CN114686802B - 一种用于钢铁基材的钝化复合防腐耐磨层 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于钢铁基材的钝化复合防腐耐磨层及其应用。本发明所述复合防腐耐磨层包括多元素渗层，还包括钝化膜层，所述钝化膜层被设置于所述多元素渗层远离钢铁基材的一侧。所述多元素渗层用渗剂组成为：锌铝合金粉12‑32份、镍铬合金粉1‑10份、锌粉0‑5份、锌铋合金粉0‑5份、铋粉0‑2份、氯化铵0.3‑2份、稀土催化剂粉末0.1‑1份、余量为填充粉料，总份数为100份；其中，所述锌铝合金粉，锌和铝的质量比为78∶22；所述镍铬合金粉，镍和铬的质量比为40∶18；所述锌铋合金粉，锌和铋的质量比为95∶5。所述钝化复合防腐耐磨层还可以包括封闭漆层，所述封闭漆层被设置于所述钝化膜层远离钢铁基材的一侧。

Description

一种用于钢铁基材的钝化复合防腐耐磨层
技术领域
本发明属于金属防腐领域，具体涉及一种包括金属渗层和钝化膜层的用于钢铁基材的复合防腐耐磨层。
背景技术
金属与所接触的介质通过化学反应改变金属性质，对金属设备造成的极大破坏，称为金属腐蚀。金属腐蚀问题是金属设备服役期间一直面临的问题，因此必须在金属设备投入使用前加以解决。
金属材料(设备)最常用的防腐方法是通过物理、化学或电化学的工艺方法在金属表面覆盖上金属、非金属或金属-非金属复合膜作为保护层，以阻止或减缓金属与所接触介质之间的化学反应。相关防腐技术有热喷涂合金、电镀锌、锌铬涂层(达克罗)、锌镍渗层、表面磷化处理和有机涂料等。
锌镍渗层技术是一种在铁素体状态下的低(中)温化学热处理技术。在一定条件下钢铁件与锌、镍、铝、稀土等多种元素充分接触加热，使锌、镍、铝等多元金属原子均匀吸附到钢铁制品表面，通过吸附、吸收、反应、扩散，在钢铁表面生成一层锌-镍-铁合金层，同时锌、镍原子向钢铁基体内扩散，在钢铁基体内形成耐腐蚀的扩散层。因此，锌镍渗层技术产生的防腐层与钢铁基材结合力强，克服了其它防腐层与基材结合力差，不耐磕碰的缺点。而且锌镍渗层生成过程中不使用有机溶剂，具有环境友好的特点。中国发明专利申请CN109136828 A(公开日2019年1月4日)公开了一种在450℃的低温环境下制备出的Zn-Al-Ni防腐功能渗层，渗剂配比为：供渗剂锌粉20-50份、供渗剂铝粉5-25份、供渗剂镍粉0.5-5份、活化剂氯化铵0.1-2份、催化剂稀土0.1-2份、填充剂余量为Al2O3粉料；总份数为100份。
国家工程建设发展显著促进了对大型桥梁、工程设施、装备等需求，而许多大型的基建项目都发生于地质条件相当恶劣的环境中，如高原冻土地带、沿海等，使金属装备设施处于严苛的腐蚀环境中，从而对金属材料(设备)的防腐技术提出了更高的要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于钢铁基材的复合防腐层及其制备方法。
为此，本发明采用了如下的技术方案：
一种用于钢铁基材的复合防腐耐磨层，包括多元素渗层，所述多元素渗层用渗剂组成为：锌铝合金粉12-32份、镍铬合金粉1-10份、锌粉0-5份、锌铋合金粉0-5份、铋粉0-2份、氯化铵0.3-2份、稀土催化剂粉末0.1-1份、余量为填充粉料，总份数为100份；其中，所述锌铝合金粉，锌和铝的质量比为78∶22；所述镍铬合金粉，镍和铬的质量比为40∶18；所述锌铋合金粉，锌和铋的质量比为95∶5。
优选地，所述多元素渗层用渗剂的组成为：所述锌铝合金粉12-18份、所述镍铬合金粉5-10份、锌粉2-4份、所述锌铋合金粉2-4份、铋粉0.5-1.5份、氯化铵0.8-1.5份、稀土催化剂0.4-0.8份、余量为填充粉料，总份数为100份。
优选地，所述多元素渗层的平均厚度为30-150μm。
优选地，所述稀土催化剂选自镧(La)和铈(Ce)中的一种，更优选为镧(La)。
优选地，所述填充粉料选自Al2O3颗粒或石英砂，粒度为75-500μm。
优选地，所述锌铋合金粉通过如下方法制备：
