一种用于高比例共渗层的锌铝合金共渗剂的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及金属材料表面化学热处理领域，特别涉及一种用于高比例共渗层的锌铝合金共渗剂。
【背景技术】
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[0002]在金属表面渗锌、渗铝或锌铝合金是重要的金属材料表面化学热处理技术。合金渗层在许多环境中具有比渗锌、渗铝更好的耐腐蚀性能，目前获得合金渗层的有效方法有液体渗和粉末渗等，但都有工艺时间长、难工业化生产的缺点。渗铝、渗锌以及锌铝合金共渗均需较高的处理温度，导致金属材料的强度下降，较长的工艺时间造成时间和能源的巨大浪费。锌铝合金金属间相互反应及其与基体金属的冶金结合，形成锌铝共渗层，厚度、硬度、耐磨性、耐蚀性能均显著提高，成为目前的研宄热点。
[0003]常规的锌铝合金共渗方法包括两个主要过程:热浸过程和扩散过程，其中扩散过程一般为数小时，耗能高，工艺时间长，且共渗层较薄。
[0004]因此快速制备锌铝共渗层，实现锌铝共渗工业化，成为锌铝共渗层制备工艺的研宄难点。本发明主要为解决传统热浸渗技术中锌铝合金共渗的工艺要求高、工艺时间长、无法处理大型及长度大的工件、共渗层厚度难以控制等不足与问题。
【发明内容】
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[0005]本发明提供了一种适用于锌铝合金共渗工艺的共渗层比例高、铝含量大、处理时间短、适用于工业化推广生产的用于锌铝合金共渗的共渗剂。
[0006]本发明是通过以下措施实现的:
[0007]一种用于锌铝合金共渗的共渗剂，属于金属材料表面技术领域。该方法锌铝共渗工艺基础上，通过配置专用共渗剂、一定配比的铝、锌合金，一定范围温度条件下，能快速在金属材料表面制备锌铝共渗层。
[0008]本发明是通过以下措施实现的:
[0009]一种用于高比例共渗层的锌铝合金共渗剂，各组分的重量百分数如下:
[0010]ZnCl215% -25% ；CaF21 % -5% ；CeCl20.5-3.5% ；CaCl24.5% -6.5% ；H2020.5-2% ；离子型表面活性剂0.5% -1% ;复合表面活化剂0.1% -0.5%, K2Mn043% _5%，其余为水；
[0011]其中，所述锌铝合金共渗层中含有25% -50% Al。
[0012]优选的是，所述离子型表面活性剂为:硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、季铵化物；
[0013]所述复合表面活化剂为脂肪醇醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、全氟辛基磺酰季碘化物或脂肪酸二乙醇胺中的一种或其混合物。
[0014]当热浸镀锌-25%铝合金时，所述公渗剂的配比为:
[0015]ZnCl215% ；CaF2l% ；CeCl20.5% ；CaCl24.5% ；H2020.5% ;离子型表面活性剂 0.5% ；复合表面活化剂0.1 %，K2Mn043 % -5%,其余为水。
[0016]当热浸镀锌-35%铝合金时，所述公渗剂的配比为:
[0017]ZnCl220% ；CaF23% ；CeCl22% ；CaCl25.5% ；H2O21.5% ;离子型表面活性剂 0.75% ；复合表面活化剂0.25%, K2Mn043% _5%，其余为水。
[0018]当热浸镀锌-50%铝合金时，所述公渗剂的配比为:
[0019]ZnCl225% ；CaF25% ；CeCl23.5% ；CaCl26.5% ；H2022% ;离子型表面活性剂 1% ;复合表面活化剂0.5%, K2Mn043% -5%，其余为水。
