纳米复合粉末渗锌与热浸镀锌工艺比较分析 改
粉末静电喷涂、油漆工艺技术及操作及热镀锌和冷镀锌的区别资料
粉末静电喷涂、油漆工艺技术及操作及热镀锌和冷镀锌的区别粉末静电喷涂、油漆工艺技术及操作及热镀锌和冷镀锌的区别粉末涂装是近代涂装工业领域的一项新技术、新工艺，也是我国重点推广的新技术之一，应用于家电产品及其它领域，优越性十分明显。
粉末涂装是高防护、高装饰的涂装方法，要得到满意的涂装效果，就必须对影响涂装效果的因素加以控制。
一、粉末涂料的优越性粉末涂料是一种粉状不含液态溶剂及稀释剂的新型涂装材料。
由于其高装饰、重防腐性、粉末可回收利用，无有机溶剂对环境的污染等特点决定了其广泛的应用空间。
粉末涂料施工与传统的油漆施工相比较，有如下优点：1、粉末涂料是一种不含溶剂的涂料，这就决定了不需要把主要成膜物质及辅助成膜的物质、添充料及颜料都溶于有机溶剂中，解决了某些有机溶剂无法溶解的高分子成膜物质均可作为涂料使用的难题。
而许多难被溶剂溶解的高分子物质却是防腐及装饰性涂料必可少的中坚力量。
2、粉末涂料因不含易挥发的有机溶剂，不易燃烧爆炸，只要防止粉尘积聚过多就可解决着火爆炸的隐患，这一点油漆等易燃的溶剂性涂料却无法克服。
3、由于粉末涂料本身不含有机溶剂，施工操作及制粉过程中无刺激性气味，不但可防止环境被污染和破坏，而且对操作者本人的身心健康大为有益。
4、油漆类液态涂料施工过程中的利用率仅达到50%—60%。
而粉末涂料一次上粉率约为70%—80%（受工件形状等因素影响），其余粉末可二次回收利用，利用率在90%—98%。
5、油漆类液态涂料施工过程中必须加入30%—50%的稀释剂，而这些稀释剂的作用只是调整粘稠度，并不是固化成膜的必须成份，回化过程中又挥发掉了。
不但污染环境，而且做了大量无用功，浪费了原料，提高了生产成本；粉末涂料施工过程中则根本不需要这类稀释剂。
6、油漆类液态涂料的厚度一般为15—30 am,而粉末涂料一次涂装便可达到60—150am之间，可一次涂装达到要求厚度，减少劳动强度,适合自动化流水线生产操作。
纳米 热镀锌
纳米热镀锌
纳米和热镀锌是两种不同的表面处理工艺，它们在材料、工艺和性能上存在一些差异。
纳米技术是一种涉及在纳米尺度（即十亿分之一米）上操纵物质和能量的技术。
纳米材料通常具有独特的物理和化学性质，例如高强度、高硬度、高导电性和高热稳定性等。
这些特性使得纳米材料在许多领域都有广泛的应用，包括电子、医疗、能源和环保等。
热镀锌是一种通过熔融锌对钢铁进行涂层的工艺，以增加钢铁的抗氧化和抗腐蚀性能。
这种涂层可以防止钢铁与氧气和水反应，从而延长其使用寿命。
热镀锌工艺广泛应用于建筑、汽车、家电和其他需要防腐保护的领域。
尽管纳米和热镀锌在材料性质和应用领域上有所不同，但它们在某些情况下也可以结合使用。
例如，纳米技术可以用于改进热镀锌涂层的性能，使其具有更高的耐腐蚀性、硬度和耐磨性。
总的来说，纳米和热镀锌都是重要的表面处理工艺，它们在各自的领域发挥着重要作用，并可以通过结合使用来创造更先进、更耐用的材料和产品。
粉末渗锌工艺介绍
渗锌表面处理工艺及应用介绍一、介绍渗锌的基本概念1.渗锌是用热扩散方法在钢铁表面获得锌铁合金层的表面保护工艺。
渗锌获得的表面渗层完全是由锌铁合金层组成，而热镀锌层则是由纯锌层（η相）和锌铁合金层组成。
2.渗锌分类：根据所采用的设备和工艺不同，渗锌可分为固体渗锌（即粉末渗锌）、真空渗锌、镀扩散渗锌和气体渗锌等几种。
3.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。
国外，在欧洲的一些国家在1940年推广并实现了工业化生产，1970年后欧洲的工业发达国家得到普遍推广应用。
在我国20世纪60年代开展研究，90年代开始应用。
二、粉末渗锌工艺过程将钢铁构件、锌粉及惰性冲击介质混合填充在密封的不锈钢容器中，并将容器放置在热处理炉中，在旋转容器下加热到350~450℃并保温一段时间，利用金属原子的热扩散作用，在构件表面形成Zn/Fe合金保护涂层。
工业化粉末渗锌过程是在不断滚动状态下进行加热处理，粉末混合物与工件之间的机械摩擦、冲击作用，不仅有利于新鲜扩散渗剂与被处理界面的紧密接触，而且使得被加热介质温度场均匀化，并有效促进冶金扩散化学反应。
