專利名稱：在工件表面制備ZnAlNi多元合金防腐涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬防腐涂層的制備方法，具體涉及一種在工件表面 制備ZnAlNi多元合金防腐涂層的方法。
背景技術(shù)：
由于鐵路工件常年經(jīng)受日曬雨淋、冬冷夏熱，使用環(huán)境惡劣，常 因大氣及雨水腐蝕而產(chǎn)生銹蝕，易導(dǎo)致零部件的力學(xué)性能大幅度下降， 早期失效，造成行車安全隱患。因此，需要對(duì)零部件進(jìn)行高質(zhì)量的表 面防腐處理，防止產(chǎn)生銹蝕，提高零部件的表面耐腐蝕性能，延長(zhǎng)其 使用壽命，從而提高鐵路行車安全系數(shù)。
目前，已經(jīng)公開了多種工件表面防腐處理方法。例如，鋅鋁合金 共滲工藝是目前比較常用的金屬工件防腐處理方法，該工藝是利用加 熱狀態(tài)下金屬原子的滲透擴(kuò)散作用，在金屬基體沒有相變的條件下， 將鋅鋁元素滲入到鋼鐵構(gòu)件表面，形成合金保護(hù)層，提高工件表面的 抗腐蝕、抗表面氧化及耐磨性能等。但是，由于該工藝制備的含有鋅 鋁涂層的工件的防腐性能單一、性能不穩(wěn)定，長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用時(shí)會(huì)導(dǎo)致防 腐性能下降，因此已經(jīng)逐漸被新的防腐處理工藝所代替。
例外，還有人考慮在工件表面制備復(fù)合涂層來改善工件的表面性 能。例如，中國(guó)專利CN100503890C公開了一種多元共滲合金共滲加 封閉的涂層，該涂層是由第 一層的多元合金共滲滲層與鈍化層和第二 層的封閉層組成，其中第一層多元合金共滲滲層與鈍化層中，多元合 金共滲滲層是由鋅、鋁和氧化鑭組成；第二層封閉層是由鋅和鋁與環(huán) 氧樹脂組成。雖然上述涂層具有很好的防腐效果，但是工件表面力學(xué) 性能并不能得到明顯改善，而且工藝復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，提供 一 種在工件表面制備防腐涂層 的方法，通過該方法來^^高防腐涂層的抗腐蝕性能和表面-更度。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種在鐵路軌道工件表面制
4備防腐涂層的方法，包括
提供包括以下重量百分比的共滲劑粉末15wt%~30wt%的鋅粉、 10wt%~20wt°/。的鋁粉、10wt% 20wt%的鎳粉、0.1 wt%~2.0wt%的活化 劑粉、余量的填充劑；
將鐵路軌道工件包埋在所述共滲劑粉末中加熱至400°C 600°C , 保溫3小時(shí)~10小時(shí)進(jìn)行共滲處理。
優(yōu)選的，所述共滲劑粉末包括20wt。/。 25wt。/。的鋅粉。 優(yōu)選的，所述共滲劑粉末包括10wt。/。 18wty。的鎳粉。 優(yōu)選的，所述填充劑為石英砂。 優(yōu)選的，所述活化劑選自氯化銨。
優(yōu)選的，在將所述工件包埋在共滲劑粉末之前，還包括將所述工
件進(jìn)行預(yù)處理的步驟。
優(yōu)選的，所述共滲劑粉末還包括2wt。/。 10wt。/。的稀土氧化物粉。 優(yōu)選的，所述稀土氧化物粉為氧化釔粉、氧化鑭粉、氧化鈰粉、
氧化鐠粉、或氧化釹粉中一種或多種。
優(yōu)選的，所述共滲劑粉末還包括lwt。/。 10wt。/。的Sr2Ta207粉末。 優(yōu)選的，所述方法還包括繼續(xù)將所述工件和共滲劑粉末升溫至
400°C 600°C 、保溫3小時(shí) 10小時(shí)進(jìn)行共滲處理。
本發(fā)明提供一種在工件表面制備防腐涂層的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相
比，在本發(fā)明提供的共滲劑中包含一部分鎳，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防腐涂
層增加鎳元素后，抗腐蝕性能和表面硬度均得到了明顯的改善。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的在工件表面制備防腐涂層的一個(gè)方案，包括
提供以下重量百分比的共滲劑粉末15 wt% 3 0wt%的鋅粉、
10wt%~20wt%的鋁粉、10wt%~20wt%的鎳粉、余量的填充劑；
將所述工件包埋在所述共滲劑4分末中加熱至40(TC 600。C,保溫
