粉末滲鋅工藝介紹(簡要)

1、滲鋅表面處理工藝及應(yīng)用介紹一、介紹滲鋅的基本概念1. 滲鋅是用熱擴(kuò)散方法在鋼鐵表面獲得鋅鐵合金層的表面保護(hù)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(shè)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(kuò)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部滲透，同時(shí)鐵原子則由向外擴(kuò)散，在制件表層形成了一個(gè)均勻的鋅鐵化合物即滲鋅層 。技術(shù)原理： 屬于化學(xué)熱處理工藝。國外，在歐洲的一些國家在1940 年推廣并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化

2、生產(chǎn)，1970 年后歐洲的工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到普遍推廣應(yīng)用。在我國20 世紀(jì) 60 年代開展研究， 90 年代開始應(yīng)用。二、粉末滲鋅工藝過程將鋼鐵構(gòu)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(shí)間 ，利用金屬原子的熱擴(kuò)散作用，在構(gòu)件表面形成 Zn/Fe 合金保護(hù)涂層。工業(yè)化粉末滲鋅過程是在不斷滾動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行加熱處理， 粉末混合物與工件之間的機(jī)械摩擦、沖擊作用，不僅有利于新鮮擴(kuò)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(jìn)冶金擴(kuò)散化學(xué)反應(yīng)。目前的工業(yè)化粉末滲鋅涂層不需要惰性氣體或低真空的加熱環(huán)

3、境， 一般在大氣環(huán)境下的密封容器中就可實(shí)現(xiàn)熱擴(kuò)散涂層處理， 因而熱處理設(shè)備簡單、成本低，非常適合于復(fù)雜形狀鋼鐵構(gòu)件的大批量加工處理。工業(yè)化粉末滲鋅技術(shù) 是指包括前處理、 加熱滲鋅及后處理 等完整的一種熱擴(kuò)散涂層加工工藝過程。三、粉末滲鋅工藝特點(diǎn)粉末滲鋅熱擴(kuò)散涂層與傳統(tǒng)鍍鋅工藝比較，具有以下優(yōu)勢(shì)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(shí)間，與構(gòu)件的形狀和不同位置基本無關(guān)。一般厚度在15 130m。2）熱浸鍍鋅涂層 厚度一般在 15 130m，構(gòu)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 5 25m，平面鍍層均勻性好，但對(duì)構(gòu)件部空

4、腔，鍍層薄有時(shí)無鍍層。4）熱噴涂鋅層 厚度一般為 84 300m，可達(dá) 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(qiáng)1） 滲鋅涂層硬度為250 420HV。2）熱浸鍍、電鍍鋅層硬度為75 88HV（純鋅）。3）熱噴涂鋅層也為純鋅并且有1% 15%孔隙率，因而硬度更低。4）達(dá)克羅涂層硬度最低，僅為2 6H（ H 為鉛筆硬度測量單位）。3. 滲鋅涂層與基體金屬的結(jié)合力最高粉末滲鋅層為擴(kuò)散冶金結(jié)合，具有 很好的附著強(qiáng)度，耐磨損抗劃傷，涂層很難剝離掉， 只有用化學(xué)酸洗方法才能除掉。其涂層與母材界面拉伸強(qiáng)度：600700kg/mm2；涂層表面層拉伸強(qiáng)度為300 35

5、0kg/mm2。4. 滲鋅涂層耐腐蝕性最強(qiáng)粉末滲鋅層為鐵鋅合金組織，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(hù)層， 滲鋅層具有更好的保護(hù)效果。 比熱浸鍍鋅的耐腐蝕性高10% 30%。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(qiáng)度，其復(fù)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(gòu)件機(jī)械性能，沒有氫脆現(xiàn)象滲鋅處理的溫度在 350450，此溫度下吸入鋼基體的氫原子已擴(kuò)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(kuò)散過程，