目前的工业化粉末渗锌涂层不需要惰性气体或低真空的加热环境，一般在大气环境下的密封容器中就可实现热扩散涂层处理，因而热处理设备简单、成本低，非常适合于复杂形状钢铁构件的大批量加工处理。
工业化粉末渗锌技术是指包括前处理、加热渗锌及后处理等完整的一种热扩散涂层加工工艺过程。
三、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。
电镀锌、热喷锌、热浸锌的介绍
电镀锌、热喷锌、热浸锌的介绍一、电镀锌1、电镀锌原理电镀锌就是利用电解,在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程。
2、电镀锌的性能特点：1、锌镀层较厚，结晶细致、均匀且无孔隙，抗腐蚀性良好；2、电镀所得锌层较纯，在酸、碱等雾气中腐蚀较慢，能有效保护钢基体；3、锌镀层经铬酸钝化后形成白色、彩色、军绿色等，美观大方，具有一定的装饰性；4、由于锌镀层具有良好的延展性，因此可进行冷冲、轧制、折弯等各种成型而不损坏镀层。
二、热浸锌1、热浸锌的特点：热浸锌是非常优良的一种。
它是在锌呈液体的状态下，经过了相当复杂的物理、化学作用之后，在钢铁上不仅镀上较厚的纯锌层，而且还生成一种锌一铁合金层。
这种镀法，不仅具备了电镀锌的耐腐蚀特点，而且由于具有锌铁合金层。
还具有电镀锌所无法相比拟的强耐蚀性。
因此这种镀法特别适用于各种强酸、碱雾气等强腐蚀环境中。
2、热浸锌的原理：热镀锌层是锌在高温液态下，分三个步骤形成的：1、铁基表面被锌液溶解形成锌—铁合金相层；2、合金层中的锌离子进一步向基体扩散形成锌铁互溶层；3、合金层表面包络着锌层。
3、性能特点：1、具有较厚的致密的纯锌层覆盖在钢铁表面上，它可以避免钢铁基体与任何的腐蚀溶液的接触，保护钢基体免受腐蚀。
在一般大气中，锌层表面形成一层很薄而密实的氧化锌层表面，它很难溶于水，故对钢基体起着一定保护作用。
如果氧化锌与大气中其它成分生成不溶性锌盐后，则防蚀作用更理想。
2、具有铁—锌合金层，结合致密，在海洋性盐雾大气及工业性大气中表现特有抗腐蚀性；3、由于结合牢固，锌—铁互溶，具有很强的耐磨性；4、由于锌具有良好的延展性，其合金层与钢基附着牢固，因此热镀件可进行冷冲、轧制、拉丝、弯曲等各种成型而不损坏镀层；5、钢结构件热镀锌后，相当于一次退火处理，能有效改善钢基体的机械性能，消除钢件成型焊接时的应力，有利于对钢结构件进行车削加工。
6、热镀锌后的件表面光亮美观。
7、纯锌层是热镀锌中最富有塑性的一层镀锌层，其性质基本接近于纯锌，具有延展性，所以它富于挠性。
粉末渗锌工艺
粉末渗锌工艺
腐蚀是指材料因环境作用引起的自发性质的破坏，不仅明显地缩短材料的使用寿命，造成资源、材料和间接能源的巨大浪费，还会带来人员伤亡、环境污染、资源浪费等。
由于金属锌具有耐腐蚀好、熔点低、易于涂覆以及“牺牲”阳极电化学保护作用的特点，因而采用锌作为保护涂层材料时目前应用最广泛的防腐方法。
常见的有电镀锌、热浸镀锌等，新的工艺是粉末渗锌。
粉末渗锌是将工件和渗锌剂放入渗锌箱中在380-400℃一定转速下旋转，实现“动态”下的渗锌，渗锌层能达到比较均匀的厚度。
渗锌炉在工作过程中不断转动，使得渗剂与工作均匀接触并不断碰撞，起到机械助渗作用，加快了热扩散过程，并且渗锌层的厚度随保温温度的升高、保温时间延长而增加。
粉末渗锌有两个防腐机理：
1、作为阻挡层可将钢基体与周围的环境隔开，使之免遭辐射；
2、在潮湿或者海洋环境下，渗锌层作为牺牲阳极材料对钢基体起到电化学保护作用。
与电镀锌、热浸镀锌等传统涂层方法相比，粉末渗锌层具有许多优点。
粉末渗锌涂层的厚度可以人为控制且比较均匀，对紧固件的旋合影响很小；无氢脆缺陷；冶金结合渗锌层的结合力较好，一般用机械力很难将涂层去掉；可适用于中小型零件，生产批量要求不大的中型结构件，铸铁件，粉末冶金件等。
此外，涂层硬度较高，耐磨损和抗划伤能力强，实验表明显微硬度可达到250-420HV。
渗锌工艺过程没有环境污染，锌利用率高，有效地节约原料。
