一种机械镀锌钢铁制件热渗用封闭剂

摘要

本发明公开了一种机械镀锌钢铁制件热渗用封闭剂及应用，属于钢铁材料的表面化学热处理及镀覆技术领域。本发明的机械镀锌钢铁制件热渗用封闭剂由锆英粉40%～70%，氧化锌5%～10%，刚玉粉10%～30%，磷矿粉5%～15%，石英砂10%～15%组成。本发明的封闭剂用于机械镀锌钢铁制件表面镀层在封闭容器中热渗时的填充和密封，使用本发明封闭剂时需要将单个钢铁制件完全隔离，且可重复多次使用。采用本发明封闭剂，机械镀锌层在密封容器中热渗处理后钢铁制件表面可获得厚度均匀渗锌层，且成品率高，渗锌速度快。

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械镀锌钢铁制件热渗用封闭剂，属于钢铁材料的表面化学热处理及镀覆技术领域。

背景技术

渗锌层相对于热浸镀锌层而言，具有渗层均匀、硬度高、耐磨性能好、厚度可控、尺寸精度较高、耐腐蚀性能更佳等优点。它适合于尺寸精度有一定配合要求且要求耐腐蚀性能高和一定耐磨性能的零件，被广泛应用于紧固件、弹簧、阀门、轴、销、链、齿轮等机械零件和一些中小型结构件、管件。

传统的渗锌工艺以粉末渗锌为多见，粉末渗锌是将渗锌剂与钢铁制件按一定比例装入滚动（或旋转）的炉罐或渗锌箱中，加热到400℃左右，在保温的条件下使炉罐或渗锌箱的零件与填料不停地碰撞与摩擦，渗剂中的金属锌在钢铁制件表面产生活性锌原子，活性锌原子吸附到钢铁表面，然后锌原子扩散进入钢铁基体形成锌—铁合金层，同时铁原子也穿过锌—铁合金层向外扩散，形成锌—铁的互扩散反应，最终形成渗层。粉末渗锌要达到一定的渗层厚度则需要一定的加热或保温时间，即使在真空条件下渗锌，仍需要保温4～6小时，对于形状复杂的工件甚至需要保温8～10小时，故导致其生产效率不理想；另外，粉末渗锌的产品废品率高；这些一直影响着该项技术的应用和发展。

为了提高钢铁制件渗锌的成品率和生产效率，人们提出了镀后渗锌技术，即先在钢铁制件表面预镀锌，再进行热扩散得到渗锌层。电镀锌的镀层厚度较薄，扩散后形成的渗锌层也薄，耐腐蚀寿命有限，不适合作为预镀锌层。热喷涂锌可以获得镀层较厚的锌层，但锌涂层中的氧化夹杂较多，易造成漏渗，也不适合作为预镀锌层。热浸镀锌层可以获得厚镀层，且镀层是由锌—铁合金层和表面的纯锌层构成，所以从原子的扩散距离考虑热浸镀锌层有利于渗层的形成；但德国的研究者早在20世纪80年代开展的腐蚀行为研究中就发现热浸镀锌层的热渗过程会出现柯肯达尔效应（PeterMaass,PeterPeissker.Handbookofhot-dipgalvanization,WILEY-VCH,2011.4），产生渗层空位缺陷，最终导致镀层、渗层脱落，可见热浸镀锌层也不适合作为预镀锌层。

机械镀锌也可以获得较厚镀层，如中国专利ZL93105628.4所述，可以根据需要得到5～110微米范围内任意厚度的镀锌层。机械镀锌工艺的锌粉有效使用率达到90%以上，成品率高于95%，相同镀层厚度的生产成本仅为热浸镀锌的40～60%。机械镀锌层的热渗实验表明，在一定的热渗温度、时间等条件下可以制备机械镀锌层的渗层，但钢铁制件表面机械镀锌层的表层在渗锌过程会发生少量的氧化。鉴于此，本发明基于钢铁制件表面的镀锌层，提出一种保障机械镀锌层热渗密封环境、促进机械镀锌层热渗速度、提高机械镀锌层热渗层质量的封闭剂，以获得优质、高效的机械镀锌热渗层。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种机械镀锌钢铁制件热渗用封闭剂，用于钢铁制件表面的镀锌层热渗处理。

本发明所述机械镀锌钢铁制件热渗用封闭剂的成分及质量百分比为：锆英粉40%～70%、氧化锌5%～10%、刚玉粉10%～30%、磷矿粉5%～15%、石英砂10%～15%。

本发明所述封闭剂组成的原料均为市场上通用的工业级化工原料。

本发明所述封闭剂用于机械镀锌钢铁制件在热渗容器中热渗处理时的填充和密封。

本发明所述封闭剂用于机械镀锌钢铁热渗时封闭剂需将单个机械镀锌钢铁制件完全隔离。

本发明所述封闭剂封闭剂用于机械镀锌钢铁制件热渗处理时可重复多次使用。

本发明所述封闭剂组成中含有一定量的锆英粉、刚玉粉，使得封闭剂具有导热率大、热膨胀系数小的优点，能够保证机械镀锌钢铁制件热渗过程的静置。

本发明所述封闭剂中含有一定量的磷矿粉、氧化锌，它们具有防止封闭剂结块、提高粉体流动性和压实性的特征，这些可以确保封闭剂装填时的流动性、致密度，减少机械镀锌层表层的锌氧化损失。