锌和铋按质量百分比Zn：Bi＝95％：5％进行配料，转移入中空感应电炉中进行熔炼，熔炼温度420-500℃，熔炼时间0.3-0.5h，充分搅匀，将合金熔炼液通过闭环绝氧离心雾化冷却，过筛去除粗颗粒，得到球型锌铋合金粉。
优选地，所述锌铝合金粉、镍铬合金粉、锌粉、锌铋合金粉和铋粉的粒径小于75μm。
优选地，所述氯化铵为无水氯化铵。
所述锌铝合金粉、镍铬合金粉、锌粉、铋粉和稀土催化剂粉末均为市售的产品。如：
所述锌铝合金粉可以选用长沙天久金属材料有限公司生产的锌铝合金粉，牌号为S-Zn72Al28，粒度-300目。
所述镍铬合金粉可以选用河北邦铸金属材料有限公司生产的镍铬合金粉，牌号DG.NiCr，粒度-325目。
所述锌粉可以选用湖南新威凌金属新材料科技股份有限公司生产的锌粉，粒度-325目。
所述铋粉可以选用长沙固盟化工科技有限公司生产的铋粉，牌号Bi99.99，粒度-300目。
镧粉可以选用北京兴荣源科技有限公司生产的镧(La)粉，粒度300目。
本发明所述多元素渗层通过以下步骤制得：
1)工件表面预处理：除去工件表面油污，用0.1-0.3mm直径钢丸进行抛丸处理，露出基材；
2)多元素渗层用渗剂的配制：按本发明所述多元素渗层用渗剂的配方，将各原料按配比混合均匀，待用；
3)机械助渗：先将25％-35％所述多元素渗层用渗剂均匀放入渗锌炉炉胆底部，再装好步骤1)预处理好的工件，最后放入剩余所述多元素渗层用渗剂，工件和所述多元素渗层用渗剂总体积占炉胆内空间的70-80％，密封炉胆，然后将炉胆推入炉膛内进行共渗处理，1h内匀速升温至390-435℃，炉胆转速为5-7r/min且正反交替转动的工况下保温2.5-4.5h；
4)冷却分离：将炉胆退出炉膛，并保持继续旋转，直至炉胆空冷至室温，停止转动，开盖取出工件，清除表面浮灰，即得到沉积在工件表面的多元素渗层。
作为一个优选的实施方案，本发明还提供一种用于钢铁基材的复合防腐耐磨层，所述复合防腐耐磨层包括所述多元素渗层，还包括钝化膜层，所述钝化膜层被设置于所述多元素渗层远离钢铁基材的一侧。
特别地，本发明提供一种用于钢铁基材的钝化复合防腐耐磨层，包括多元素渗层，还包括钝化膜层，所述钝化膜层被设置于所述多元素渗层远离钢铁基材的一侧；
所述多元素渗层用渗剂组成为：锌铝合金粉12-32份、镍铬合金粉1-10份、锌粉0-5份、锌铋合金粉0-5份、铋粉0-2份、氯化铵0.3-2份、稀土催化剂粉末0.1-1份、余量为填充粉料，总份数为100份；其中，所述锌铝合金粉，锌和铝的质量比为78∶22；所述镍铬合金粉，镍和铬的质量比为40∶18；所述锌铋合金粉，锌和铋的质量比为95∶5；
所述多元素渗层的平均厚度为30-150μm。
优选地，以形成所述钝化膜层的复合钝化液的总质量为100份，所述复合钝化液的原料包括硅烷偶联剂5-25份、低级饱和脂肪醇10-30份、质量百分比浓度2.5％的盐酸水溶液2-15份、8mg/ml石墨烯水溶液0.1-1份、质量百分比浓度1.7％的聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)水性分散液0.5-10份，和余量的水。
优选地，所述硅烷偶联剂选自甲基三乙氧基硅烷、乙氧基三甲基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷中的一种或任意比例的多种。
优选地，所述低级饱和脂肪醇选自乙醇和正丙醇中的一种或任意比例的两种。
所述石墨烯水溶液和所述聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)水性分散液是市售的产品。如，所述石墨烯水溶液可以选用深圳市图灵进化科技有限公司生产的单层氧化石墨烯水溶液，浓度8mg/ml。所述PEDOT/PSS水性分散液可以选用盐城博鸿电子化学有限公司生产的PEDOT/PSS水性分散液，固含量1.7％，具有导电性能，深蓝色液体。
本发明所述复合钝化液通过如下方法制备：
I.按照配比准备各原料；
