專利名稱：一種對(duì)耐海洋氣候工程零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)耐海洋氣候工程零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法。

背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，應(yīng)用于近海和海洋中的工程裝備越來(lái)越多，其服役條件按ISO 9225環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一般＞C5級(jí)，屬于極端惡劣環(huán)境。所述環(huán)境大氣多雨、高溫、多鹽霧和強(qiáng)風(fēng)流，裸露在外的零件將受到強(qiáng)烈的大氣腐蝕、電化學(xué)腐蝕以及氣流沖刷侵蝕的綜合作用，各種鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命遠(yuǎn)低于一般內(nèi)陸戶外環(huán)境。如在海洋氣候條件下服役的典型工程裝備之一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是利用風(fēng)能發(fā)電，而在海岸線、離岸海洋中具有豐富的風(fēng)力資源，風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)有很大比例是選址在近海岸或離岸海洋中。然而，由于機(jī)組的外部構(gòu)件如機(jī)艙、引擎罩、塔架等直接裸露于極端的腐蝕大氣中，采用常規(guī)的防護(hù)措施，往往僅數(shù)個(gè)月便產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，這帶來(lái)了巨大的損失，據(jù)統(tǒng)計(jì)，海洋腐蝕的損失約占總腐蝕損失的1/3，不僅如此，因?yàn)楹Ｑ蟾g帶來(lái)的事故更是無(wú)法計(jì)算損失。如1969年日本一艘5萬(wàn)噸級(jí)礦石專用運(yùn)輸船，因?yàn)楦g脆性破壞而突然沉沒。因此，加強(qiáng)腐蝕控制、減少金屬材料的損耗，避免設(shè)備在海洋環(huán)境中遭到過(guò)早的或意外的損壞，有著非常重要的戰(zhàn)略意義。
現(xiàn)代表面工程技術(shù)的快速發(fā)展，為鋼鐵表面的腐蝕防護(hù)提供了多種解決方法，如電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂、氣相沉積等。但目前上述的手段均存在一定的問(wèn)題，共性的問(wèn)題是上述的技術(shù)手段工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，并且更為嚴(yán)重的是，采用上述技術(shù)手段獲得的涂鍍層在環(huán)境、應(yīng)力協(xié)同作用下，很容易剝落而失去防護(hù)效果，因此，研發(fā)行之有效的改善涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度的新工藝，已成為當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求。


發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中這些問(wèn)題，本發(fā)明提供一種對(duì)耐海洋氣候工程零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法，從而徹底解決了現(xiàn)在技術(shù)中存在的問(wèn)題。
本發(fā)明提供的對(duì)耐海洋氣候工程零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法，包括 第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理； 第二步將零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱； 第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中浸沒，浸沒過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)； 第四步擴(kuò)散處理將已浸鍍的零件放入真空爐內(nèi)，800～950℃保溫1～3小時(shí)后逐步降溫取出，使界面處原子的擴(kuò)散而在基體上形成擴(kuò)散層從而實(shí)現(xiàn)與涂層與基體的冶金結(jié)合。
優(yōu)選的，其中第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理包括除油、除銹處理和浸蝕處理。
更優(yōu)選的，其中所述浸蝕處理是將除油除銹后的零件放在鹽酸和氫氟酸混合溶液中，室溫浸蝕1～3分鐘，所述鹽酸和氫氟酸混合溶液以體積計(jì)算鹽酸HCl占94％～96％，氫氟酸HF占4％～6％。
優(yōu)選的，其中第二步將所述零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)經(jīng)500～650℃預(yù)熱10～20分鐘。
