制造在鋅鍍層中的應(yīng)用納米CeO2/Zn金屬基復(fù)合材料的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】制造在鋅鍍層中的應(yīng)用納米Ce02/Zn金屬基復(fù)合材料
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于合金鑄鐵鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在鋅鍍層中應(yīng)用的納米Ce02/Zn金屬基復(fù)合材料。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]鋅鍍層用于防止鋼鐵制品的銹蝕，已有200多年的歷史，至今，它在鋼鐵材料防蝕涂層中仍占有重要的地位。鋅鍍層的使用壽命取決于鍍層的耐蝕能力，鍍層的耐蝕能力越強(qiáng)，則鍍層的使用壽命就越長(zhǎng)。隨著日益發(fā)展的科技與經(jīng)濟(jì)的需要，如何更好的改善鍍層的耐蝕能力對(duì)鍍層材料提出了更高的要求。隨著對(duì)稀土材料的開(kāi)發(fā)研究，人們逐漸認(rèn)識(shí)到其優(yōu)越性，并將其應(yīng)用在不同領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代，Hinton和Wilson首次研究了稀土對(duì)純鋅的緩蝕作用，發(fā)現(xiàn)1.0g/L的CeCL3可使純鋅的腐蝕速率降低到原來(lái)的1/10，使電鍍鋅的腐蝕速率降低到原來(lái)的1/2，腐蝕試驗(yàn)完畢后純鋅和電鍍鋅表面形成了一層黃色的膜。之后，Hinton進(jìn)一步研究了純鋅和電鍍鋅表面的稀土轉(zhuǎn)化膜的成分和結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)膜中主要組成物質(zhì)是Ce02和Zn，并且Ce是以四價(jià)形式存在于膜中的。昆明理工大學(xué)的郭忠誠(chéng)副教授在1996年第5期的《金屬學(xué)報(bào)》中發(fā)表過(guò)一篇《稀土對(duì)復(fù)合鍍工藝及鍍層性能的影響》，研究了稀土對(duì)N1-SiC復(fù)合鍍工藝及鍍層性能的影響。結(jié)果表明，添加適量的稀土能顯著地提高復(fù)合鍍層中微粒的含量、硬度和耐磨性。已有研究表明，加入稀土氧化物Ce02所產(chǎn)生作用如下:1.稀土元素細(xì)化微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)，減小第二相樹(shù)狀晶體間距和涂層夾雜物含量；2.稀土元素的加入對(duì)減少涂層金屬材料在基體上的擴(kuò)散是很有效的；3.稀土元素可以增大衍射角，降低晶體面間距和點(diǎn)陣常數(shù)；4.稀土元素的加入提高抗腐蝕性能，鈍化顯著提高，腐蝕速率明顯降低。但是，稀土元素對(duì)于降低鍍層腐蝕速率幅度與人們的期望值相比還略顯不足，故此工藝也未能在生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種制造在鋅鍍層中應(yīng)用的納Ce02/Zn金屬基復(fù)合材料的方法，因?yàn)椋{米稀土粉末由于其粒度非常細(xì)小、比表面能特別大，通常處于團(tuán)聚狀態(tài)，如果將其直接加入到熱鍍鋅鍍液中，其團(tuán)聚現(xiàn)象將更為嚴(yán)重，而且還會(huì)產(chǎn)生偏聚。為此，擬采用粉末冶金方法先制備出納米Ce02/Zn復(fù)合材料，作為中間體將納米Ce02帶入熱鍍鋅鍍液中。但對(duì)于常規(guī)粉末冶金法而言，混合物的均勻性很大程度上取決于兩種粉末粒度的差別，納米Ce02粉末與純鋅粉末的粒徑相差很大，這就決定了粉末混合物的均勻性較差；而且納米Ce02顆粒又呈團(tuán)聚狀態(tài)，所以很難實(shí)現(xiàn)納米Ce02顆粒在鋅基體中的彌散均勻分布。為解決這個(gè)問(wèn)題，關(guān)鍵是先制備出均勻的納米Ce02/Zn復(fù)合粉末。高能球磨作為一種材料制備的重要工藝方法，日益受到國(guó)內(nèi)外材料科學(xué)界的重視。特別是在納米材料科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，有關(guān)高能球磨法制備納米金屬、納米金屬間化合物材料、納米復(fù)合材料、非晶材料、納米陶瓷等的研究很多，并取得了很大的進(jìn)展。作者采用高能球磨法成功制備出納米Ce02顆粒彌散均勻包覆、鑲嵌在鋅顆粒之上的納米Ce02/Zn復(fù)合粉末，并通過(guò)XRD、SEM詳細(xì)研究了粉體的組成、微觀(guān)形貌。
[0007]方法是將粒度為47?100 m的純Zn粉末和平均粒度為30nm的CeO粉末，按重量比(wt% )8:1混合后,在自制的高能球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行球磨。采用3mm、6mm和1mm不銹鋼球作球磨介質(zhì)，三種鋼球配比為3:6:10，球料比)為30:1 ;球磨前先抽真空，然后在氬氣保護(hù)狀態(tài)下球磨混合粉末，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為120 r / min，經(jīng)不同時(shí)間后取樣。
[0008]熱壓工藝參數(shù)
Zn—Ce02 (0.1% ):1 450 r / min 2 h ；9 t 2 h 370°C 6°C / min 閉式
Zn—CeO, (1% ):1 450 r / min 2h ；9 t 2 h 370°C 6°C / min 閉式
Zn—CeO, (5% ):1 450 r / min 2h ；9 t 2 h 370°C 6°C / min 閉式
本發(fā)明提供的生產(chǎn)在鋅鍍層中應(yīng)用的納米Ce02/Zn金屬基復(fù)合材料，其有益效果在于:
高能球磨和粉末冶金燒結(jié)是制備納米氧化鈰/鋅復(fù)合材料的有效方法，XRD和FESEM檢測(cè)表明，球磨和熱壓燒結(jié)過(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生新合金相，即得到納米Ce02/Zn、Al復(fù)合材料，且其結(jié)構(gòu)均勻，性能穩(wěn)定。