6、構(gòu)件與滲劑在密閉的容器中進(jìn)行擴(kuò)散和分離，沒有鋅蒸汽產(chǎn)生，熱處理爐用電、燃油或燃?xì)庾鳛槟茉?，?duì)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(yán)重污染，達(dá)克羅涂層由于存在“ Cr6+”對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染 ，目前國外已限制達(dá)克羅涂層的工業(yè)應(yīng)用。燒結(jié)鍍層（達(dá)克羅涂層）： 是將浸涂和高溫?zé)Y(jié)（ 300）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(jìn)一種表面處理技術(shù)，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。四、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(yīng)無殘銹跡、積炭和油污，焊接件的

7、焊縫處應(yīng)無焊渣，鑄造件表面應(yīng)無殘留型砂。2. 滲鋅件的外觀要求 ：采用目測方法觀察外觀表面，其外觀應(yīng)達(dá)到以下要求。1）滲鋅層表面應(yīng)平整、均勻，采用旋轉(zhuǎn)滲鋅設(shè)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(jī)涂層后處理應(yīng)達(dá)到供需雙方約定的色澤要求。3. 滲鋅層的附著強(qiáng)度 ：機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T5067鋼鐵制件粉末滲鋅對(duì)滲鋅層的附著強(qiáng)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)條件下的操作，或由供需雙方協(xié)商。4. 力學(xué)性能要求 ：對(duì)于適合滲鋅的鋼鐵材料， 即回火溫度高于滲鋅溫

8、度的材料 ，經(jīng)滲鋅后，材料的力學(xué)性能仍然要到達(dá)原材料的指標(biāo)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(shù)要求。機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：鋼鐵制件粉末滲鋅JB/T 5067-19992）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(jìn)行檢驗(yàn)。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(jìn)行檢驗(yàn)?？?按 1g/m2 對(duì)應(yīng)于 0.14m層厚 ，近似換算成滲鋅層的厚度。屬于破壞性檢測法。可作為仲裁的試驗(yàn)方法

9、。C）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(yīng)用于生產(chǎn)控制，按屬于非破壞性檢測法。缺點(diǎn)是誤差比較大。GB/T4956 的規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)。五、滲鋅、熱鍍鋅、電鍍鋅的比較、選擇及應(yīng)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

10、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(gòu)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，耐腐蝕性能較熱鍍鋅、滲鋅差，一般適用于室使用的機(jī)械零件和結(jié)構(gòu)件。滲鋅與熱鍍鋅、電鍍鋅的比較項(xiàng)目電鍍鋅滲鍍層厚度 /m525耐腐蝕壽命較短好，鍍層光亮，經(jīng)鈍外觀裝飾性化后可以獲得銀白色、彩虹色等。氫脆有對(duì)零件強(qiáng)度的影響無對(duì)零件配合的影響較小涂層附著力等級(jí)差，4級(jí)滲鍍層均勻性較好鋅的利用率高生產(chǎn)效率較高裝飾性零件，有配合適用產(chǎn)品要求的機(jī)械零件，耐腐蝕性要求一般的零件和結(jié)構(gòu)件。熱鍍鋅滲鋅451201585較長較長較好，鍍層較光亮，呈銀白色，但戶外使較差，呈灰

11、白色或灰用時(shí)間不長會(huì)變成灰黑色。色。較少無有無較大較小差，3級(jí)好， 1級(jí)差好較低高高較低大型結(jié)構(gòu)件，無配合中小型零件，生產(chǎn)批量要求不大的中型結(jié)要求，耐腐蝕性能要構(gòu)件，鑄鐵件，粉末求較高的零件。冶金件。2. 滲鋅、熱鍍鋅、電鍍鋅的選擇設(shè)計(jì)選擇鋅覆蓋層的時(shí)候， 應(yīng)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(shí)間長的制件，應(yīng)選擇厚的鍍鋅層，如熱鍍鋅和滲鋅。b）使用環(huán)境對(duì)滲（鍍）層的使用壽命影響很大。一般在室環(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