II.将所述硅烷偶联剂、低级饱和脂肪醇、盐酸水溶液和水混合均匀，在30-50℃下搅拌2-6小时，冷却至室温，得到硅烷偶联剂水解液；
III.搅拌下，向步骤II得到的所述硅烷偶联剂水解液中加入所述有机酸水溶液、所述石墨烯水溶液和所述聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸水性分散液，混合均匀，即得所述复合钝化液。
所述钝化膜层通过如下工艺得到：采用本发明所述复合钝化液对覆盖了所述多元素渗层的工件进行浸渍或涂覆，然后烘干，即得。
优选地，浸渍或涂覆在常温下进行，浸渍或涂覆的时间为5秒-5分钟。
还优选地，所述烘干的温度为60℃-80℃，时间为5分钟-15分钟。
作为一个优选的实施方案，本发明提供一种用于钢铁基材的复合防腐耐磨层，包括所述多元素渗层和所述钝化膜层，还包括封闭漆层，所述封闭漆层被设置于所述钝化膜层远离钢铁基材的一侧。
具体地，本发明提供另一种用于钢铁基材的钝化复合防腐耐磨层，包括上述多元素渗层和上述钝化膜层，还包括封闭漆层，所述封闭漆层被设置于所述钝化膜层远离钢铁基材的一侧。
优选地，所述封闭漆层采用本领域常用的封闭漆对覆盖了所述多元素渗层和钝化膜的工件进行喷涂、浸渍或涂覆，干燥后，即得。
因此，本发明提供的用于钢铁基材的复合防腐耐磨层可以是以下几种结构中的一种：
1.所述多元素渗层；或
2.所述多元素渗层+所述钝化膜层；或
3.所述多元素渗层+所述钝化膜层+所述封闭漆层。
因此，本发明还有一个目的在于提供一种防腐耐磨的钢铁基工件，包括钢铁基工件和附着在所述钢铁基工件表面的上述任一种复合防腐耐磨层。
具体地，本发明提供一种防腐耐磨的钢铁基工件，包括钢铁基工件和附着在所述钢铁基工件表面的上述钝化复合防腐耐磨层。
此外，本发明还有一个目的在于提供上述复合防腐耐磨层在钢铁基工件防腐中的应用。
特别地，本发明提供上述钝化复合防腐耐磨层在钢铁基工件防腐中的应用。
优选地，所述钢铁基工件包括但不限于交通领域混凝土桥梁用金属部件；优选地，所述交通领域混凝土桥梁用金属部件包括铁路简支T梁人行道钢横梁、混凝土桥梁预埋件、桥梁墩台吊围栏和桥梁栏杆等。
本说明书中，所述“份”数表示的是相关物质之间质量的配比关系，而不是相关物质的真实的质量数。“1份”可以是任意质量数，如1吨、500kg、10kg、5kg、1kg、500g、100g，等。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过在多元素渗层中引入Bi、Cr元素并实现合金化来提升其防腐性能。特别是引入Bi元素，依靠Bi冷却过程不收缩的特点，大幅减少了渗层微裂纹的产生。
2.本发明提供的多元素渗层中各个金属元素的熔点差别较大，如镍的熔点为1453℃，铬的熔点为1855℃；通过以合金形式将高熔点金属元素引入渗剂从而解决了熔点相差过大的金属无法同步共渗的问题。
3.本发明通过对渗剂配方及工艺参数的调控，在低于435℃温度下制备出了多元素渗层，加工温度降低可以减少对工件性能的影响，确保了渗层生产的稳定性，且节能环保。
4.本发明提供的复合钝化液，通过喷涂、浸渍或涂覆的成膜方式能够在包括多元素渗层等金属基底上形成均匀致密的钝化膜，膜层无裂纹现象。本发明提供的复合钝化液，结合了PEDOT/PSS和硅烷偶联剂两者的优点，在金属表面钝化成膜过程中，PEDOT/PSS与硅烷均参与成膜反应。PEDOT/PSS溶液的酸性环境有助于促进硅烷偶联剂水解生成的硅醇与多元素渗层间形成共价键，从而有利于提高膜层与多元素渗层之间的结合力。导电PEDOT/PSS不仅可以促使金属活性表面钝化，而且可以在钝化膜伤损时对金属表面再次钝化，实现金属表面钝化膜的可修复性，最终起到长效防护效果。
本领域技术人员应当理解，本发明提供的复合钝化液也可以单独应用于钢铁基工件的防腐，或者应用于具有其他金属防腐层的钢铁基工件的防腐，如具有热喷涂合金防腐层的钢铁基工件。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中，部分试剂和原料购买情况如下：