優(yōu)選的，其中第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中，浸沒1～5分鐘，其中所述鍍液主要由Zn、Al、Si、RE、微合金元素和納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑組成，所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑選自TiO2、CeO2中的一種或兩種，所述微合金元素選自Mg、Ti、Ni中的一種或任意幾種，并且各組成成份占鍍液總質(zhì)量百分比為Zn35～58％，Si0.3～4.0％，RE0.02～1.0％，納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑總的含量0.01～1.0％，微合金元素總的含量0.01～6.0％，Al余量。
更優(yōu)選的，其中所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑的平均粒徑為15～60nm。
更優(yōu)選的，其中所述微合金元素各組成成份的具體加入量占總質(zhì)量百分比為Mg0.1～5.0％，Ti0.01～0.5％，Ni0.1～3.0％。
優(yōu)選的，其中所述第四步中使界面處原子的擴(kuò)散而在基體上形成的擴(kuò)散層厚度為10～30μm。
另一方面，本發(fā)明還提供一種涂層經(jīng)過(guò)擴(kuò)散處理的耐海洋氣候的零部件，其中所述零部件表面的涂層厚度為200-300μm，所述涂層中還包含使界面處原子擴(kuò)散而在基體上形成的擴(kuò)散層，通過(guò)所述擴(kuò)散層實(shí)現(xiàn)涂層與基體的冶金結(jié)合，所述擴(kuò)散層的厚度為10～30μm。
優(yōu)選的，其中所述擴(kuò)散層經(jīng)過(guò)下述工藝過(guò)程形成 第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理； 第二步將零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱； 第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中浸沒，浸沒過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)； 第四步擴(kuò)散處理將已浸鍍的零件放入真空爐內(nèi)，800～950℃保溫1～3小時(shí)后逐步降溫取出，使界面處原子的擴(kuò)散而在基體上形成擴(kuò)散層從而實(shí)現(xiàn)與涂層與基體的冶金結(jié)合。
本發(fā)明在浸鍍前，將待浸鍍的部件放入氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱一段時(shí)間，從而減小了涂層與基體材料之間的力學(xué)性能失配，使涂層即使在接觸微動(dòng)載荷作用下也不剝落。
另一方面，采用本發(fā)明的鍍液形成的涂層，抵抗大氣腐蝕、電化學(xué)腐蝕以及氣流沖刷侵蝕能力顯著提高，并且涂層的強(qiáng)度、硬度，抗沖刷性能也都得以顯著提高。
再者，本發(fā)明在浸鍍后還增加了擴(kuò)散處理的步驟，使涂層與基體結(jié)合牢固，涂鍍層即使在環(huán)境、應(yīng)力協(xié)同作用下，也不容易剝落，從而起到了很好的防護(hù)效果，完全適用于海洋等極端惡劣的環(huán)境。
綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化，成本低，鍍層厚度可調(diào)整范圍廣，且涂層的耐蝕、耐磨性好，涂層與基體結(jié)合牢固，不容易剝落，適合各種尺寸零件的處理，該方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，并且能適用于任何形狀、任何尺寸零部件，采用本發(fā)明處理過(guò)的零件，可在海洋氣候條件下賦予其充分耐腐蝕性能和抗沖刷侵蝕性能。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明提供的一種對(duì)耐海洋氣候工程零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法，包括 第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理； 第二步將零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱； 第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中浸沒，浸沒過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)； 第四步擴(kuò)散處理，將已浸鍍的零件放入真空爐內(nèi)，800～950℃保溫1～3小時(shí)后逐步降溫取出，使界面處原子的擴(kuò)散而在基體上形成擴(kuò)散層從而實(shí)現(xiàn)與涂層與基體的冶金結(jié)合。
下面，給出采用本發(fā)明的擴(kuò)散處理方法在鋼結(jié)構(gòu)零件表面制備耐海洋氣候防腐涂層的一些優(yōu)選的具體實(shí)施例，但需要說(shuō)明的是，下述具體實(shí)施例中給出的條件并非是作為必要技術(shù)特征加以描述的，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，完全可以在具體實(shí)施方式
