專利名稱：熱浸鍍鋁-硅工藝及應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于熱鍍技術領域，具體涉及采用一種熱浸鍍鋁-硅工藝及應用。
背景技術：
現今常用的工業燈具外殼等材料在海洋大氣環境中應用時，極易被腐蝕。這是因為海洋環境是一種復雜的腐蝕環境。在這種環境中，海水本身是一種強的腐蝕介質，同時波、浪、潮、流又對金屬構件產生低頻往復應力和沖擊，都對腐蝕過程產生直接或間接的加速作用。這不但嚴重地影響產品的外觀，而且還削弱了材料的力學性能，造成嚴重的經濟損失。因此，通常情況下，采取在其表面施加防護涂層的方式進行保護。然而采用上述方法保護時，很多情況下涂層的附著力不良，且需要日常監測維護工作量大。目前，熱浸鍍鋁工藝很多，但工藝均較復雜。使用較廣泛的改進的森吉米爾法，其鍍件必須用保護氣與空氣相隔離，因此整個流程均是密閉的，且保護氣必須經常更換，這就使得該工藝實施起來較困難，而且生產成本很高。且到今為止，還沒有出現針對海洋大氣工作環境中的金屬材料進行熱浸鍍鋁-硅工藝設計的現有技術。

發明內容
有鑒于此，本發明提供一種耐腐蝕、操作簡單、適于工業化生產的熱浸鍍鋁-硅工藝，應用該工藝處理的鍍件耐海水腐蝕性能優良，鍍件與鍍層結合強度高。以及，提供上述熱浸鍍鋁-硅工藝用于對在海洋大氣環境中使用的金屬材料的表面處理。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是一種熱浸鍍鋁-硅工藝，包含如下步驟獲取鍍件；對鍍件進行預處理；將預處理后的鍍件放入助鍍劑中進行助鍍；將助鍍后的鍍件放入熱鍍液中進行熱浸鍍；將熱浸鍍后的鍍件進行鈍化處理；所述熱鍍液包含按重量百分比計的組分為熔融狀態的硅4 10%，熔融狀態的鋁液96 90%。以及，一種由該熱浸鍍鋁-硅工藝用于對在海洋環境中使用的金屬材料的表面處理。上述材料熱浸鍍鋁-硅工藝通過將所要熱鍍的鍍件進行預處理后進行助鍍、熱浸鍍和鈍化處理，工序簡單，各步驟中將鍍件浸沒相應的處理液中進行處理，且溫度、時間易控制，因此該處理工藝操作方便、易控制，提高了生產效率，適于工業化生產；由于選擇了合適的助鍍工序，在鍍件表面形成完整且無孔隙的保護膜，有效防止了預處理的鍍件被氧化; 選擇合適熱鍍液，在鋁液中添加適量的硅，有效改善熱鍍液流動性和鍍層脆性，降低熱鍍溫度，提高鍍件二次加工的能力，進而使鍍件具備耐海水腐蝕性能和耐高溫性能，延長了鍍件在海洋大氣工作環境中的使用壽命，可適用于對各種金屬材料表面進行熱浸鍍處理。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖
及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明實施例提供的一種熱浸鍍鋁-硅工藝，包含如下步驟獲取鍍件；對鍍件進行預處理；將預處理后的鍍件放入助鍍劑中進行助鍍；將助鍍后的鍍件放入熱鍍液中進行熱浸鍍；將熱浸鍍后的鍍件進行鈍化處理；所述熱鍍液包含按重量百分比計的組分為熔融狀態的硅4 10%，熔融狀態的鋁液96 90%