锌铝合金粉：长沙天久金属材料有限公司生产，牌号为S-Zn72Al28，粒度-300目。
镍铬合金粉：河北邦铸金属材料有限公司镍铬合金粉，牌号DG.NiCr，粒度-325目。
锌粉：湖南新威凌金属新材料科技股份有限公司，粒度-325目。
铋粉：长沙固盟化工科技有限公司，牌号Bi99.99，粒度-300目。
镧粉：北京兴荣源科技有限公司，粒度300目。
铈粉：长沙天久金属材料有限公司，牌号Titd-Ce，粒度-200目。
石墨烯水溶液：深圳市图灵进化科技有限公司生产的单层氧化石墨烯水溶液，浓度8mg/ml。
聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)水性分散液：盐城博鸿电子化学有限公司，固含量1.7％。
封闭漆：水性丙烯酸氨基面漆，江苏皓月涂料有限公司。
下述实施例中所用的锌铋合金粉，通过如下方法制备：
锌粉和铋粉按质量百分比Zn：Bi＝95％：5％进行配料，转移入中空感应电炉中进行熔炼，熔炼温度420-500℃，保温0.3-0.5h，充分搅匀，将合金熔炼液通过闭环绝氧离心雾化冷却，过筛去除粗颗粒，得到球型锌铋合金粉，粒度-250目。
实施例1-5一种多元素渗层用渗剂
实施例1-5的多元素渗层用渗剂组成见表1，其中，1份＝10Kg；通过如下方法制备：
按照表1所示配比准备各组分，混合均匀即得。
对比例1-4一种多元素渗层用渗剂
对比例1-4的多元素渗层用渗剂组成见表1，通过如下方法制备：
按照表1所示配比准备各组分，混合均匀即得。
表1实施例1-5和对比例1-4的多元素渗层用渗剂的原料组成(份)
Figure BDA0003587002790000061
Figure BDA0003587002790000071
实施例6-10一种多元素渗层
实施例6-10所述的多元素渗层分别采用实施例1-5所述的多元素渗层用渗剂，通过如下方法在钢铁基工件表面形成：
1)工件表面预处理：除去工件表面油污，用0.1-0.3mm直径钢丸进行抛丸处理，露出基材；
2)机械助渗：先将25％-35％多元素渗层用渗剂均匀放入渗锌炉炉胆底部，再装好步骤1)预处理好的工件，最后放入剩余所述多元素渗层用渗剂，工件和所述多元素渗层用渗剂总体积占炉胆内空间的70-80％，密封炉胆，然后将炉胆推入炉膛内进行共渗处理，1h内匀速升温至390-435℃，炉胆转速为5-7r/min且正反交替转动的工况下保温2.5-4.5h；其中各实施例采用的多元素渗层用渗剂见表2所示；
3)冷却分离：将炉胆退出炉膛，并保持继续旋转，直至炉胆空冷至室温，停止转动，开盖取出工件，清除表面浮灰，即得到目标产品，多元素渗层的平均厚度为60-65μm。
对比例5-8一种多元素渗层
对比例5-8所述的多元素渗层分别采用对比例1-4所述的多元素渗层用渗剂，通过如下方法在钢铁基工件表面形成：
1)工件表面预处理：除去工件表面油污，用0.1-0.3mm直径钢丸进行抛丸处理，露出基材；
2)机械助渗：先将25％-35％多元素渗层用渗剂均匀放入渗锌炉炉胆底部，再装好步骤1)预处理好的工件，最后放入剩余多元素渗层用渗剂，工件和多元素渗层用渗剂总体积占炉胆内空间的70-80％，密封炉胆，然后将炉胆推入炉膛内进行共渗处理，1h内匀速升温至390-435℃，炉胆转速为5-7r/min且正反交替转动的工况下保温2.5-4.5h；其中各对比例采用的多元素渗层用渗剂见表2所示；
3)冷却分离：将炉胆退出炉膛，并保持继续旋转，直至炉胆空冷至室温，停止转动，开盖取出工件，清除表面浮灰，即得到目标产品。
测试例1多元素渗层性能测定
对实施例6-10和对比例5-8得到的多元素渗层进行性能测定。其中：耐中性盐雾按GB/T 10125-2012规定进行；显微硬度按GB/T 4340.1-2009规定进行。结果见表2。
表2实施例6-10和对比例5-8多元素渗层的主要性能测试结果
实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 对比例5 对比例6 对比例7 对比例8
