粉末滲鋅工藝介紹(簡要)要點

1、滲鋅表面處理工藝及應用介紹1、 介紹滲鋅的基本概念1. 滲鋅 是用熱擴散方法在鋼鐵表面獲得鋅鐵合金層的表面保護工藝。 滲鋅獲得的表面滲層完全是由鋅鐵合金層組成，而熱鍍鋅層則是由純鋅層（”相）和鋅鐵合金層組成。2. 滲鋅分類 ：根據(jù)所采用的設備和工藝不同，滲鋅可分為 固體滲鋅（即粉末滲鋅） 、真空滲鋅、鍍擴散滲鋅和氣體滲鋅等幾種。3. 粉末滲鋅的原理： 將滲鋅劑與鋼鐵制件，共置于滲爐中，加熱到400左右，活性鋅原子則由鋼鐵制件的表面向內(nèi)部滲透，同時鐵原子則由內(nèi)向外擴散，在制件表層形成了一個均勻的鋅鐵化合物即 滲鋅層 。技術原理： 屬于化學熱處理工藝。國外，在歐洲的一些國家在1940 年推廣并實現(xiàn)

2、了工業(yè)化生產(chǎn)， 1970 年后歐洲的工業(yè)發(fā)達國家得到普遍推廣應用。在我國 20 世紀 60 年代開展研究， 90 年代開始應用。2、 粉末滲鋅工藝過程將 鋼鐵構件、鋅粉及惰性沖擊介質(zhì)混合填充在 密封的不銹鋼容器 中，并將容器放置在熱處理爐中，在旋轉(zhuǎn)容器下 加熱到350450并保溫一段時間，利用金屬原子的熱擴散作用，在構件表面形成Zn/Fe 合金保護涂層。工業(yè)化粉末滲鋅過程是在不斷滾動狀態(tài)下進行加熱處理， 粉末混合物與工件之間的機械摩擦、 沖擊作用， 不僅有利于新鮮擴散滲劑與被處理界面的緊密接觸，而且使得被加熱介質(zhì)溫度場均勻化，并有效促進冶金擴散化學反應。目前的工業(yè)化粉末滲鋅涂層不需要惰性氣體或

3、低真空的加熱環(huán)境， 一般在大氣環(huán)境下的密封容器中就可實現(xiàn)熱擴散涂層處理， 因而熱處理設備簡單、 成本低，非常適合于復雜形狀鋼鐵構件的大批量加工處理。工業(yè)化 粉末滲鋅技術是指 包括前處理、 加熱滲鋅及后處理等完整的一種熱擴 散涂層加工工藝過程。工5 滋鋅后處理&S. 1滲鋅后可選用拋光、鈍化、磷化、有機涂層等后處理，以改善滲鋅制件的外觀或進f 提高濃 鋅層的耐腐蝕性能.4 5.2高強度鋼:艙滲鋅后用化學拋光、鈍化、磷化作為后處理時，是否需要進行消除氫處理和 獎用何種除組腑熱處理工藝條件，由供需雙方協(xié)商0Industrial Zinc Diffusion(a)(b)圖2以色列DisTbk工藝扮末淮

4、仲工業(yè)化熱處理設備劃(a)工業(yè)化粉末海鋅熱處理設備：(b)灌鋅過程連續(xù)加熱處理爐府處理生產(chǎn)線水洗 轉(zhuǎn)硝化 水洗 iut油浸卸料和r爆蹄分隔裝置完成前處理工藝灘程后圖3英國Bodystc公司工業(yè)化粉末海鋅涂層生產(chǎn)戰(zhàn)示意網(wǎng)圖5 6 旋轉(zhuǎn)式海鋅爐示意圖1-托輪，2一爐村 3 電爐絲, 4一旋轉(zhuǎn)式漆鐘踴，5 電機0360400440480520滲鋅溫度/t匕）港辭溫度修溢辭層厚嗔的關系曲戰(zhàn) 2bIM時間2h;曲一滲曾肘間4h4060802 I身、牌逆耍Ba2030 4812滓辭時間小M602 1昌融后睽次觸（b）濯鋅時間與凈鋅層厚度的關系曲埃138or； 2400七;3T20工4460X2; 5500

