專利名稱：鍍鋁液、熱浸鍍鋁方法及其制備的金屬器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬表面的化學(xué)熱處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鍍鋁液、使用所述鍍鋁液的熱浸鍍鋁方法，及該方法制備的金屬器件。
背景技術(shù)：
金屬材料的器件在海洋等惡劣環(huán)境中使用時(shí)，由于同時(shí)受到日照、海浪沖蝕、鹽霧等多種腐蝕作用的影響，器件的腐蝕問題相當(dāng)嚴(yán)重，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。長期以來，人們一直在尋求各種方法以降低腐蝕所致的危害，一般采用在器件表面噴漆、施加防護(hù)涂層等方式進(jìn)行保護(hù)。例如，目前常用的熱浸鍍鋁方法，其在金屬器件表面施加一層鋁或鋁合金鍍層以延緩金屬器件的腐蝕，一般包括對(duì)工件進(jìn)行除油、清洗、除銹、清洗、熱浸鍍鋁、后處理等步驟。但是，在熱浸鍍鋁步驟中采用現(xiàn)有的鍍鋁液對(duì)器件處理后，在大多數(shù)情況下，器件表面形成的涂層附著力差，較易從器件表面脫落，從而引起器件的腐蝕，人們不得不對(duì)器件進(jìn)行大量的維護(hù)和修補(bǔ)工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中鍍鋁液熱浸鍍后在器件表面形成的涂層附著力差的缺陷，提供一種用于熱浸鍍鋁工藝的鍍鋁液，經(jīng)該鍍鋁液處理過的金屬器件表面形成的鍍層附著力強(qiáng)，不易脫落，具有較好的抗腐蝕性能。本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題在于，還提供一種熱浸鍍鋁方法，該方法采用上述鍍鋁液對(duì)金屬器件進(jìn)行表面處理。本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題在于，還提供一種由上述熱浸鍍鋁方法處理過的金屬器件，其具有較強(qiáng)的耐腐蝕性能。為達(dá)成上述目的，依據(jù)本發(fā)明，提供一種鍍鋁液，用于熱浸鍍鋁方法，包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)92 98%的鋁和質(zhì)量分?jǐn)?shù)2 8%的RE，所述RE為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10 30%的Y和質(zhì)量分?jǐn)?shù)70 90%的Ce的混合物，其中，優(yōu)選地，所述RE為質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的Y和質(zhì)量分?jǐn)?shù)70% 的Ce的混合物。為達(dá)成上述目的，依據(jù)本發(fā)明，提供一種熱浸鋁方法，包括對(duì)工件進(jìn)行除油、清洗、 除銹、清洗、助鍍、熱浸鍍鋁、后處理步驟，所述熱浸鍍鋁步驟為將所述工件浸入上述鍍鋁液中，于650 750°C進(jìn)行熱浸鍍鋁處理2 aiiin。本發(fā)明所述的熱浸鍍鋁方法，所述熱浸鍍鋁步驟還包括所述鍍鋁液的熔煉步驟， 所述鍍鋁液的熔煉步驟包括將質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的Y和質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%的Ce混合，在850 950°C下熔煉成RE合將質(zhì)量分?jǐn)?shù)2 8 %的所述RE合金和質(zhì)量分?jǐn)?shù)92 98 %的鋁混合，在650 750°C下熔煉成所述鍍鋁液。
本發(fā)明所述的熱浸鍍鋁方法，所述熱浸鍍鋁步驟中，所述鍍鋁液表面還覆蓋有表面覆蓋劑，所述表面覆蓋劑包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40 60%的KCl、30 50 %的NaCl和 10 20% 的 NaF。本發(fā)明所述的熱浸鍍鋁方法，所述助鍍步驟為將所述工件置于助鍍劑中于85 95°C助鍍2 Smin ；所述助鍍劑為質(zhì)量濃度大于等于5%的氟鋯酸鉀溶液。本發(fā)明所述的熱浸鍍鋁方法，所述后處理步驟為將所述工件置于盛有鈍化處理液的容器中，超聲振蕩5 20min;所述鈍化處理液為硝酸、磷酸、蒸餾水按照1 1 10 20的體積比混合的混合溶液。為達(dá)成上述目的，依據(jù)本發(fā)明，還提供一種上述的熱浸鍍鋁方法浸鍍得到的金屬器件。