目前，粉末渗锌已向纳米化，添加稀土添加剂方向发展，可以获得更好的效果。
总之，在各种锌涂层方法防腐中，粉末渗锌技术已逐渐为人们所熟知并掌握，并成为一种高质量、高性能、高效益的钢铁工件表面防腐处理技术。
特种车辆连接件复合粉末渗锌与锌铝共渗工艺对比
特种车辆连接件复合粉末渗锌与锌铝共渗工艺对比肖林林; 班塞迷塔; 郑楠楠; 张宝东; 范永哲【期刊名称】《《车辆与动力技术》》【年(卷),期】2019(000)003【总页数】5页(P52-56)【关键词】复合粉末渗锌; 锌铝共渗; 耐磨耐腐蚀【作者】肖林林; 班塞迷塔; 郑楠楠; 张宝东; 范永哲【作者单位】北京北方车辆集团有限公司北京100072; 河北工业大学天津300401【正文语种】中文【中图分类】U270.6; TG174.445特种车辆作业环境极其恶劣，履带连接件经常出现“锈死”的现象，正常的方法难以将其拆卸，往往采用破坏性方法将其切断，不但零部件就此作废而且浪费大量时间.目前履带板连接件的表面处理主要是通过达克罗或化学镀镍进行防腐.达克罗涂层和化学镀镍层在完好状态下，特别是静态状态(无摩擦情况)防海水腐蚀效果很好.但是达克罗涂层，硬度低，约为2H～6H(H为铅笔硬度测量单位)，附着力低(<100 MPa)，不耐磨损和磕碰，且涂层的厚度很薄(约从几个微米到十几个微米)，往往在履带组装时，螺纹件紧固和端联器套装过程中，涂层已经遭到破坏，已基本失去了防腐蚀功能.化学镀镍防腐处理镀层在30 μm以上，才具有较好的防腐效果.为保证螺纹和孔轴装配精度，化学镀镍层控制在10～15μm时，不能较好发挥化学镀镍的防腐效果.镀层硬度虽高，但与基体结合为机械结合，结合力一般<200 MPa.对于重载，高速工况下的履带连接件，常常产生镀层脱落，而使零件失去防腐能力.此外制造成本高.为了解决此类问题，将介绍两种能够代替达克罗以及镀镍的两种表面处理方法：复合粉末渗锌以及锌铝共渗热化学表面处理.通过对比试验，总结分析两种工艺方法的优劣性.1 试验过程1.1 试验方法与步骤复合粉末渗锌/锌铝共渗工艺流程包括以下3个阶段：1)渗前处理，包括除油、除锈等工序；2)热渗过程，包括调配热渗炉料、装炉、加热、保温、冷却、出炉、分离零件,等等；3)渗后处理，包括除尘、抛光、钝化、凉干等工序.1.1.1 渗前处理钢铁构件在复合粉末渗锌以前的表面状态和洁净程度，是保证获得优质渗层的重要条件.在粗糙、锈蚀和污染的零件表面上，很难获得性能良好的渗锌层，因此在渗锌前必须将构件表面的油污、氧化皮及锈蚀等清除干净.可以采用有机溶剂除油、化学除油、机械除油和擦拭除油,等一种或多种方法除去零件表面的油污.本研究采用化学除油对试块和样件进行前处理.化学除油是利用热碱溶液对动植物油脂的皂化及各种油类(包括矿物油)的乳化作用除去油脂，比有机溶剂清除彻底，通常用于构件酸洗除锈前的处理工序.1.1.2 渗锌与锌铝共渗工艺选择渗锌过程包括调配热渗炉料、装炉、加热、保温、分离零件等工序.渗锌剂主要由锌粉、添加剂和填充载体组成.根据构件表面积和需要镀的厚度计算用锌量，这是控制渗层厚度的一种措施.对复合粉末渗锌，添加剂为纳米稀土CeO2或NH4Cl等活化剂，用量为渗锌剂的1%～2%.填充载体用于防止锌粉相互粘结、使锌粉均匀分布在渗锌剂中、并有助于构件的均匀加热，在渗锌容器旋转中使得锌粉充分与构件表面机械接触.在进行大批量生产时，填充载体是渗锌剂的主要组成，其材料为工业用氧化铝、石英砂(SiO2)或粘土熟料.渗锌/锌铝共渗工艺过程是：将装有构件以及渗剂的密封容器放置在加热炉中加热，当温度升高到340～450 ℃时，保持温度恒定40～150 min，然后随炉冷却至50℃左右.渗锌的加热温度和保温时间是决定渗层厚度和质量的关键，加热段速率、加热方式、最高温度和保温时间等，都会影响渗层合金化和组织结构.1.2 试验所用材料与设备工程化试件制作明细包括：诱导齿、端联器、螺栓样件及38CrSi、42CrMo和35#钢样块.特种车辆连接件试样的大批量试验装备为电加热式渗锌炉，在合适的温度下保温合适的时间，随后随炉冷却.