渗剂 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
耐中性盐雾,h 840 800 960 860 850 560 470 440 360
显微硬度,HV0.1 310 340 380 350 360 280 297 310 300
表2的数据示出：本发明各实施例的多元素渗层自身耐中性盐雾相比各对比例都有显著提升；说明本发明的多元素渗层具有突出的耐腐蚀性能。渗层显微硬度用来评价渗层耐磨性能。未渗样品基材表面硬度为175HV0.1。测试结果显示，本发明各实施例渗层表面硬度为310HV0.1-380HV0.1，而对比例渗锌层表面硬度为290HV0.1-310HV0.1。说明本发明的渗层能在一定程度上提高渗层的耐磨性能。
结论：本发明的多元素渗层具有优异的耐腐蚀、耐磨性能，且渗层自身与基材结合力强，能够为基材提供持久的防腐保护作用，保证和延长钢铁设备的服役时间。
实施例11-15一种复合钝化液
实施例11-15的复合钝化剂组成见表3，通过如下方法制备：
I.按照配比准备各原料；
II.将所述硅烷偶联剂、低级饱和脂肪醇、盐酸水溶液和水混合均匀，在30-50℃下搅拌2-6小时，冷却至室温，得到硅烷偶联剂水解液；
III.搅拌下，向步骤II得到的所述硅烷偶联剂水解液中加入石墨烯水溶液和PEDOT/PSS水性分散液，混合均匀，即得所述复合钝化液。
对比例9-12一种复合钝化液
对比例9-12的复合钝化剂组成见表3，通过如下方法制备：
I.按照配比准备各原料；
II.将所述硅烷偶联剂、低级饱和脂肪醇、盐酸水溶液和水混合均匀，在30-50℃下搅拌2-6小时，冷却至室温，得到硅烷偶联剂水解液；
III.搅拌下，向步骤II得到的所述硅烷偶联剂水解液中加入石墨烯水溶液和PEDOT/PSS水性分散液，混合均匀，即得所述复合钝化液。
表3实施例11-15和对比例9-12多元粉末共渗后的所用钝化液配方
Figure BDA0003587002790000091
实施例16-20一种复合防腐耐磨层
实施例16-20所述的复合防腐耐磨层包括多元素渗层和钝化膜层，通过如下方法制备得到：
取实施例6-10制备得到的具有多元素渗层的工件分别浸入实施例11-15的复合钝化液中1分钟±10秒，取出后在60-80℃烘干10分钟左右，即得。
对比例13-16一种复合防腐耐磨层
对比例13-16所述的复合防腐耐磨层包括多元素渗层和钝化膜层，通过如下方法制备得到：
取对比例5-8制备得到的具有多元素渗层的工件分别浸入对比例9-12的复合钝化液中1分钟±10秒，取出后在60-80℃烘干10分钟左右，即得。
测试例2
对实施例16-20和对比例13-16得到的复合防腐耐磨层进行性能测定。其中，耐中性盐雾按GB/T 10125-2012规定进行；显微硬度按GB/T4340.1-2009规定进行。结果见表4。
表4实施例16-20和对比例13-16复合防腐耐磨层的主要性能测试结果
Figure BDA0003587002790000092
Figure BDA0003587002790000101
上述结果表明：复合钝化液形成的钝化膜层可以进一步提高防腐层的耐腐蚀性能，且不改变渗层的附着力和显微硬度。与对比例比较，本发明各实施例的复合防腐层的耐腐蚀性能更突出、更优异。
实施例21-25一种复合防腐耐磨层
实施例21-25所述的复合防腐耐磨层包括多元素渗层、钝化膜层和封闭漆层，通过如下方法制备得到：
取实施例16-20制备得到的具有多元素渗层和钝化膜层的工件，采用浸涂工艺，浸入封闭漆90秒(从工件进入槽液起到出槽液止)，140±2℃烘干15min，即得。

Claims (21)

1.一种用于钢铁基材的钝化复合防腐耐磨层，包括多元素渗层，还包括钝化膜层，所述钝化膜层被设置于所述多元素渗层远离钢铁基材的一侧；