5、 V圖3-3摻鋅層厚度與滲鋅溫度、時間的關系表7不同鋅含的潘鋅劑在不同濯鋅溫度下的港鋅結(jié)果滲鋅劑中鋅含量.%_ 滲鋅層厚度。m400 r4504c550七UQ27050 7080r=-160就|40E01053、 粉末滲鋅工藝特點粉末滲鋅熱擴散涂層與傳統(tǒng)鍍鋅工藝比較，具有以下優(yōu)勢和特性：1 .涂層厚度均勻性好1）粉末滲鋅涂層 厚度只取決于加熱溫度與保溫時間，與構件的形狀和不同位置基本無關。 一般厚度在15130仙m。2）熱浸鍍鋅涂層厚度一般在15130 pm,構件平面與邊角鍍層厚度有明顯差別， 均勻性差，不易控制。3）電鍍鋅涂層厚度一般在525 pm,平面鍍層均勻性好，但對構件 內(nèi)部空腔, 鍍

6、層薄有時無鍍層。4）熱噴涂鋅層厚度一般為84300 pm,可達3mm,涂層厚度均勻性差，致密性 低。2 .滲鋅涂層硬度最高，耐磨損和抗劃傷能力最強1）滲鋅涂層硬度為250420HV。2）熱浸鍍、電鍍鋅層硬度為 7588HV （純鋅）。3）熱噴涂鋅層也為純鋅并且有1%15%1隙率，因而硬度更低c4）達克羅涂層硬度最低，僅為 26H （H為鉛筆硬度測量單位）-1粉末渣層硬度試驗二J材料類型 -度（H/建房內(nèi)儲漆層中部漆層外層一般碳鋼.-140-165焦浸假碎26514771-88粉末添蟀404-5873 孫3 65224-2833 .滲鋅涂層與基體金屬的結(jié)合力最高粉末滲鋅層為擴散冶金結(jié)合，具有 很

7、好的附著強度，耐磨損抗劃傷，涂層很 難剝離掉，只有用化學酸洗方法才能除掉。具涂層與母材界面拉伸強度：600700kg/mm2；涂層表面層拉伸強度為300350kg/mm2。4 .滲鋅涂層耐腐蝕性最強粉末滲鋅層為鐵一鋅合金組織，滲鋅層與鐵的電位差低于鋅與鐵的電位差。因而作為陽極性保護層，滲鋅層具有更好的保護效果。比熱浸鍍鋅的耐腐蝕性高 10% 30%表2元同尊涂層耐腐蝕性比較地區(qū)電鍍鋅熱浸鎮(zhèn)鋒粕末演錦農(nóng)村%?年18-22 年22-24 年城市1-2年1048 年】2-24年工業(yè)區(qū)0.5年4-5年5-10 年濱海地區(qū)0.5-1 年5-6年5-10 年由于滲鋅層對鋼鐵基體有陰極保護作用不銹鋼只具有形

8、成阻 措性保護膜的耐腐蝕作用,一般不銹鋼的耐點蝕性能不好，所以， 在某些大氣和水環(huán)境中,特別是海水環(huán)境中，滲鋅層的耐腐蝕性能 優(yōu)f不銹鋼.滲鋅層與lC18Ni9Ti不銹鋼的耐腐蝕性能實驗結(jié)果 見表5-7、表5&衰5c承鋅層與不銹鋼在大氣中的耐腐蝕性能對比試鱉結(jié)果料腐蝕時間結(jié) 果10號棚8天表面布滿鐫點F _ 56天表面完全鐫他ICilgNiPTi 不鐫策HS天表面出現(xiàn)錯點600天表面布滿希忐10號鋼，鋅2年表而激色爽附4年5個月滲層完好,無鐫點表5 S港鋅層與不鐫鋼在I9%NhC1中的耐腐蝕性能對比試驗結(jié)果材 料腐蝕時間腐諛狀卷10號銅I6h出現(xiàn)銹跡1$天表面全部腐悼lCrlSNi9Ti 不鐫

