[发明专利]一种高表面疏锌性能碳钢的制备方法及疏锌性能测试方法

权利要求书

1.一种高表面疏锌性能碳钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

S1、材料预处理

对碳钢依次进行打磨、抛光、超声清洗和吹干，获得预处理后的碳钢材料；

S2、渗硅剂制备

将供硅剂、填充剂、导热剂、催渗剂按照渗硅剂的配比进行称量和配制，之后研磨均匀获得渗硅剂产品；

S3、硅化物涂层制备

将步骤S1中的预处理后的碳钢材料和步骤S2中的渗硅剂产品同时放入坩埚中，所述渗硅剂产品均匀覆盖在所述预处理后的碳钢材料表面；之后将坩埚放入马弗炉中进行热处理，得到表面覆盖硅化物涂层的渗硅碳钢材料；

S4、高温预氧化处理

将步骤S3中的渗硅碳钢材料进行超声清洗并吹干，之后在高温静态空气中进行预氧化处理，获得高表面疏锌性能的碳钢。

2.如权利要求1所述的高表面疏锌性能碳钢的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，打磨是通过120-1200#砂纸进行的表面打磨处理，抛光是通过1.5-2.5μm的金刚石抛光膏进行的表面抛光处理，超声清洗是通过超声清洗机中添加的无水乙醇进行表面清洗处理。

3.如权利要求1所述的高表面疏锌性能碳钢的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，渗硅剂由30-45wt.％的供硅剂、1wt.％的催渗剂、54-69wt.％的填充剂与导热剂组成。

4.如权利要求3所述的高表面疏锌性能碳钢的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，供硅剂为硅铁粉、硅粉中的至少一种，催渗剂为氟化钠、氟化铵、氯化铵中的至少一种，填充剂为高温α-氧化铝，导热剂为金刚石砂。

5.如权利要求3所述的高表面疏锌性能碳钢的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，渗硅剂中供硅剂、填充剂、导热剂的目数均为100-200目。

6.如权利要求1所述的高表面疏锌性能碳钢的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，热处理为：加热温度950-1050℃，保温时间为5-10h，升温速率为3-8℃/min，最后随炉冷却到室温。

7.如权利要求1所述的高表面疏锌性能碳钢的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，高温静态空气的温度为950-1000℃，预氧化处理时间为5-10h。

8.如权利要求1所述的高表面疏锌性能碳钢的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，渗硅碳钢材料的表面状态为灰白色，其碳钢表面的硅化物涂层致密度为91-96％，硅化物涂层的组成成分为Fe₃Si、FeSi，尺寸为40-71μm；所述步骤S4中，高表面疏锌性能的碳钢的表面状态为黑色，其碳钢表面的硅化物涂层致密度为94-99％，硅化物涂层的组成成分为Fe₂O₃、SiO₂，尺寸为55-91μm。

9.一种基于权利要求1-8任一所述的制备方法获得的高表面疏锌性能碳钢的疏锌性能测试方法，其特征在于，所述疏锌性能测试方法包括以下步骤：

SS1、锌液浸泡试验

将步骤S1中未经过材料预处理的碳钢、步骤S3中渗硅后的碳钢、步骤S4中获得的高表面疏锌性能碳钢进行超声清洗和吹干；将若干锌块放入马弗炉中加热熔融转变为锌液，之后放入前述三种不同碳钢并保温；保温结束后，按下式计算锌液对碳钢的附着能力V_zn：

其中：V_zn＞0，单位为mg/cm²·h；m₁为浸泡前碳钢的质量，m₂为浸泡后碳钢的质量，单位均为mg；s为碳钢的表面积，单位为cm²；t为浸泡时间，单位为h；

SS2、高温润湿角试验

将步骤S1中未经过材料预处理的碳钢、步骤S3中渗硅后的碳钢、步骤S4中获得的高表面疏锌性能碳钢进行超声清洗和吹干，在前述三种不同碳钢中心处放上锌块，随后抽真空，开启图像采集；之后加热熔化使锌块转变为锌液，保温，待金属Zn不再铺展时停止保温，随炉冷却；按下式计算锌液对前述三种不同碳钢的润湿角θ：

其中：h为碳钢周围的锌液高度，单位为mm；d为碳钢的接触长度，单位为mm；

SS3、高温滚动角试验

将步骤S1中未经过材料预处理的碳钢、步骤S3中渗硅后的碳钢、步骤S4中获得的高表面疏锌性能碳钢进行超声清洗和吹干，之后分别放置在高温滚动角测量仪上，然后通过仪器使锌液分别滴加在前述三种不同碳钢的表面，缓慢转动测量仪平面直至锌液刚好从前述三种不同碳钢的表面滚落，这时读取并记录前述三种不同碳钢的滚动角α的大小；每组前述三种不同碳钢的滚动角测量三次以上，取平均值为最终的前述三种不同碳钢的高温滚动角。