所述多元素渗层用渗剂组成为：锌铝合金粉12-32份、镍铬合金粉1-10份、锌粉0-5份、锌铋合金粉0-5份、铋粉0-2份、氯化铵0.3-2份、稀土催化剂粉末0.1-1份、余量为填充粉料，总份数为100份；其中，所述锌铝合金粉，锌和铝的质量比为78∶22；所述镍铬合金粉，镍和铬的质量比为40∶18；所述锌铋合金粉，锌和铋的质量比为95∶5；
所述多元素渗层的平均厚度为30-150μm。
2.根据权利要求1所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，以形成所述钝化膜层的复合钝化液的总质量为100份，所述复合钝化液的原料包括硅烷偶联剂5-25份、低级饱和脂肪醇10-30份、质量百分比浓度2.5％的盐酸水溶液2-15份、8mg/ml石墨烯水溶液0.1-1份、质量百分比浓度1.7％的聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸水性分散液0.5-10份，和余量的水。
3.根据权利要求2所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自甲基三乙氧基硅烷、乙氧基三甲基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷中的一种或任意比例的多种。
4.根据权利要求2所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述低级饱和脂肪醇选自乙醇和正丙醇中的一种或任意比例的两种。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述复合钝化液通过如下方法制备：
I.按照配比准备各原料；
II.将所述硅烷偶联剂、低级饱和脂肪醇、盐酸水溶液和水混合均匀，在30-50℃下搅拌2-6小时，冷却至室温，得到硅烷偶联剂水解液；
III.搅拌下，向步骤II得到的所述硅烷偶联剂水解液中加入所述石墨烯水溶液和所述聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸水性分散液，混合均匀，即得所述复合钝化液。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述钝化膜层通过如下工艺得到：采用权利要求2至4中任一项所述复合钝化液对覆盖了所述多元素渗层的工件进行浸渍或涂覆，然后烘干，即得。
7.根据权利要求6所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，浸渍或涂覆在常温下进行，浸渍或涂覆的时间为5秒-5分钟。
8.根据权利要求6所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述烘干的温度为60℃-80℃，时间为5分钟-15分钟。
9.根据权利要求1所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述多元素渗层用渗剂的组成为：所述锌铝合金粉12-18份、所述镍铬合金粉5-10份、锌粉2-4份、所述锌铋合金粉2-4份、铋粉0.5-1.5份、氯化铵0.8-1.5份、稀土催化剂0.4-0.8份、余量为填充粉料，总份数为100份。
10.根据权利要求1或9所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述稀土催化剂选自镧和铈中的一种。
11.根据权利要求10所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述稀土催化剂为镧。
12.根据权利要求1或9所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述填充粉料选自Al2O3颗粒或石英砂，粒度为75-500μm。
13.根据权利要求1或9所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述锌铋合金粉通过如下方法制备：
