專利名稱：鈍化法熱浸鍍鋁及鋁合金工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵材料表面化學(xué)熱處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及碳鋼件、合金鋼件、不銹鋼件、鑄鐵件的熱浸鍍鋁及鋁合金。
鋼鐵熱浸鍍鋁及鋁合金的工藝很多，主要有氣體保護(hù)法和溶劑法。目前國(guó)外主要采用氣體保護(hù)法熱浸鍍，如Sendzimir法、改良Sendzimir、美鋼聯(lián)法等，該工藝設(shè)備投資大，工藝要求高，投產(chǎn)困難，不能隨時(shí)停產(chǎn)，僅適合單一產(chǎn)品的大批量連續(xù)生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)則普遍采用溶劑法熱浸鍍，如專利號(hào)99100655.0，公開了一種“鋼材熱浸鍍鋁工藝”?，F(xiàn)有溶劑法無論采用何種溶劑，在溶劑和覆蓋熔鹽的選擇以及生產(chǎn)上存在以下問題(1)溶劑鹽膜的熔點(diǎn)要低于鍍液的熔點(diǎn)，故溶劑組分的選擇比較苛刻；(2)溶劑鹽膜易吸潮，鍍前須充分干燥，否則易產(chǎn)生漏鍍和針孔，有損表面質(zhì)量和耐蝕性能；(3)溶劑價(jià)高，甚至昂貴，氟鹽組分有毒性；(4)生產(chǎn)時(shí)鍍液表面覆蓋的熔鹽易老化，熔點(diǎn)上升；(5)鍍后清洗工件表面附帶的熔鹽比較困難。
本發(fā)明的目的是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種鈍化法熱浸鍍鋁及鋁合金工藝，包括(1)消除工件表面的油脂及進(jìn)行酸洗；
(2)將經(jīng)酸洗表面潔凈的工件通過鈍化劑溶液進(jìn)行預(yù)膜處理，鈍化劑溶液由0.2～5％的三氧化鉻、0.05～3％的高錳碳鉀、0.05～6％的亞硝酸鈉和水配制而成，或由0.2～5％的三氧化鉻、0.05～3％的高錳酸鉀和水配制而成，或由0.2～5％的三氧化鉻、0.05～6％的亞硝酸鈉和水配制而成，或由0.05～3％的高錳酸鉀、0.05～6％的亞硝酸鈉和水配制而成，上述鈍化劑溶液的組分含量為質(zhì)量百分含量；(3)吹干、預(yù)熱經(jīng)過鈍化預(yù)膜處理后的工件；(4)將工件浸入鋁鍍液或鋁合金鍍液中熱浸鍍。
以下對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
除油脂采用化學(xué)除油或加熱除油。工件表面油污較少時(shí)，采用化學(xué)除油，除油液由20～25％NaOH和少量洗潔劑組成，除油溫度為80～100℃，除油時(shí)間一般為15～20min。表面油污較多時(shí)，采用加熱除油，將工件置于400～500℃的加熱爐中，保溫15～25min?；瘜W(xué)除油后的工件要水沖洗后才能酸洗，而加熱除油后的工件可直接進(jìn)行酸洗。
先用20～25％H2SO4加少量緩蝕劑的酸洗液在70～80℃下酸洗15～20min，水洗后再放入2～5％的稀鹽酸溶液中在室溫下浸泡幾分種。先用加熱硫酸酸洗可提高酸洗效率，并避免硫酸和鹽酸混合加熱酸洗時(shí)鹽酸易揮發(fā)的弊病。后用稀鹽酸室溫浸泡去除工件表面殘留的難溶鐵鹽，避免熱浸鍍時(shí)出現(xiàn)局部漏鍍或虛鍍現(xiàn)象。