本发明所述封闭剂使用时：将上述原料按质量百分比称量混合均匀，之后与机械镀锌钢铁制件一同装填入渗锌箱，装填时应保证每个机械镀锌钢铁制件完全被上述封闭剂隔离，渗锌容器内物料装满后经适当振实，之后将渗锌容器加盖采用耐火泥密封；然后将渗锌容器放入加热炉热处理，完成渗锌过程。

本发明的有益效果

（1）渗层质量均匀，成品率高。

本发明所述封闭剂组成中含有一定量的锆英粉、刚玉粉，使得封闭剂具有导热率大、热膨胀系数小的优点，能够保证热渗过程机械镀锌钢铁制件处于静置状态，进而保证渗层的均匀性。本发明所述封闭剂中的磷矿粉、氧化锌具有防止封闭剂结块、提高封闭剂粉体流动性和压实性的特征，有助于提高封闭剂装填时的流动性、致密度，进而提高封闭剂的密封性能，避免热渗处理过程机械镀锌制件表面的氧化，提高渗层的成品率。

（2）使用简单，成本低廉。

本发明所述封闭剂配制过程各组成原料无添加顺序要求，只需混合均匀即可。使用时只要求所述封闭剂与机械镀锌钢铁制件一同装填入热渗容器，钢铁制件之间被所述封闭剂隔离；操作简单。本发明所述封闭剂组成的原料均为市场上通用的工业级耐火、填充、隔热化工原料，成本低廉，取材方便。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于实施例所述范围。

实施例1

本实施例所述封闭剂的成分及质量百分比为：锆英粉40%、氧化锌10%、刚玉粉30%、磷矿粉10%、石英砂10%。

本实施例所封闭剂用于机械镀锌钢铁制件表面的镀锌层在封闭容器中热渗处理时：将上述原料按质量百分比称量混合均匀，之后与机械镀锌钢铁制件（机械镀锌层厚度30微米的Ф16厚度2mm的平垫片）一同装填入渗锌箱，装填时应保证每个机械镀锌钢铁制件完全被上述封闭剂隔离，渗锌容器内物料装满后经适当振实，之后将渗锌容器加盖采用耐火泥密封；然后将渗锌容器放入360℃加热炉中保温2小时，完成渗锌过程；冷却后开箱将垫片分离，垫片表面呈均匀的灰色，无杂物粘接附着，横断面金相法发现渗锌层的厚度约35微米，且渗层厚度均匀。

实施例2

本实施例所述封闭剂的成分及质量百分比为：锆英粉65%、氧化锌5%、刚玉粉10%、磷矿粉5%、石英砂15%。

本实施例所封闭剂用于机械镀锌钢铁制件表面的镀锌层在封闭容器中热渗处理时：将上述原料按质量百分比称量混合均匀，之后与机械镀锌钢铁制件（机械镀锌层厚度50微米的M20建筑用螺栓）一同装填入渗锌箱，装填时应保证每个机械镀锌钢铁制件完全被上述封闭剂隔离，渗锌容器内物料装满后经适当振实，之后将渗锌容器加盖采用耐火泥密封；然后将渗锌容器放入400℃加热炉中保温2.5小时，完成渗锌过程；冷却后开箱将螺栓分离，螺栓外观呈均匀的灰色，无杂物粘接附着，螺牙部位清晰，横断面金相法发现渗锌层的厚度约60微米，且渗层厚度均匀。

实施例3

本实施例所述封闭剂的成分及质量百分比为：锆英粉70%、氧化锌5%、刚玉粉10%、磷矿粉5%、石英砂10%。

本实施例所封闭剂用于机械镀锌钢铁制件表面的镀锌层在封闭容器中热渗处理时：将上述原料按质量百分比称量混合均匀，之后与机械镀锌钢铁制件（机械镀锌层厚度60微米的M30轨道用地脚螺栓）一同装填入渗锌箱，装填时应保证每个机械镀锌钢铁制件完全被上述封闭剂隔离，渗锌容器内物料装满后经适当振实，之后将渗锌容器加盖采用耐火泥密封；然后将渗锌容器放入380℃加热炉中保温2.5小时，完成渗锌过程；冷却后开箱将螺栓分离，螺栓外观呈均匀的灰色，无杂物粘接附着，螺牙部位清晰，横断面金相法发现渗锌层的厚度约68微米，且渗层厚度均匀。

实施例4

本实施例所述封闭剂的成分及质量百分比为：锆英粉50%、氧化锌8%、刚玉粉12%、磷矿粉15%、石英砂15%。

本实施例所封闭剂用于机械镀锌钢铁制件表面的镀锌层在封闭容器中热渗处理时：将上述原料按质量百分比称量混合均匀，之后与机械镀锌钢铁制件（机械镀锌层厚度65微米的M30型地脚螺栓）一同装填入渗锌箱，装填时应保证每个机械镀锌钢铁制件完全被上述封闭剂隔离，渗锌容器内物料装满后经适当振实，之后将渗锌容器加盖采用耐火泥密封；然后将渗锌容器放入380℃加热炉中保温3小时，完成渗锌过程；冷却后开箱将螺栓分离，螺栓外观呈均匀的灰色，无杂物粘接附着，螺牙部位清晰，横断面金相法发现渗锌层的厚度约72微米，且渗层厚度均匀。

实施例5

取实施例4中分离后的封闭剂适量，与机械镀锌层厚度60微米的M24的螺栓共同装入渗锌箱，在380℃加热炉中保温2.5小时；冷却后开箱将螺栓分离，螺栓外观呈均匀的灰色，无杂物粘接附着，螺牙部位清晰，横断面金相法发现渗锌层的厚度约65微米，且渗层厚度均匀。