3小時(shí) 10小時(shí)進(jìn)4亍共滲處理。按照本發(fā)明，所述工件指本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于高速鐵路、 普通鐵路上軌道上的螺栓、防落梁、軌道壓板等零部件。工件的材質(zhì) 一般為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的碳鋼或合金鋼。
在本發(fā)明提供的共滲劑粉末中，包括鋅、鋁、鎳。與現(xiàn)有技術(shù)相 比，添加一部分鎳后，可以有效提高防腐涂層的抗腐蝕性能，并且相 應(yīng)的硬度也得到改善。按照本發(fā)明，在共滲劑粉末中，鋅粉含量為
15wt% 30wt% (重量百分比)，優(yōu)選為18wt%~28wt% ，更優(yōu)選為 20wt% 25wt%,所述鋅粉的4分末粒徑優(yōu)選為200目 500目，更優(yōu)選為 200目~325目。所述共滲劑粉末中鋁粉含量?jī)?yōu)選為10wt% 20wt%,優(yōu) 選為12wt%~16wt%，所述鋁粉的粉末粒徑優(yōu)選為50目 200目，更優(yōu) 選為100目 200目。所述共滲劑粉末中鎳粉含量?jī)?yōu)選為 10wt%~20wt%,優(yōu)選為12wt% 18wt%,鎳粉粒徑優(yōu)選為50目~200目， 更優(yōu)選為100目 200目。
在本發(fā)明提供的共滲劑粉末中，活化劑粉的含量為 0.1wt 2.0wt%,優(yōu)選為0.5wt 1.5wt%，活化劑粉的粒徑優(yōu)選為50目 200目，更優(yōu)選為100目 200目，活化劑可以選自本本領(lǐng)域技術(shù)人 員熟知的氯化銨、氯化鋅中的一種或多種。所述共滲劑粉末中，填充 劑優(yōu)選為石英砂，填充劑粉末的粒徑優(yōu)選為50目 200目，更優(yōu)選為 80目。
按照本發(fā)明，還可以在所述共滲劑粉末中摻入稀土金屬氧化物， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，稀土金屬氧化物可以進(jìn)一步改善防腐涂層的抗腐蝕性 能和表面硬度。優(yōu)選的稀土金屬氧化物為氧化釔、氧化鑭、氧化鈰、 氧化鐠、或氧化釹。稀土金屬氧化物的含量?jī)?yōu)選為lwt% 10wt%，更 優(yōu)選為4wt% 6wt%。稀土金屬氧化物粉末粒徑優(yōu)選為40目 200目， 更優(yōu)選為100目 200目。
按照本發(fā)明，還可以在所述共滲劑粉末中摻入復(fù)合金屬氧化物 Sr2Ta207，該復(fù)合金屬氧化物已在中國(guó)專利CN100376505C所公開。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)共滲劑粉末中摻入稀土氧化物和復(fù)合金屬氧化物后， 稀土氧化物可以增加共滲劑的活性，因此得到防腐涂層的硬度、抗腐蝕性能均得到明顯的改善。對(duì)于所述復(fù)合金屬氧化物的摻入量，優(yōu)選
為lwt% 10wt%,更優(yōu)選為4wt%~6wt%,所述復(fù)合金屬氧化物的粉末 粒徑優(yōu)選為40目 200目，更優(yōu)選為100目~200目。
按照本發(fā)明，將工件包埋在共滲劑粉末之前，優(yōu)選對(duì)工件進(jìn)行預(yù) 處理。所述預(yù)處理包括除油處理、除銹處理、噴砂、處理中的一種或多 種處理工序，優(yōu)選依次按照除油處理、除銹處理、清洗處理、助滲處 理、烘千處理的工件進(jìn)行預(yù)處理。
4要照本發(fā)明，所述除油處理優(yōu)選為^f吏用》咸:容液和石圭酸鈉熔液的混 合液對(duì)工件進(jìn)4亍處理，所述石威溶液優(yōu)選為NaOH或KOH溶液，石烕溶 液的質(zhì)量濃度優(yōu)選為1% 10%,更優(yōu)選為2% 8%,石圭酸鈉溶液的質(zhì)量 濃度優(yōu)選為1% 10%,更優(yōu)選為2% 8%,最優(yōu)選為3% 5%。對(duì)于混 合液中石威溶液和珪酸鈉溶液的質(zhì)量比，優(yōu)選為；威溶液石圭酸鈉溶液為 3: 2 2: 3,更優(yōu)選為1: 1。進(jìn)行除油處理時(shí)，將帶處理工件放入混 合液中，優(yōu)選加溫至70°C 100°C ,更優(yōu)選為80°C~90°C ，浸泡時(shí)間優(yōu) 選為20分鐘 60分鐘，更優(yōu)選為30分鐘 40分鐘。
所述除銹處理具體為用稀酸溶液清洗除油處理后的工件除去鐵 錄和氧化皮，所述稀酸優(yōu)選質(zhì)量濃度為5% 20%,更優(yōu)選為7% 15% 的鹽酸溶液。
除銹處理后，優(yōu)選使用水將工件清洗干凈。
