[发明专利]一种快速粉末渗锌表面涂层加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面改性或合金化处理技术领域，特别是涉及一种快速粉末渗锌表面涂层加工方法。

背景技术

粉末渗锌工艺是利用加热状态下金属原子的渗透扩散作用，在金属基体没有相变的条件下，将锌元素渗入钢铁构件表面，形成不同Zn-Fe比例的合金保护层。粉末渗锌表面合金涂层的主要目的是改善和提高金属工件表面的抗腐蚀、抗表面氧化及耐磨损性能等。

传统粉末渗锌原理是1904年由英国冶金学家Sherard Cowper-Coles首先提出的，其一般过程可以在许多文献或手册中找到，如(苏)利亚霍维奇主编、孙一唐等译：《金属和合金的化学热处理手册》，上海科技出版社，1986出版；卢燕平和于福洲合编：《渗镀》，机械工业出版社，1985出版等。在这些文献中描述的典型粉末渗锌过程包括以下主要步骤：首先采用化学或喷砂方式对工件表面进行处理；其次将前处理后的工件埋放在一个装满锌粉、惰性填充物和活化剂混合粉末的密封容器中，将容器放在热处理炉中加热到温度为380℃～450℃范围，保温2～4小时；最后将被渗锌的工件从容器中分离出来进行钝化处理。

为了进行工业化的粉末渗锌加工，目前国内外已研究开发出许多具体的工业化生产的粉末渗锌处理工艺。主要包括以下专利：

1、1993年以色列Isaak Shtikan发明的Distek粉末渗锌工艺(WO98/41346)，目前该专利授权有效(1998，9，24)；

2、1993年北京有色冶金设计研究总院申请的“粉镀(渗)锌方法及装置(CN1084582)”，目前该专利权终止(2005，12，14)；

3、1995年江苏李显扬申请的“一种金属真空固态渗锌剂及其渗锌工艺(CN1115792)”，该专利在申请时已公开，但最终专利申请被驳回未申请成功；

4、1997年冶金部洛阳耐火材料研究院申请的“一种真空渗锌炉(CN2334766)”，目前该专利权终止(2000，12，6)；

5、2001年山东大学申请的“机械能助渗金属表面改性技术(渗铝、渗硅、渗铜、渗锰及锌铝共渗，CN1320717)”，目前该专利授权有效(2004，1，7)；

6、2001年北京科技大学申请的“钢铁制品锌铝包埋共渗方法及其渗剂(CN1428454)”，目前该专利授权有效(2005，3，9)；

7、2004年以色列GreenCote公司发明锌/铝复合共渗工艺(WO2004/050942-A1)，目前该专利授权有效(2004，6，17)；

8、2005年天津市先知邦钢铁防腐工程有限公司申请的“一种纳米复合粉末渗锌加工方法(CN1730727)”，目前该专利已公开授权有效(2006，4，4)。

但在上述粉末渗锌技术中均采用燃气或电热处理炉进行加热处理，其主要问题是在整个渗锌过程中从加热到保温至少要4小时以上(如锌铝包埋共渗将达到10小时以上，见CN1428454说明)，工艺时间长、生产效率低；其次是在辐射传导加热过程中大量热量消耗在炉体和工件本身的加热与保温上，有效热量利用率低、能源浪费严重。如何加速热扩散处理过程，提高生产效率及降低能量消耗是传统粉末渗锌工艺迫切期望解决的问题。

对提高化学热处理速度这一问题，国内外研究者已进行了许多研究工作，并取得不少研究成果。如目前在工程中广泛应用的各种化学催渗技术是通过改变被处理工件的表面活化状态或加入催渗元素加速化学热扩渗过程；而物理催渗技术是利用等离子体技术、高频电场及真空技术等与热能的复合作用加速化学热处理过程。但有关技术在工程应用中仍存在一定局限性，如机械能辅助粉末渗锌(见CN1320717说明)在缩短工艺周期及降低热处理温度方面并不明显，而等离子体辅助化学热处理能耗及加热温度仍较高(＞600℃)，设备复杂、投资明显较大及不适合大批量生产等。