采用稀土化学活化处理的锌粉制备渗锌层及其耐蚀性
东晓林;黄燕滨;时小军;刘谦;巴国召;姬鹏飞
【摘 要】为了改进粉末渗锌工艺和提高渗锌层的耐蚀性,预先对锌粉进行稀土化学活化处理,活化配方为:锌粉144g,LaCl3 4 g,浓盐酸5mL,去离子水50 mL.对比研究了分别采用普通锌粉、活化锌粉和普通锌粉+稀土镧组成的渗锌剂配方所得渗锌层的外观、表面形貌、厚度和耐蚀性.结果表明,采用稀土化学活化处理的锌粉渗锌时,不存在锌粉粘结现象,所得渗锌层均匀、致密.虽然渗锌层的厚度较另外两种小,但其耐蚀性更优.
【期刊名称】《电镀与涂饰》
【年(卷),期】2016(035)011
【总页数】5页(P571-574,后插1)
【关键词】锌粉;化学活化;镧;渗锌;耐蚀性
【作 者】东晓林;黄燕滨;时小军;刘谦;巴国召;姬鹏飞
【作者单位】装甲兵工程学院,北京 100072;装甲兵工程学院,北京 100072;装甲兵工程学院,北京 100072;装甲兵工程学院,北京 100072;装甲兵工程学院,北京
100072;装甲兵工程学院,北京 100072
【正文语种】中 文
【中图分类】TG174.4
First-author's address: Academy of Armored Forces Engineering， Beijing
100072， China 渗锌是一种用于钢材腐蚀防护的表面处理技术，是通过固态扩散的方式，使锌原子渗入基体金属表面而形成合金层的方法。其基本原理是利用加热状态下金属原子具有的渗透扩散作用，在低于锌的熔点和基体金属相变的温度条件下，将锌原子渗入钢材表面，形成不同比例的Zn-Fe合金保护层［1-3］。渗锌工艺主要有包埋法、机械能助渗法和浆料法 3种方式。包埋法是一种传统的渗锌工艺，工艺路线相对成熟、简单，对设备的要求也不高。机械能助渗法是近年来工业渗锌的常用方法，能够有效降低渗锌过程中渗剂的粘结，显著提高渗锌的效率，所得渗锌层也较均匀致密，但对设备的要求较高。浆料法是近年来出现在专利文献中的一种方法，还未见应用于实际生产的报道［4-6］，其工艺过程相对复杂，尤其是对结构复杂零件的处理较为繁琐。
稀土对铝及其合金的影响及其作用
稀土元素非常活泼,极易与气体(如氢)、非金属(如硫)及金属作用生成相应的稳定化合物。稀土元
素的原子半径小于常见的金属,如铅、镁等,在这些金属中的固溶度极低,几乎不能形成固溶体。稀土元
素加入到铝合金中可起到微合金化的作用;此外,它与氢等气体和许多非金属有较强的亲和力,能生成熔
点高的化合物,故它有一定的除氢、精炼、净化作用;同时,稀土元素化学活性极强,它可以在已形成的
晶粒界面上选择性地吸附,阻碍晶粒的生长,结果导致晶粒细化,有变质的作用。
1、变质作用
变质处理是指在金属及合金中加入少量或微量的变质剂,用以改变合金的结晶条件,使其组织和性能
得到改善的过程。变质剂又称晶粒细化剂或孕育剂。通常情况下,稀土原子半径。又由于稀土元素比较活泼,
它熔于铝液中极易填补合金相的表面缺陷,从而降低新旧两相界面上的表面张力,使得晶核生长速度增
大。同时它还能在晶粒与合金液之间形成表面活性膜,阻止生成的晶粒长大,使合金的组织细化。此外,作
为外来的结晶晶核,铝与稀土形成的化合物在金属结晶时,因晶核数的大量增加而使合金的组织细化。稀
土在铝硅合金中主要是起变质作用,使针、片状共晶硅变成球粒状,使初晶硅的尺度有所减小。不同稀土
的变质能力不同,La和Eu具有强烈的变质作用,而混合稀土和Ce只有中等程度的变质能力。镧系元素
的变质能力与其原子半径有密切的关系,随着原子半径由La的0.187nm减小到Er的0.175nm时,其变质
能力逐渐减小。大体上原子半径小于0.18nm,变质作用即减小到没有实际意义的程度。不同稀土元素的变
质能力可用临界变质冷却速度(Vc)来衡量,Vc越小,则其变质效果越明显;当V小于Vc时,任何浓度的
稀土元素均不能引起合金变质,这是稀土与其他变质剂的主要差别之一。对Al-Si系的研究表明,变质处