所列數(shù)值的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理概括和推導(dǎo)。
實(shí)施例1 (1)將零件清洗、除油后，通過(guò)酸洗除銹處理，去離子水漂洗。
(2)將除油除銹后的零件在鹽酸HCl 94％(體積分?jǐn)?shù))+氫氟酸HF6％(體積分?jǐn)?shù))混合溶液中，室溫浸蝕1分鐘，去離子水漂洗。
(3)將經(jīng)(1)～(2)處理的零件放入氣氛保護(hù)爐內(nèi)，500℃預(yù)熱20分鐘。
(4)在氣氛保護(hù)熔煉爐內(nèi)，將經(jīng)預(yù)熱的鋼零件浸入鍍液中，浸沒1分鐘，浸沒過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)。
(5)將浸鍍的部件放入真空爐內(nèi)，800℃保溫3小時(shí)后逐步降溫取出，使其鍍層下形成擴(kuò)散層，經(jīng)上述工藝過(guò)程，在零件表面形成保護(hù)鍍滲復(fù)合層。
實(shí)施例2 (1)將零件清洗、除油后，通過(guò)酸洗除銹處理，去離子水漂洗。
(2)將除油除銹后的零件在鹽酸HCl 95％(體積分?jǐn)?shù))+氫氟酸HF5％(體積分?jǐn)?shù))混合溶液中，室溫浸蝕2分鐘，去離子水漂洗。
(3)將經(jīng)(1)～(2)處理的零件放入氣氛保護(hù)爐內(nèi)，600℃預(yù)熱15分鐘。
(4)在氣氛保護(hù)熔煉爐內(nèi)，將經(jīng)預(yù)熱的鋼零件浸入鍍液中，浸沒3分鐘，浸沒過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)。
(5)將浸鍍的部件放入真空爐內(nèi)，880℃保溫2小時(shí)后逐步降溫取出，使其鍍層下形成擴(kuò)散層，經(jīng)上述工藝過(guò)程，在零件表面形成保護(hù)鍍滲復(fù)合層。
實(shí)施例3 (1)將零件清洗、除油后，通過(guò)酸洗除銹處理，去離子水漂洗。
(2)將除油除銹后的零件在鹽酸HCl 96％(體積分?jǐn)?shù))+氫氟酸HF4％(體積分?jǐn)?shù))混合溶液中，室溫浸蝕3分鐘，去離子水漂洗。
(3)將經(jīng)(1)～(2)處理的零件放入氣氛保護(hù)爐內(nèi)，650℃預(yù)熱10分鐘。
(4)在氣氛保護(hù)熔煉爐內(nèi)，將經(jīng)預(yù)熱的鋼零件浸入鍍液中，浸沒5分鐘，浸沒過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)。
(5)將浸鍍的部件放入真空爐內(nèi)，950℃保溫1小時(shí)后逐步降溫取出，使其鍍層下形成擴(kuò)散層，經(jīng)上述工藝過(guò)程，在零件表面形成保護(hù)鍍滲復(fù)合層。
其中，實(shí)施例1-3中鍍液的組成和含量如下表1所示，并且需要特別說(shuō)明的是，表1中僅僅是給出本發(fā)明鍍液的一些優(yōu)選實(shí)施例，盡管表1的微合金元素同時(shí)包含Mg、Ti、Ni三種元素，但這些并非是作為必要技術(shù)特征加以描述的，本發(fā)明的微合金元素可以選自Mg、Ti、Ni中的任一種、兩種或三種，類似的，盡管表1中列出所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑為TiO2，但本發(fā)明的納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑還可以選自CeO2或兩種同時(shí)使用。
表1各組成成份占總重量的質(zhì)量百分比含量(％)
優(yōu)選的，其中所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑的平均粒徑為15～60nm。
優(yōu)選的，其中所述微合金元素各組成成份的具體加入量占總質(zhì)量百分比為Mg0.1～5.0％，Ti0.01～0.5％，Ni0.1～3.0％。
另一方面，本發(fā)明還提供一種涂層經(jīng)過(guò)擴(kuò)散處理的耐海洋氣候的零部件，其中所述零部件表面的涂層厚度為200-300μm，所述涂層中還包含使界面處原子擴(kuò)散而在基體上形成的擴(kuò)散層，通過(guò)所述擴(kuò)散層實(shí)現(xiàn)涂層與基體的冶金結(jié)合，所述擴(kuò)散層的厚度為10～30μm，下面給出本發(fā)明的經(jīng)過(guò)擴(kuò)散處理的涂層一些優(yōu)選的實(shí)施方式，如下表2 表2厚度單位(μm) 注鍍層結(jié)合力測(cè)試方法參照GB1720-79進(jìn)行 綜上所述，盡管上面列舉了本發(fā)明一些優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思并不局限于此，凡在此基礎(chǔ)上，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)耐海洋氣候工程零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法，包括
第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理；
第二步將零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱；
第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中浸沒，浸沒過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)；