锌和铋按质量百分比Zn：Bi＝95％：5％进行配料，转移入中空感应电炉中进行熔炼，熔炼温度420-500℃，熔炼时间0.3-0.5h，充分搅匀，将合金熔炼液通过闭环绝氧离心雾化冷却，过筛去除粗颗粒，得到球型锌铋合金粉。
14.根据权利要求1或9所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述锌铝合金粉、镍铬合金粉、锌粉、锌铋合金粉和铋粉的粒径小于75μm。
15.根据权利要求1或9所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述氯化铵为无水氯化铵。
16.根据权利要求1或9所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述多元素渗层通过如下步骤制备：
1)工件表面预处理：除去工件表面油污，用0.1-0.3mm直径钢丸进行抛丸处理，露出基材；
2)多元素渗层用渗剂的配制：按所述多元素渗层用渗剂的配方，将各原料按配比混合均匀，待用；
3)机械助渗：先将25％-35％所述多元素渗层用渗剂均匀放入渗锌炉炉胆底部，再装好步骤1)预处理好的工件，最后放入剩余所述多元素渗层用渗剂，工件和所述多元素渗层用渗剂总体积占炉胆内空间的70-80％，密封炉胆，然后将炉胆推入炉膛内进行共渗处理，1h内匀速升温至390-435℃，炉胆转速为5-7r/min且正反交替转动的工况下保温2.5-4.5h；
4)冷却分离：将炉胆退出炉膛，并保持继续旋转，直至炉胆空冷至室温，停止转动，开盖取出工件，清除表面浮灰，即得到沉积在工件表面的多元素渗层。
17.根据权利要求1或2所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，还包括封闭漆层，所述封闭漆层被设置于所述钝化膜层远离钢铁基材的一侧。
18.根据权利要求17所述的钝化复合防腐耐磨层，其特征在于，所述封闭漆层采用本领域常用的封闭漆对覆盖了所述多元素渗层和钝化膜的工件进行喷涂、浸渍或涂覆，干燥后，即得。
19.权利要求1至18中任一项所述的钝化复合防腐耐磨层在钢铁基工件防腐中的应用。
20.根据权利要求19所述的应用，其特征在于，所述钢铁基工件包括但不限于交通领域混凝土桥梁用金属部件；更优选地，所述交通领域混凝土桥梁用金属部件包括铁路简支T梁人行道钢横梁、混凝土桥梁预埋件、桥梁墩台吊围栏和桥梁栏杆。
21.一种防腐耐磨的钢铁基工件，包括钢铁基工件和附着在所述钢铁基工件表面的权利要求1至18中任一项所述的钝化复合防腐耐磨层。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114015976A (zh) * 2021-11-08 2022-02-08 湖南昊宏新材料科技有限公司 一种复合锌合金料及其渗锌方法
CN114015975A (zh) * 2021-11-08 2022-02-08 湖南昊宏新材料科技有限公司 一种渗锌防腐蚀用锌合金料及方法
CN115433483B (zh) * 2022-10-14 2023-05-30 新乡学院 一种高硬度无铬达克罗涂料、防腐涂层及其制备方法
CN115958191B (zh) * 2022-12-16 2024-07-05 北京中铁科新材料技术有限公司 一种复合防腐层及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996010057A1 (de) * 1994-09-28 1996-04-04 Herberts Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur herstellung einer korrosionsschützenden, gut haftenden lackierung und die dabei erhaltenen werkstücke