对试样的各项性能进行检测.2 试验结果分析研究2.1 样块硬度检测对比首先进行热处理：38CrSi试样通过淬火910 ℃(5～8 min)、回火550 ℃(60～80 min)，达到硬度HRC32.5～39；42CrMo试样通过淬火840 ℃(5～8 min)、回火550 ℃(60～80 min)，达到硬度HRC32.5～39；35#钢试样通过淬火860 ℃(5～8 min)、回火540 ℃(60～80 min)，达到硬度HRC18～28.对热处理后的样块进行硬度检测后，分别进行渗锌和锌铝共渗，处理后再次进行硬度检测，详细测试结果如表1所示.表1 样块渗锌以及锌铝共渗后硬度参数对比材料硬度要求HRC处理前平均硬度HRC渗锌(350±10) ℃,2.5 h锌铝共渗(410±10) ℃,2.5 h渗锌后平均波动值锌铝共渗后平均波动值38CrSi32.5～3935.134.40.734.40.742CrMo32.5～3935.234.70.534.60.635#钢 18～2823.923.70.223.70.2由表1可见，在热处理回火温度高于渗锌、锌铝共渗的保温温度时，硬度无明显变化，渗锌、锌铝共渗前后硬度均在要求范围内，并无明显区别.2.2 工程化样件结果分析将此工艺参数应用到工程化样件中进行试验.试验结果对渗锌与锌铝共渗的厚度、渗层成分、表面硬度与结合强度、耐蚀性等方面进行分析对比.2.2.1 样件厚度结果与分析通过采用金相显微镜以及磁性测厚仪两种方法，对端联器渗锌层和锌铝共渗层厚度进行检测，均在18～30 μm之间且镀层完整、均匀，渗锌与锌铝共渗无明显差别.金相图以及实测厚度值见图1.图1 端联器渗锌以及锌铝共渗截面图片2.2.2 样件渗层成分结果与分析采用X-射线衍射分方法判断锌铝共渗层中是否含有铝.采用Rigaku DMAX-RC型X射线衍射仪对端联器样件平面渗层进行物相检测分析，确定渗层的物相组成.本试验采用CuKα，λ=1.540 6 Å，步长0.02，测试角度为10°～90°.根据能谱分析可大概了解渗层中铁锌等元素的含量以及在各部位的分布情况，并计算出在渗层中可能存在的物相.再结合XRD分析结果，两者加以对比，就可准确得出渗层中含有的物相[1].锌铝共渗渗层成分中可知渗层中含有铝成分，详见表2.表2 锌铝共渗渗层表面不同点元素组成和相对含量[1]ElementA点B点wt%at%wt%at%Fe26.8918.4521.4316.40Zn1.350.8363.4345.61Al58.9843.26 3.052.412.2.3 渗层表面硬度与结合强度对比通过维式硬度计检测端联器样件渗层表面硬度，具体数值如表3所示.表3 渗锌端联器样件以及锌铝共渗端联器样件渗层表面硬度对比编号渗锌层硬度值HV锌铝共渗层硬度值HV126727922582963264307采用锤击法进行硬度检验：用1 kg的锤子，距离样件表面30～50 cm的高度自由落体砸下，渗锌层未及锌铝共渗层均未出现脱落或露出金属底色等现象.渗锌、锌铝共渗层属于冶金金属镀层，主要特点是硬度高，耐磨、抗划伤性能好，与基体金属的结合属于冶金结合，结合强度高.2.2.4 硬度结果分析对诱导齿、端联器、螺栓样件分别进行切割，对样件基体硬度进行检测，具体数据见表4.样件经过渗锌或锌铝共渗处理后基体硬度符合零件要求.表4 渗锌端联器样件以及锌铝共渗端联器样件渗层表面硬度对比编号样件名称渗锌后平均基体硬度锌铝共渗后平均基体硬度基体硬度要求1诱导齿HB429HB377HB369～4492端联器HB338HB335HB302～3633螺栓HRC35HRC33HRC32～393 耐蚀性试验3.1 未钝化处理渗锌及锌铝共渗样块中性盐雾试验锌铝共渗渗层在盐雾试验中的腐蚀初期，渗层表面很快长满一层很厚的毛絮状物质，腐蚀产物为ZnO、Zn(OH)2、Zn5(OH)8Cl2H2O、ZnAl2O4、FeOCl以及FeZn7，较之渗锌层腐蚀产物，多了ZnAl2O4这一相；继续腐蚀，渗层上腐蚀产物增厚，上面出现许多细小的“针叶”状物质，应是ZnAl2O4，并且它的含量逐渐增多，对渗层腐蚀的减缓作用增强；腐蚀后期，微观形貌为分布均匀的胞状，上面布满排列致密的“针叶”状小颗粒，ZnAl2O4已在渗层表面形成一层致密的保护层，减缓了腐蚀速率.