[发明专利]一种渗锌方法以及防腐蚀金属件

说明书

本申请提供一种渗锌方法及防腐蚀金属件。其中，渗锌方法包括：S1、对待渗锌的金属件进行除油除锈处理，并将处理后的金属件与渗锌剂共同置于密闭渗罐中，所述渗锌剂包括以下质量份数的组分：金属粉末20‑100份，分散剂40‑80份，分解剂0.2‑5份，其中，所述金属粉末包括锌粉60‑97份和镁粉3‑40份；S2、驱赶所述密闭渗罐中的空气，并关闭所述密闭渗罐的阀门；S3、对所述密闭渗罐进行升温处理，升温至预设温度后通入氢气加压，直至达到预设氢气压力条件，保温1‑10小时，金属件表面形成渗层，完成渗锌。本申请提供的渗锌方法，操作简单，使用方便，成本低廉，经济效益高，适用范围广。

技术领域

本申请涉及金属材料表面化学热处理技术领域，特别涉及一种渗锌方法及防腐蚀金属件。

背景技术

渗锌是使金属材料表面渗入锌的化学热处理工艺。对金属材料表面进行渗锌处理，能够显著提高其抗大气腐蚀的能力。其中，粉末渗锌因其具有无氢脆、结合强度高、耐腐蚀好等一系列优点，而被广泛应用于金属件表面防腐处理中。目前，全球铁路扣件、高强度紧固件等大多都采用粉末渗锌防腐处理方法进行表面防护。

现有的粉末渗锌技术仍存在着耐腐蚀性能不高的问题。采用渗锌剂对金属件进行粉末渗锌后会在金属件上形成渗层，采用目前市面上的渗锌剂渗锌形成的渗层主要为锌铁合金相和锌相，锌的晶体结构为各向异性的密排六方结构，点阵常数由a和c表示。渗锌过程中，锌的生长具有取向性，会优先沿着c轴方向生长，锌的自扩散系数在平行c轴方向是在垂直c轴方向的近20倍。而由于各向异性的存在，生长过程中锌晶体之间的晶界为弱晶界结构，腐蚀过程中，这种弱晶界结构对氯离子等腐蚀性物质是透明的，腐蚀性物质可以直接穿透锌的晶界进入钢铁基体，从而导致很快会在渗层表面出现红色锈斑，盐雾性能测试中，表面出现红锈的时间一般会被判定为耐盐雾腐蚀寿命。而普通渗层耐盐雾寿命往往只有几十小时，远远无法满足工程中盐雾寿命几百小时甚至上千小时的要求。这需要在粉末渗锌结束后进行表面封闭、涂敷达克罗等方法进行处理，以提前其整体耐腐蚀性能。然而表面封闭及达克罗等多为有机或无机涂料，在实际使用环境的风沙、冲蚀等条件下，封闭层又很容易被磨损掉，往往会发生过早腐蚀，引起金属件过早失效。

目前，现有技术提高渗锌层耐腐蚀性能主要靠添加铝、镍、稀土等方法来实现，而实际应用中这些方法对提高渗锌层耐腐蚀性能仍然有限，名称为“锌镍渗层黑色金属防腐工艺”的专利公开了一种锌镍渗层的组分及粉末渗工艺，其中镍粉含量0.5wt％—1.4wt％，但是在500℃以内进行粉末渗处理时，镍很难渗进去形成渗层，因此难以形成高耐腐蚀的渗层，其耐腐蚀性能与传统粉末渗锌基本相当，并没有达到提高渗层耐腐蚀性的效果。

镁的化学性质十分活泼，可以与O₂、N₂、H₂O等众多非金属物质反应，用量十分难以把握。由于镁的化学性质特殊，在现有技术中很少会将镁粉加入至渗锌剂中，即使渗锌剂中含有镁粉成分，其用量也极少，也并不依靠镁粉发挥主要作用，通常需要与多种其他成分配合使用。比如名称为“一种高活性、快渗速的渗锌剂”的专利公开了一种高活性、快渗速的渗锌剂，其中铝和镁加入目的是为了提高渗剂活性从而达到快渗速的目的，也没有达到提高渗层耐腐蚀性的效果。

此外，现有渗锌剂中加入的镁粉通常粒径均在10μm以下，镁粉在金属粉末中的含量往往小于5％。现有的渗锌剂中加入镁粉的目的大多为通过镁粉的高温反应对金属件表面进行清洁，上述镁粉的粒径和含量已经足以达到其目的。但是，粒径小于10μm的镁粉虽然能够起到清洁表面的作用，却易发生爆炸，安全性低，且在高温条件下还会反应形成气态化合物。镁粉在金属粉末中的含量小于5％的情况下，其在高温条件下几乎全部与金属表面进行反应，而导致无法或极少进入到渗层中。

更重要的是，金属往往是通过置换反应和还原反应扩散渗入渗层中的，与置换反应相比，还原反应所需的反应活化能更低，反应更容易进行。而镁属于大原子直径元素，与铁几乎不可能发生置换反应，与锌发生置换反应需要较高的反应活化能，反应发生较为困难或反应进行比较缓慢。