第四步擴(kuò)散處理，將已浸鍍的零件放入真空爐內(nèi)，800～950℃保溫1～3小時(shí)后逐步降溫取出，使界面處的原子擴(kuò)散而在基體上形成擴(kuò)散層從而實(shí)現(xiàn)與涂層與基體的冶金結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理包括除油、除銹處理和浸蝕處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述浸蝕處理是將除油除銹后的零件放在鹽酸和氫氟酸混合溶液中，室溫浸蝕1～3分鐘，所述鹽酸和氫氟酸混合溶液以體積計(jì)算鹽酸HCl占94％～96％，氫氟酸HF占4％～6％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第二步將所述零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)經(jīng)500～650℃預(yù)熱10～20分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中，浸沒1～5分鐘，其中所述鍍液主要由Zn、Al、Si、RE、微合金元素和納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑組成，所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑選自TiO2、CeO2中的一種或兩種，所述微合金元素選自Mg、Ti、Ni中的一種或任意幾種，并且各組成成份占鍍液總質(zhì)量百分比為Zn35～58％，Si0.3～4.0％，RE0.02～1.0％，納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑總的含量0.01～1.0％，微合金元素總的含量0.01～6.0％，Al余量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑的平均粒徑為15～60nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述微合金元素各組成成份的具體加入量占總質(zhì)量百分比為Mg0.1～5.0％，Ti0.01～0.5％，Ni0.1～3.0％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第四步中使界面處原子的擴(kuò)散而在基體上形成的擴(kuò)散層厚度為10～30μm。
9.一種涂層經(jīng)過(guò)擴(kuò)散處理的耐海洋氣候的零部件，其中所述零部件表面的涂層厚度為200-300μm，所述涂層中還包含使界面處原子擴(kuò)散而在基體上形成的擴(kuò)散層，通過(guò)所述擴(kuò)散層實(shí)現(xiàn)涂層與基體的冶金結(jié)合，所述擴(kuò)散層的厚度為10～30μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的零部件，其中所述擴(kuò)散層經(jīng)過(guò)下述工藝過(guò)程形成
第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理；
第二步將零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱；
第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中浸沒，浸沒過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)；
第四步擴(kuò)散處理，將已浸鍍的零件放入真空爐內(nèi)，800～950℃保溫1～3小時(shí)后逐步降溫取出，使界面處的原子擴(kuò)散而在基體上形成擴(kuò)散層從而實(shí)現(xiàn)與涂層與基體的冶金結(jié)合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)耐海洋氣候工程零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法，包括第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理；第二步將零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱；第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中浸沒，浸沒過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)；第四步擴(kuò)散處理將已浸鍍的零件放入真空爐內(nèi)，800～950℃保溫1～3小時(shí)后逐步降溫取出，使界面處原子的擴(kuò)散而在基體上形成擴(kuò)散層從而實(shí)現(xiàn)與涂層與基體的冶金結(jié)合，采用本發(fā)明的方法處理過(guò)的零件，可在海洋氣候條件下賦予其充分耐腐蝕性能和抗沖刷侵蝕性能。
文檔編號(hào)C23C2/26GK101760717SQ20091026271
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者馮立新, 張敏燕, 繆強(qiáng) 申請(qǐng)人:無(wú)錫麟龍鋁業(yè)有限公司