杜存山 讲义：铁路混凝土梁配件多元合金共渗技术
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Y OF RAILWAY SCIENCES
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三、标准的主要内容
⑦ 包装、标志、运输和贮存
a. 产品应有合格标志，并注明渗层名称、平均厚度、颜色、产 品名称、生产日期及生产单位的信息等。 b. 包装应符合GB/T 191-2008标准有关规定，产品间用泡沫 塑料、薄膜或其他材料进行保护、隔开，以防止运输时互相磕 碰。螺栓应用箱式包装，并注明生产批次。 c. 包装箱应有足够的牢度，保证在运输过程中不会损坏。 d. 运输时严禁摔、扔和碰撞等。 e. 贮存时，产品应平放，包装箱不宜堆积过高。
二、以前产品存在的问题
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二、以前产品存在的问题
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三、标准的主要内容
① 范围
本标准规定了铁路混凝土梁配件多元合金共渗及相关技术要求、 试验方法、检验规则及包装、标记、运输和贮存。 本标准适用于铁路混凝土梁碳钢、低合金钢、铸铁等材质配件 的防腐处理。明桥面钩螺栓、道钉，隧道及其它工程配件防腐 处理可参照本标准执行。
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一、什么是多元合金共渗
2. 共渗工艺的特点
① 温度低 不影响工件机械性能，没有氢脆现象，共渗工程的温度在 350℃~450℃，此温度下吸入钢基体的H原子已扩散逸出。 ② 节约锌粉 热喷涂锌由于喷涂过程中锌粉氧化造成大量锌的损失，热浸锌由 于锌蒸汽、锌灰、锌渣及锌液飞溅、锌瘤毛刺等造成较多锌的 浪费，而共渗是在真空下的密闭容器中进行，不存在锌粉的氧 化和飞溅等，所以共渗工艺耗锌量只是热喷涂锌的30%、热浸 锌的60%。 ③ 过程中无环境污染 共渗过程为固态热扩散过程，工件与渗剂在密闭的容器中进行扩 散，没有锌蒸汽产生，热处理炉用电、燃油或燃气作为能源， 对周围环境没有污染。而热浸锌有锌废料、锌蒸汽等污染，电 镀锌有“三废”排放等污染，达克罗涂层由于存在“Cr6+”对 环境存在污染。
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三、标准的主要内容
④ 防腐处理后配件要求
经防腐处理后的配件，其螺栓、螺母公差配合、外观尺寸、机 械性能等指标应满足设计图纸及相应的技术文件要求。
但特别建议我们用户对生产单位或供货商提出螺栓螺母公差配合按 GB197-2003《普通螺纹 公差》的6H/6g级要求，以保证我 们的工程质量。
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一、什么是多元合金共渗
1. 定义
• 多元合金共渗技术是从粉末渗锌技术发展过来的，其基本原理与 粉末渗锌相同都是利用物理、化学吸附沉积和机械碰撞使金属粉 在工件表面形成镀层的工艺。 由于其他金属元素的引入，使渗层由类似多种合金组成，从而提 高渗层的防锈性能。如采用渗锌处理，渗锌层是由FeZn7、 Fe5Zn6等相组成，而采用锌铝共渗处理，渗层除前面说的两个 相外，还有Al(Zn)α固溶体、Al(Zn)β固溶体等多相组成。 采用的是以锌粉、铝粉、稀土金属等材料为主要组分，其中的金 属元素达到3个，所以称为多元渗剂，进而将采用多元渗剂进行 浸渗处理，称为多元合金共渗。
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三、标准的主要内容
⑤ 多元合金共渗层技术要求
多元合金共渗层技术要求 序号 1 2 3 4 5 项 目 外观 渗层中金属元素 渗层厚度 渗层表面硬度 耐中性盐雾性能 技术要求 灰色、色泽均匀 含有Zn、Al、La、Fe等元素 ≥50μ m 不小于基体硬度 500h，样板表面没有红锈出现