在粉末渗锌中添加铝元素进行共渗后，会获得耐蚀性能更加优良的渗层.通过将粉末渗锌和锌铝共渗得到的渗层进行盐雾试验对比，发现锌铝共渗的渗层在腐蚀过程中会产生一种具有稳定结构的氧化物——尖晶石(ZnAl2O4)，它能够在渗层表面形成一层致密的保护层结构，阻断渗层内外物质的传输交换，有效地降低腐蚀速率[2].另外，较之于铁元素来说，锌和铝的电位要低得多，可以通过牺牲阳极的方式为钢铁基体提供保护.并且，锌和铝元素均以与铁的化合物形式出现在渗层中，使得锌铝与基体间的电位差大大降低，来提供保护作用.除此之外，锌铝共渗层是以与基体形成化学键的方式存在，因而和基体有极好的附着力，使得渗层耐蚀性和耐磨性得到显著改善，比起渗锌的防腐蚀效果要更佳[1].如表5所示.表5 渗锌及锌铝共渗未钝化中性盐雾试验结果对比工艺类型盐雾试验50 h后盐雾试验100 h后盐雾试验240 h后结论渗锌50 h出现白锈100 h出现红锈240 h 大量红锈渗锌腐蚀图片盐雾50 h后表面形貌盐雾100 h表面形貌盐雾240 h表面形貌渗锌铝50 h未见白锈100 h未见红锈240 h出现红锈渗锌铝腐蚀图片盐雾50 h表面形貌盐雾100 h表面形貌盐雾240 h表面形貌中性盐雾试验表面,锌铝共渗层比渗锌层耐腐蚀性提高2倍以上.3.2 进行后处理的渗锌与锌铝共渗中性盐雾试验对比3.2.1 进行封闭处理为进一步提高渗锌及锌铝共渗件的耐蚀性，先任选3个螺栓渗锌样件进行封闭处理，与未进行封闭处理的螺栓共同进行中性盐雾试验，效果如图2所示.图2 样件表面处理状态由图2能够看出，在经过240 h的中性盐雾试验后，未经过封闭后处理的样件布满了红锈，明显未能通过盐雾试验；但是经过封闭后处理的样件，略有白锈出现，符合要求.3.2.2 将钝化与封闭效果进行对比图3(a)诱导齿试件为整体钝化后的锌铝共渗层，图3(b)诱导齿试件左侧为未经封闭的渗锌层，右侧为封闭后的渗锌层.图3 诱导齿锌铝共渗经过不同处理中性耐盐雾对比经过240 h中性盐雾试验后，锌铝共渗试件布满白锈，无红锈；渗锌试件左侧未封闭的部分布满红锈，封闭的无红锈，有少量白锈.4 结论渗锌及锌铝共渗的工艺温度未超过零件热处理回火温度时，对38CrSi、42CrMo、35#钢3种材料基体硬度影响不大.说明回火温度高于450 ℃的零件可以采用渗锌或锌铝共渗处理.渗锌及锌铝共渗工艺形成的渗层均匀，厚度在18～30 μm之间，满足典型零件的要求.且锌铝共渗层中确含有铝元素.渗锌及锌铝共渗层表面硬度>220 HV，冶金结合强度在300～350 MPa.渗锌与锌铝共渗的工艺及性能相近，对比分析结果如下：1)目前渗锌温度最低可降低至(350±10) ℃，保温2～2.5 h；锌铝共渗温度最低可降低至(410±10) ℃，保温2.5 h.在综合考虑能耗方面，渗锌的工艺要优于锌铝共渗.2)锌铝共渗比渗锌的耐盐雾性好.在恶劣环境下长时间工作的零部件，锌铝共渗的工艺要优于渗锌工艺.3)封闭层对渗锌层起到了很好的保护作用，大大提高了渗锌的耐腐蚀性能，保护作用明显；耐蚀性能，封闭层比钝化层更能提供耐蚀性，所以建议零部件要进行封闭后处理.参考文献：【相关文献】[1] 高聪.粉末渗锌工艺及其对组织和耐蚀性的影响[D].天津：河北工业大学，2015.[2] 李春红.42CrMo钢锌铝共渗层的组织和性能[J].金属热处理，2017.4(10):47-51.。
钢结构防腐蚀(镀锌-喷锌-喷铝-热浸镀锌)对比
热镀锌工艺与热喷锌工艺有什么不同由于钢铁结构件长期处在各种气氛（包括海洋、工业城市、田野、矿井）、不同水质（海水、淡水）的浸渍和不同的浸蚀环境中，均受不同程度的腐蚀而失效。
据资料介绍，全世界每年生产的钢铁约有十分之一变成铁锈，大约有30%的钢铁设备因腐蚀而失效。
工业发达的国家，每年由于金属腐蚀所造成的直接经济损失约占国民经济总产值的2~4％，我国这方面的经济损失每年也达数千亿元。
热喷锌、热喷铝及其合金涂层，外加封闭处理，就可以制备长效防护复合涂层。
有效防护期一般可达20~30年，最长有效记录国外已有60年之久的记录。
随着我国热喷涂技术的发展与提高，锌、铝及其合金涂层将逐渐取代了传统的刷油漆工艺。
