用于钢铁材料热渗铝前处理的活化液及其制备与使用方法
【专利摘要】本发明涉及用于钢铁材料热渗铝前处理的活化液及其制备与使用方法。该活化液为含有氯化钾、氯化锂、氟化铝及氟化钾无机盐的水溶剂，且浓度为5~20g/l；其中各种无机盐的摩尔比为KC1：LiCl：AlF3：KF=3：1：2~3：2。所述活化液呈弱碱性，PH值接近7。热渗铝前的钢铁材料在所述活化液中浸泡10~20秒钟，施加轻微震动，然后取出干燥。该活化液是水基溶剂，工作温度为室温，通过该活化液活化后，可提高钢铁表面活性，增强与铝合金的界面结合强度。
【专利说明】用于钢铁材料热渗铝前处理的活化液及其制备与使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料【技术领域】，涉及钢铁材料热渗铝前处理工艺，尤其涉及用于钢铁材料热渗铝前处理的活化液及其制备与使用方法。
【背景技术】
[0002]活塞是汽车发动机中一个重要的部件，为提高活塞的机械性能，目前广泛的采用铝合金与合金钢或者铸铁结合在一起制造活塞，也就是镶嵌耐磨圈活塞，这种活塞采用铸造生产，工艺要求镶圈与铝合金之间必须形成紧密的结合层，以提高镶圈与活塞的结合强度，在现行生产工艺中，采用镶圈热渗铝工艺，在镶圈表面预先渗一层铝合金，以提高镶圈与铝合金活塞的结合强度。镶圈在渗铝前经过机加工、运输、存放等环节，造成镶圈表面存在氧化、油污、灰尘等，因此需要经过前处理。由于渗铝前的处理工艺不同，造成镶圈铝活塞常见的铸造缺陷是在铝活塞镶圈周围存在氧化夹渣、气孔以及渗铝不均匀或者镶圈未渗铝而与活塞基体分离等。
[0003]在实际生产中，镶圈前处理主要采用丙酮清洗或抛丸处理。但丙酮属于化学危险品，存在一定的使用危险，并且成本较高，而且仅仅将镶圈表面的灰尘和油污除去，不能起到活化处理作用；抛丸处理能够将镶圈表面的氧化膜除去，但需要进一步清洗、烘干，噪音大，工序繁杂。采用无机盐离子活化处理，不仅操作简单，而且具有丙酮处理和抛丸处理的优点，既可以除去镶圈表面的氧化膜、油污、灰尘，还可以使镶圈表面活化，提高镶圈表面活性，增强与铝合金的结合力。
[0004]在网上公开的论文“工艺因素对铸铁热浸渗铝的影响”(曾大新)一文中曾经公开阐述了表面清洗的水溶剂配方，其中水溶剂按KCl =LiCl =AlF3:KF=3:1:3:2的比例配制；通过采用该水溶剂，浸铝温度在720°左右，时间为120s左右。该水溶剂配方没有明确浓度，而且氟离子的用量过高，`按照该论文中的配方对钢铁进行清洗，钢铁表面会在无机盐离子作用下，采取电化学腐蚀，金属腐蚀速度过快，清洗完的零件存放时间短，在相同浓度条件下，清洗的零件在干燥过程中容易二次氧化，形成铁锈，影响渗铝效果。通过实验验证，采用该论文的清洗液配方对零件清洗后，12个小时之内，在自然存放条件下，零件表面开始出现铁锈现象。
[0005]综合上述，有必要对钢铁材料渗铝前处理即采用无机盐离子活化处理的活化液配方及制备方法进一步完善。
【发明内容】
[0006]本发明为了解决上述现有技术存在的问题，提出一种用于钢铁材料热渗铝前处理的活化液及其制备与使用方法。
[0007]本发明是通过以下方案实现的:
上述的用于钢铁材料热渗铝前处理的活化液，为含有氯化钾、氯化锂、氟化铝及氟化钾无机盐的水溶剂，且浓度为5~20g/l ;其中各种无机盐的摩尔比为KCl =LiCl =AlF3:KF=3:I:2^3:2。所述活化液呈弱碱性，PH值接近7。