上述預處理包括除油和除銹步驟，所述除油步驟包括如下過程優選將鍍件置于含有20 50g/L氫氧化鈉、30 50g/L碳酸鈉、20 40g/L磷酸鈉、3 6g/L硅酸鈉、溶劑為水的除油液中，在溫度60 90°C下浸泡、清洗鍍件，然后采用清水除去除油液。該鍍件在除油液中處理時間依鍍件表面油污情況確定，通常5 15min即可徹底除去油污，可根據實際情況，油污多時可適當延長處理的時間，相應的，油污少時就可靈活的減少處理時間，但最終應該將油污全部清除。油污清除后，可進一步用清水清洗鍍件，從而完全除去鍍件表面殘留的除油液。應用清水清洗鍍件時的清水溫度優選采用20 50°C的溫水或60 90°C 的高溫水。所述除油步驟包括如下過程優選將除油后的鍍件置于含有3 15%鹽酸，0. 5 1.5%緩蝕劑、溶劑為水的除銹液中浸泡除銹，之后清洗除去除銹液，例如用清水洗去除銹液。其中，緩蝕劑優選但不僅僅限于烏洛托品，除銹劑中的酸能有效的溶解鍍件表面生成的鐵銹，緩蝕劑特別是烏洛托品能有效防止鹽酸對金屬產生腐蝕，此除銹液在常溫下使用，可以除中等或嚴重的銹蝕，處理時間優選為5 15min，可根據實際情況，銹蝕嚴重時可適當延長處理的時間，相應的，銹蝕相對輕時就可靈活的減少處理時間，但最終應該將銹蝕全部清除。除銹結束后應立即對鍍件進行嚴格的清洗，以完全清除鍍件表面的酸液，防止酸液對鍍件的腐蝕。上述助鍍是將進行預處理后的鍍件置于助鍍劑中進行助鍍處理，所述的助鍍劑為質量濃度大于或等于10%的KJrF6的溶液。該助鍍處理的溫度優選為80 95°C，時間優選為1 4分鐘。該助鍍處理助鍍是熔劑法鍍鋁中一道至關重要的工序，助鍍劑選擇是否適當直接關系到鍍層質量的好壞。而本發明實施例中選用合適的助鍍劑，在熱浸鍍時極易從鍍件表面脫除，對鍍件上的微量氧化物有極好的吸附溶解作用，增強鋁液對鍍件的浸潤， 且對鍍液無污染，因此，在鍍件表面形成完整且無孔隙的保護膜，有效防止了預處理的鍍件被氧化。上述熱鍍處理是將經助鍍處理后的鍍件置于盛有熱鍍液的鍍槽中進行熱浸鍍，熱
4浸鍍的溫度優選為650 720°C，時間優選為5 10分鐘，熱浸鍍的溫度不能過高或過低， 溫度過低，如低于650°C，會導致鋁不能充分熔融，從而導致鍍件的漏鍍等問題；溫度過高時，如大于720°C，雖然本步驟的熱浸鍍工序能照常進行，但是會增加熱浸鍍工序操作難度， 不能對鍍件進行及時的控制，且鋁液蒸發大，影響鍍件的鍍層質量，而且溫度過高，增加了鍍件鍍層形成的生產成本，經實驗得出，溫度在650 720°C為宜。熱浸鍍的時間不宜過短， 過短的話，會導致鍍件鍍層厚度過低，降低鍍層與鍍件基體的結合強度，時間過長，雖然能很好的增加鍍層厚度和鍍層與鍍件基體的結合強度，但是會導致鍍層過厚，從而增加不必要的生產成本，經實驗得出，時間為5 10分鐘為宜。該熱鍍液包含按重量百分比計的熔融狀態的硅4 10 %，其余為熔融狀態的鋁液，該硅優選為工業純硅，鋁液為液態鋁，優選為工業純鋁液。在該熱鍍液的表面還添加熱鍍液表面覆蓋劑表面熔劑，該熱鍍液表面覆蓋劑為 KCl、NaCl、NaAlF6的混合物，所述KCUNaCl和NaAlF6的重量百分含量為=KCl 40 60%, NaCl 30 50%，NaAlF6IO 20%，熱鍍液表面覆蓋劑的最少用量應保證該熱鍍液表面覆蓋劑全部覆蓋住熱鍍液，當然可以根據實際情況增加熱鍍液表面覆蓋劑的用量，以增加其熱鍍液表面覆蓋劑形成的覆蓋層的厚度。