9、鋼16天出現(xiàn)銹點6c0天需找以上裹面生情10號鋼圖鋅1G天儀表面殿色變暗600天無鐫跡注:試驗條件：J5%Nh0水溶液（一般海水含“Q3%).5 .滲鋅涂層涂覆性能最好粉末滲鋅層均勻與油漆和高分子涂層材料之間具有很好附著強度，其復合涂層的耐腐蝕性均明顯優(yōu)于熱浸鍍、電鍍鋅和熱噴涂鋅層。6 .滲鋅過程溫度低，不影響構件機械性能，沒有氫脆現(xiàn)象滲鋅處理的溫度在350450C,此溫度下吸入鋼基體的氫原子已擴散逸出。7 .滲鋅過程節(jié)約鋅粉粉末滲鋅工藝耗鋅量是熱噴涂鋅的30%、熱浸鍍鋅的60%。8 .滲鋅工藝過程無環(huán)境污染粉末滲鋅為固態(tài)熱擴散過程，構件與滲劑在密閉的容器中進行擴散和分離， 沒有鋅蒸汽產(chǎn)生，熱

10、處理爐用電、燃油或燃氣作為能源，對周圍環(huán)境沒有污染。 而熱浸鍍鋅有鋅廢料和鋅蒸汽等污染，電鍍鋅有“三廢”排放嚴重污染，達克羅 涂層由于存在“ Cr6+”對環(huán)境產(chǎn)生嚴重污染，目前國外已限制達克羅涂層的工業(yè)應用燒結(jié)鍍層（達克羅涂層）： 是將浸涂和高溫燒結(jié)（300C）相結(jié)合的方法， 在鋼鐵表面生成的鋅鋁的涂敷層。是我國 1993年引進一種表面處理技術，主要 適合于各種緊固件和小尺寸五金器具。鍍層外觀質(zhì)量優(yōu)于熱浸鍍鋅。4、 滲鋅的質(zhì)量要求及檢測方法1 .滲鋅前處理質(zhì)量要求：鋼鐵工件在滲鋅前經(jīng)過除油除銹處理以后，表面應無 殘銹跡、積炭和油污，焊接件的焊縫處應無焊渣，鑄造件表面應無殘留型砂。2 .滲鋅件的

11、外觀要求：采用目測方法觀察外觀表面，其外觀應達到以下要求。1）滲鋅層表面應平整、均勻，采用旋轉(zhuǎn)滲鋅設備滲鋅的工件表面允許有輕微的 擦傷。2）滲鋅工件表面呈暗灰色或銀灰色。3）經(jīng)鈍化、磷化和后處理的滲鋅工件因工藝不同呈不同的顏色，經(jīng)有機涂層后 處理應達到供需雙方約定的色澤要求。3 .滲鋅層的附著強度：機械行業(yè)標準JB/T5067鋼鐵制件粉末滲鋅對滲鋅層 的附著強度均未作明確的定量要求， 僅要求滲層與基體結(jié)合良好，不得起皮、脫 落，并能承受制件規(guī)范條件下的操作，或由供需雙方協(xié)商。4 .力學性能要求：對于適合滲鋅的鋼鐵材料，即回火溫度高于滲鋅溫度的材料， 經(jīng)滲鋅后，材料的力學性能仍然要到達原材料的指

12、標要求。5 .滲鋅層厚度1）滲鋅層厚度要求：由于滲鋅層的 耐腐蝕壽命與滲鋅層的厚度成正比，所以滲 鋅層是滲鋅最重要的技術要求。機械行業(yè)標準：鋼鐵制件粉末滲鋅 JB/T 5067-199944厚庶海鋅是域均勻同一個制件的沙輝層厚度偏差不應大于該料滲碎層平均厚度的to%、 根據(jù)制件不同的使用環(huán)填和配合要求.將浸喉分為五個等鎰，每個等鍛落鋅層厚度皰符合表】 的規(guī)定.表I淳粹層厚度等班等 藕!2345母度MH1- 15st J0350三&5手85注.在給定泰件下，灘蟀層的如燭卷命與其厚度成正比.恒增加油躥起后度的同時.也博卻7毒杵的兒河尺寸.斯 以祁號虐奇奇的同時也應苦甥制件的配合要事.有關暗固件及R