[0008]所述的用于钢铁材料热渗铝前处理的活化液，具体制备如下:
(O按照热渗铝工艺要求，确定活化液浓度，浓度范围为5~20g/L ；
(2)按各无机盐组分的加入比例称重，加入定量的水搅拌均匀即可进行钢铁活化处理。
[0009]所述的用于钢铁材料热渗铝前处理的活化液，其使用方法是热渗铝前的钢铁材料在所述活化液中浸泡10-20秒钟，施加轻微震动，然后取出自然晾干或者风干，干燥温度不超过50度。所述热渗铝前的钢铁材料活化处理后的存放周期不超过48小时。
[0010]有益效果:
该活化液是水基溶剂，工作温度为室温，采用氧去极化反应和络合离子吸附作用，可以破坏钢铁表面氧化膜，去除油污、粉尘。通过该活化液活化后，可以去除铸铁件加工表面的石墨、破坏表面氧化膜，通过无机盐极化离子的吸附，形成活化表面层，促进热渗铝扩散，形成致密的渗铝过渡层，增强与铝合金的界面结合强度。对于普通碳素钢件，通过极化反应，在钢件表面形成点蚀坑，促进渗铝层的机械结合和原子扩散层厚度，从而增强界面结合力。并且，热渗铝前的钢铁材料活化处理后的存放周期可以达到48小时，表面保持活性，比之现有的不超过12小时，得到了极大改善。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的活化液活化后钢铁材料的活化形貌。
【具体实施方式】
[0012]本发明钢铁材料热渗铝前处理是`采用无机盐离子活化处理的方法，用于该钢铁材料热渗铝前处理的活化液，为含有氯化钾、氯化锂、氟化铝及氟化钾无机盐的水溶剂，且浓度为5~20g/l ;其中各种无机盐的摩尔比为KCl =LiCl =AlF3:KF=3:1:2~3:2。该活化液呈弱碱性，PH值接近7。
[0013]具体制备及使用方法如下:
(O按照热渗铝工艺要求，确定活化液浓度，浓度范围为5~20g/L ；
(2)按各无机盐组分的加入比例称重；
(3)将定量的水放在活化容器中，加入称量好的各无机盐组分，搅拌均匀即可进行钢铁活化处理；
(4)将热渗铝前的钢铁材料在活化液中浸泡10-20秒钟，施加轻微震动，然后取出自然晾干或者风干，干燥温度不超过50度；
(5)活化处理后的钢铁材料需及时使用，存放周期不超过48小时。
[0014]本发明活化液的活化机理如下:
本发明的活化液为无机盐水溶液，富含氯离子、氟离子等卤族离子，以及锂离子和铝离子，钢铁浸泡在该活化液中，形成电化学腐蚀，即氧去极化反应。
[0015]Fe0+2Cr+H20=FeCl2+20r(I)
FeCl2+ 2H20=Fe (OH) 2+2H++2Cr(2)
[Fe (OH) 2] =FeCHH2O(3)
反应(3)再回到反应(I)进行，形成Cl—的自催化反应，使钢铁表面发生点蚀，氧化膜破坏。并且活化液中的活性锂离子和铝离子吸附在被破坏氧化膜的钢铁表面，形成活化层。
[0016]该活化液是水基溶剂，工作温度为室温，通过该活化液活化后，可提高钢铁表面活性，活化后钢铁材料的活化形貌参考图1，通过对活化后的高强钢板表面进行形貌分析可以看出，结果在基底金属上生成孔径为20 μ m~30 μ m小蚀坑，蚀孔内的金属表面处于活化状态，电位较负，蚀孔外的金属表面处于钝化状态，电位较正，于是孔内和孔外构成一个电位差，促进了渗铝过程的进行，增强与铝合金的界面结合强度。
[0017]下面结合具体实施例进一步说明本发明:
实施例一