该项技术已在国民经济各领域得到了广泛应用，取得了良好的经济效益，且应用前景广阔。
1. 锌、铝及其合金涂层的防护机理1.1 锌、铝涂层腐蚀速率研究表明，钢铁件在大气和水介质中由于电化学腐蚀原因，在没有保护的情况下，碳钢的平均腐蚀速率比锌高5~20倍，比铝高40~100倍。
采用普通的油漆防护时，由于漆膜与钢铁基体的粘附强度低，耐冲刷和颗粒磨损能力低，使用过程中老化变质等原因，往往容易造成局涂层脱落、损坏，而使钢铁基体锈蚀，导致油漆层大面积起泡脱落，致使短期内防护失效。
图1 碳钢在不同腐蚀环境中的渗透深度与暴露时间曲线1-工艺大气2-海洋大气其3-乡村大气材料平均腐蚀速率（μm/年）乡村大气城市大气工业大气海洋大气碳钢4~65 23~71 26~175 26~104锌0.2~3 2~16 2~16 0.5~8铝0~0.1 ~1 ~1 0.4~0.6表1 碳钢、锌和铝在各种大气中的腐蚀速率1.2 锌、铝涂层的特点热喷涂锌、铝及其合金涂层对钢铁基体有双重保护作用。
一方面，可以象涂料那样（尤其是经过封闭处理的涂层）起着物理覆盖作用，将钢铁与水和空气等腐蚀介质隔离开来，从而起到防护作用。
另一方面，由于锌和铝的电化学性能比较活泼，电极电位比铁低，在这个腐蚀电池中，锌或铝是负极，铁则为正极，锌、铝失去电子，变成离子进入电介质溶液中而被腐蚀，其自由电子流向钢铁，使钢铁极化而受到保护。
国内工程碳钢紧固件表面处理技术标准
达克罗不存在氢脆问题，如不考虑六价铬的环保问题和涂层易破坏问题，它实际上最适用于高防腐要求的高强度紧固件。达克罗处理的价格较热镀锌和粉末渗锌的高。
3.总结
由以上可知，工程紧固件采用粉末渗锌表面处理方式效果最好。
由于导电性能差，硬度低，容易划伤，经不起碰撞，不能用于导电零件及强度较大的钢铁制件。
含锌层耐磨性能
比原铁基体提高50%，耐磨性能良好，渗层不易被擦损。
表层耐磨性能差，镀锌层极易脱落。
表层耐磨性能差，容易脱落。
含锌层抗腐蚀性能
中性盐雾试验最多1500小时，外层硅锌硬壳具有抗酸硷性。
中性盐雾试验最多800小时，镀锌层极易被酸硷腐蚀。
综合使用性能
抗腐蚀、抗磨损和抗擦伤，而且不易脱落，综合使用性能好。
单纯抗腐蚀、不耐磨损和碰撞，极易脱落，综合使用性能差。
单纯抗腐蚀、不耐磨损、碰撞脱落情况略好于热浸镀锌，综合使用性能差。
2.紧固件表面处理的选择
2.1粉末渗锌
渗锌为锌粉固态冶金热扩散涂层。其均匀性好，螺纹、盲孔内都能获得均匀层。镀层厚度为10~110μm，误差可控制在10%，螺纹件经渗锌后，不需要再攻丝即可满足配合要求。它与基体的结合强度在锌涂层中（电镀锌、热浸锌、达克罗）是最好的。其加工过程无污染，最环保，渗锌温度在350℃~450℃，不影响紧固件构件机械性能。
中性盐雾试验最高1000小时
在潮湿环境下的抗氧化性能
无锈蚀发生。
较短时间内发生锈蚀现象。
较短时间内发生锈蚀点现象。
复合防护性能
渗锌层外可以直接涂漆或其它工业涂料，实现复合防护，漆腊与合金外硅锌硬壳结合良好，可大幅度提高耐腐蚀性能。
纯锌层光滑，不易外涂漆膜实现复合防护；即使可以涂漆，结合力不好，漆膜容易剥落。
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纳米复合粉末渗锌与热浸镀锌工艺比较分析
天津市先知邦钢铁防腐工程有限公司
2010年8月
一、引言
钢铁构件的腐蚀与防护对国民经济的可持续发展具有重要的经济和社会意义。
由于金属锌做钢铁构件的防腐材料，具有耐腐蚀性好、黏附性强、熔点低、易于涂覆以及“牺牲”阳极的电化学保护作用等特点，因而采用锌作为保护涂层材料是目前应用最广泛的工艺方法。
据有关资料统计，世界上金属锌总产量的70﹪用于镀锌，在我国约65﹪的锌产量用于镀锌防腐工程。
目前已开发了多种镀锌防腐工艺：如电镀锌（包括电镀、离子镀或离子注入等）、冷镀锌（包括机械镀、化学镀、涂刷镀等）和热镀锌（包括热浸镀锌、热喷涂镀锌）工艺等。
本报告对热浸镀锌与纳米复合粉末渗锌工艺的特点进行了详细比较分析，为工程实际中合理选择与应用这两种工艺提供重要依据。
二、纳米复合粉末渗锌与热浸镀锌工艺特点比较