本發(fā)明的鍍鋁液，以鋁作為主要成分，并添加了稀土元素，凈化了鍍鋁液，細(xì)化了晶粒，提高了鍍鋁液與被鍍工件之間的濕潤性和鍍鋁液的流動(dòng)性，進(jìn)而提高了工件與工件表面形成的鍍層之間的粘附性，增強(qiáng)了工件的耐腐蝕性能。本發(fā)明的鍍鋁液，由于添加了稀土元素，還有效地減輕了鍍鋁液中鋁的氧化。本發(fā)明的熱浸鍍鋁方法，采用上述的鍍鋁液對(duì)工件進(jìn)行表面鍍鋁處理，具有工藝簡單、設(shè)備要求低、易于操作等特點(diǎn)，適合用于金屬工件表面施加鋁涂層的工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的金屬器件，采用上述的熱浸鍍鋁方法進(jìn)行處理以形成一層鋁鍍層，其表面平整、連續(xù)，具有較好的耐腐蝕性能，延長了工件在海洋環(huán)境等強(qiáng)腐蝕環(huán)境中的使用壽命。


圖1是本發(fā)明的熱浸鍍鋁方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的熱浸鍍鋁方法的流程圖，如圖1所示，本發(fā)明的熱浸鍍鋁方法包括除油、除銹、助鍍、熱浸鍍鋁和鈍化步驟，具體過程如下所示一、前處理(1)除油(脫脂)除油液配方如下所示氫氧化鈉(NaOH)20 50g/L碳酸鈉(Na2CO3)30 50g/L磷酸鈉(Na3PO4)20 40g/L硅酸鈉(Na2SiO3)3 6g/L水余量根據(jù)金屬工件表面的油污情況，使用上述配方的除油液在溫度60 90°C條件下對(duì)工件進(jìn)行處理5 15min。(2)清洗
除油處理之后，用常溫水或60 90°C的高溫水清洗，以除去工件表面的除油液。(3)除銹除銹液配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))如下所示鹽酸3 15%烏洛托品0.2 1.0%水余量其中，烏洛托品作為緩蝕劑，防止鹽酸對(duì)被處理的金屬過度腐蝕，使工件表面變黑。將上一步清洗干凈的工件放入上述配方的除銹液中進(jìn)行除銹處理，處理時(shí)間為 5 15min0⑷清洗除銹處理結(jié)束后，立即清洗工件以清除其表面的酸液。(5)助鍍助鍍劑使用質(zhì)量濃度大于等于5%的KJrF6溶液，助鍍處理溫度為85 95°C，時(shí)間為2 8min。助鍍是熱浸法(熔劑法)鍍鋁工藝中一道至關(guān)重要的工序，助鍍劑的選擇是否適當(dāng)直接關(guān)系到防護(hù)涂層質(zhì)量的好壞，一般應(yīng)具備以下特點(diǎn)助鍍劑能在工件基體表面形成完整且無孔隙的保護(hù)膜，既在熱浸鍍鋁時(shí)能夠立即從基體表面脫除，并吸附溶解氧化物，又不會(huì)對(duì)鍍鋁液造成污染。二、熱浸鍍鋁本發(fā)明的鍍鋁液包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)92 98 %的鋁和質(zhì)量分?jǐn)?shù)2 8 %的RE，所述RE 為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10 30%的Y和質(zhì)量分?jǐn)?shù)70 90%的Ce的混合物。鍍鋁液用鋁選用工業(yè)純鋁，并添加稀土混合物熔煉而成，鍍鋁液的熔煉步驟包括將質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的Y和質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%的Ce混合，在850 950°C下熔煉成RE合
^^ ；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)2 8 0Z0的所述RE合金和質(zhì)量分?jǐn)?shù)92 98 %的鋁混合，在650 750°C下熔煉成所述鍍鋁液。另外，為了防止熱浸鍍鋁過程中鍍鋁液的鋁氧化，還在鍍鋁液表面添加有表面覆蓋劑，表面覆蓋劑的加入量以完全覆蓋鍍鋁液表面為宜。表面覆蓋劑的配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 如下所示KCl40 60%NaCl30 50%NaF10 20%熱浸鍍鋁的溫度為650 750°C，其時(shí)間為2 8min。熱浸鍍鋁的溫度若過低，則會(huì)影響鋁原子與被鍍器件元素的相互擴(kuò)散，形成的鍍層脆性大，直接影響了鍍件的使用性能，而且還會(huì)導(dǎo)致鍍鋁液的流動(dòng)性變差，從而被鍍器件掛鋁較多，表面不光滑，外觀質(zhì)量不佳；熱浸鍍鋁的溫度若過高，雖然鍍鋁液的流動(dòng)性有所改善，但是鍍鋁液揮發(fā)較多。