13、它制件輜串序厚度地伸!雄壽）見附束A（ 藁的靜錄）.附錄 A（提示的附京）港鐘屋厚度選擇燒擇陰層的厚度附，匾要考慮讀鋅位在不同圖觸環(huán)境中的使用萄命.乂要考定配合要求.對于不 同使用環(huán)境及不同媒格的曜同伴和翦它制品,推薦采用以下泳舞層厚度等如.表A1推茬的漆鋅層厚度等飄港逐層摩受魂第使用環(huán)埴聚制件懣空一內(nèi)戰(zhàn)雙年大氣環(huán)境下快用的啜圍件及其它鋼鐵弦件魂室外檢時的騎法t作故其宮訓及制fl.3.譽驥比犯米的蚓題使號曲.以硼括腦胸足相白生牌的城網(wǎng)件做篁它加樣4維、5綠警探要重的制率注1公稱足寸為1mm, 1Hm的瞿固胖叩比案排L照蝴包用肥髭產(chǎn)生靛方州差的現(xiàn)皂，建設聚用講就殍世將的概竹后的箕官工藝.2特殊要

14、求聃制件是指某S求有球可能長的耐腐熱壽命.且無國令要求享i*擇的已像府潰舒層間隙的錯件.2）滲鋅層厚度檢測方法：分為破壞性檢測法和非破壞性檢測法。A）顯微鏡測量法：金相法，是滲層厚度的仲裁方法，按 JB/T 5069的規(guī)定進行 檢驗。屬于破壞性檢測法。B）溶解稱重法：鋼鐵表面單位面積上滲鋅層的平均質(zhì)量，按 GB/T13825的規(guī)定 進行檢驗?？砂?g/m2對應于0.14pm層厚，近似換算成滲鋅層的厚度。屬于破 壞性檢測法?？勺鳛橹俨玫脑囼灧椒ā）電解稱重法：采用電解的方法溶解滲鋅層，換算出滲鋅層厚度的測量方法。屬于破壞性檢測法。采用電解測厚儀測量，比溶解稱重法更加精確D）磁性測厚法：利用滲鋅

15、層不具有磁性而鋼鐵基體具有磁性這樣的物理性能差 異來測量滲鋅層的厚度。主要應用于生產(chǎn)控制，按GB/T4956的規(guī)定進行檢驗。屬于非破壞性檢測法。缺點是誤差比較大。5、 滲鋅、熱鍍鋅、電鍍鋅的比較、選擇及應用1 .滲鋅與熱鍍鋅、電鍍鋅的比較總體而言，滲鋅可以獲得較厚的滲鋅層，耐腐蝕性能較好，滲層均勻，一般 能滿足零件的配合要求，但是生產(chǎn)效率較低，外觀色澤灰暗，裝飾性較差，一般 適合中小型零件。熱鍍鋅生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)批量大，耐腐蝕較好，但是鍍層厚度 不均勻，鍍層厚度可控性差，不能滿足零件的配合要求，一般適用于大結(jié)構件。 電鍍鋅外觀裝飾性好，能滿足零件的配合要求。但是由于受鍍層厚度限制，耐腐蝕性能較

16、熱鍍鋅、滲鋅差，一般適用于室內(nèi)使用的機械零件和結(jié)構件滲鋅與熱鍍鋅、電鍍鋅的比較項目電鍍鋅熱鍍鋅滲鋅滲鍍層厚度/m525451201585耐腐蝕壽命較短較長較長外觀裝飾性好，鍍層光亮，經(jīng)鈍 化后可以獲得銀白 色、彩虹色等。較好，鍍層較光亮， 呈銀白色，但戶外使 用時間不長會變成灰 色。較差，呈灰白色或灰 黑色。氫脆:有較少無對零件強度的影響:無有無對零件配合的影響較小較大較小涂層附著力等級差，4級差，3級好，1級滲鍍層均勻性較好差好鋅的利用率高較低高生產(chǎn)效率較局高較低適用產(chǎn)品裝飾性零件，有配合 要求的機械零件，耐 腐蝕性要求一般的零 件和結(jié)構件。大型結(jié)構件，無配合 要求，耐腐蝕性能要 求較圖的零