理工艺直接影响着稀土的变质效果。获得稳定变质组织的关键是减少稀土的烧损,并防止稀土偏聚,使稀
土迅速均匀地扩散到铝液中;为获得稳定的变质组织,应尽可能提高变质温度,变质后加强静置,精炼后
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 35 表面改性中稀土提高材料抗高温氧化及耐蚀性能的作用
徐向荣,黄拿灿,杨少敏(广东工业大学材料与能源学院,广东广州510643)[摘 要] 稀土元素具有特殊的电子结构,对材料表面有着优异的改性潜力,在表面工程技术领域具有很好的应用前景。综述了稀土元素在化学热处理、激光熔覆、离子注入、真空等离子体镀膜、热喷涂等技术中对工艺过程的影响和提高材料表面改性层抗高温氧化和耐蚀性能的效果。稀土元素在改性层中的作用机理为:稀土元素的微合金化作用,改变了改性层中第二相或夹杂物的形态与性能,改性层组织细化和结构因素,是材料表面改性层抗高温氧化和耐蚀性能得到改善的主要原因。[关键词] 表面改性;稀土元素;材料;高温抗氧化性;耐腐蚀性[中图分类号]TG156.8 [文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2005)08-0035-04
[收稿日期] 200503240 前 言自20世纪60年代将稀土引入金属或合金表面改性以来,取得了一定成果[1]。在改善涂层高温抗氧化和耐腐蚀性能方面,其作用尤其明显。本文涉及到的稀土材料表面改性,是一个广义的概念,凡用特定的工艺,把稀土元素引入到基体材料表面层,使表面层的组织结构发生改变,从而改变其性能的工艺,都属于稀土材料表面改性[2]。1改善高温抗氧化性能在材料表面改性层内添加微量稀土元素,可以改善改性层的致密性及其与基体的结合力,降低氧化速率,提高氧化膜的抗剥落性能,从而显著改善改性层的抗高温氧化性。微量稀土元素所起的作用,称之为反应元素效应(reactiveelementseffect),简称REE[2]。REE对改性层抗氧化性能的改善作用显著且具有普遍性。稀土的加入方法可因工艺和改性目的不同而不同,如在化学热处理、激光熔覆或热喷涂中一般是加入稀土化合物,而在离子注入或等离子体镀膜中,可把稀土加入到靶材中。1.1 在化学热处理中的应用稀土化学热处理提高渗层高温抗氧化性的报道很多。胡正前等[3]在熔盐中掺杂CeO2,利用盐浴法对H13钢进行硫氮碳稀土多元共渗,再进行氧化复合处理,发现稀土对改善H13钢高温抗氧化性有重要作用。在有无稀土的情况下,前者与后者相比,700℃、4h恒温氧化增重率减少近30倍,可见稀土的掺入可以改善氮(碳)化物的形核、长大方向和形态,增强致密氧化膜与氮(碳)化物和基体间的结合力。宋月鹏等[4]用45钢和T10钢经850℃、40h稀土硼铬共渗后正火处理,试样分别在600,700,800,900℃下氧化6h,结果表明,稀土共渗试样增重缓慢,微量稀土可以提高硼化物层的抗高温氧化性。采用金属稀土复合共渗能使渗层性能明显提高。对M38合金燃气轮机叶片进行850℃、5hRe2Al共渗,可获得25～40μm的渗层,稀土的加入大幅提高了叶片的抗高温氧化和耐蚀性能,叶片寿命提高50%左右。稀土渗铬也显示出良好的效果,相同条件下含稀土渗层增厚80%～120%,其耐蚀性、抗高温氧化性都有一定改善[5,6]。稀土渗钨和渗钼的改性效果与上述结果也较一致,渗钨和渗钼层厚度提高15%～20%,改性层的抗烧蚀和耐冷热疲劳性能显著提高[7]。总之,在稀土多元共渗、稀土渗硼和稀土渗金属等工艺中,稀土不仅能起催渗作用,使渗层强韧化,还能改善渗层的物理、化学性能,提高工件的抗氧化性和耐蚀性。这对要求高耐热性、工作条件严酷的工模具和零部件的处理有很大的现实意义。1.2 在激光熔覆中的应用借鉴稀土在钢和有色金属中的应用,将稀土引
２０１０年１Ｏ月 电镀与精饰 第３２卷第ｌ０期（总２１１期） －３１・
文章编号：１００１．３８４９（２０１０）１０—００３１—０３
铝合金稀土盐钝化工艺研究
王春霞， 周 雅， 曹经倩， 邵志松