三、后處理后處理，即鈍化處理的目的是在被鍍工件的表面形成致密的保護(hù)膜，以減緩鍍件的腐蝕。鈍化處理液配方(體積比)如下所示硝酸1磷酸1蒸餾水10 20待熱浸鍍鋁后的工件冷卻后，將其置于盛有鈍化處理液的容器內(nèi)，然后在超聲波振蕩機(jī)中振蕩5 15min，使鍍件表面形成連續(xù)、致密的鈍化膜，最后以清水清洗。本發(fā)明的熱浸鍍鋁方法采用的鍍鋁液，通過添加稀土元素Y、Ce到鍍鋁液中，提高了鋁液的流動(dòng)性，凈化鋁液并細(xì)化晶粒，降低了鍍鋁液的氧化程度，從而增強(qiáng)了防護(hù)涂層與工件之間的粘附性，提高了工件的耐腐蝕性能。實(shí)施例IlCr 13鋼熱浸鍍鋁除油液35g/L氫氧化鈉、40g/L碳酸鈉、40g/L磷酸鈉、5g/L硅酸鈉，余量為水；除銹液15%鹽酸、烏洛托品，余量為水；助鍍劑5%的KJrF6溶液；鍍鋁液98% Al-2% RE (30% Y, 70% Ce)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為30%、70%的Y、Ce混合，在900°C下熔煉成RE合金，然后將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%、98%的上述RE合金、鋁混合，在650°C下熔煉成鍍鋁液；表面覆蓋劑40% KC1,45% NaCl，及15% NaF ；鈍化處理液硝酸、磷酸、蒸餾水的體積比為 1 1 20。工件選用lCrl3鋼板，利用除油液在80°C下對(duì)工件除油，目測檢查清除干凈后用常溫水清洗工件表面的除油液，接著用除銹液除銹lOmin，再次清洗干凈，然后在90°C利用助鍍劑助鍍細(xì)in。助鍍結(jié)束后，將工件置于鍍鋁液中在700°C浸鍍％iin。待浸鍍后的工件冷卻后，將其置于盛有鈍化處理液的容器內(nèi)，然后置于超聲波振蕩機(jī)中振蕩lOmin，然后用清水將工件表面清洗干凈。熱浸鍍鋁后的lCrl3鋼板，鍍層表面平整且連續(xù)，與基體結(jié)合度好。實(shí)施例21Crl3鋼熱浸鍍鋁后的耐腐蝕性能測試以實(shí)施例1中得到的熱浸鍍鋁后的lCrl3鋼板進(jìn)行800°C循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)根據(jù)冶標(biāo)TO48264進(jìn)行，熱浸鍍鋁后的lCrl3鋼板，其鍍層在800°C時(shí)的氧化膜為致密的α-Al2O3，氧化深度指標(biāo)R <<0. lmm/a，在800°C具備完全抗氧化腐蝕性能。與未浸鍍的lCrl3鋼板相比，熱浸鍍鋁后的lCrl3鋼板具有較好的抗高溫氧化腐蝕性能。實(shí)施例320CrMnTi鋼熱浸鍍鋁除油液30g/L氫氧化鈉、30g/L碳酸鈉、30g/L磷酸鈉、4g/L硅酸鈉，余量為水；除銹液15%鹽酸、0. 5%烏洛托品，余量為水；助鍍劑5%的KJrF6溶液；鍍鋁液98% Al_2% RE (20% Y, 80% Ce)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、80%的Y、Ce混合，在850°C下熔煉成RE合金，然后將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%、98%的上述RE合金、鋁混合，在700°C下熔煉成鍍鋁液；表面覆蓋劑50% KCl,40% NaCl，及10% NaF ；鈍化處理液硝酸、磷酸、蒸餾水的體積比為 1 1 20。工件選用20CrMnTi鋼板，利用除油液在90°C下對(duì)工件除油，目測檢查清除干凈后用80°C水清洗工件表面的除油液，接著用除銹液除銹lOmin，再次清洗干凈，然后在90°C利用助鍍劑助鍍:3min。
助鍍結(jié)束后，將器件置于鍍鋁液中在750°C浸鍍aiiin。待浸鍍后的工件冷卻后，將其置于盛有鈍化處理液的容器內(nèi)，然后置于超聲波振蕩機(jī)中振蕩lOmin，然后用清水將工件表面清洗干凈。熱浸鍍鋁后的20CrMnTi鋼板，鍍層表面平整且連續(xù)，與基體結(jié)合度好。實(shí)施例420CrMnTi鋼熱浸鍍鋁除油液35g/L氫氧化鈉、40g/L碳酸鈉、30g/L磷酸鈉、3g/L硅酸鈉，余量為水；除銹液15%鹽酸、烏洛托品，余量為水；助鍍劑5%的KJrF6溶液；鍍鋁液96% Al-4% RE(20% Y,80% Ce)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、80%的Y、Ce混合，在950°C下熔煉成RE合金，然后將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4%、96%的上述RE合金、鋁混合，在750°C下熔煉成鍍鋁液；表面覆蓋劑50% KCl,40% NaCl，及10% NaF ；鈍化處理液硝酸、磷酸、蒸餾水的體積比為 1 1 20。