按比例称取无机盐氯化钾3g、氯化锂lg、氟化铝2g及氟化钾2g，将定量的水放在活化容器中，加入称量好的上述各无机盐组分，搅拌均匀，即配置成浓度为10g/l的活化液。
[0018]该活化液呈弱碱性，PH值为6.92。
[0019]将热渗铝前的钢铁材料在活化液中浸泡18秒钟，施加轻微震动，然后取出自然晾干或者风干，干燥温度不超过50度。
[0020]实施例二
按比例称取无机盐氯化钾6g、氯化锂2g、氟化铝5g及氟化钾4g，将定量的水放在活化容器中，加入称量好的上述各无机盐组分，搅拌均匀，即配置成浓度为20g/l的活化液。
[0021]该活化液呈弱碱性，PH值为6.923。
[0022]将热渗铝前的钢铁材料在活化液中浸泡10秒钟，施加轻微震动，然后取出自然晾干或者风干，干燥温度不超过50度。
[0023]实施例三
按比例称取无机盐氯化钾3g、氯化锂lg、氟化铝2.95g及氟化钾2g，将定量的水放在活化容器中，加入称量好的上述各无机盐组分，搅拌均匀，即配置成浓度为15g/l的活化液。
[0024]该活化液呈弱碱性，PH值为6.93。
[0025]将热渗铝前的钢铁材料在活化液中浸泡15秒钟，施加轻微震动，然后取出自然晾干或者风干，干燥温度不超过50度。
[0026]实施例四
按比例称取无机盐氯化钾3g、氯化锂lg、氟化铝2.Sg及氟化钾2g，将定量的水放在活化容器中，加入称量好的上述各无机盐组分，搅拌均匀，即配置成浓度为5g/l的活化液。
[0027]该活化液呈弱碱性，PH值为6.91。
[0028]将热渗铝前的钢铁材料在活化液中浸泡20秒钟，施加轻微震动，然后取出自然晾干或者风干，干燥温度不超过50度。
[0029]实施例五
按比例称取无机盐氯化钾3g、氯化锂lg、氟化铝2.2g及氟化钾2g，将定量的水放在活化容器中，加入称量好的上述各无机盐组分，搅拌均匀，即配置成浓度为8g/l的活化液。
[0030]该活化液呈弱碱性，PH值为6.912。
[0031]将热渗铝前的 钢铁材料在活化液中浸泡12秒钟，施加轻微震动，然后取出自然晾干或者风干，干燥温度不超过50度。
【权利要求】
1.一种用于钢铁材料热渗铝前处理的活化液，为含有氯化钾、氯化锂、氟化铝及氟化钾无机盐的水溶剂，且浓度为5~20g/l ;其中各种无机盐的摩尔比为KCl =LiCl =AlF3:KF=3:1:2~3:2。
2.如权利要求1所述的用于钢铁材料热渗铝前处理的活化液，其特征在于:所述活化液呈弱碱性，PH值接近7。
3.如权利要求1所述的用于钢铁材料热渗铝前处理的活化液，其特征在于:所述活化液具体制备如下: (O按照热渗铝工艺要求，确定活化液浓度，浓度范围为5~20g/L ； (2)按各无机盐组分的加入比例称重，加入定量的水搅拌均匀即可进行钢铁活化处理。
4.如权利要求1所述的用于钢铁材料热渗铝前处理的活化液，其特征在于:所述活化液使用方法是热渗铝前的钢铁材料在所述活化液中浸泡10-20秒钟，施加轻微震动，然后取出自然晾干或者风干，干燥温度不超过50度。
5.如权利要求4所述的用于钢铁材料热渗铝前处理的活化液，其特征在于:所述热渗铝前的钢铁材料活化处理后`的存放周期不超过48小时。
【文档编号】C23C10/02GK103820751SQ201410024464
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】张元好, 曾大新, 张红霞, 马东威 申请人:湖北汽车工业学院