传统粉末渗锌工艺是采用微米级的工业锌粉来实现渗锌过程的，而纳米复合粉末渗锌工艺利用纳米粉末特殊的热学性能及化学活性，对传统粉末渗锌工艺进行，降低渗锌过程加热温度、缩短保温时间并提高渗锌效率，可以获得防腐蚀、抗高温氧化、涂装及力学等综合性能更为优异的渗锌合金层。
热浸镀是目前工程实际中常用的镀锌工艺之一，与热浸镀锌比较纳米复合粉末渗锌主要有以下优势和独特性：
（1）、渗锌层厚度尺寸大、均匀型好且可以准确控制。
镀层厚度是衡量其耐腐蚀性能的重要指标。
粉末渗锌层厚度只取决于规范加热温度和持续时间，与构件的形状和不同位置无关。
当处理形状比较复杂的构件时，渗锌层具有突出的优点，无论螺纹、内壁或凹槽等部位，通过控制规范即可获得在20-110um之间变化渗层，且渗层的厚度几乎相同；而热浸镀锌层厚度在15-110um，构件平面和边角渗层厚度有明显差别，厚度均匀性差。
（2）、渗锌层硬度高，耐磨损和抗划伤能力强。
试验表明纳米复合粉末镀层显微硬度最高可达586.7Hm、外层硬度可达279.7 Hm；而热浸镀层表面为纯锌，锌层硬度一般为75-88Hv。
硬度越高表明镀层耐磨损性能越好、抵抗表面划伤能力也越强。
（3）、渗锌层与基体金属的结合强度高。
纳米复合粉末渗锌层为扩散冶金结合，当镀层厚度≤85um时渗层与基材有很高的结合强度；而热浸镀层虽为冶金结合但由于加热时间短，其结合强度低于粉末渗锌层。
（4）、渗锌层耐腐蚀性强。
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。
实验表明在海洋大气、恶劣的工业大气等多种环境下，渗锌层的耐蚀性优于热浸镀锌和不锈钢。
在同一种工业大气中，不锈钢腐蚀600天表面就会出现锈点，而粉末渗锌构件表面在1600多天后其表面仍不会出现锈迹。
（5）、渗锌层涂覆性能好。
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优于热浸镀锌层。
（6）、纳米复合渗锌过程温度低，不影响构件机械性能，没有氢脆现象。
渗锌处理的温度比热镀锌低100-280℃，此温度下吸入钢基体的氢原子已扩散逸出。
因此在应用中没有清脆的危害，也能避免弹簧等一些高强度件因处理温度高造成机械性能下降的局限性。
（7）、锌粉消耗量低，节省原材料。
热浸镀锌由于新蒸汽、锌灰、产生的锌渣及锌液飞溅、锌瘤毛刺等造成较多锌原料浪费；而粉末渗锌在密封容器中进行，所加锌粉可根据构建表面积和镀层厚度准确控制，耗锌量明显低于上述镀锌工艺。
试验统计表明，粉末渗锌工艺耗锌量是热浸镀锌的60﹪。
（8）、生产过程无污染，劳动条件好。
纳米复合粉末渗锌技术为固体渗锌，没有锌蒸气产生，构件与渗剂在密闭的容器中进行渗透和分离，生产过程以电力或油燃料作为主要能源，对周围环境没有污染，而热浸镀锌过程释放的锌蒸气对大气环境有很明显污染，操作人员容易产生锌蒸气中毒和高温锌液灼伤的事故。
（9）、生产设备相对简单，使用维修成本较低。
除前后处理外，粉末渗锌设备主要是加热保温炉，通常以电力或有燃料作为主要能源。
设备具有控制简单、使用寿命长和维修量小等特点。
三、粉末渗锌层与热浸镀锌层综合性能比较
通过试验对渗层的耐腐蚀性、抗磨损特性、抗高温氧化及力学性能等进行了研究。
有关具体的试验结果如下。
（1）、渗层的物理性能
实验表明在合理的渗锌工艺下，渗锌层与基体之间为扩散冶金结合，因而具有良好的结合强度，在各种弯曲和冲击载荷作用下，渗层不会起皱和脱落。
渗锌层为铁-锌合金，其硬度高于电镀锌、热镀锌和热喷涂锌，具有良好的耐磨损性。
由于扩散冶金反应，在构件表面的拐角和凹槽部位都会形成厚度均匀的渗层组织结构。
（2）、渗层耐腐蚀性能试验
纳米复合粉末渗层具有良好的耐腐蚀性能和厚度均匀性。
中性盐雾试验和渗层均匀性检测的硫酸铜试验结果如表1和2所示。
渗锌层性能明显高于热镀锌试样和有关国家标准规定的使用性能要求。
表1 粉末渗锌层中性盐雾试验结果
注：天津市先知邦钢铁防腐工程有限公司的检验报告
对渗锌的有关螺母和螺柱进行了渗层均匀性硫酸铜试验，其结果均超过国家标准GB5958对产品性能的规定值，如表2所示。
表2 粉末渗锌层硫酸铜试验结果