工件酸洗后進(jìn)行鈍化預(yù)膜處理。鈍化劑溶液可由0.2～5％的三氧化鉻CrO3、0.05～3％的高錳碳鉀K2MnO4、0.05～6％的亞硝酸鈉NaNO2和水配制而成；或由0.2～5％的三氧化鉻CrO3、0.05～3％的高錳碳鉀K2MnO4和水配制而成；或由0.2～5％的三氧化鉻CrO3、0.05～6％的亞硝酸鈉NaNO2和水配制而成；或由0.05～3％的高錳碳鉀K2MnO4、0.05～6％的亞硝酸鈉NaNO2和水配制而成。上述鈍化劑溶液的組分含量為質(zhì)量百分含量。配制溶液時(shí)，可先加水溶解三氧化鉻，然后加入高錳酸鉀，加熱攪拌溶解，最后溶解亞硝酸鈉。
使用本發(fā)明配制的鈍化劑溶液對(duì)工件進(jìn)行鈍化處理時(shí)，無需對(duì)溶液加熱，在室溫下，處理時(shí)間在0.5～5分鐘，都能獲得均勻而易被鋁還原的四氧化三鐵Fe3O4薄膜。為節(jié)省時(shí)間，鈍化劑溶液濃度高時(shí)，處理時(shí)間取下限。如果熱浸鍍后工件要進(jìn)行擴(kuò)散后處理，鈍化預(yù)膜處理后無需水洗直接吹干。配好的鈍化劑溶液可長(zhǎng)期保存和使用。使用一段時(shí)間后如果因濃度降低而不能得到滿意的助鍍效果時(shí)，可按上述配制過程用蒸餾水配制高濃度的鈍化劑溶液，然后加到舊鈍化劑溶液中攪拌即可再使用。
熱浸鍍前工件的預(yù)熱溫度以100～250℃為宜。在此溫度范圍內(nèi)，預(yù)熱時(shí)間即使過長(zhǎng)也不會(huì)出現(xiàn)Fe3O4向Fe2O3的轉(zhuǎn)變。如果預(yù)熱溫度超過250℃，工件表面將變?yōu)闇\藍(lán)綠色，發(fā)生Fe3O4向Fe2O3的轉(zhuǎn)變，使工件在熱浸鍍鋁或鋁合金時(shí)出現(xiàn)漏鍍現(xiàn)象。
本發(fā)明提供的鈍化法熱浸鍍鋁液溫度為700～800℃，熱浸時(shí)間為3～10分鐘。熱浸鍍鋁后的工件最表層為鋁層，厚約40～70μm，鋼鐵基體與鋁層之間有一層鐵鋁合金層，其厚為60～120μm。
本發(fā)明中，所述鋁合金可為鋁硅合金，鋁鋅合金或鋁鈦合金等。
熱浸鍍鋁硅合金液溫度為680～780℃，熱浸時(shí)間為5～12分鐘。熱浸鍍鋁硅合金后工件最表層為鋁硅合金層，厚度為30～60μm，鋼鐵基體與鋁硅合金層之間的鐵鋁合金層厚度為25～70μm。
熱浸鍍鋁鋅合金液溫度為640～730℃，熱浸時(shí)間為7～15分鐘。
熱浸鍍鋁或鋁合金后，根據(jù)對(duì)工件不同性能的要求，可進(jìn)行不同的鍍后處理。對(duì)耐熱及抗氧化要求高的工件進(jìn)行擴(kuò)散后處理，處理溫度為850～1000℃，擴(kuò)散時(shí)間為2～5h。對(duì)耐蝕件進(jìn)行表面氧化或拋光處理，以增強(qiáng)其外觀質(zhì)量和耐蝕性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)(1)預(yù)膜處理效果好，不易過鈍化，所得鍍層平整光滑，無針孔和漏鍍?nèi)毕荩?2)鈍化劑易配制，不易老化，放置時(shí)長(zhǎng)，可重復(fù)使用；(3)工藝流程簡(jiǎn)單，在工業(yè)上易實(shí)施，操作簡(jiǎn)便；(4)成本低。
實(shí)施例2.鑄鐵件，80×35×5mm，其化學(xué)成分為3.24％C，1.82％Si，1.01％Mn，0.06％P，0.08％S，鑄件表面經(jīng)噴砂處理。用20％NaOH的水溶液100℃下除油15min。用25％H2SO4加少量緩蝕劑的溶液在70℃下酸洗10min，水洗后放入3％的稀鹽酸液中浸泡5min，水洗。用鈍化劑溶液(2％CrO3+0.3％NaNO2+水)，室溫下處理3min，吹干。在160℃下預(yù)熱保溫15min，然后浸入760℃的純鋁鍍液中保溫7min，出爐提升速度為4.5m/min。鍍層總厚116μm，其中中間合金層厚62μm。
