专利名称：纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工艺的利记博彩app
技术领域：
本发明属于一种金属表面改性或合金化处理技术领域，特别是涉 及一种纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工艺。
背景技术：
目前，现有的主要金属涂层的表面防腐蚀处理工艺有许多，如电 镀锌(电镀、离子镀或离子注入等)、冷镀锌(机械镀、涂刷镀等)、 热镀锌(包括热浸镀、热喷涂镀)以及粉末渗锌等。
电镀锌、冷镀锌、热镀锌工艺由于污染大、能耗高、性能差等缺
点，已逐渐被淘汰。粉末渗锌加工温度高， 一般要达到3 5 0 — 4 2 (TC，升温和保温时间较长，能耗较大；同时容易产生脆性渗锌层， 使构件的性能降低，在处理大型体积复杂的钢铁构件时还存在渗锌层 不均匀的缺点。
目前国内普遍采用的防腐工艺有纳米复合粉末渗锌和达克罗涂层。
其中，纳米复合粉末渗锌有200510013167.2专利，它是在粉末 渗锌基础上发展起来的，采用了原子渗透扩散原理，将纳米复合粉末 渗剂与钢铁制件置于渗锌炉中加热到一定的温度，活性锌原子会由表 及里地扩散进入钢铁制件内部；同时也存在铁原子由里向外扩散。这 种反应扩散的结果，使得钢铁制件表面形成一层锌铁渗锌层。纳米复 合粉末渗锌通过将锌粉纳米化并添加纳米稀土粉末作催渗剂，与粉末 渗锌相比降低了能耗、提高了性能。但纳米复合粉末渗锌的防腐年限 为30年左右，对于防腐要求50年以上的特种工程，纳米复合粉末渗 锌则不能满足。
达克罗涂层是指用含有锌片、铝片、铬酸酐、乙二醇等成分的糊 状处理液涂覆金属基体，经高温烘烤后，在金属基体表面形成一层有 极佳耐蚀性的非装饰涂膜。达克罗涂层是由多层金属片迭加而成，由 微小锌(铝)片及粘合锌片的无机络合物组成，又由于铬酸的钝化作 用，使达克罗涂层显示出较好的耐蚀性。但此方法工序复杂、生产成 本高，并且涂层中含有重金属镉，在生产和使用过程中会产生一定的 污染。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种纳米多元合金共 渗防腐涂层的制备工艺，它是利用金属原子渗透扩散理论，以纳米锌、 铝粉等为主要原料，利用纳米化锌、铝粉具有的比表面能增高、活性 大、熔点明显下降、热扩散速度将大幅度上升的特点，让加热的钢铁 被渗件在真空条件下与纳米锌、铝粉接触，经过一个相当复杂的物理、 化学的反应过程，使纳米化锌、铝原子均匀渗入钢铁制件表面，从而 改变了表面成分锌、铝组织和结构。让它在基体表面形成了致密均匀 的锌铁比例不同的金属间化合物-锌铝铁合金共渗层(简称共渗层)。 该化合物电位低于铁，高于锌铝，这样既可保护铁，又不会像纯锌腐 蚀的那么快，从而达到防腐的目的。另外，在共渗过程中加纳米混合 稀土氧化物可以对渗入过程产生一定的活化和催渗作用，从而有效改 善材料表面渗层组织结构和性能。该工艺既简化了工序，降低了原料 和能耗成本，又提高了防腐性能。
本发明是通过以下技术方案实现的 一种纳米多元合金共渗防腐 涂层的制备工艺，其特征是该共渗防腐涂层是以共渗剂、催渗剂、 活化剂、填充剂为原料制成，所述的共渗剂为锌粉和铝粉混合物，所 述的催渗剂为纳米稀土氧化物，活化剂为氯化铵或氯化锌，填充剂为 石英砂或氧化铝，包括以下步骤
l)计算机模拟计算用扫描器对要加工的钢铁构件图纸进行扫描， 将扫描结果整理编辑并保存，用CAD软件打开扫描结果，并三维造型， 计算出要加工的钢铁构件的表面积，根据钢铁构件的表面积和用户要 求的镀层厚度计算出所需纳米锌粉铝粉的重量，使用JmatPro软件设 计模拟渗条件，筛选出最佳共渗温度和时间，生成指导生产的工艺单;
2) 钢铁构件的前处理表面除油、表面除锈、水洗、防锈干燥， 表除油、除锈后的钢铁构件通过水洗和防锈干燥后得到表面清洁、干 燥的构件；
3) 共渗剂、催渗剂、活化剂、填充剂的复配将共渗剂、催渗 剂、活化剂、填充剂按照比例混合均匀；
4)钢铁构件的共渗加工将复配好的共渗剂、催渗剂、活化剂、 填充剂与钢铁构件一同填装到共渗炉中，填充比为90%_95%，抽真空， 根据模拟计算的结果，设定升温时间、保温时间和加热温度，升温时 间为l。5-2小时，保温时间为50-120分钟，加热温度为300-400°C， 共渗完成后，打开包裹在共渗炉外面的加热体，用冷却风机冷却共渗炉，待其温度降到80'C以下便可充气开炉； 5)钢铁构件的后处理水洗、晾干。