[0020]上述的共渗剂在助镀锌铝合金中的应用，步骤如下:将经超声波清洗过的金属构件浸入80-90°C的所述的共渗剂中0.5-3.5min，在100-120°C下烘干20-25s，然后在锌铝合金液中进行热浸，持续时间为0.5-1.5min，即得。
[0021]本发明涉及共渗剂不含易挥发铵盐类成分，能有效降低环境污染。本发明中CaF2含量高，其主要作用是剥离金属构件的铁盐及氧化物，并将脱离剥离的铁盐杂质和氧化物杂质包裹。带至锌铝镁合金液表面，且在金属表面形成界面活化，有利于提高锌铝合金与金属构件冶金结合度，避免共渗层脱落；适量的CeCl2，主要作用是与金属中的铁发生反应，在钢丝表面先置换形成Ce薄层，降低铝对热浸过程的危害；添加适量H2O2可以使金属表面的亚铁盐氧化成有利于形成锌铝合金共渗层的三价铁。本发明中表面活性剂与复合表面活化剂共同作用降低金属构件的表面张力，提高合金液润湿性。
[0022]本发明通过合理的共渗剂配方在金属表面利用热浸过程得到锌铝合金共渗层。共渗层与金属构件各自保持原有的性能，共渗层结构致密。共渗层耐蚀性能是普通铝渗层的2?4倍。该共渗剂成本低，可重复使用、易工业化生产，能广泛适用于25% -50% Al含量的锌铝合金共渗工艺。
【附图说明】
[0023]图1本发明公渗剂助镀后的合金，其中，共渗层为Zn-Al层，外面有少量的Zn-Fe合金层；A镶嵌料、B外层合金层、C Zn-Al共渗层、D Fe基体
【具体实施方式】
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[0024]下面结合实施例进一步说明:
[0025]实施例1:锌-25%铝共渗剂配方，组分如下:
[0026]ZnCl215% ；CaF2l% ；CeCl20.5% ；CaCl24.5% ；H2020.5% ;硬脂酸 0.5% ;脂肪醇醚硫酸钠0.1 %，K2Mn043 %，其余为水。
[0027]金属构件经脱脂、酸洗、碱洗流程后，浸入80°C所述的共渗剂中，在120°C下烘干20s，然后在锌铝合金液中进行热浸0.5min，冷却后金属表面光洁度良好。共渗层厚度约为15 μm，中性盐雾试验结果显示出现锈点时间310h，传统热镀锌出现锈点时间为140h，使用寿命高于热浸镀纯锌。
[0028]实施例2:锌-35%铝合金共渗剂配方，组分如下:
[0029]ZnCl220% ；CaF23% ；CeCl22% ；CaCl25.5% ；H2O21.5% ;脂肪醇聚氧乙烯醚 0.75% ；十二烷基苯磺酸钠0.25%，K2Mn044%，其余为水。
[0030]金属构件经脱脂、酸洗、碱洗流程后，浸入85°C所述的共渗剂中，在110°C下烘干23s，然后在锌铝合金液中进行热浸2min，冷却后金属表面光洁度良好。共渗层厚度约为25 μm，中性盐雾试验结果显示出现锈点时间480h，传统热镀锌出现锈点时间为140h，使用寿命高于热浸镀纯锌。
[0031]实施例3:锌-50%铝合金共渗剂配方，组分如下:
[0032]ZnCl225% ；CaF25% ；CeCl23.5% ；CaCl26.5% ；H2022% ;季铵化物 1% ;全氟辛基磺酰季碘化物或脂肪酸二乙醇胺0.5%，K2Mn045%，其余为水。
[0033]金属构件经脱脂、酸洗、碱洗流程后，浸入90°C所述的共渗剂中，在120°C下烘干25s，然后在锌铝合金液中进行热浸3min，冷却后金属表面光洁度良好。共渗层厚度约为35 μm，中性盐雾试验结果显示出现锈点时间870h，传统热镀锌出现锈点时间为140h，使用寿命高于热浸镀纯锌。