12、厚（如25m）的電鍍鋅和滲層厚度適中（如 1545m）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(gòu)件，應(yīng)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(yán)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(gòu)件，應(yīng)選擇厚度更厚的熱鍍鋅層。c）一般不推薦使用厚度大于85m的滲鋅層 ，高于這個(gè)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(jī)涂層 的復(fù)合防護(hù)體系，可以獲得比單一保護(hù)更好的防護(hù)效果。（ 2）鋼鐵制件的材料a）低碳結(jié)構(gòu)鋼低碳結(jié)構(gòu)鋼碳含量一般為 0.1%0.3%，常用材料有 Q235、20 鋼

13、、20Cr、16Mn等。若不采用熱處理強(qiáng)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(huì)降低材料的強(qiáng)度， 適用采用電鍍鋅， 但是電鍍鋅以后一定要進(jìn)行除氫退火，減少氫脆傾向。b）中碳結(jié)構(gòu)鋼中碳結(jié)構(gòu)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(qiáng)度螺栓（ 8.8 級(jí)）等零件。這類材料采用淬火 + 中溫回火熱處理強(qiáng)化。 中溫回火溫度一般為 470570。 滲鋅可以低于中溫回火

14、的溫度下進(jìn)行， 不會(huì)影響零件的強(qiáng)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(qiáng)度，但是， 強(qiáng)度越高氫脆的傾向越大 。熱鍍鋅溫度應(yīng)低于回火溫度， 否則會(huì)降低材料的強(qiáng)度。 以高強(qiáng)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(shí)間很短，但是 8.8 級(jí)螺栓熱鍍鋅以后部分達(dá)不到抗拉強(qiáng)度要求， 9.8 級(jí)螺栓全部達(dá)不到抗拉強(qiáng)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(shí)，應(yīng)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

15、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 。熱鍍鋅最適合于型制件 。電鍍鋅 也適合于型鋼鐵制件， 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(fù)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(dòng)性的影響難以人為控制，不適合于這類零件。 有狹縫、孔的零件電鍍鋅時(shí)，由于靜電屏蔽效應(yīng)，零件的狹縫、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(duì)可控，基本能滿足零件的配合要求。由于滲鋅層是鋅鐵互擴(kuò)散的，滲鋅過程

16、中鐵原子也向外擴(kuò)散， 因此滲鋅層厚度會(huì)造成零件外部尺寸增大，增大的尺寸大約等于滲鋅層厚度 。對(duì)于尺寸精度高的零件， 應(yīng)充分按照滲鋅層造成的尺寸增加值預(yù)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(yīng)， 零件銳角處的鍍層厚度要高于其他部位，應(yīng)考慮這個(gè)因素造成的尺寸偏差。（ 4）經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)效率的比較a）滲鋅的經(jīng)濟(jì)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(jì)性和生產(chǎn)效率熱鍍鋅的鋅利用率較低，30%

17、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， 小型零件的鋅耗量更大。 另外，鋅液會(huì)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(shí)間僅需幾分鐘至十幾分鐘。但熱鍍鋅的經(jīng)濟(jì)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(jì)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(diǎn)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(diǎn)：一是耐腐蝕性強(qiáng)。 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

18、腐蝕、銹蝕。腐蝕對(duì)我國造成的經(jīng)濟(jì)損失每年至少在億元 以上。實(shí)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，不銹鋼腐蝕天，表面就 布滿銹點(diǎn)，而鍍鋅產(chǎn)品腐蝕多天，其表面沒一點(diǎn)銹跡。二是耐磨、抗擦傷性能好。 滲鋅層表面硬度能達(dá)到，而 熱、電鍍鋅制件表面為純鋅，鍍層硬度僅為左右，因此滲鋅比熱、電鍍鋅耐磨和抗擦傷性能好得多。三是生產(chǎn)基本無污染。 在一般情況下，滲鋅生產(chǎn)的前處理只采用拋丸機(jī)除銹 清油，且用布袋除塵，能達(dá)到國家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)中以油燃料作為主要能源，采 用循環(huán)燃燒無煙排放技術(shù)，粉末滲鋅技術(shù)為鋅固體滲，沒有鋅蒸氣產(chǎn)生，工件與 助劑又在密閉的器具中進(jìn)行滲透和分離，對(duì)周圍環(huán)境