所述的表面除油可以采用常用的有机溶剂除油、化学除油、机械 除油或擦拭除油；表面除锈法采用常用的化学酸洗法或机械除锈法， 如滚抛刷洗喷砂或喷丸等机械方法。
所述的催渗剂用量为共渗剂重量的2%-5%，活化剂用量为共渗剂 重量的0. 1%-0. 4%。
所述的共渗剂为锌粉和铝粉混合物，粒度为300目，铝粉质量含 量为10%-20%,其余为锌粉。
所述的催渗剂为纳米混合稀土氧化物，平均粒径为110nm，成份 为氧化镧34-36%、氧化铈46-48%、氧化镨3_5%、氧化钕10-12%、氧 化钐0.5-1%、氧化铕O. 1%。
所述的活化剂优选氯化铵。
所述的填充剂优选石英砂，石英砂的粒度为4 0 - 1 0 0目。 本发明的有益效果与纳米复合粉末渗锌和达克罗涂层相比， 1、加工条件的科学性和经济性。不同的钢铁构件，加工条件也
不一样。采用计算机模拟，可以计算出最佳的加工条件，减少条件摸
索的各种消耗。
2、 铝粉取代部分锌粉作为共渗剂，提高了共渗层硬度和耐磨性能， 降低了共渗剂成本。
3、 采用价格较低、效果更好的纳米混合稀土氧化物作为催渗剂。 4 、共渗层不含重金属镉，环保、无污染。
5、无氢脆危害，加工温度低、时间短，避免了共渗层出现氢脆 的危害，同时降低了能耗。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。本发 明所述的实施方式不只局限于该具体实施例。
实施例l:本发明的纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工艺，主 要包括计算机模拟计算、钢铁构件的前处理、共渗剂、催渗剂、活化 剂、填充剂的复配、钢铁构件的共渗加工及钢铁构件的后处理过程。 所述的钢铁构件为铁路通桥预埋件，其具体生产过程为 (1)用扫描器对要加工的铁路通桥预埋件图纸进行扫描，将扫描 结果整理编辑并保存，用CAD软件打开扫描结果并三维造型，计算出 要加工的铁路通桥预埋件的表面积，根据铁路通桥预埋件的表面积和用户要求的镀层厚度计算出所需共渗剂纳米锌粉铝粉的重量，使用
JmatPro软件设计模拟渗条件，筛选出最佳共渗温度和时间，生成指 导生产的工艺单；
YYD-铁路通桥预埋件-Ol生产工艺单:每炉填装80件，共渗剂12kg， 温度400。C，升温2小时，保温120分钟，其余按规定配料和操作； (2)对铁路通桥预埋件进行表面除油、除锈、水洗及防锈干燥
处理；
(3 )将粒度为300目，铝粉质量含量为1.8kg，其余为锌粉的 锌铝粉混合物、平均粒径为110nm，成份为氧化镧34%、氧化铈48%、 氧化镨5%、氧化钕11.9%、氧化钐1%、氧化铕0. 1%的纳米混合稀土 氧化物2.4kg、氯化铵0.012kg、粒度为100目石英砂人工混合均匀； (4)将步骤(3)复配好的共渗剂、催渗剂、活化剂、填充剂 与上述80件铁路通桥预埋件一同填装到共渗炉中，填充比为90%， 抽真空，升温2小时，保温120分钟，加热温度为40(TC，共渗完成 后，打开包裹在共渗炉外面的加热体，用冷却风机冷却共渗炉，待其 温度降到8CTC以下便可充气开炉；
纳米多元合金共渗的化学反应过程如下 6NH4C1+2A1=2A1C13+3N2 t +12H2个 2NH4Cl+Zn=ZnCl2+N2 t +4H2 t Fe+AlCl3=FeCl3+Al 2Fe+3ZnCl2=2FeCl3+3Zn (5 )铁路通桥预埋件的后处理水洗、晾干。 实施例2:本发明的纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工艺，主 要包括计算机模拟计算、钢铁构件的前处理、共渗剂、催渗剂、活化 剂、填充剂的复配、钢铁构件的共渗加工及钢铁构件的后处理过程。 所述的钢铁构件为水暖件，其具体生产过程为
(1) 用扫描器对要加工的水暖件图纸进行扫描，将扫描结果整理
编辑并保存，用CAD软件打开扫描结果并三维造型，计算出要加工的 水暖件的表面积，根据水暖件的表面积和用户要求的镀层厚度计算出 所需纳米锌粉铝粉的重量，使用JmatPro软件设计模拟渗条件，筛选 出最佳共渗温度和时间，生成指导生产的工艺单；