清洗處理后，優(yōu)選^f吏用濃度為1% 10%,更優(yōu)選為2% 5%的三乙 醇胺和濃度為1% 5%,更優(yōu)選為2% 4%亞硝酸鈉溶液涂4未在工件表 面進(jìn)行助滲處理。
助滲處理后，將工件放在烘箱內(nèi)，優(yōu)選升溫至10(TC 200。C,更 優(yōu)選為150。C 20(TC進(jìn)行烘干處理。
烘干處理后，將工件與共滲劑放在真空共滲爐中，并將工件包埋 在共滲劑中，共滲劑與工件的體積比優(yōu)選為3: 1 1: 2，更優(yōu)選為2: 1~1: 1。共滲處理溫度優(yōu)選為400~600°C，更優(yōu)選為400 480°C,保 溫時(shí)間優(yōu)選為1.5小時(shí)~10小時(shí)，更優(yōu)選為4小時(shí) 10小時(shí)，更優(yōu)選為 8小時(shí) 10小時(shí)。真空共滲爐內(nèi)的真空對(duì)優(yōu)選小于lkPa，更優(yōu)選小于
70.5kpa。
共滲處理后，將工件從真空共滲爐內(nèi)取出，然后清洗處理。
按照本發(fā)明，當(dāng)在所述共滲劑粉末中添加稀土金屬氧化物以及復(fù) 合金屬氧化物Sr2Ta2OJt,共滲處理溫度優(yōu)選為400~500°C ,更優(yōu)選 為450~500°C ,保溫時(shí)間優(yōu)選為1.5小時(shí) 10小時(shí)，更優(yōu)選為4小時(shí) 10 小時(shí)，真空共滲爐內(nèi)的真空度小于0.5kpa。
本發(fā)明提供一種在工件表面制備防腐涂層的方法。與現(xiàn)有技術(shù)相 比，在本發(fā)明提供的共滲劑中包含一部分鎳，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防腐涂 層增加鎳元素后，抗腐蝕性能和表面硬度均得到了明顯的改善。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明在共滲劑粉末中進(jìn)一步添加了稀土 金屬氧化物和復(fù)合金屬氧化物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防腐涂層的抗腐蝕性 能和表明硬度得到了進(jìn)一 步的改善。
為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例和比較例對(duì)本發(fā)明提供 的鐵路軌道工件表面制備防腐涂層的方法進(jìn)行描述。
實(shí)施例1
配制共滲劑取15wt。/。粒度為200目~500目的鋅粉、20wt。/o的粒 度為100目 300目的鋁粉、10wt。/。粒度為100目 200目的鎳粉、1.0wt% 的氯化銨，余量粒度為40目 100目的石英砂均勻混合得到共滲劑粉
末；
除油處理取3wt%NaOH溶液和2wt。/o硅酸鈉溶液按照1: 1的比 例混合制取除油混合液，將機(jī)加工后的防落梁工件浸沒在所述除油混 合液中，將除油混合液升溫至8(TC浸泡30分鐘，工件材質(zhì)為Q235b;
除銹處理用質(zhì)量濃度為15%的鹽酸溶液清洗除油處理后的工件 以除去鐵銹和氧化皮；
清洗處理用自來水將工件清洗干凈；
防銹處理清洗處理后，使用質(zhì)量濃度為3%的三乙醇胺溶液和質(zhì) 量濃度為5%的亞硝酸鈉:溶液涂抹在工件表面進(jìn)行助滲處理；
烘干處理將助'滲處理后的工件放在烘箱內(nèi)，升溫至150。C保溫1小時(shí)進(jìn)行烘干處理。
共滲處理取配制好的共滲劑和工件放入真空共滲爐中，并且將 工件包埋在共滲劑中，共滲劑與工件的體積比為1: 1,將真空爐抽真 空至真空度小于0.5kPa,將真空共滲爐升溫至450°C ，真空爐膽每分 鐘轉(zhuǎn)3圏，保溫8小時(shí)后，將工件取出，清洗干凈，曬干。
取樣進(jìn)行測(cè)試，在工件表面形成厚度約90微米的合金滲層，合金 滲層表面元素含量分析結(jié)果如下19.56wt。/。的Fe、 24.36wt。/o的Zn、 38.23wt。/。的Al、 17.53wt。/。的Ni、其它元素含量為0.32wt%。
性能測(cè)試結(jié)果如下
工件表面石更度為526HV;
中性鹽霧實(shí)驗(yàn)> 1200h ( ISO 3768-1976);
耐堿性1.2g/L Ca ( OH) 2條件下，168h膜層不變色。
實(shí)施例2
取30wt。/。粒度為100目 200目的鋅粉、10wt。/。的粒度為100目~300 目的鋁粉、20wt。/o粒度為100目 200目的鎳粉、2wt。/o的氯化銨，余量 粒度為40目~100目的石英砂均勻混合得到共滲劑粉末；
