一種基于單鍍法制備鋅鋁鎂合金共滲層的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及金屬材料表面化學(xué)熱處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于單鍍法制備鋅鋁鎂 合金共滲層的工藝。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在金屬表面滲鋅、滲鋁或鋅鋁合金是重要的金屬材料表面化學(xué)熱處理技術(shù)。合金 滲層在許多環(huán)境中具有比滲鋅、滲鋁更好的耐腐蝕性能，目前獲得合金滲層的有效方法有 液體滲和粉末滲等，但都有工藝時(shí)間長(zhǎng)、難工業(yè)化生產(chǎn)的缺點(diǎn)。滲鋁、滲鋅以及鋅鋁合金共 滲均需較高的處理溫度，導(dǎo)致金屬材料的強(qiáng)度下降，較長(zhǎng)的工藝時(shí)間造成時(shí)間和能源的巨 大浪費(fèi)。多元金屬間相互反應(yīng)及其與基體金屬的冶金結(jié)合，形成多元共滲層，厚度、硬度、耐 磨性、耐蝕性能均顯著提高，成為目前的研究熱點(diǎn)。
[0003] Samuel R. Cross.等[Computational design and optimization of multi layered and functionally graded corrosion coatings.Corrosion Science. 2013, 77, 297-307]研究了鋅鋁鎂合金層耐腐蝕影響，指出Al、Mg對(duì)防護(hù)層表面影 響和防護(hù)層整體的耐蝕性能提升。S. Schilrz等[Chemistry of corrosion products on Zn-Al-Mg alloy coated steel. Corrosion Science. 2010, 52 (10) ,3271-3279]制備的高 Al、Mg配比鋅鋁鎂層，具有優(yōu)異的耐蝕性能。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中鋅鋁共滲工藝要求高、鍍層表面不均勻、無(wú)法形成鋅鋁鎂共 滲層等不足與問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種適用于工藝時(shí)間短、金屬材料的鋁、鎂含量高、高厚 度、滲層形貌優(yōu)良、結(jié)合強(qiáng)度高、適用于工業(yè)化推廣生產(chǎn)，且基于單鍍法制備的鋅鋁鎂共滲 層及工藝。本專利的創(chuàng)新之處在于：基于單鍍型熱浸制備鋅鋁鎂合金鍍層工藝基礎(chǔ)上，通過(guò) 一定配比的鋁、鎂合金，一定范圍溫度條件下，一定的表面處理工藝，配合自行研發(fā)的專用 表面助滲劑，在較短的時(shí)間范圍內(nèi)（最長(zhǎng)不超過(guò)5min)短時(shí)間在金屬材料表面制備鋅鋁鎂 共滲層。
[0005] 本發(fā)明是通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種基于單鍍法制備鋅鋁鎂合金共滲層的工藝，將預(yù)處理后的金屬樣品在助滲劑 存在下進(jìn)行熱浸鍍處理，再在鋅鋁鎂合金溶液中進(jìn)行熱浸漬處理，即得表面鍍有鋅鋁鎂合 金共滲層的金屬樣品。
[0007] 上述方法具體包括以下步驟：
[0008] 1)將金屬基體去污、除油；
[0009] 2)將助滲劑和步驟1)處理后的金屬樣品置于容器中，加熱60s_80s，加熱溫度為 45 °C -80 °C ；
[0010] 3)將步驟2)處理后的金屬樣品置于鋅鋁鎂稀土合金液中，加熱100s-240s，加熱 溫度為4KTC -470°C，即得鋅鋁鎂共滲層。
[0011] 本發(fā)明中助鍍液的最適溫度是70°C -85°c，溫度較低，助鍍劑附著不均勻且助鍍 效果不佳；溫度較高，則助鍍劑附著太厚，增加消耗。當(dāng)然若附著較厚助鍍劑在工件上鋅灰 產(chǎn)生會(huì)降低。但太厚時(shí)則成反效果。
[0012] 本發(fā)明中一般需0. 2-0. 5min即可得到好的助鍍劑附層，也讓金屬材料充分加熱 以助烘干。
[0013] 優(yōu)選的是，所述鋅鋁鎂共滲層中，各組分的重量份數(shù)為：45% -50% Al、6% -12% Mg、34% -58% Zn、其余為金屬基材。當(dāng)共滲層中鋁鎂含量達(dá)到該比例范圍時(shí)，材料獲得了 較好的耐腐蝕性能。