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三、标准的主要内容
③ 钝化工艺技术要求
a) 将多元合金共渗处理后的工件表面清理干净； b) 将清理干净的工件在钝化液中浸泡10s~30s； c) 取出工件，立即用30℃~50℃的蒸馏水清洗10s； d) 在60℃的烘箱中恒温烘干20min~30min。 这里需要说明的是： ① 钝化工艺过程在铁路混凝土梁配件做多元合金共渗防腐处理要求 时不是必须的，如果生产厂家只做到对配件进行了多元合金共 渗处理就可符合标准中表1规定的技术要求，可以不做钝化处 理。 ② 该工艺技术要求只是一个参考，生产厂家根据自己选用的钝化液 不同，可以有不同的钝化工艺技术要求。但建议和鼓励用户选 用环保型钝化液。
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三、标准的主要内容
⑥ 产品检验
d. 判定规则 1) 各项检验指标全部符合技术要求，则为合格品。有一项指标不 符合技术要求时，应另取双倍试样进行该项复试，复试结果仍 不合格，则该批产品为不合格。 2) 渗层厚度应按GB/T 4956-2003《磁性基体上非磁性覆盖层 覆盖层厚度测量 磁性法》标准或采用扫描电镜方法进行测定。 当存在异议时，以扫描电镜方法测定结果为准；型式检验采用扫描 电镜方法。
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二、以前产品存在的问题
⑤ 达克罗保护层 达克罗保护层，实际上就是锌铬涂层，它是将锌铬涂料浸涂、刷涂 或喷涂在钢铁零件或构件表面，经烘烤形成的以片状锌和锌 的铬酸盐为主要成分的保护涂层。目前已研究出无铬的达克 罗涂层。达克罗保护层的防腐性能好坏是由涂层的完整性来 保证的，一旦涂层出现划痕或剥落，就会失去防腐效果。由 于达克罗保护层的硬度只有2H~6H，所以抗划伤能力及耐磨 性都比较差，不适合用于大型构件、有螺纹或对耐磨性有要 求的构件，只适用于小的元器件的防腐处理。这在铁路其他 产品如弹条扣件等应用中也得到了验证，显示并没有起到防 腐效果。所以在本标准中对多元合金共渗层不允许加涂达克 罗保护层。
室外使用的 要求比2级更长的耐腐蚀 紧固件及其 寿命，且渗锌后能满足配 他钢铁制件 合要求的紧固件及其他制 件
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四、产品的送检
4.1 对检测机构的要求
要求产品检验机构必须具有CMA资质认证检测能力。检测机构 应具备以下设备： ③ 维氏硬度计：用于渗层硬度的测试。 ④ 扫描电镜仪：用于渗层厚度的测量和渗层中元素的确定，主 要去区分多元合金共渗层与其他渗层。 ⑤ 盐雾试验箱：用于试验产品的耐腐蚀性能。渗层中主要是Zn、 Al两种元素，试验过程中渗层中的Zn、Al会出现锈蚀，成分主 要是氧化锌和氧化铝，呈白色，所以样品表面出现白色属正 常：如果出现红锈说明基体出现锈蚀，渗层防锈性能较差。
② 多元合金共渗工艺技术要求
a) 将待处理工件去污、除油； b) 抛丸除锈，除锈等级为不低于GB/T 8923《涂装前钢材 表面锈蚀等级和除锈等级》中规定的Sa2级； c) 用含有锌粉、铝粉、稀土金属等材料的多元渗剂在真空条 件下处理工件，炉温不应超过450℃。
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三、标准的主要内容
⑥ 产品检验
c. 型式检验（与生产厂有关） 本技术条件所列的全部技术要求、公差配合为型式检验项目。通常 在下列情况之一时应进行型式检验： 1）新产品的试制定型鉴定； 2) 产品的结构、工艺、材料、生产设备等方面有重大改变； 3) 转厂生产或停产一年后重新生产； 4) 合同规定或用户提出要求； 5) 出厂检验结果与上次型式检验有较大差异。
