一種快速粉末滲鋅劑及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種快速粉末滲鋅劑及其使用方法，屬于鋼鐵件的表面防護技術領域，具體涉及在鋼鐵件表面形成鋅鐵合金防護層的化學熱處理行業。
【背景技術】
[0002]室外鋼結構及緊固件、高速公路護欄、橋梁，水暖器具、建筑五金、汽車、工程機械等鋼鐵零部件，粉末冶金制品以及化工、海洋、冶金、發電等工程中使用的鋼鐵零部件，常常需要耐腐蝕防護層。鋅是鋼鐵件表面防護中最常使用的化學元素:熱浸鍍鋅層，厚度一般在15?130μπι，構件平面與邊角鍍層厚度有明顯差別，均勻性差，不易控制；電鍍鋅層，厚度一般在5?25μπι，平面鍍層均勻性好，但構件內部空腔的鍍層薄，且有時無鍍層;熱噴涂鋅層，厚度一般為84?300μπι，也可厚達3mm，厚度均勻性差，致密性低;粉末滲鋅層，厚度只取決于滲鋅劑、加熱溫度與保溫時間等工藝參數，與構件的形狀和位置基本無關，當處理帶有螺紋、凹槽和內孔等復雜形狀的鋼鐵件時，滲鋅層的厚度幾乎相同，一般厚度可以在10?101M之間選擇，通過調整保溫時間準確控制在某一厚度值附近。
[0003]粉末滲鋅，是將粉末滲鋅劑與鋼鐵件共置于密封容器中，加熱到400°C左右，使活性鋅原子由鋼鐵件的表面向內部滲透，在其表層形成均勻的鋅鐵合金層的工藝方法。相對于其他方法，粉末滲鋅的鋅消耗量低、節省原材料;生產過程無污染，勞動條件好;生產設備簡單，使用和維修成本低。粉末滲鋅在鋼鐵件表面形成的鋅鐵合金層具有耐腐蝕性強、硬度高、耐磨損、抗劃傷、涂覆性能好等優點。
[0004]腐蝕、銹蝕是鋼鐵材料的天敵。據估算，世界鋼產量約有十分之一損耗于腐蝕、銹蝕。實踐證明，在海洋大氣、惡劣的工業大氣等多種環境下，滲鋅層的耐蝕性優于熱鍍鋅、電鍍鋅和不銹鋼。滲鋅層表面維氏硬度可以達到250?400，而熱鍍鋅、電鍍鋅鋼鐵件表面為純鋅，鍍層維氏硬度僅為70左右，因此滲鋅與熱鍍鋅和電鍍鋅相比，鋼鐵件的表面耐磨性和抗擦傷性能好得多。在一般情況下，滲鋅生產的前處理只采用拋丸機除銹清油，且用布袋除塵。粉末滲鋅技術為鋅的固體滲，沒有鋅蒸氣產生，工件與粉末滲鋅劑又在密閉的器具中進行滲透和分離，對周圍環境沒有污染。據測算，熱鍍鋅鋼鐵件噸產品的鋅消耗量為100公斤左右，而粉末滲鋅僅為30公斤左右，只占熱鍍鋅的30%。另外，也沒有鋅鍋腐蝕這一熱鍍鋅的老大難問題。滲鋅產品的滲鋅層均勻，且與油漆的結合力為一級，涂漆后能實現復合防護，其耐腐蝕性均優于熱鍍鋅、電鍍鋅和單一滲鋅層。經滲鋅處理的鋼材制件不影響材料的力學性能。滲鋅處理的溫度比熱鍍鋅低100?280°C，此溫度下吸入鋼基體的氫原子已擴散逸出。因此在應用中沒有氫脆的危害，也能避免彈簧等一些高強度件因處理溫度高造成力學性能下降的弊端。所以，粉末滲鋅有廣闊的應用前景。
[0005]但是，現有的粉末滲鋅劑及其應用工藝需要的滲鋅時間長;鋅鐵合金層的耐腐蝕性能還可以進一步提高;鋼鐵件表面粘結有滲鋅劑，需要清理；用過的粉末滲鋅劑結塊，不便于回收再利用。故迫切需要尋找一種更加優良的粉末滲鋅劑及其使用方法和應用工藝。

【發明內容】

[0006]本發明要解決的技術問題是，提供一種快速粉末滲鋅劑及其使用方法，縮短粉末滲鋅時間，提高鋅鐵合金層的耐腐蝕性能，使粉末滲鋅劑在滲鋅時不結塊、不與鋼鐵件粘結。為此，本發明采取的技術方案是:一種快速粉末滲鋅劑，其特征在于，具有以下原料及其重量份數配比:鋅粉55?85份、海泡石粉0.5?5份、稀土氧化鈰0.2?5份、氯化銨0.5?1份、鋁粉I?1份、氧化招10~45份。