實(shí)施例3.油管鋼50Mn，φ60×5×110mm。按實(shí)施例1相同的方法除油及酸洗。用鈍化劑溶液(1.5％CrO3+0.2％K2MnO4+水)，室溫下處理1.5min，水洗，吹干。180℃下預(yù)熱保溫20min。浸入780℃的鋁硅合金(含硅3％)鍍液中保溫10min，出爐提升速度為7.5m/min。所得鍍層光亮、無漏鍍。鍍層總厚106μm，其中中間合金層厚53μm。
實(shí)施例4.碳鋼20，76×30×1.5mm。按實(shí)施例1相同的方法除油及酸洗。用鈍化劑溶液(3％CrO3+0.05K2MnO4+0.1％NaNO2+水)在室溫下處理3.5min，水洗，吹干。150℃下預(yù)熱保溫13min。浸入690℃的鋁鋅合金(含鋅45％)鍍液中保溫12min，提升后空冷，速度為5m/min，即得光滑平整、無漏鍍、無虛鍍的鋁鋅合金鍍層。鍍層總厚78μm，其中中間合金層厚31μm。
實(shí)施例5.不銹鋼1cr18Ni9Ti，70×30×1mm。按實(shí)施例1相同的方法除油及酸洗。用鈍化劑溶液(4.5％CrO3+0.2K2MnO4+1％NaNO2+水)在室溫下處理1min，水洗，吹干。200℃下預(yù)熱保溫10min。浸入800℃的鋁鈦合金(含鈦4％)鍍液中保溫3min，提升后空冷，速度為7.5m/min，即得光滑平整、無漏鍍、無虛鍍的鋁鈦合金鍍層。鍍層總厚98μm，其中中間合金層厚35μm。
權(quán)利要求
1.一種鈍化法熱浸鍍鋁及鋁合金工藝，其特征在于包括(1)消除工件表面的油脂及進(jìn)行酸洗；(2)將經(jīng)酸洗表面潔凈的工件通過鈍化劑溶液進(jìn)行預(yù)膜處理，鈍化劑溶液由0.2～5％的三氧化鉻、0.05～3％的高錳碳鉀、0.05～6％的亞硝酸鈉和水配制而成，或由0.2～5％的三氧化鉻、0.05～3％的高錳酸鉀和水配制而成，或由0.2～5％的三氧化鉻、0.05～6％的亞硝酸鈉和水配制而成，或由0.05～3％的高錳酸鉀、0.05～6％的亞硝酸鈉和水配制而成，上述鈍化劑溶液的組分含量為質(zhì)量百分含量；(3)吹干、預(yù)熱經(jīng)過鈍化預(yù)膜處理后的工件；(4)將工件浸入鋁鍍液或鋁合金鍍液中熱浸鍍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈍化法熱浸鍍鋁及鋁合金工藝，其特征在于所述預(yù)熱溫度為100～250℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈍化法熱浸鍍鋁及鋁合金工藝，屬于鋼鐵材料表面化學(xué)熱處理技術(shù)領(lǐng)域。該工藝主要是在熱浸鍍前采用鈍化劑溶液對(duì)工件表面進(jìn)行預(yù)膜處理，鈍化劑溶液可由0.2～5％的三氧化鉻CrO
文檔編號(hào)C23C22/24GK1392283SQ0213876
公開日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2002年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月9日
發(fā)明者李華飛 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)