粉末渗锌工艺介绍

渗锌表面处理工艺及应用介绍 一、 介绍渗锌的基本概念 1. 渗锌是用热扩散方法在钢铁表面获得锌铁合金层的表面保护工艺。 渗锌获得 的表面渗层完全是由锌铁合金层组成， 而热镀锌层则是由纯锌层（n相）和锌铁 合金层组成。 2. 渗锌分类 ：根据所采用的设备和工艺不同，渗锌可分为 固体渗锌（即粉末渗 锌）、真空渗锌、镀扩散渗锌和气体渗锌 等几种。 3. 粉末渗锌的原理： 将渗锌剂与钢铁制件，共置于渗炉中，加热到 400°C 左右，活性锌原子则由钢铁制件的表面向内部渗透，同时铁原子则由内向 外扩散，在制件表层形成了一个均匀的锌—铁化合物即 渗锌层 。 技术原理： 属于化学热处理工艺。 国外，在欧洲的一些国家在 1940 年推广并实现了工业化生产， 1970 年 后欧洲的工业发达国家得到普遍推广应用。在我国 20 世纪 60 年代开展研 究， 90 年代开始应用。

二、 粉末渗锌工艺过程 将钢铁构件、锌粉及惰性冲击介质混合 填充在密封的不锈钢容器 中，并将容 器放置在热处理炉中，在旋转容器下 加热到350~450C并保温一段时间，利用金 属原子的热扩散作用，在构件表面形成 Zn/Fe 合金保护涂层。 工业化粉末渗锌过程是在不断滚动状态下进行加热处理， 粉末混合物与工件 之间的机械摩擦、冲击作用，不仅有利于新鲜扩散渗剂与被处理界面的紧密接触， 而且使得被加热介质温度场均匀化，并有效促进冶金扩散化学反应。 目前的工业化粉末渗锌涂层不需要惰性气体或低真空的加热环境， 一般在大 气环境下的密封容器中就可实现热扩散涂层处理， 因而热处理设备简单、成本低， 非常适合于复杂形状钢铁构件的大批量加工处理。 工业化粉末渗锌技术 是指包括前处理、 加热渗锌及后处理 等完整的一种热扩 散涂层加工工艺过程 s 5 渗锌后处理 5 5.1灣锌后可选用抛光、钝化、磷化、有机涂层等后处理，以改善渗锌制件的外观或进持提高滓 锌层的耐腐蚀性能" £5.2高强皮钢制件渗锌后用化学抛光、钝化、磷化作为后处理时，是否需要进行消除氢缺处理和 兴用何种除氢脆热处理工艺条件.由供需双方协商。

(a) (b) 图2以色列DisTbk工艺粉末涔僻工业化热处理设备师)

(a)工业化粉末滲锌热处理设备：(b)渗锌过程连续加热处理炉

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图5 6 旋转式渗锌炉示意图 】一托轮)2 炉村$ 3 电炉丝| 4—蜒转武海傑5 电机 图「3渗锌层厚度与渗锌温度、时间的关系 表S-1不同锌含量的濤锌剂在不同渗锌温度下的渗锌结果 渗评剂中锌含虽F托 涯锌层厚度"m 乳I此 45O *C 550匸

100 110 — 270

50 ----- — --- --------- , — 70 80 l 160 _

25 40 SO j

105

三、 粉末渗锌工艺特点 粉末渗锌热扩散涂层与传统镀锌工艺比较 ，具有以下优势和特性： 1. 涂层厚度均匀性好 1） 粉末渗锌涂层 厚度只取决于加热温度与保温时间， 与构件的形状和不同 位置基本无关。 一般厚度在15〜130卩m。 2） 热浸镀锌涂层厚度一般在15〜130卩m,构件平面与边角镀层厚度有明显差别， 均匀性差，不易控制。 3） 电镀锌涂层厚度一般在5〜25 ^m，平面镀层均匀性好，但对构件 内部空腔, 镀层薄有时无镀层。 4） 热喷涂锌层厚度一般为84〜300卩m，可达3mm涂层厚度均匀性差，致密性 低。

2. 渗锌涂层硬度最高，耐磨损和抗划伤能力最强

0 360 400 440 4他 520

渗锌温度/亡 2）读锌温度与耀锌展厚岐的矢系曲线 2h—鴻释时间2h; 4h-#锌时间4b

北6080

2

1 E

m列近凹化煙

4 8 12 灌锌时何/h

（b）»锌时间与律锌层厚度 的关系曲线 1—3800 2—400U; 3—42QV

4—460r；5—500V

20411 3 2

1608Q

0 1） 渗锌涂层硬度为250〜420HV。 2） 热浸镀、电镀锌层硬度为 75〜88HV （纯锌）。 3） 热喷涂锌层也为纯锌并且有1%〜15%?L隙率，因而硬度更低。 4） 达克罗涂层硬度最低，仅为 2〜6H （ H为铅笔硬度测量单位） ___________________ 表，粉末濤层硬度试验2! _____________________ 显微硬度（山） 啊杓天型 潭层内使 灌祛中部 濟层外层