上述鈍化處理是將熱浸鍍后的鍍件冷卻后，將鍍件置于酸液中并采用超音波震蕩機中振蕩5 15分鐘，更優選為5分鐘。該鈍化處理的目的是使鍍件表面的鍍層形成連續、 致密的鈍化膜，提高鍍件的耐腐蝕性能，最后再以大量清水清洗樣品表面。所述酸液包含硝酸、磷酸、蒸餾水，所述硝酸、磷酸、蒸餾水的體積比優選為 1 1 10 20，更優選 1 1 20。上述鍍件優選為在海洋環境中應用的器件的殼體材料，尤其是照明器件的殼體材料。上述熱浸鍍鋁-硅工藝通過將所要熱鍍的鍍件進行預處理后進行助鍍、熱浸鍍和鈍化處理，工序簡單，各步驟中將鍍件浸沒相應的處理液中進行處理，且溫度、時間易控制， 因此該處理工藝操作方便、易控制，提高了生產效率，適于工業化生產；由于選擇了合適的助鍍工序，在鍍件表面形成完整且無孔隙的保護膜，有效防止了預處理的鍍件被氧化，選用合適的助鍍劑，在熱浸鍍時極易從鍍件表面脫除，對鍍件上的微量氧化物有極好的吸附溶解作用，且對鍍液無污染，因此，在鍍件表面形成完整且無孔隙的保護膜，有效防止了預處理的鍍件被氧化；選擇合適熱鍍液，添加適量的硅，有效改善熱鍍液流動性和鍍層脆性，降低熱鍍溫度，提高該鍍件二次加工的能力；在熱鍍液表面添加的熱鍍液表面覆蓋劑，有效保護了熱鍍液不被氧化，從而使得鍍液可重復使用，從而降低了生產成本。由該工藝處理的鋼材鍍層致密、均勻、滲層厚度深，進而使材料具備耐海水腐蝕性能和耐高溫性能，即能耐高溫環境下的海水腐蝕，延長了該材料在海洋大氣工作環境中的使用壽命。正是由于利用上述熱浸鍍鋁-硅工藝所制備的鍍件具有上述優異性能，因此利用該熱浸鍍鋁工藝可用于對在海洋環境中使用的金屬材料的表面處理，尤其是對照明器件殼體材料的表面處理。以下通過多個實施例來舉例說明熱浸鍍鋁-硅工藝及應用性能等方面。實施例1A3鋼材質表面熱浸鍍鋁-硅
獲取A3鋼板，其前處理工序為除油(脫脂)、清洗、除銹、清洗等預處理，以及助
鍍處理等。1.除油預處理將鍍件置于80°C的除油液中進行除油預處理，該除油液配方為 35g/L氫氧化鈉、40g/L碳酸鈉、40g/L磷酸鈉、5g/L硅酸鈉、余為水，處理時間10分鐘，除油效果目測檢查即可，除油后立即進行清洗，清洗采用85°C的高溫水，去掉鍍件表面的除油液；2.除銹預處理在室溫下，將經除油后的鍍件置于除銹液中進行除銹預處理為 5min，該除銹液配方為15%鹽酸、0. 5%烏洛托品、余量為水，除銹結束后應立即進行嚴格的清洗以清除鍍件表面的酸液；3.助鍍處理將經除銹后的鍍件置于溫度為90°C的助鍍劑中進行助鍍:3min，該助鍍劑為質量濃度為20%的KJrF6溶液；4.熱浸鍍處理將經助鍍后鍍件置于盛有700°C的熱鍍液的鍍鋁槽中進行浸渡 5分鐘，該熱鍍液配方為熔融狀態的工業純鋁96%、熔融狀態的工業純硅4%，且兩者混合均勻；在所述熱鍍液的表面還添加熱鍍液表面覆蓋劑，該熱鍍液表面覆蓋劑為KC1、NaCl, NaAlF6W混合物，各組份的質量百分比為KCl 55%, NaCl 和NaAlF6IO^ ；5.鈍化處理將熱浸鍍后的鍍件冷卻后，將鍍件置于酸液中并采用超音波震蕩機振蕩5分鐘后取出，所述酸液包含硝酸、磷酸、蒸餾水，該硝酸、磷酸、蒸餾水的體積優選比為 1 1 20。將按上述處理后的該鍍件在800°C下進行循環氧化實驗以判斷其高溫耐蝕性能， 結果顯示A3鋼經浸鍍處理后抗高溫氧化腐蝕性能明顯優于未經浸鍍處理的A3鋼，可以部分代替不銹鋼。實施例2A3鋼材表面熱浸鍍鋁-硅獲取A3鋼材，其前處理工序為除油(脫脂)、清洗、除銹、清洗等預處理，以及助