YYD-水暖-04生产工艺单每炉填装105件，共渗剂9kg，温度300 °C，升温90分钟，保温50分钟，其余按规定配料和操作；
(2) 对水暖件进行表面除油、除锈、水洗及防锈干燥处理；(3 )将粒度为300目，铝粉质量含量为0. 9kg的锌铝粉混合物 9kg、平均粒径为110nm，成份为氧化镧36%、氧化铈47. 4%、氧化镨 4.5%、氧化钕11%、氧化钐1%、氧化铕0. 1%的纳米混合稀土氧化物 0.27kg、氯化铵0.018kg、粒度为100目石英砂人工混合均匀；
(4)将步骤(3)复配好的共渗剂、催渗剂、活化剂、填充剂 与水暖件一同填装到共渗炉中，填充比为93%，抽真空，升温90分 钟，保温50分钟，加热温度为300°C，共渗完成后，打开包裹在共 渗炉外面的加热体，用冷却风机冷却共渗炉，待其温度降到80度以 下便可充气开炉；
(5 )水暖件的后处理水洗、晾干。
实施例3:本发明的纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工艺，主 要包括计算机模拟计算、钢铁构件的前处理、共渗剂、催渗剂、活化 剂、填充剂的复配、钢铁构件的共渗加工及钢铁构件的后处理过程。 所述的钢铁构件为管片螺栓，其具体生产过程为
(1) 用扫描器对要加工的管片螺栓图纸进行扫描，将扫描结果整
理编辑并保存，用CAD软件打开扫描结果并三维造型，计算出要加工 的管片螺栓的表面积，根据管片螺栓的表面积和用户要求的镀层厚度 计算出所需纳米锌粉铝粉的重量，使用JmatPro软件设计模拟渗条 件，筛选出最佳共渗温度和时间，生成指导生产的工艺单；
YYD-管片螺栓-02生产工艺单每炉填装200件，共渗剂18kg， 温度38(TC ，升温2小时，保温110分钟，其余按规定配料和操作；
(2) 对管片螺栓进行表面除油、除锈、水洗及防锈干燥处理；
(3 )将粒度为300目，铝粉质量含量为3. 6kg的锌铝粉混合物 18kg、平均粒径为110nm，成份为氧化镧35%、氧化铈48%、氧化镨 4.5%、氧化钕11.4%、氧化钐1%、氧化铕0. 1%的纳米混合稀土氧化 物0.9kg、氯化铵0.072kg、粒度为100目石英砂人工混合均匀；
(4)将步骤(3)复配好的共渗剂、催渗剂、活化剂、填充剂 与管片螺栓一同填装到共渗炉中，填充比为95%，抽真空，升温2小 时，保温110分钟，加热温度为380。C，共渗完成后，打开包裹在共 渗炉外面的加热体，用冷却风机冷却共渗炉，待其温度降到80度以 下便可充气开炉；
(5 )管片螺栓的后处理水洗、晾干。 本发明已在天津地铁2号线和3号线盾构区间使用。 本发明的性能特点1、 共渗层厚度均匀性好且可在15-110mm准确控制。
2、 共渗层硬度高，耐磨损和抗划伤能力强。共渗层显微硬度一 般为220-420Hv，是目前中最硬的。硬度越高表明共渗层耐磨损性能 越好、抗表面划伤能力也越强。
3、 共渗层与基体金属的结合强度高。共渗层为扩散冶金结合， 很难剥离掉，只有用化学方法才能除掉。共渗层与母材界面拉伸强度: 600-700Mpa;表面层拉伸强度为300-350Mpa。
4、 共渗层耐腐蚀性强。耐盐雾腐蚀实验可达1000小时以上，抗 腐蚀年限为50年。尤其适合海洋大气、恶劣的工业大气等多种环境。 可抵抗〈1000。C的高温氧化腐蚀。
5、 共渗层涂覆性能好，与各种油漆和高分子涂层材料之间具有 很好的附着强度。
本发明公开和提出的上述加工工艺，本领域技术人员可通过借鉴 本文内容，适当改变原料、工艺参数、工艺步骤等环节实现。本发明 的方法与技术已通过较佳实施例进行了描述，相关技术人员明显能在 不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术进行改动 或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相 类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视 为包括在本发明精神、范围和内容中。
权利要求