工件選用20CrMnTi鋼板，利用除油液在60°C下對(duì)工件除油，目測檢查清除干凈后用60°C水清洗工件表面的除油液，接著用除銹液除銹lOmin，再次清洗干凈，然后在90°C利用助鍍劑助鍍5min。助鍍結(jié)束后，將工件置于鍍鋁液中在70(TC浸鍍％iin。待浸鍍后的工件冷卻后，將其置于盛有鈍化處理液的容器內(nèi)，然后置于超聲波振蕩機(jī)中振蕩lOmin，然后用清水將工件表面清洗干凈。熱浸鍍鋁后的20CrMnTi鋼板，鍍層表面平整且連續(xù)，與基體結(jié)合度好。實(shí)施例51Crl3鋼熱浸鍍鋁除油液35g/L氫氧化鈉、40g/L碳酸鈉、40g/L磷酸鈉、5g/L硅酸鈉，余量為水；除銹液15%鹽酸、烏洛托品，余量為水；助鍍劑8%的KJrF6溶液；鍍鋁液92% Al-8% RE(10% Y,90% Ce)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、90%的Y、Ce混合，在900°C下熔煉成RE合金，然后將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為8%、92%的上述RE合金、鋁混合，在650°C下熔煉成鍍鋁液；表面覆蓋劑60% KCl,30% NaCl，及10% NaF ；鈍化處理液硝酸、磷酸、蒸餾水的體積比為 1 1 10。工件選用lCrl3鋼板，利用除油液在80°C下對(duì)工件除油，目測檢查清除干凈后用常溫水清洗工件表面的除油液，接著用除銹液除銹lOmin，再次清洗干凈，然后在95°C利用助鍍劑助鍍anin。助鍍結(jié)束后，將工件置于鍍鋁液中在650°C浸鍍8min。待浸鍍后的工件冷卻后，將其置于盛有鈍化處理液的容器內(nèi)，然后置于超聲波振蕩機(jī)中振蕩15min，然后用清水將工件表面清洗干凈。熱浸鍍鋁后的lCrl3鋼板，鍍層表面平整且連續(xù)，與基體結(jié)合度好。實(shí)施例620CrMnTi鋼熱浸鍍鋁除油液30g/L氫氧化鈉、30g/L碳酸鈉、30g/L磷酸鈉、4g/L硅酸鈉，余量為水； 除銹液15 %鹽酸、0. 5 %烏洛托品，余量為水；助鍍劑10 %的KJrF6溶液；鍍鋁液96 % Al-42% RE(30% Y, 70% Ce)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為30%、70%的Y、Ce混合，在950°C下熔煉成RE合金，然后將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為6%、94%的上述RE合金、鋁混合，在700°C下熔煉成鍍鋁液；表面覆蓋劑40% KCl,40% NaCl，及20% NaF ；鈍化處理液硝酸、磷酸、蒸餾水的體積比為1 1 15。
工件選用20CrMnTi鋼板，利用除油液在90°C下對(duì)工件除油，目測檢查清除干凈后用80°C水清洗工件表面的除油液，接著用除銹液除銹lOmin，再次清洗干凈，然后在85°C利用助鍍劑助鍍anin。助鍍結(jié)束后，將器件置于鍍鋁液中在720°C浸鍍％iin。待浸鍍后的工件冷卻后，將其置于盛有鈍化處理液的容器內(nèi)，然后置于超聲波振蕩機(jī)中振蕩5min，然后用清水將工件表面清洗干凈。熱浸鍍鋁后的20CrMnTi鋼板，鍍層表面平整且連續(xù)，與基體結(jié)合度好。實(shí)施例7燈具熱浸鍍鋁—種燈具，其外殼由金屬制成，采用實(shí)施例1中的處理液和工藝參數(shù)對(duì)燈具的外殼進(jìn)行熱浸鍍鋁處理。熱浸鍍鋁后的燈具，其外殼上形成的鍍層表面平整且連續(xù)，與外殼的結(jié)合度良好。以上所述僅為本發(fā)明的具有代表性的實(shí)施例，不以任何方式限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鍍鋁液，其特征在于，包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)92 98%的鋁和質(zhì)量分?jǐn)?shù)2 8%的RE， 所述RE為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10 30%的Y和質(zhì)量分?jǐn)?shù)70 90%的Ce的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍鋁液，其特征在于，所述RE為質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的Y和質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%的Ce的混合物。