17、件。中小型零件，生產(chǎn)批 量要求不大的中型結(jié) 構件，鑄鐵件，粉末 冶金件。2 .滲鋅、熱鍍鋅、電鍍鋅的選擇設計選擇鋅覆蓋層的時候，應該根據(jù)以下具體情況綜合考慮選擇合適滲 （鍍） 層，并確定合理的工藝參數(shù)。（1）鋼鐵制件的使用壽命和使用環(huán)境a）滲鋅層、熱鍍鋅層、電鍍鋅層的 耐腐蝕壽命是和其鍍層的厚度成正比的，要 求耐腐蝕時間長的制件，應選擇厚的鍍鋅層，如熱鍍鋅和滲鋅。b）使用環(huán)境對滲（鍍）層的使用壽命影響很大。一般在室內(nèi)環(huán)境可以選擇電鍍 鋅，在鄉(xiāng)村大氣的室外環(huán)境可以選擇鍍層厚度較厚（如 25 pm）的電鍍鋅和滲層 厚度適中（如1545 H m）的滲鋅，在工業(yè)大氣和海洋性大氣環(huán)境下使用的零件和 結(jié)構

18、件，應選擇滲（鍍）層較厚的滲鋅和熱鍍鋅層。在濕熱的海洋性大氣和污染 嚴重的工業(yè)大氣環(huán)境中使用或要求使用壽命盡量長的零件和結(jié)構件，應選擇厚度更厚的熱鍍鋅層。c） 一般不推薦使用厚度大于85 pm的滲鋅層，高于這個厚度的滲鋅層脆性較大， 易起皮、剝落，所以要求使用壽命很長，或使用環(huán)境惡劣的情況下，如在海水環(huán)境下使用，可以采用 滲鋅+有機涂層的復合防護體系，可以獲得比單一保護更好的防護效果。（ 2）鋼鐵制件的材料a）低碳結(jié)構鋼低碳結(jié)構鋼碳含量一般為0.1%0.3%， 常用材料有Q235、 20 鋼、 20Cr、 16Mn等。若不采用熱處理強化，即淬火、回火處理，這類材料都適于采用滲鋅、熱鍍鋅和電鍍鋅

19、處理。若經(jīng)過淬火后采用低溫回火，回火溫度一般為180220。滲鋅和熱鍍鋅的溫度都高于它們的回火溫度， 采用低溫回火的的材料不適于采用滲鋅和熱鍍鋅， 否則會降低材料的強度， 適用采用電鍍鋅， 但是電鍍鋅以后一定要進行除氫退火，減少氫脆傾向。b）中碳結(jié)構鋼中碳結(jié)構鋼碳含量一般為0.3%0.5%， 常用材料有45鋼、 40Cr、 35CrMo 等。常用于制造齒輪、軸、銷、高強度螺栓（學8.8級）等零件。這類材料采用淬火+中溫回火熱處理強化。 中溫回火溫度一般為470570。滲鋅可以低于中溫回火的溫度下進行， 不會影響零件的強度， 也沒有氫脆傾向。 滲鋅非常適用于這類零件。電鍍鋅 雖然不影響材料的強度

20、，但是， 強度越高氫脆的傾向越大。 熱鍍鋅溫度應低于回火溫度， 否則會降低材料的強度。 以高強度螺栓熱鍍鋅為例， 有的企業(yè)甚至采用600以上的高溫鍍鋅，雖然時間很短，但是8.8 級螺栓熱鍍鋅以后部分達不到抗拉強度要求， 9.8級螺栓全部達不到抗拉強度要求。c）彈簧鋼彈簧鋼的碳含量一般為 0.55%0.7%。常用材料有60鋼、 65鋼、 60SiMn 等，常用做彈性零件。 彈簧鋼的回火溫度一般為360420 。這類材料滲鋅時，應該采用較低的滲鋅溫度。 熱鍍鋅的溫度超過了零件的回火溫度， 不適于采用 。 彈簧鋼電鍍鋅的氫脆傾向很大，即使采用除氫退火工藝也很難完全避免氫脆現(xiàn)象。（ 3）鋼鐵制件的幾何