一股秽钢 热段镀弊 粉末渗锌 265

4O4-5S7

— 147 309-365

140-165 71-8K 224-2S3

3. 渗锌涂层与基体金属的结合力最高 粉末渗锌层为扩散冶金结合，具有 很好的附着强度，耐磨损抗划伤，涂层很 难剥离掉，只有用化学酸洗方法才能除掉。其涂层与母材界面拉伸强度： 600〜 700kg/mm2 ;涂层表面层拉伸强度为 300〜350kg/mm2。 4. 渗锌涂层耐腐蚀性最强 粉末渗锌层为铁一锌合金组织，渗锌层与铁的电位差低于锌与铁的电位差。 因而作为阳极性保护层，渗锌层具有更好的保护效果。比热浸镀锌的耐腐蚀性高 10%〜30% 表2名同锌涂层制臨蝕性比较 朋区 电镀锌 热 农村 □年 18-22^ 22-24

年

城市 1-2年 KM 8年 】2・24年

工业区 0-5年 4-5 5-10 滨瓣地区 0.5-1 年 5-10 年

由于渗锌层对钢铁基休有阴极保护作用・不锈钢只具有形成阻 势性保护膜的耐腐蚀作用，一般不锈钢的耐点蚀性能不好・所以* 在某些大气和水环境中.特别是海水环境中-渗锌层的耐腐蚀性能 优F不锈钢・渗锌层与lC「18Ni9Ti不锈钢的耐腐蚀性能实验结果 见表5-7、表5■氏*5-7港锌层与不镌钢在大气中的耐雇烛性能对比试验结果 材 料 膺蚀时间 结 舉

10号钢 b大 我面布滞供点

56夭 丧也完全镌憧

lCrlSNi^Ti 小镌钢 116天 表面出現锈点

600天 表面布厲襦点

1 A P -S3 tfe iff • 2年 -- ---- 1 ----------------- ~i 丄 3

」年5牛月 驟层完好.无锈点

表5 S港锌层与不锈鋼在中的耐JB烛性能对比试验结果 材 料 腐蚀时阎

汕号銅 I6h ' 出现锈迹 16天 1 表面全部离烛

lCrlSNi9Ti 不镌倂 1S夭 出现诱点 600 X 35%以上表面生锈

10号钢谨粹 16天 权表面隸色变暗 600 天 1

注：试脸条件；朮涪轅〔一般禅水作 ⑷口 3忆儿 5. 渗锌涂层涂覆性能最好 粉末渗锌层均匀与油漆和高分子涂层材料之间具有很好附着强度， 其复合涂 层的耐腐蚀性均明显优于热浸镀、电镀锌和热喷涂锌层。 6. 渗锌过程温度低，不影响构件机械性能，没有氢脆现象 渗锌处理的温度在350~450C，此温度下吸入钢基体的氢原子已扩散逸出。 7. 渗锌过程节约锌粉 粉末渗锌工艺耗锌量是热喷涂锌的30%热浸镀锌的60% 8. 渗锌工艺过程无环境污染 粉末渗锌为固态热扩散过程，构件与渗剂在密闭的容器中进行扩散和分离， 没有锌蒸汽产生，热处理炉用电、燃油或燃气作为能源，对周围环境没有污染。 而热浸镀锌有锌废料和锌蒸汽等污染，电镀锌有“三废”排放严重污染，达克罗 涂层由于存在“ Cr6+”对环境产生严重污染，目前国外已限制达克罗涂层的工业 应用 烧结镀层（达克罗涂层）： 是将浸涂和高温烧结（300C ）相结合的方法， 在钢铁表面生成的锌铝的涂敷层。是我国 1993年引进一种表面处理技术，主要 适合于各种紧固件和小尺寸五金器具。镀层外观质量优于热浸镀锌。

四、 渗锌的质量要求及检测方法 1. 渗锌前处理质量要求：钢铁工件在渗锌前经过除油除锈处理以后，表面应无 残锈迹、积炭和油污，焊接件的焊缝处应无焊渣，铸造件表面应无残留型砂。 2. 渗锌件的外观要求：采用目测方法观察外观表面，其外观应达到以下要求。 1） 渗锌层表面应平整、均匀，采用旋转渗锌设备渗锌的工件表面允许有轻微的 擦伤。 2） 渗锌工件表面呈暗灰色或银灰色。 3） 经钝化、磷化和后处理的渗锌工件因工艺不同呈不同的颜色，经有机涂层后 处理应达到供需双方约定的色泽要求。 3. 渗锌层的附着强度：机械行业标准JB/T5067《钢铁制件粉末渗锌》对渗锌层 的附着强度均未作明确的定量要求， 仅要求渗层与基体结合良好，不得起皮、脱 落，并能承受制件规范条件下的操作，或由供需双方协商。 4. 力学性能要求：对于适合渗锌的钢铁材料，即回火温度高于渗锌温度的材料， 经渗锌后，材料的力学性能仍然要到达原材料的指标要求。 5. 渗锌层厚度 1）渗锌层厚度要求：由于渗锌层的 耐腐蚀寿命与渗锌层的厚度成正比，所以渗 锌层是渗锌最重要的技术要求。 机械行业标准：钢铁制件粉末渗锌 JB/T 5067-1999

濾粹层应均匀，刮一个制件的巒层厚理編差车应人于後榊浊锌层平均厚度的10%， 抿据制件不同的煥用环壇和配普要求*将潘嗓分曲五个辱级.軒个舞緬棒锌层厚度疱符伶表1 的规宇. 表I灌梓屋厢度粵綴

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