鍍處理等。1.除油預處理將鍍件置于90°C的除油液中進行除油預處理，該除油液配方為 20g/L氫氧化鈉、30g/L碳酸鈉、30g/L磷酸鈉、6g/L硅酸鈉、余為水，處理時間5分鐘，除油效果目測檢查即可，除油后立即進行清洗，清洗采用60°C的高溫水，目的是去掉鍍件表面的除油液；2.除銹預處理將經除油后的鍍件置于除銹液中進行除銹預處理為15min，該除銹液配方為3%鹽酸、0. 8%烏洛托品、余量為水，除銹結束后應立即進行嚴格的清洗以清除鍍件表面的酸液；3.助鍍處理將經除銹后的鍍件置于溫度為95°C的助鍍劑中進行助鍍％iin，該助鍍劑為質量濃度為10%的KJrF6溶液；4.熱浸鍍處理將經助鍍后鍍件置于盛有720V的熱鍍液的鍍鋁槽中進行浸渡5 分鐘，熱鍍液配方為該熱鍍液配方為熔融狀態的工業純鋁94%、熔融狀態的工業純硅6%， 且兩者混合均勻；在所述熱鍍液的表面還添加熱鍍液表面覆蓋劑，該熱鍍液表面覆蓋劑為 KCl、NaCl、NaAlF6的混合物，各組份的質量百分比為KCl 40%, NaCl 45%和NaAlF615% ；5.鈍化處理將熱浸鍍后的鍍件冷卻后，將鍍件置于酸液中并采用超音波震蕩機振蕩5分鐘后取出，所述酸液包含硝酸、磷酸、蒸餾水，該硝酸、磷酸、蒸餾水的體積優選比為 1 1 10。鍍層平整、致密均勻且硅的添加增加了鋁液的流動性。實施例3A3鋼材表面熱浸鍍鋁-硅獲取A3鋼材，其前處理工序為除油(脫脂)、清洗、除銹、清洗等預處理，以及助
鍍處理等。1.除油預處理將鍍件置于60°C的除油液中進行除油預處理，該除油液配方為 50g/L氫氧化鈉、50g/L碳酸鈉、20g/L磷酸鈉、3g/L硅酸鈉、余為水，處理時間15分鐘，除油效果目測檢查即可，除油后立即進行清洗，清洗可采用常溫水或90°C的高溫水，目的是去掉鍍件表面的除油液；2.除銹預處理將經除油后的鍍件置于除銹液中進行除銹預處理為lOmin，該除銹液配方為9%鹽酸、1.0%烏洛托品、余量為水，除銹結束后應立即進行嚴格的清洗以清除鍍件表面的酸液；3.助鍍處理將經除銹后的鍍件置于溫度為80°C的助鍍劑中進行助鍍1. 5min，然后干燥，該助鍍劑為質量濃度大于20%的KJrF6溶液；4.熱浸鍍處理將經助鍍后鍍件置于盛有690°C的熱鍍液的鍍鋁槽中進行浸渡8 分鐘，熱鍍液配方為該熱鍍液配方為熔融狀態的工業純鋁92%、熔融狀態的工業純硅8%， 且兩者混合均勻；在所述熱鍍液的表面還添加熱鍍液表面覆蓋劑，該熱鍍液表面覆蓋劑為 KCl、NaCl、NaAlF6的混合物，各組份的質量百分比為KCl 60%, NaCl 30%和NaAlF6IO^ ；5.鈍化處理將熱浸鍍后的鍍件冷卻后，將鍍件置于酸液中并采用超音波震蕩機振蕩5分鐘后取出，所述酸液包含硝酸、磷酸、蒸餾水，該硝酸、磷酸、蒸餾水的體積優選比為 1 1 20。鍍層平整、致密均勻且硅的添加可降低浸鍍溫度。實施例4ICr 13不銹鋼材表面熱浸鍍鋁-硅依據上述實施例1工藝流程及工藝條件對lCrl3不銹鋼材表面進行熱水浸泡一除油一清洗一除銹一清洗一助鍍處理一烘干一熱浸鍍，對不銹鋼進行表面處理而后熱浸鍍鋁硅。