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二、以前产品存在的问题
由于①、②、③的原因致使一些不良厂家通过只喷涂涂料、喷锌、 渗锌等简单加工工艺来代替多元合金共渗工艺，为铁路提供 劣质产品。 ④ 没有体现多元合金共渗技术的优越性 在上述要求中，仅仅要求防腐处理达到3级防腐，3级防腐在 GB/T18684-2002《锌铬涂层技术条件》中只是对中性盐雾试 验能达到480h的要求。而这一防腐要求，如果采用其他防腐 措施也可轻易达到，但对桥梁的耐久性与多元合金共渗技术 相比会带来负面影响。
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二、以前产品存在的问题
① 渗层厚度的检测 用上述列出的标准无法将渗层厚度和达克罗涂层厚度分开进行检测。 现场普遍是采用检测总厚度，而有关检测机构是通过让用户分 开送样来进行检测。这样的做法无法证明进场产品是否满足规 范要求。 ② 多元合金共渗技术不明确 在上述标准中，都没有对多元合金共渗层进行表征，无法将多元合金 共渗层与其他涂层有效的进行分别。 ③ 封闭层的问题 在上述要求中，明确提出了封闭层，在以前的产品检测中我们发现， 几乎所有样品都进行封闭层处理，并且封闭层的厚度远远超过 5μm ~8μm。最厚的样品甚至在100μm以上，拥有这样厚度封 闭层的样品，即使不做多元合金共渗处理或渗锌处理，通过 480h的中性盐雾试验也是完全可以的。
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一、什么是多元合金共渗
3. 产品技术特点
① 渗层厚度均匀性好。 渗层厚度取决于加热温度和保温时间，与工件的形状和不同位置基 本无关，无论螺纹、内壁、凹槽等部位，都可得到均匀渗层。 ② 硬度高 渗层硬度高，显微硬度显示渗层硬度不低于基体硬度。一般硬度能 达到250~420Hv，而热浸锌、电镀锌的镀层硬度为 75~88Hv。因为渗层硬度高，所以具有较高的耐磨损和抗 划伤能力。 ③ 与基体金属的结合强度高 渗层是扩散冶金结合，具有很好的附着强度，很难剥离掉，只有通 过化学酸洗防腐才能清除。 ④ 耐腐蚀性好 渗层的电极电位值为-0.65V，Zn为-0.76V，Fe为-0.439V，因而 渗层可以对铁基体进行阴极保护，同时由于腐蚀电流又小于 纯锌和铁间的腐蚀电流，所以更有利于提高渗层的使用寿命。
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二、以前产品存在的问题
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四、产品的送检
4.1 对检测机构的要求
要求产品检验机构必须具有CMA资质认证检测能力。检测机构 应具备以下设备： ① 线切割机：用于大试样的切割，试验样品的制备。 ② 磁性测厚仪：用于对渗层厚度的测量。渗层只有达到足够厚 度时才能起到防锈能力，所以这是一个很重要的指标。 渗锌层厚度等级（JB/T5067-1999《钢铁制件粉末渗锌》） 1 等级 厚度 μm 使用 环境 及制 件 ≥15 室内及农村大气 环境下使用的紧 固件及其他钢铁 制件 ≥30 ≥50 ≥6 ≥8 5 5 特殊要求 的制件 2 3 4 5
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三、标准的主要内容
⑥ 产品检验
a. 检验设备 磁性测厚仪、通止规、维氏硬度计、扫描电镜、盐雾试验箱。进 场检验人员应配备磁性测厚仪、通止规等。 b. 出厂检验（进场检验） 组批与抽样：同一配方、同一工艺、同一环境条件下，同一种材 料制件，每500件为一批,不满500件也可做为一批。同一批产 品中，对同种产品的不同规格型号，各随机抽取三件样品进行 检测。 检验项目：包括外观、渗层厚度、公差配合、耐盐雾性。 注意事项：如果用户送样委托检验，应用实际产品作为样品，不能单 独加工样品进行送检。
铁路混凝土梁配件 多元合金共渗防腐技术
金属及化学研究所 2014年4月