[0007]所述鋅粉為含鋅99.9%以上、顆粒直徑40?60nm;所述海泡石粉為含海泡石98%以上、顆粒直徑10?25μηι;所述稀土氧化鋪為含氧化鋪95%以上、顆粒直徑40?60nm;所述氯化錢為含氯化銨98%以上、顆粒直徑5?20μπι;所述鋁粉為含鋁95%以上、顆粒直徑I?5μπι;所述氧化鋁為含氧化鋁99%以上、顆粒直徑60?90nm;所述各原料按重量份數配比合成100份，均勻攪拌混合在一起。
[0008]一種如上所述的快速粉末滲鋅劑的使用方法，其特征在于，其方法步驟如下:
(1)將所述粉末滲鋅劑與欲滲鋅的鋼鐵件裝入滾筒式加熱爐的陶瓷內襯筒里，加蓋密封；
(2)滾筒式加熱爐轉動，升溫至390?410°C，保溫；
(3)控制滾筒式加熱爐轉速從lr/min升至60r/min，再降速至lr/min，如此循環升降；
(4)保溫20?200min后，緩慢冷卻至室溫，停爐取出鋼鐵件。
[0009]上述快速粉末滲鋅劑中鋅粉組份、海泡石粉組份、稀土氧化鈰組份、氯化銨組份和鋁粉組份越多，滲鋅速度越快，但粉末滲鋅劑易結塊、易與鋼鐵件粘結。上述快速粉末滲鋅劑的應用工藝中，選擇的加熱溫度越高、保溫時間越長，鋼鐵件表面所獲得的鋅鐵合金層越厚。鋅鐵合金層厚度應根據鋼鐵件的具體使用環境確定，一般在10?ΙΟΟμπι范圍內選取為宜，并通過調整保溫時間準確控制在某一厚度值附近。
[0010]鋅粉是形成鋅鐵合金防護層的主要元素，應選高純度、納米級超細微粉。鋅粉為灰色，球狀晶形結構；密度為7.14g/cm3，熔點為419°C，沸點為907°C;不溶于水，能溶于酸和堿、氨水;活性高，耐蝕性好，環保;分散性好，粒度均勻，具有很強的還原性;比表面積大，遮蓋效率高。
[0011]海泡石粉是一種層鏈狀結構的含水富鎂硅酸鹽礦物，收縮率低、可塑性好，比表面大，吸附性強，具有良好的吸濕作用，也可用作催化劑載體;具有巨大的活性表面積，能保住產品的活性，作活化劑使用。在本發明中，作為干燥組份、活化組份、催化組份。
[0012]稀土氧化鈰是常用的催化劑或催化劑助劑，在本發明中作為催化組份，應選高純度、納米級超細微粉。氧化鈰為淡黃或黃褐色;密度7.13g/cm3。熔點2397°C;不溶于水和堿，微溶于酸。
[0013]氯化銨主要起活化、助吸附作用，在本發明中作為活化組份、助吸附組份，應選高純度微粉。氯化銨為無色晶體或白色結晶性粉末;無臭，味咸、涼;有引濕性，在水中易溶，在乙醇中微溶。
[0014]鋁粉是強氧化劑，能保持滲劑中鋅的活性，在本發明中作為活化組份使用。超細球形鋁粉，質輕、遮蓋力強、對光和熱反射性好，還原性好、極易氧化。進入滲鋅層中的微量鋁也有提高滲鋅層耐高溫腐蝕的作用。
[0015]氧化鋁主要起分散、防粘結作用，在本發明中作為分散組份，應選高純度、納米級微粉，以減少鋅原子的迀移阻礙。
[0016]在390?410°C溫度下，鋼鐵件被粉末滲鋅劑包圍，在干燥組份、催化組份、活化組份、助吸附組份、分散組份的共同作用下，活性鋅原子被鋼鐵件表面吸附、聚集、進而向里擴散，與鐵原子形成鋅鐵合金層;在滾筒式加熱爐變速轉動的作用下，鋼鐵件與粉末滲鋅劑充分接觸，再加上滾動時的撞擊，非常適宜活性鋅原子的迀移，鋼鐵件表面被活性鋅原子全覆蓋，進而被鋼鐵件表面吸附、聚集，加速了滲鋅的速度。
[0017]在使用狀態下，滲鋅的鋼鐵件表面首先形成鋅的致密保護膜，這種保護膜與滲層結合牢固并且是很難溶解的腐蝕產物，它阻擋了腐蝕劑與金屬的接觸，阻止了腐蝕的進一步發生;鋅鐵合金層為致密的、完全沒有空隙的冶金層，具有很高的硬度和