对渗锌层的耐海水腐蚀和抗高温流动水腐蚀进行试验研究，试验结果分别见表3、4所示。
模拟海水浸泡加速腐蚀试验在30%NaCl水溶液中进行（一般海水为3%NaCl）；流动水冲刷试验条件为：pH=7.2，水温60℃，冲刷腐蚀3500h。
对公司原来的粉末渗锌（S1渗剂）与纳米复合粉末渗锌（S5渗剂）的耐腐蚀性能进行了对比试验，试验在3%硫酸（H2SO4）溶液和3%的盐酸（HCL）溶液中
进行，试验结果如表5和6所示。
表3 粉末渗锌层在30%NaCl水溶液中加速腐蚀试验
表4 粉末渗锌层抗流动水冲刷腐蚀试验
注：流动水温度为60℃，pH=7.2，参考文献［1］试验条件。
表5 S1和S5渗剂渗层在3%硫酸（H2SO4）腐蚀液中腐蚀速率
表6 S1和S5渗剂渗层在3%盐酸（HCL）腐蚀液中腐蚀速率
由上述结果可看出，粉末渗锌层耐腐蚀性能明显高于热浸镀锌层。
（3）、渗层硬度和耐磨损性能
试验表明粉末渗层具有良好的硬度和耐磨损性能。
硬度试验结果如表7所示，Q235钢渗层和热浸镀锌的标准圆环磨损试验结果如表8所示。
表7 粉末渗层硬度试验比较
表8 粉末渗锌标准圆环磨损试验
注：标准试样外径D=32mm，内径d=15mm，厚度t=5mm。
（4）、渗锌过程对母材力学性能的影响
粉末渗锌加热最高温度为350-450℃范围，保温时间一般为40-150min，加热温度低于钢材的相变温度，不会影响母材的抗拉强度σb和屈服应力σs。
试验结果如表9所示，试样为Q235钢经渗锌后加工成Φ10的标准拉伸试样，在材料万能拉伸试验机上进行。
表9 粉末渗锌工艺对Q235钢力学性能的影响
表10 粉末渗锌对材料力学性能的影响
注：天津市先知邦钢铁防腐工程有限公司的检验报告
（5）、渗锌层抗高温氧化性
试验表明，渗锌层具有较高的抗高温氧化能力，在600℃炉中保温4小时，渗层表面完好无变化；在900℃炉中保温2.5小时，外表仍完整。
而普通钢构件在600℃表面已全部氧化，螺栓螺母紧固件将完全烧死很难拆开，经渗锌后不会出现烧死现象。
四、分析结论
许多研究表明，渗锌扩散层与热浸镀锌比较具有一系列优良的性能。
渗锌层良好的综合性能是由其本身的物理冶金特征所确定的。
由于扩散冶金结合，渗锌层与基体的结合强度明显比较高，而在渗层中随着铁-锌合金中锌浓度的变化，使其性能也逐渐改变；铁-锌渗层是阳极覆盖层，比被保护钢铁的电位负、且电位差值较低，因而在腐蚀介质中具有更有效的保护作用。
即使在渗层局部损坏的情况下，渗层与基体形成的电解偶也能有效保护基体金属不腐蚀。
另外，渗锌层为致密的完全没有空隙的冶金层，具有很高的硬度和抗磨损特性，这种均匀的渗层也会对基体性能起到良好的保护作用。
在大气环境、酸性工业气氛、中性和微碱性（pH=6-12）等各种介质中，渗锌层均具有良好的耐腐蚀性能。
这主要是由于在锌表面形成的一层致密的
ZnCO
3.3Zn(OH)
3
保护膜，这种保护膜与渗层结合牢固并且是很难溶解的腐蚀产物，
它阻挡了腐蚀剂与金属的接触，阻止了腐蚀的进一步发生。
因而，粉末渗锌层具有更高的耐腐蚀寿命。
五、结论
与热浸镀锌比较，纳米复合粉末渗锌利用了纳米粉末特殊的热血性能（由于颗粒细小导致比表面能高、活性大，实现金属原子扩散过程的温度较低）及化学活性（随颗粒比表面提高，扩散速大幅度上升），可以获得硬度较高、耐腐蚀性能、抗高温氧化性能及力学等综合性能更为优异的渗锌防护层。
参考文献
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［2］顾国成、吴文森编著，钢铁材料的防蚀涂层，科学出版社，1987.
［3］卢燕平、于福洲合编，渗镀，机械工业出版社，1985.
［4］郭庆珍、吴怀隶，钢铁制件防锈蚀新技术-粉末镀锌，矿冶，Vo1.4,No.2,1995.
［5］李雁翔，粉镀（渗）锌技术及工业应用，有色冶炼，No1,1998.
［6］吴勇、李春燕、李立群、刘邦贵，船舰零部件真空渗锌的性能及应用研究，热加工工艺，No2,2002.
［7］胡世菊、张建军、石海芳，电弧喷锌与粉末渗锌工件的耐腐蚀性对比，辽宁工程技术大学学报，Vo1.18,No4,1999.。