[0014] 優(yōu)選的是，所述助滲劑為單鍍型助滲劑，各組分的重量份數(shù)為：ZnCl 230-40 % ; NaF 1-3%；KHF25-8%；PC130. 5-1. 0%；SnCl22-3%；BeCl2l-l. 5%；Si020. 5-1. 5%； ZnMn040.05-0. 1 % ;復(fù)合表面活性劑1 %，其余為水。其中ZnMn04作用是與其他成分形成水 合物，促進(jìn)浸滲過(guò)程，從而提高共滲層中的鋁含量以及促進(jìn)共晶組織形成；復(fù)合表面活性劑 為烷基磺酸鹽、脂肪醇醚磷酸酯鹽、N-烷基氨基二丙酸的復(fù)合物。
[0015] 優(yōu)選的是，所述步驟2)、3)的處理工藝為：在鋅鋁鎂合金液中采用同軸旋轉(zhuǎn)設(shè)備， 使其沿進(jìn)入合金液時(shí)方向旋轉(zhuǎn)1-3周。利用旋轉(zhuǎn)讓熱浸漬過(guò)程中的反應(yīng)產(chǎn)物及時(shí)脫離基體 表面，避免產(chǎn)物在基體表面堆積形成膜層，促進(jìn)浸潤(rùn)反應(yīng)進(jìn)程，縮短反應(yīng)時(shí)間。
[0016] 優(yōu)選的是，步驟3)中，所述熱浸漬與熱浸鍍操作相同，單次熱浸、時(shí)間短（250s內(nèi)） 獲得鋅鋁鎂共滲層主要由助滲劑成分起到關(guān)鍵作用。
[0017] 優(yōu)選的是，所述的單鍍型助滲劑中，各組分的粒徑小于70μm。顆粒小，可保證助鍍 劑中各組分分散均勻，提高反應(yīng)活性。
[0018] 上述任一方法制備的單鍍型鋅鋁鎂共滲層，其厚度為65-100 ym。本發(fā)明制備的單 鍍型共滲層，進(jìn)行了中性鹽霧試驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明出現(xiàn)銹點(diǎn)時(shí)間為2500h，而傳統(tǒng)熱鍍鋅出 現(xiàn)銹點(diǎn)時(shí)間僅為140h，所述的共滲層厚度較厚、共晶組織分布均勻且結(jié)構(gòu)致密是其高耐蝕 性能的主要原因。
[0019] 上述的鋅鋁鎂合金共滲層在制造電網(wǎng)輸電鐵塔中的應(yīng)用。
[0020] 有益效果：
[0021] 1.本發(fā)明針對(duì)鋅鋁鎂共滲技術(shù)，提供具有高鋁、高鎂含量，形成穩(wěn)定鋅鋁鎂共滲 層，高厚度、滲層形貌優(yōu)良、結(jié)合強(qiáng)度高、實(shí)現(xiàn)金屬材料表面制備鋅鋁鎂共滲層。該制備方法 成本低，易工業(yè)化生產(chǎn)制備。
[0022] 2.本發(fā)明的助滲劑中，ZnMnO#用是與其他成分形成水合物，促進(jìn)浸滲過(guò)程，從而 提高共滲層中的鋁含量以及促進(jìn)共晶組織形成。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1本發(fā)明制備的鋅鋁鎂合金共滲層相貌。
【具體實(shí)施方式】：
[0024] 下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明：
[0025] 實(shí)施例1:鋅鋁鎂共滲層及制備方法，如下：
[0026] (1)鋅鋁鎂共滲層合金成分范圍，35% A1、10% Mg、53% Zn、其余為金屬基材；
[0027] (2)金屬表面污垢去除后、于85°C下用NaOH溶液和清水分別清洗金屬樣品3次， 去除金屬樣品表面的油脂；
[0028] (3)將單鍍型助滲劑為 ZnCl230 % ;NaF 1 % ;KHF25 % ;PC130. 5 % ;SnCl22 %; BeCl2l% ;Si020. 5% ;ZnMn040 . 05%;復(fù)合表面活性劑1%，其余為水，其中ZnMnO#用是與 其他成分形成水合物，促進(jìn)浸滲過(guò)程，從而提高共滲層中的鋁含量以及促進(jìn)共晶組織形成； 復(fù)合表面活性劑為烷基磺酸鹽、脂肪醇醚磷酸酯鹽、N-烷基氨基二丙酸的復(fù)合物。和步驟 2)處理后的金屬樣品置于容器中，助滲80s，加熱溫度為80°C;
[0029] (4)將步驟3)處理后的金屬基體置于鋅鋁鎂合金液中，浸滲240s，加熱溫度為 410°C ；
[0030] (5)上述（3)⑷中處理工藝為：在鋅鋁鎂合金液中采用同軸旋轉(zhuǎn)設(shè)備，使其沿進(jìn) 入合金液時(shí)方向旋轉(zhuǎn)1周。
[0031] 所制備的單鍍型鋅鋁鎂稀土共滲層，其厚度為65-75 ym。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)鋁鎂含量 不大于3. 5 :1時(shí)，制備的共滲層厚度在65-75 ym時(shí)即可保證合金共滲層的耐腐蝕性。
[0032] 中性鹽霧試驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明出現(xiàn)