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主要内容
一、什么是多元合金共渗 二、以前产品存在的问题
三、标准的主要内容
四、样品的送检 五、其他相关技术
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三、标准的主要内容
⑦ 包装、标志、运输和贮存
a. 产品应有合格标志，并注明渗层名称、平均厚度、颜色、产 品名称、生产日期及生产单位的信息等。 b. 包装应符合GB/T 191-2008标准有关规定，产品间用泡沫 塑料、薄膜或其他材料进行保护、隔开，以防止运输时互相磕 碰。螺栓应用箱式包装，并注明生产批次。 c. 包装箱应有足够的牢度，保证在运输过程中不会损坏。 d. 运输时严禁摔、扔和碰撞等。 e. 贮存时，产品应平放，包装箱不宜堆积过高。
二、以前产品存在的问题
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二、以前产品存在的问题
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三、标准的主要内容
① 范围
本标准规定了铁路混凝土梁配件多元合金共渗及相关技术要求、 试验方法、检验规则及包装、标记、运输和贮存。 本标准适用于铁路混凝土梁碳钢、低合金钢、铸铁等材质配件 的防腐处理。明桥面钩螺栓、道钉，隧道及其它工程配件防腐 处理可参照本标准执行。
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2. 共渗工艺的特点
① 温度低 不影响工件机械性能，没有氢脆现象，共渗工程的温度在 350℃~450℃，此温度下吸入钢基体的H原子已扩散逸出。 ② 节约锌粉 热喷涂锌由于喷涂过程中锌粉氧化造成大量锌的损失，热浸锌由 于锌蒸汽、锌灰、锌渣及锌液飞溅、锌瘤毛刺等造成较多锌的 浪费，而共渗是在真空下的密闭容器中进行，不存在锌粉的氧 化和飞溅等，所以共渗工艺耗锌量只是热喷涂锌的30%、热浸 锌的60%。 ③ 过程中无环境污染 共渗过程为固态热扩散过程，工件与渗剂在密闭的容器中进行扩 散，没有锌蒸汽产生，热处理炉用电、燃油或燃气作为能源， 对周围环境没有污染。而热浸锌有锌废料、锌蒸汽等污染，电 镀锌有“三废”排放等污染，达克罗涂层由于存在“Cr6+”对 环境存在污染。
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④ 防腐处理后配件要求
经防腐处理后的配件，其螺栓、螺母公差配合、外观尺寸、机 械性能等指标应满足设计图纸及相应的技术文件要求。
但特别建议我们用户对生产单位或供货商提出螺栓螺母公差配合按 GB197-2003《普通螺纹 公差》的6H/6g级要求，以保证我 们的工程质量。
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一、什么是多元合金共渗
1. 定义
• 多元合金共渗技术是从粉末渗锌技术发展过来的，其基本原理与 粉末渗锌相同都是利用物理、化学吸附沉积和机械碰撞使金属粉 在工件表面形成镀层的工艺。 由于其他金属元素的引入，使渗层由类似多种合金组成，从而提 高渗层的防锈性能。如采用渗锌处理，渗锌层是由FeZn7、 Fe5Zn6等相组成，而采用锌铝共渗处理，渗层除前面说的两个 相外，还有Al(Zn)α固溶体、Al(Zn)β固溶体等多相组成。 采用的是以锌粉、铝粉、稀土金属等材料为主要组分，其中的金 属元素达到3个，所以称为多元渗剂，进而将采用多元渗剂进行 浸渗处理，称为多元合金共渗。
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三、标准的主要内容
⑤ 多元合金共渗层技术要求
多元合金共渗层技术要求 序号 1 2 3 4 5 项 目 外观 渗层中金属元素 渗层厚度 渗层表面硬度 耐中性盐雾性能 技术要求 灰色、色泽均匀 含有Zn、Al、La、Fe等元素 ≥50μ m 不小于基体硬度 500h，样板表面没有红锈出现
