渗锌表面处理工艺介绍

2016年02月17日

一、       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℃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。

二、       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15~130μm

2)热浸镀锌涂层厚度一般在15~130μm,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5~25μm,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84~300μm,可达3mm,涂层厚度均匀性差,致密性低。

  1. 渗锌涂层硬度最高,耐磨损和抗划伤能力最强

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%孔隙率,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)

 

  1. 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

  1. 渗锌涂层耐腐蚀性最强

粉末渗锌层为铁—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%。

 

 

 

 

 

  1. 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。

  1. 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350~450,此温度下吸入钢基体的氢原子已扩散逸出。

  1. 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%

  1. 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(300)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。

三、            渗锌、热镀锌、电镀锌的比较、选择及应用

  1. 渗锌与热镀锌、电镀锌的比较

总体而言,渗锌可以获得较厚的渗锌层,耐腐蚀性能较好,渗层均匀,一般能满足零件的配合要求,但是生产效率较低,外观色泽灰暗,装饰性较差,一般适合中小型零件。热镀锌生产效率高,生产批量大,耐腐蚀较好,但是镀层厚度不均匀,镀层厚度可控性差,不能满足零件的配合要求,一般适用于大结构件。电镀锌外观装饰性好,能满足零件的配合要求。但是由于受镀层厚度限制,耐腐蚀性能较热镀锌、渗锌差,一般适用于室内使用的机械零件和结构件。

渗锌与热镀锌、电镀锌的比较

项目

电镀锌

热镀锌

渗锌

渗镀层厚度/μm

5~25

45~120

15~85

耐腐蚀寿命

较短

较长

较长

外观装饰性

好,镀层光亮,经钝化后可以获得银白色、彩虹色等。

较好,镀层较光亮,呈银白色,但户外使用时间不长会变成灰色。

较差,呈灰白色或灰黑色。

氢脆

较少

对零件强度的影响

对零件配合的影响

较小

较大

较小

涂层附着力等级

差,4

差,3

好,1

渗镀层均匀性

较好

锌的利用率

较低

生产效率

较高

较低

适用产品

装饰性零件,有配合要求的机械零件,耐腐蚀性要求一般的零件和结构件。

大型结构件,无配合要求,耐腐蚀性能要求较高的零件。

中小型零件,生产批量要求不大的中型结构件,铸铁件,粉末冶金件。

 

  1. 渗锌、热镀锌、电镀锌的选择

设计选择锌覆盖层的时候,应该根据以下具体情况综合考虑选择合适渗(镀)层,并确定合理的工艺参数。

1)钢铁制件的使用寿命和使用环境

a)渗锌层、热镀锌层、电镀锌层的耐腐蚀寿命是和其镀层的厚度成正比的,要求耐腐蚀时间长的制件,应选择厚的镀锌层,如热镀锌和渗锌。

b)使用环境对渗(镀)层的使用寿命影响很大。一般在室内环境可以选择电镀锌,在乡村大气的室外环境可以选择镀层厚度较厚(如25μm)的电镀锌和渗层厚度适中(如15~45μm)的渗锌,在工业大气和海洋性大气环境下使用的零件和结构件,应选择渗(镀)层较厚的渗锌和热镀锌层。在湿热的海洋性大气和污染严重的工业大气环境中使用或要求使用寿命尽量长的零件和结构件,应选择厚度更厚的热镀锌层。

c)一般不推荐使用厚度大于85μm的渗锌层,高于这个厚度的渗锌层脆性较大,易起皮、剥落,所以要求使用寿命很长,或使用环境恶劣的情况下,如在海水环境下使用,可以采用渗锌+有机涂层的复合防护体系,可以获得比单一保护更好的防护效果。

2)钢铁制件的材料

a)低碳结构钢

低碳结构钢碳含量一般为0.1%~0.3%,常用材料有Q23520钢、20Cr16Mn等。若不采用热处理强化,即淬火、回火处理,这类材料都适于采用渗锌、热镀锌和电镀锌处理。若经过淬火后采用低温回火,回火温度一般为180~220℃。渗锌和热镀锌的温度都高于它们的回火温度,采用低温回火的的材料不适于采用渗锌和热镀锌,否则会降低材料的强度,适用采用电镀锌,但是电镀锌以后一定要进行除氢退火,减少氢脆倾向。

b)中碳结构钢

中碳结构钢碳含量一般为0.3%~0.5%,常用材料有45钢、40Cr35CrMo等。常用于制造齿轮、轴、销、高强度螺栓(≥8.8级)等零件。这类材料采用淬火+中温回火热处理强化。中温回火温度一般为470~570℃。渗锌可以低于中温回火的温度下进行,不会影响零件的强度,也没有氢脆倾向。渗锌非常适用于这类零件。电镀锌虽然不影响材料的强度,但是,强度越高氢脆的倾向越大。热镀锌温度应低于回火温度,否则会降低材料的强度。以高强度螺栓热镀锌为例,有的企业甚至采用600℃以上的高温镀锌,虽然时间很短,但是8.8级螺栓热镀锌以后部分达不到抗拉强度要求,9.8级螺栓全部达不到抗拉强度要求。

 

来源:四川奥普金属制品有限公司
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