[0009]如以這種稀土金屬基納米復(fù)合材料作為中間合金代替單純的鋅合金，用在鋼鐵件表面實(shí)施熱浸鍍，可顯著提高鋅鍍層的耐腐蝕性能，另外，高能球磨法制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
[0010]
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提供的在鋅鍍層中應(yīng)用的納米Ce02/Zn金屬基復(fù)合材料及其生產(chǎn)方法，進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0012]實(shí)施例一
將粒度為47?100 m的純Zn粉末和平均粒度為30 nm的CeO粉末，按重量比(wt%)8:1混合后，在自制的高能球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行球磨。采用3mm、6 mm和1mm不銹鋼球作球磨介質(zhì)，三種鋼球配比為3:6:10，球料比(wt%)為30:1 ;球磨前先抽真空，然后在氬氣保護(hù)狀態(tài)下球磨混合粉末，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為120 r/min，經(jīng)不同時(shí)間后取樣。
[0013]熱壓工藝參數(shù)
Zn—Ce02 (0.1% ):1 450 r / min 2 h ；9 t 2 h 370°C 6°C / min 閉式Zn—CeO, (1% ):1 450 r / min 2h ；9 t 2 h 370°C 6°C / min 閉式Zn—CeO, (5% ):1 450 r / min 2h ；9 t 2 h 370°C 6°C / min 閉式熱壓設(shè)備:本試驗(yàn)采用的設(shè)備是真空熱壓爐，是用石墨作發(fā)熱體的立式真空電阻爐，夕卜有框架式雙立柱框架，下面有液壓油缸升降為壓力源，可供金屬難熔化合物，陶瓷等在真空或保護(hù)氣氛中加熱壓制工件。真空熱壓爐的技術(shù)規(guī)格:額定50kW、30kW，電源電壓380V，力口熱器電壓36V、28V，額定溫度2000°C，最大壓力20t，壓頭直徑Φ85 mm，液壓行程100 mm,冷態(tài)真空度0.0Ol Pa，工作200mm X 160 mm、120 mm X 120 mm。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介:爐體是立式爐體，其層為lCrl8Ni9做成的圓筒，外殼為碳鋼制成。兩層之間形成夾套可以通冷卻水，將傳到爐殼內(nèi)壁的熱量帶走。爐蓋上面有壓頭，壓力傳感器和壓緊裝置，可以升降。爐內(nèi)隔熱屏由鑰片和lCrl8Ni9板組成，最內(nèi)層為石墨，底部隔熱屏由石墨組成。液壓框架有上橫梁、底座、長(zhǎng)立柱、爐架等組成。液壓油缸裝在底座中間，手壓油泵將液壓油通過(guò)換向閥進(jìn)入油缸，使油缸升降。真空系統(tǒng)是k 一 200油擴(kuò)散泵(名義抽速1500 L / s)、2X — 30旋片式機(jī)械泵以及真空閥等組成。真空的測(cè)量，在粗真空范圍內(nèi)由圓形彈簧真空計(jì)測(cè)量，低真空時(shí)由熱偶真空計(jì)，高真空時(shí)由電離真空計(jì)測(cè)量。本儀器使用的是380V單相電源，通過(guò)降壓變壓器，降為36V(28V)，然后通過(guò)電纜送到電極上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制造在鋅鍍層中應(yīng)用的納Ce02/Zn金屬基復(fù)合材料的方法，其特征在于:將粒度為47?100 m的純Zn粉末和平均粒度為30 nm的CeO粉末，按重量比(wt%)8:l混合后，在自制的高能球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行球磨；采用3mm、6mm和1mm不銹鋼球作球磨介質(zhì),三種鋼球配比為3:6:10，球料比(wt%)為30:1 ;球磨前先抽真空，然后在氬氣保護(hù)狀態(tài)下球磨混合粉末，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為120 r / min，經(jīng)不同時(shí)間后取樣。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種制造在鋅鍍層中應(yīng)用的納CeO2/Zn金屬基復(fù)合材料的方法，方法是將粒度為47～100m的純Zn粉末和平均粒度為30nm的<b>CeO</b>粉末，按重量比(wt％)8：1混合后，在自制的高能球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行球磨；采用3mm、6mm和10mm不銹鋼球作球磨介質(zhì)，三種鋼球配比為3：6：10，球料比(wt％)為30：1；球磨前先抽真空，然后在氬氣保護(hù)狀態(tài)下球磨混合粉末，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為120r／min，經(jīng)不同時(shí)間后取樣；高能球磨和粉末冶金燒結(jié)是制備納米氧化鈰／鋅復(fù)合材料的有效方法，<b>XRD</b>和<b>FESEM</b>檢測(cè)表明，球磨和熱壓燒結(jié)過(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生新合金相，即得到納米<b>CeO</b><b>2</b><b>／Zn、A1</b>復(fù)合材料，且其結(jié)構(gòu)均勻，性能穩(wěn)定。
【IPC分類(lèi)】C23C2-06, B82Y40-00, B22F9-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104550981
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310507916
【發(fā)明人】常云青
【申請(qǐng)人】青島和德隆機(jī)械有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月25日