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三、标准的主要内容
③ 钝化工艺技术要求
a) 将多元合金共渗处理后的工件表面清理干净； b) 将清理干净的工件在钝化液中浸泡10s~30s； c) 取出工件，立即用30℃~50℃的蒸馏水清洗10s； d) 在60℃的烘箱中恒温烘干20min~30min。 这里需要说明的是： ① 钝化工艺过程在铁路混凝土梁配件做多元合金共渗防腐处理要求 时不是必须的，如果生产厂家只做到对配件进行了多元合金共 渗处理就可符合标准中表1规定的技术要求，可以不做钝化处 理。 ② 该工艺技术要求只是一个参考，生产厂家根据自己选用的钝化液 不同，可以有不同的钝化工艺技术要求。但建议和鼓励用户选 用环保型钝化液。
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三、标准的主要内容
⑥ 产品检验
d. 判定规则 1) 各项检验指标全部符合技术要求，则为合格品。有一项指标不 符合技术要求时，应另取双倍试样进行该项复试，复试结果仍 不合格，则该批产品为不合格。 2) 渗层厚度应按GB/T 4956-2003《磁性基体上非磁性覆盖层 覆盖层厚度测量 磁性法》标准或采用扫描电镜方法进行测定。 当存在异议时，以扫描电镜方法测定结果为准；型式检验采用扫描 电镜方法。
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⑤ 达克罗保护层 达克罗保护层，实际上就是锌铬涂层，它是将锌铬涂料浸涂、刷涂 或喷涂在钢铁零件或构件表面，经烘烤形成的以片状锌和锌 的铬酸盐为主要成分的保护涂层。目前已研究出无铬的达克 罗涂层。达克罗保护层的防腐性能好坏是由涂层的完整性来 保证的，一旦涂层出现划痕或剥落，就会失去防腐效果。由 于达克罗保护层的硬度只有2H~6H，所以抗划伤能力及耐磨 性都比较差，不适合用于大型构件、有螺纹或对耐磨性有要 求的构件，只适用于小的元器件的防腐处理。这在铁路其他 产品如弹条扣件等应用中也得到了验证，显示并没有起到防 腐效果。所以在本标准中对多元合金共渗层不允许加涂达克 罗保护层。
室外使用的 要求比2级更长的耐腐蚀 紧固件及其 寿命，且渗锌后能满足配 他钢铁制件 合要求的紧固件及其他制 件
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4.1 对检测机构的要求
要求产品检验机构必须具有CMA资质认证检测能力。检测机构 应具备以下设备： ③ 维氏硬度计：用于渗层硬度的测试。 ④ 扫描电镜仪：用于渗层厚度的测量和渗层中元素的确定，主 要去区分多元合金共渗层与其他渗层。 ⑤ 盐雾试验箱：用于试验产品的耐腐蚀性能。渗层中主要是Zn、 Al两种元素，试验过程中渗层中的Zn、Al会出现锈蚀，成分主 要是氧化锌和氧化铝，呈白色，所以样品表面出现白色属正 常：如果出现红锈说明基体出现锈蚀，渗层防锈性能较差。
② 多元合金共渗工艺技术要求
a) 将待处理工件去污、除油； b) 抛丸除锈，除锈等级为不低于GB/T 8923《涂装前钢材 表面锈蚀等级和除锈等级》中规定的Sa2级； c) 用含有锌粉、铝粉、稀土金属等材料的多元渗剂在真空条 件下处理工件，炉温不应超过450℃。
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三、标准的主要内容
⑥ 产品检验
c. 型式检验（与生产厂有关） 本技术条件所列的全部技术要求、公差配合为型式检验项目。通常 在下列情况之一时应进行型式检验： 1）新产品的试制定型鉴定； 2) 产品的结构、工艺、材料、生产设备等方面有重大改变； 3) 转厂生产或停产一年后重新生产； 4) 合同规定或用户提出要求； 5) 出厂检验结果与上次型式检验有较大差异。