（南昌航空大学材料科学与工程学院，江西南昌３３００６３）
摘要：传统的铝合金铬酸盐钝化工艺对人体和环境有毒副作用，研究了一种以ｃｅ（ＮＯ，） ・４Ｈ：Ｏ为 主盐，ＫＭｎＯ 为氧化剂，Ｓｒ（ＮＯ３）２・４Ｈ２０为促进剂的环保型稀土盐钝化工艺；并通过正交试验优 化了钝化液配方和工艺参数。结果表明：在１０ Ｌ Ｃｅ（ＮＯ３）３・４Ｈ２０、２ Ｌ ＫＭｎＯ４、０．６ ｇ／Ｌ Ｓｒ（ＮＯ ） ・４Ｈ：０，室温条件下可以在铝合金表面形成金黄色的钝化膜，该钝化膜１６８ｈ中性盐雾试 验耐蚀等级为８级。 关键词：铝合金；稀土盐钝化；工艺；耐蚀性 中图分类号：ＴＱ１７４．４５ 文献标识码：Ａ
Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｎ Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｓａｌｔ Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ
ＷＡＮＧ Ｃｈｕｎ—ｘｉａ，ＺＨＯＵ Ｙａ，ＣＡＯ Ｊｉｎｇ—ｑｉａｎ，ＳＨＡＯ Ｚｈｉ—ｓｏｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｈａｎｇｋｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００６３， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｅｅｋ ａ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｕｓｉｎｇ ｈａｚａｒｄｏｕｓ ｃｈｒｏｍａｔｅ， ａｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ Ｃｅ（ＮＯ３）２・４ Ｈ２ ０ ａｓ ｍａｉｎ ｓａｌｔ，ＫＭｎＯ４ ａｓ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ａｇｅｎｔ ａｎｄ Ｓｒ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ ａｓ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ａｇｅｎｔ ｆｏｒ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ＳＯ－ ｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉ— ｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａ ｇｏｌｄｅｎ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｆｉｌｍ ｏｎ ＬＦ１ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｔ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ １０ ｇ／Ｌ Ｃｅ（ＮＯ３）２‘４Ｈ２Ｏ，２ｇ／Ｌ ＫＭｎＯ４ ａｎｄ ０．６ｇ／Ｌ Ｓｒ（ＮＯ３）‘４Ｈ２Ｏ ａｎｄ ａｔ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｆｉｌｍ ｉｎ １６８ｈ ｎｅｕｔｒａｌ ｓａｌｔ ｓｐｒａｙ ｔｅｓｔ ｗａｓ ｒａｎｋｅｄ ｇｒａｄｅ ８． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ；ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｓａｌｔ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