[0034]在金属构件锌铝合金共渗中采用本发明所述共渗剂。共渗层结构致密，能够形成锌铝镁三元共晶，工艺时间短，易于工业化生产。经盐雾试验结果显示金属构件表面锌铝合金共渗层的出现锈点时间明显晚于锌镀层。因此，具有锌铝合金共渗层的金属构件拥有更优异的耐蚀性能，适合大规模工业生产。
【主权项】
1.一种用于高比例共渗层的锌铝合金共渗剂，其特征在于，各组分的重量百分数如下:ZnCl215% -25% ；CaF2l% -5% ；CeCl20.5-3.5% ；CaCl24.5% -6.5% ；H2020.5-2% ?’离子型表面活性剂0.5% -1% ;复合表面活化剂0.1% -0.5%, K2Mn043% _5%，其余为水；其中，所述锌铝合金共渗层中含有25 % -50 % Al，且共渗层比例占合金层90 %以上。
2.权利要求1所述共渗剂，其特征在于，所述复合表面活化剂为脂肪醇醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、全氟辛基磺酰季碘化物或脂肪酸二乙醇胺中的一种或其混合物。
3.权利要求1所述共渗剂，其特征在于，所述的离子型表面活性剂为硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、季铵化物。
4.权利要求1-3任一所述的共渗剂，其特征在于，当热浸镀锌-25%铝合金时，所述公渗剂的配比为: ZnCl215% ；CaF2l% ；CeCl20.5% ；CaCl24.5% ；H2020.5% ;离子型表面活性剂 0.5% ;复合表面活化剂0.1 %，K2Mn043 %，其余为水。
5.权利要求1-3任一所述的共渗剂，其特征在于，当热浸镀锌-35%铝合金时，所述公渗剂的配比为: ZnCl220% ；CaF23% ；CeCl22% ；CaCl25.5% ；H2021.5% ;离子型表面活性剂 0.75% ;复合表面活化剂0.25%，K2Mn044%,其余为水。
6.权利要求1-3任一所述的共渗剂，其特征在于，当热浸镀锌-50%铝合金时，所述公渗剂的配比为: ZnCl225% ；CaF25% ；CeCl23.5% ；CaCl26.5% ；H2022% ;离子型表面活性剂 1% ;复合表面活化剂0.5 %，K2Mn045 %，其余为水。
7.根据权利要求1-3任一所述的共渗剂在助镀锌铝合金中的应用，其特征在于，步骤如下:将经超声波清洗过的金属构件浸入80-90°C的所述的共渗剂中0.5-3.5min，在100-120°C下烘干20-25s，然后在锌铝合金液中进行热浸，持续时间为0.5-1.5min，即得。
【专利摘要】本发明提供了一种用于高比例共渗层的锌铝合金共渗剂。该方法锌铝共渗工艺基础上，通过配置专用共渗剂、一定配比的铝、锌合金，一定范围温度条件下，能快速在金属材料表面制备锌铝共渗层。其成分质量百分比如下：ZnCl2 15％-25％；CaF2 1％-5％；CeCl2 0.5-3.5％；CaCl2 4.5％-6.5％；H2O2 0.5-2％；离子型表面活性剂0.5％-1％；复合表面活化剂0.1％-0.5％，其余为K2MnO4 3％-5％，和水。本发明通过合理的共渗剂配方在金属表面利用热浸过程得到锌铝合金共渗层。共渗层与金属构件各自保持原有的性能，共渗层结构致密。共渗层层耐蚀性能是普通铝渗层的2～4倍。该共渗剂成本低，可重复使用、易工业化生产，能广泛适用于25％-50％Al含量的锌铝合金共渗工艺，且共渗层比例高达90％以上。
【IPC分类】C23C10-26
【公开号】CN104630695
【申请号】CN201510042141
【发明人】郭凯, 李辛庚, 岳增武, 傅敏, 王晓明, 闫风洁, 王学刚, 曹建梅, 樊志彬
【申请人】国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月27日