1. 一种纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工艺，其特征是该共渗防腐涂层是以共渗剂、催渗剂、活化剂、填充剂为原料制成，所述的共渗剂为锌粉和铝粉混合物，所述的催渗剂为纳米稀土氧化物，活化剂为氯化铵或氯化锌，填充剂为石英砂或氧化铝，包括以下步骤1)计算机模拟计算用扫描器对要加工的钢铁构件图纸进行扫描，将扫描结果整理编辑并保存，用CAD软件打开扫描结果，并三维造型，计算出要加工的钢铁构件的表面积，根据钢铁构件的表面积和用户要求的镀层厚度计算出所需纳米锌粉铝粉的重量，使用JmatPro软件设计模拟渗条件，筛选出最佳共渗温度和时间，生成指导生产的工艺单；2)钢铁构件的前处理表面除油、表面除锈、水洗、防锈干燥，表除油、除锈后的钢铁构件通过水洗和防锈干燥后得到表面清洁、干燥的构件；3)共渗剂、催渗剂、活化剂、填充剂的复配将共渗剂、催渗剂、活化剂、填充剂按照比例混合均匀；4)钢铁构件的共渗加工将复配好的共渗剂、催渗剂、活化剂、填充剂与钢铁构件一同填装到共渗炉中，填充比为90％-95％，抽真空，根据模拟计算的结果，设定升温时间、保温时间和加热温度，升温时间为1.5-2小时，保温时间为50-120分钟，加热温度为300-400℃，共渗完成后，打开包裹在共渗炉外面的加热体，用冷却风机冷却共渗炉，待其温度降到80℃以下便可充气开炉；5)钢铁构件的后处理水洗、晾干。
2、 如权利要求1所述的纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工艺，其特征是:所述的表面除油可以采用常用的有机溶剂除油、化学除油、机械除油或擦拭除油；表面除锈法采用常用的化学酸洗法或机械除锈 法，如滚抛刷洗喷砂或喷丸等机械方法。
3、 如权利要求1所述的纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工艺， 其特征是所述的催渗剂用量为共渗剂重量的2%-5%，活化剂用量为 共渗剂重量的0. 1%-0. 4%。
4、 如权利要求1所述的纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工艺， 其特征是所述的共渗剂为锌粉和铝粉混合物，粒度为300目，铝粉 质量含量为10%-20%，其余为锌粉。
5、 如权利要求1所述的纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工艺，其特征是所述的催渗剂为纳米混合稀土氧化物，平均粒径为110nm， 成份为氧化镧34-36%、氧化铈46-48%、氧化镨3-5%、氧化钕10-12%、 氧化钐0. 5-1%、氧化铕0. 1%。
6、 如权利要求1所述的纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工艺， 其特征是所述的活化剂优选氯化铵。
7、 如权利要求1所述的纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工艺， 其特征是所述的填充剂优选石英砂，石英砂的粒度为40-100目。
8、 一种权利要求1所述的纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工 艺得到的共渗防腐涂层。
9、 如权利要求8所述的纳米多元合金共渗防腐涂层的应用，其 特征是用于钢铁构件的防腐涂层。
全文摘要
本发明属于金属表面改性或合金化处理技术领域，涉及一种纳米多元合金共渗防腐涂层的制备工艺，主要包括计算机模拟计算、钢铁构件的前处理、共渗剂、催渗剂、活化剂、填充剂的复配、钢铁构件的共渗加工及钢铁构件的后处理；其有益效果是1.采用计算机模拟，计算出最佳的加工条件，减少条件摸索的各种消耗。2.铝粉取代部分锌粉作为共渗剂，提高了共渗层硬度和耐磨性能，降低了共渗剂成本。3.采用价格较低、效果好的纳米混合稀土氧化物作为催渗剂。4.共渗层不含重金属镉，环保、无污染。5.无氢脆危害，加工温度低、时间短，避免了共渗层出现氢脆的危害，同时降低了能耗。
文档编号C23C10/00GK101280410SQ20081005315
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月19日 优先权日2008年5月19日
发明者苏振馨, 蔡洪元 申请人:天津市钰源地紧固件有限公司