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由于①、②、③的原因致使一些不良厂家通过只喷涂涂料、喷锌、 渗锌等简单加工工艺来代替多元合金共渗工艺，为铁路提供 劣质产品。 ④ 没有体现多元合金共渗技术的优越性 在上述要求中，仅仅要求防腐处理达到3级防腐，3级防腐在 GB/T18684-2002《锌铬涂层技术条件》中只是对中性盐雾试 验能达到480h的要求。而这一防腐要求，如果采用其他防腐 措施也可轻易达到，但对桥梁的耐久性与多元合金共渗技术 相比会带来负面影响。
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二、以前产品存在的问题
① 渗层厚度的检测 用上述列出的标准无法将渗层厚度和达克罗涂层厚度分开进行检测。 现场普遍是采用检测总厚度，而有关检测机构是通过让用户分 开送样来进行检测。这样的做法无法证明进场产品是否满足规 范要求。 ② 多元合金共渗技术不明确 在上述标准中，都没有对多元合金共渗层进行表征，无法将多元合金 共渗层与其他涂层有效的进行分别。 ③ 封闭层的问题 在上述要求中，明确提出了封闭层，在以前的产品检测中我们发现， 几乎所有样品都进行封闭层处理，并且封闭层的厚度远远超过 5μm ~8μm。最厚的样品甚至在100μm以上，拥有这样厚度封 闭层的样品，即使不做多元合金共渗处理或渗锌处理，通过 480h的中性盐雾试验也是完全可以的。
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3. 产品技术特点
① 渗层厚度均匀性好。 渗层厚度取决于加热温度和保温时间，与工件的形状和不同位置基 本无关，无论螺纹、内壁、凹槽等部位，都可得到均匀渗层。 ② 硬度高 渗层硬度高，显微硬度显示渗层硬度不低于基体硬度。一般硬度能 达到250~420Hv，而热浸锌、电镀锌的镀层硬度为 75~88Hv。因为渗层硬度高，所以具有较高的耐磨损和抗 划伤能力。 ③ 与基体金属的结合强度高 渗层是扩散冶金结合，具有很好的附着强度，很难剥离掉，只有通 过化学酸洗防腐才能清除。 ④ 耐腐蚀性好 渗层的电极电位值为-0.65V，Zn为-0.76V，Fe为-0.439V，因而 渗层可以对铁基体进行阴极保护，同时由于腐蚀电流又小于 纯锌和铁间的腐蚀电流，所以更有利于提高渗层的使用寿命。
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四、产品的送检
4.1 对检测机构的要求
要求产品检验机构必须具有CMA资质认证检测能力。检测机构 应具备以下设备： ① 线切割机：用于大试样的切割，试验样品的制备。 ② 磁性测厚仪：用于对渗层厚度的测量。渗层只有达到足够厚 度时才能起到防锈能力，所以这是一个很重要的指标。 渗锌层厚度等级（JB/T5067-1999《钢铁制件粉末渗锌》） 1 等级 厚度 μm 使用 环境 及制 件 ≥15 室内及农村大气 环境下使用的紧 固件及其他钢铁 制件 ≥30 ≥50 ≥6 ≥8 5 5 特殊要求 的制件 2 3 4 5
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⑥ 产品检验
a. 检验设备 磁性测厚仪、通止规、维氏硬度计、扫描电镜、盐雾试验箱。进 场检验人员应配备磁性测厚仪、通止规等。 b. 出厂检验（进场检验） 组批与抽样：同一配方、同一工艺、同一环境条件下，同一种材 料制件，每500件为一批,不满500件也可做为一批。同一批产 品中，对同种产品的不同规格型号，各随机抽取三件样品进行 检测。 检验项目：包括外观、渗层厚度、公差配合、耐盐雾性。 注意事项：如果用户送样委托检验，应用实际产品作为样品，不能单 独加工样品进行送检。
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主要内容
一、什么是多元合金共渗 二、以前产品存在的问题
三、标准的主要内容
四、样品的送检 五、其他相关技术
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