而后進行90(TC循環氧化實驗，其性能優于未浸鍍件，其腐蝕深度R <0. lmm/a，具備完全抗氧化腐蝕性能。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種熱浸鍍鋁-硅工藝，包含如下步驟獲取鍍件；對鍍件進行預處理；將預處理后的鍍件放入助鍍劑中進行助鍍；將助鍍后的鍍件放入熱鍍液中進行熱浸鍍；將熱浸鍍后的鍍件進行鈍化處理；所述熱鍍液包含按重量百分比計的組分為熔融狀態的硅4 10%，熔融狀態的鋁液 96 90%。
2.如權利要求1所述的熱浸鍍鋁-硅工藝，其特征在于所述熱浸鍍的溫度為650 720°C，時間為5 10分鐘。
3.如權利要求1所述的熱浸鍍鋁-硅工藝，其特征在于在所述熱鍍液的表面還添加熱鍍液表面覆蓋劑。
4.如權利要求3所述的熱浸鍍鋁-硅工藝，其特征在于所述熱鍍液表面覆蓋劑為 KCl、NaCl、NaAlF6的混合物，所述KCl、NaCl和NaAlF6的重量百分比如下KCl 40 60% ；NaCl 30 50% ；NaAlF6 10 20%。
5.如權利要求1所述的熱浸鍍鋁-硅工藝，其特征在于所述助鍍劑為質量濃度大于或等于10 ^mKJrF6溶液；所述助鍍的溫度為80 95°C，時間為1 4分鐘。
6.如權利要求1所述的熱浸鍍鋁-硅工藝，其特征在于所述鈍化處理是將熱浸鍍后的鍍件冷卻后，將鍍件置于酸液中并采用超音波振蕩5 15分鐘；所述酸液包含硝酸、磷酸、蒸餾水，所述硝酸、磷酸、蒸餾水的體積比為1 1 10 20。
7.如權利要求1所述的熱浸鍍鋁-硅工藝，其特征在于所述預處理包括除油步驟，所述除油步驟包括如下過程將鍍件置于含有20 50g/L氫氧化鈉、30 50g/L碳酸鈉、20 40g/L磷酸鈉、3 6g/L硅酸鈉、溶劑為水的除油液中，在溫度60 90°C下浸泡、清洗鍍件， 然后清洗除去除油液。
8.如權利要求1所述的熱浸鍍鋁-硅工藝，其特征在于所述預處理包括除銹步驟，所述除銹步驟包括如下過程將鍍件置于含有3 15%鹽酸，0. 5 1. 5%緩蝕劑、溶劑為水的除銹液中浸泡除銹，之后清洗除去除銹液。
9.如權利要求1所述的熱浸鍍鋁-硅工藝，其特征在于所述鍍件為在海洋大氣環境中應用的照明器件的殼體材料。
10.一種根據權利要求1至9任一項所述的熱浸鍍鋁-硅工藝用于對在海洋大氣環境中使用的金屬材料的表面處理。
全文摘要
本發明提供一種熱浸鍍鋁-硅工藝，包含下列步驟獲取鍍件；對鍍件進行預處理；將預處理后的鍍件放入助鍍劑中進行助鍍；將助鍍后的鍍件放入熱鍍液中進行熱浸鍍；將熱浸鍍后的鍍件進行鈍化處理；所述熱鍍液包含按重量百分比計的組分為熔融狀態的硅4～10％，熔融狀態的鋁液96～90％；在所述熱鍍液的表面還添加熱鍍液表面覆蓋劑。本發明熱浸鍍鋁-硅工藝簡單、適于工業化生產，由該工藝制備的耐海水腐蝕性能優良，鍍件與鍍層結合強度高，適用于對金屬材料表面進行熱浸鍍處理，尤其適用于在海洋環境中應用的照明器件殼體的表面處理。
文檔編號C23C2/02GK102251202SQ201010177069
公開日2011年11月23日 申請日期2010年5月18日 優先權日2010年5月18日
發明者周明杰, 李里 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司