和實(shí)施例2相比，本實(shí)施例在共滲劑4分末中添加了 一部分氧化鑭，實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)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目的鎂粉、5wt。/。粒度為100目 200目的氧化鑭粉、10wt。/。粒度為100目 200目的Sr2Ta207、 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、除銹處理、清洗處理、助滲處理、烘干處理等工序與實(shí)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50CTC,真空爐膽每分鐘轉(zhuǎn)3圏，保溫8小時(shí)后；
取樣進(jìn)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(jié)果如下18.12wt。/。的Fe、 27.71wt。/。的Zn、23.74wt。/。的Al、27.54wt。/。的Mg、1.29wt。/。的La、0.43wt。/。的Sr、0.82wt%的Ta、其它元素含量為0.35wt%。
性能測試
工件表面硬度為630HV;
中性鹽霧實(shí)-驗(yàn)> 1500h (ISO 3768-1976 );
耐石咸性1.2g/LCa (OH) 2條件下，240h膜層不變色。
與實(shí)施例3相比，本實(shí)施例在共滲劑粉末中添加了一部分復(fù)合金屬氧化物Sr2Ta207,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防腐涂層中添加Sr2Ta207后，涂層表面硬度和抗腐蝕性能均得到了進(jìn)一步的改善。
比壽交例
取40wt。/。粒度為100目 200目的鋅粉、30wt。/。的粒度為100目~300目的鋁粉、lwt。/。的的氯化銨，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《秀處理、清洗處理、助、滲處理、烘干處理等工序與實(shí)施例1相同；
共滲處理取配制好的共滲劑和工件;故入真空共滲爐中，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(zhuǎn)3圏，^隊(duì)溫8小時(shí)后；將工件取出，清洗干凈，曬干。
取樣進(jìn)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(jié)果如下17.13wt。/。的Fe、 48.56wt。/。的Zn、33.97wt。/。的Al、其它元素含量為0.34wt%。
性能測試工件表面硬度為410HV;
中性鹽霧實(shí)驗(yàn)> 800h (ISO 3768-1976 )
耐石威性1.2g/L Ca ( OH) 2條件下，120h后膜層開始變色。
與實(shí)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(duì)本發(fā)明提供的在鐵路軌道工件表面制備防腐涂層的方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)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(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種在鐵路軌道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％的鎂粉、0.1wt％～2.0wt％的活化劑粉、余量的填充劑；將鐵路軌道工件包埋在所述共滲劑粉末中加熱至400℃～500℃，保溫3小時(shí)～10小時(shí)進(jìn)行共滲處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述共滲劑粉末 包括 20wt%~25 wt%的鋅斗分。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述共滲劑粉末 還包括12 wt% 18 wt%的鎂粉。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任 填充劑為石英砂。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任 活化劑選自氯化銨、氯化鋅中的
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任 所述工件包埋在共滲劑粉末之前 驟。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述共滲劑粉末 還包括2wt% 10wt%的稀土氧化物4分。
8、 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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Sr2Ta207 4分末。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7至9任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述 一種或多種。一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在將 ,還包括將所述工件進(jìn)行預(yù)處理的步括繼續(xù)將所述工件和共滲劑粉末升溫至400°C 500°C、保溫3小時(shí) ~10小時(shí)進(jìn)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％的鎂粉、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℃～600℃，保溫3小時(shí)～10小時(shí)進(jìn)行共滲處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過共滲劑粉末中添加了一部分鎂，并改變了共滲劑中其它成分的含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防腐涂層增加鎂元素后，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(hào)C23C10/52GK101665900SQ200910181189
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者肖占華, 松 陳 申請(qǐng)人:北京中路大成科技發(fā)展有限公司