21、尺寸a）鋼鐵制件的長度尺寸滲鋅 零件受到滲鋅爐尺寸的限制，一般 只適合于中小型零件。 熱鍍鋅最適合于中大型制件。 電鍍鋅 也適合于中大型鋼鐵制件， 特別是適合于薄壁的大型鋼鐵制件 。b）鋼鐵制件的形狀形狀復雜、有盲孔、狹逢、深孔的零件，都適于采用滲鋅。熱鍍鋅的鍍層受鋅液流動性的影響難以人為控制， 不適合于這類零件。 有狹縫、 內(nèi)孔的零件電鍍鋅時，由于靜電屏蔽效應，零件的狹縫、內(nèi)孔部位難以鍍上鋅。c）有配合要求的零件滲鋅層均勻，厚度相對可控，基本能滿足零件的配合要求。由于滲鋅層是鋅鐵互擴散的， 滲鋅過程中鐵原子也向外擴散， 因此滲鋅層厚度會造成零件外部尺寸增大， 增大的尺寸大約等于滲鋅層厚度。

22、對于尺寸精度高的零件， 應充分按照滲鋅層造成的尺寸增加值預留間隙。 有配合要求的零件不適于熱鍍鋅。 電鍍鋅基本能保證配合要求。 但是， 由于尖端放電效應， 零件銳角處的鍍層厚度要高于其他部位 ，應考慮這個因素造成的尺寸偏差。（ 4）經(jīng)濟性和生產(chǎn)效率的比較a）滲鋅的經(jīng)濟性和生產(chǎn)效率滲鋅的鋅的利用率很高。 滲鋅的生產(chǎn)效率較低， 一般需要35h。 但安排比較靈活， 可以以單爐產(chǎn)量為單位安排間歇性生產(chǎn)。 綜合而言， 小批量的中小型鋼鐵制件的滲鋅成本低于熱鍍鋅。b）熱鍍鋅的經(jīng)濟性和生產(chǎn)效率熱鍍鋅的鋅利用率較低，30%左右的鋅在熱鍍鋅過程中形成鋅灰和鋅渣，只有 70%左右的鋅轉(zhuǎn)化到熱鍍鋅層中，小型零件的鋅

23、耗量更大。 另外， 鋅液會腐蝕鋅鍋， 也直接影響鍍鋅的成本。 熱鍍鋅生產(chǎn)效率很高， 鍍鋅工藝時間僅需幾分鐘至十幾分鐘。 但熱鍍鋅的經(jīng)濟性受生產(chǎn)間歇性的影響。 熔化后即使不生產(chǎn)一般也要保溫。c）電鍍鋅的經(jīng)濟性和生產(chǎn)效率電鍍鋅的鋅利用率也較高，鋅的沉積效率高于滲鋅，低于熱鍍鋅。電鍍鋅也可以采用間歇式方式生產(chǎn)。（ 5）滲（鍍）層的比較按照各自的優(yōu)點選擇最為合適的滲（鍍）層。粉末滲鋅產(chǎn)品的性能粉末滲鋅產(chǎn)品的性能良好，概括起來有以下特點：一是耐腐蝕性強。 腐蝕、銹蝕是鋼鐵材料的天敵。據(jù)估算，世界鋼產(chǎn)量約 有 十分之一損耗于腐蝕、銹蝕。腐蝕對我國造成的經(jīng)濟損失每年至少在4 0 0億元 以上。實踐證明，在海洋大氣、惡劣的工業(yè)大氣等多種環(huán)境下， 滲鋅層的耐蝕性 優(yōu)于熱、電鍍鋅和不銹鋼。在同一種工業(yè)大氣中，不銹鋼 腐蝕6 0 0天，表面就 布滿銹點，而鍍鋅產(chǎn)品腐蝕1 6 0 0多天，其表面 沒一點銹跡。二是耐磨、抗擦傷性能好。 滲鋅層表面硬度能達到H v 2 5 04 0 0 , 而 熱、電鍍鋅制件表面為純鋅，鍍層硬度僅為Hv 7 0左右，因此滲鋅比 熱、電鍍鋅耐磨和抗擦傷性能好得多。三是生