CN105543776A (zh) * 2016-02-18 2016-05-04 刘晓鹏 一种铝锌硅稀土复合粉末渗剂及其应用工艺
CN105839047A (zh) * 2016-06-16 2016-08-10 福建大统铁路精密装备股份有限公司 一种金属渗锌渗层防腐工艺
CN107557729A (zh) * 2017-09-30 2018-01-09 中国铁道科学研究院金属及化学研究所 一种混凝土桥梁附属钢结构件表面钝化复合渗层处理及其中采用的共渗剂
CN109136828A (zh) * 2018-09-27 2019-01-04 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种Zn-Al-Ni防腐功能渗层制备方法
WO2019006679A1 (zh) * 2017-07-04 2019-01-10 深圳市长宏泰科技有限公司 除油除锈钝化三合一钝化剂、钢铁件及其钝化处理方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3497379A (en) * 1967-12-27 1970-02-24 Du Pont Process for improving the corrosion resistance of alloy diffusion coated metal articles
JP2948004B2 (ja) * 1991-11-29 1999-09-13 日本カロライズ工業株式会社 Ｔｉ系合金のＡｌ−Ｃｒ複合拡散被覆処理法
CN101665898B (zh) * 2009-10-14 2011-07-20 北京中路大成科技发展有限公司 在工件表面制备ZnAlNi多元合金防腐涂层的方法
CN103866227B (zh) * 2014-03-10 2016-03-23 江苏鑫隆线路器材有限公司 一种工件表面制备防腐涂层用共渗剂及共渗工艺
CN107058942A (zh) * 2016-10-13 2017-08-18 常州大学 一种真空机械能助渗锌铝铬合金层的制备方法
CN110423981B (zh) * 2019-09-07 2021-06-01 盐城科奥机械有限公司 一种锌铝镁机械能助渗用助渗剂及其使用方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996010057A1 (de) * 1994-09-28 1996-04-04 Herberts Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur herstellung einer korrosionsschützenden, gut haftenden lackierung und die dabei erhaltenen werkstücke
CN105543776A (zh) * 2016-02-18 2016-05-04 刘晓鹏 一种铝锌硅稀土复合粉末渗剂及其应用工艺
CN105839047A (zh) * 2016-06-16 2016-08-10 福建大统铁路精密装备股份有限公司 一种金属渗锌渗层防腐工艺
WO2019006679A1 (zh) * 2017-07-04 2019-01-10 深圳市长宏泰科技有限公司 除油除锈钝化三合一钝化剂、钢铁件及其钝化处理方法
CN107557729A (zh) * 2017-09-30 2018-01-09 中国铁道科学研究院金属及化学研究所 一种混凝土桥梁附属钢结构件表面钝化复合渗层处理及其中采用的共渗剂
CN109136828A (zh) * 2018-09-27 2019-01-04 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种Zn-Al-Ni防腐功能渗层制备方法

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