3.一種熱浸鍍鋁方法，包括對(duì)工件進(jìn)行除油、清洗、除銹、清洗、助鍍、熱浸鍍鋁、后處理步驟，其特征在于，所述熱浸鍍鋁步驟為將所述工件浸入鍍鋁液中，于650 750°C進(jìn)行熱浸鍍鋁處理2 8min，其中，所述鍍鋁液包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)92 98%的鋁和質(zhì)量分?jǐn)?shù)2 8% 的RE，所述RE為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10 30%的Y和質(zhì)量分?jǐn)?shù)70 90%的Ce的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱浸鍍鋁方法，其特征在于，所述RE為質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的Y和質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%的Ce的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱浸鍍鋁方法，其特征在于，所述熱浸鍍鋁步驟還包括所述鍍鋁液的熔煉步驟，所述鍍鋁液的熔煉步驟包括將質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的Y和質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%的Ce混合，在850 950°C下熔煉成RE合金；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)2 8%的所述RE合金和質(zhì)量分?jǐn)?shù)92 98%的鋁混合，在650 750V下熔煉成所述鍍鋁液。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱浸鍍鋁方法，其特征在于，所述熱浸鍍鋁步驟中，所述熱浸鍍鋁液表面還覆蓋有表面覆蓋劑，所述表面覆蓋劑包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40 60%的KC1、 30 50% 的 NaCl 禾Π 10 20% 的 NaF。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱浸鍍鋁方法，其特征在于，所述助鍍步驟為將所述工件置于助鍍劑中于85 95°C助鍍2 Smin ；所述助鍍劑為質(zhì)量濃度大于等于5%的氟鋯酸鉀溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱浸鍍鋁方法，其特征在于，所述后處理步驟為將所述工件置于盛有鈍化處理液的容器中，超聲振蕩5 20min ；所述鈍化處理液為硝酸、磷酸、蒸餾水按照1 1 10 20的體積比混合的混合溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求3 8任一項(xiàng)所述的熱浸鍍鋁方法浸鍍得到的金屬器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍍鋁液、熱浸鍍鋁方法及其制備的金屬器件，鍍鋁液包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)92～98％的鋁和質(zhì)量分?jǐn)?shù)2～8％的RE，所述RE為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10～30％的Y和質(zhì)量分?jǐn)?shù)70～90％的Ce的混合物，熱浸鍍鋁方法采用上述鍍鋁液對(duì)工件進(jìn)行熱浸鍍鋁處理。本發(fā)明的鍍鋁液，其中添加了稀土元素，凈化鍍鋁液并細(xì)化晶粒，提高了鍍鋁液與工件之間的濕潤性和鍍鋁液的流動(dòng)性，用于熱浸鍍鋁工藝中，進(jìn)而提高了被鍍工件與鍍層之間的粘附性，增強(qiáng)了工件的耐腐蝕性能。
文檔編號(hào)C23C2/12GK102296259SQ201010207388
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者周明杰, 李里 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司