所用工件以及除油處理、清洗處理、除銹處理、助滲處理、烘干 處理等工序與實(shí)施例1相同；
共滲處理取配制好的共滲劑和工件;故入真空共滲爐中，并且將 工件包埋在共滲劑中，共滲劑與工件的體積比為1: 1,將真空爐抽真 空至真空度小于0.5kPa，將真空共滲爐升溫至450°C ,真空爐膽每分 鐘轉(zhuǎn)3圈，保溫8小時(shí)后，將工件取出，清洗干凈，曬干。
取樣進(jìn)行測(cè)試，在工件表面形成厚度約90微米的合金滲層，合金 滲層表面元素含量分析結(jié)果如下18.42wt。/。的Fe、 41.36wt。/。的Zn、 11.52wt。/。的Al、 28.39wt。/。的Ni、其它元素含量為0.31wt%。
性能測(cè)試
工件表面石更度為571HV;中性鹽霧實(shí)一瞼> 1200h (ISO 3768-1976 );
耐石咸性1.2g/LCa (OH) 2條件下，186h膜層不變色。
實(shí)施例3
取20wt。/。粒度為100目~200目的鋅粉、15wt。/。的粒度為100目 300 目的《呂凈分、15wto/4立度為100目 200目的纟臬沬分、5wto/4立度為100目 200 目的氧化鑭粉、2wt。/。的氯化銨，余量粒度為100目 300目的石英砂 均勻混合得到共滲劑粉末；
所用工件以及除油處理、除銹處理、清洗處理、助滲處理、烘干
處理等工序與實(shí)施例1相同；
取樣進(jìn)行測(cè)試，在工件表面形成厚度約90微米的合金滲層，合金 滲層表面元素含量分析結(jié)果如下16.68wt。/。的Fe、 31.67wt。/。的Zn、 28.62wt。/。的Al、 21.42wt。/。的Ni、 1.26wt。/。的La、其它元素含量為 0.35wt%。
'性能測(cè)試
工件表面石更度為598HV;
中性鹽霧實(shí)驗(yàn)> l楊h ( ISO 3768-1976 );
耐堿性1.2g/L Ca ( OH) 2條件下，212h膜層不變色。
與實(shí)施例1和實(shí)施例2相比，本實(shí)施例在共滲劑4分末中添加了 一 部分氧化鑭，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防腐涂層中添加鑭后，涂層表面硬度和 抗腐蝕性能均得到了改善。
實(shí)施例4
取20wt。/。粒度為100目~200目的鋅粉、15wt。/。的粒度為100目 300 目的^呂斗分、15wt。/4i度為100目 200目的4臬4分、5wto/c4i度為100目 200 目的氧化鑭粉、10wt。/。粒度為100目~200目的Sr2Ta207、 2wt。/。的氯化 銨，余量粒度為40目~100目的石英砂均勻混合得到共滲劑粉末；
所用工件以及除油處理、除銹處理、清洗處理、烘干處理等工序
與實(shí)施例1相同；
10共滲處理取配制好的共滲劑和工件放入真空共滲爐中，并且將 工件包埋在共滲劑中，共滲劑與工件的體積比為1: 1，將真空爐抽真 空至真空度小于0.5kPa,將真空共滲爐升溫至480°C,真空爐膽每分 鐘轉(zhuǎn)3圈，保溫8小時(shí)后；
取樣進(jìn)行測(cè)試，在工件表面形成厚度約90微米的合金滲層，合金 滲層表面元素含量分析結(jié)果如下17.13wt。/。的Fe、 28.73wt。/。的Zn、 22.68wt。/o的Al、28.58wt。/o的Ni、1.31wto/o的La、0.41wt。/o的Sr、0.82wt% 的Ta、其它元素含量為0.34wt%。
性能測(cè)試
工件表面石更度為630HV;
中性鹽霧實(shí)馬全> 1500h (ISO 3768-1976 );
耐石威性1.2g/L Ca ( OH) 2條件下，240h膜層不變色。
與實(shí)施例3相比，本實(shí)施例在共滲劑粉末中添加了一部分復(fù)合金 屬氧化物Sr2Ta207，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防腐涂層中添加Sr2Ta207后，涂 層表面硬度和抗腐蝕性能均得到了進(jìn) 一 步的改善。
比專支例
取40wto/4i度為100目 200目的《辛灃分、30wto/o的斗立度為100目 300 目的鋁粉、2wt。/。的氯化銨，余量粒度為40目 100目的石英砂均勻混
合得到共滲劑粉末；
所用工件以及除油處理、除銹處理、清洗處理、助滲處理、烘干 處理等工序與實(shí)施例1相同；
共滲處理取配制好的共滲劑和工件放入真空共滲爐中，并且將 工件包埋在共滲劑中，共滲劑與工件的體積比為1: 1,將真空爐抽真 空至真空度小于0.5kPa,將真空共滲爐升溫至520°C,真空爐膽每分 鐘轉(zhuǎn)3圈，保溫8小時(shí)后；將工件取出，清洗干凈，曬干。
取樣進(jìn)行測(cè)試，在工件表面形成厚度約卯微米的合金滲層，合金 滲層表面元素含量分析結(jié)果如下17.13wt。/。的Fe、 48.56wt。/。的Zn、33.97wt。/。的Al、其它元素含量為0.34wt%。 性能測(cè)試
工件表面硬度為410HV; 中性鹽霧實(shí)驗(yàn)> 800h (ISO 3768-1976 ) 耐石威性1.2g/L Ca ( OH) 2條件下，120h后膜層開始變色。 與實(shí)施例1至4相比，只含有鋁和鋅的共滲劑粉末，抗腐蝕性能 和表面硬度等性能均比較低。
以上對(duì)本發(fā)明提供的在工件表面制備防腐涂層的方法進(jìn)行了詳
闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思 想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā) 明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和 修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種在工件表面制備防腐涂層的方法，包括提供包括以下重量百分比的共滲劑粉末15wt％～30wt％的鋅粉、10wt％～20wt％的鋁粉、10wt％～20wt％的鎳粉、0.1wt％～2.0wt％的活化劑粉、余量的填充劑；將工件包埋在所述共滲劑粉末中加熱至400℃～600℃，保溫3小時(shí)～10小時(shí)進(jìn)行共滲處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述共滲劑粉末包括20wt% 25 wt。/。的鋅粉。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述共滲劑粉末還包括12 wt% 18 wt%的4臬粉。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述填充劑為石英砂。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述活化劑選自氯化銨、氯化鋅中的一種或多種。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在將所述工件包埋在共滲劑粉末之前，還包括將所述工件進(jìn)行預(yù)處理的步驟。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述共滲劑粉末還包括2 wt%~ 10 wt%的稀土氧4匕物沬分。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述稀土氧化物粉為氧化鑭粉。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述共滲劑粉末還包括lwt。/。 10wt。/。的Sr2Ta207奇分末。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7至9任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括繼續(xù)將所述鐵路軌道工件和共滲劑粉末升溫至400。C 60(TC、保 溫3小時(shí) 10小時(shí)進(jìn)行共滲處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在工件表面制備防腐涂層的方法，包括提供包括以下重量百分比的共滲劑粉末15wt％～30wt％的鋅粉、10wt％～20wt％的鋁粉、10wt％～20wt％的鎳粉、0.1wt％～2.0wt％的活化劑粉、余量的填充劑；將工件包埋在所述共滲劑粉末中加熱至400℃～600℃，保溫3小時(shí)～10小時(shí)進(jìn)行共滲處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過共滲劑粉末中添加了一部分鎳，并改變了共滲劑中其它成分的含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防腐涂層增加鎳元素后，防腐涂層的抗腐蝕性能和表面硬度均得到了明顯的改善。
文檔編號(hào)C23C10/52GK101665898SQ20091018118
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者肖占華, 松 陳 申請(qǐng)人:北京中路大成科技發(fā)展有限公司