粉末渗锌工艺介绍(简要)

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。

3）电镀锌涂层厚度一般在5～25μm，平面镀层均匀性好，但对构件内部空腔，镀层薄有时无镀层。

4）热喷涂锌层厚度一般为84～300μm，可达3mm，涂层厚度均匀性差，致密性低。

2.渗锌涂层硬度最高，耐磨损和抗划伤能力最强

1）渗锌涂层硬度为250～420HV。

2）热浸镀、电镀锌层硬度为75～88HV（纯锌）。

3）热喷涂锌层也为纯锌并且有1%～15%孔隙率，因而硬度更低。

4）达克罗涂层硬度最低，仅为2～6H（H为铅笔硬度测量单位）。

3.渗锌涂层与基体金属的结合力最高

粉末渗锌层为扩散冶金结合，具有很好的附着强度，耐磨损抗划伤，涂层很难剥离掉，只有用化学酸洗方法才能除掉。其涂层与母材界面拉伸强度：600～700kg/mm2；涂层表面层拉伸强度为300～350kg/mm2。

4.渗锌涂层耐腐蚀性最强

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。比热浸镀锌的耐腐蚀性高10%～30%。

5.渗锌涂层涂覆性能最好

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均明显优于热浸镀、电镀锌和热喷涂锌层。

6.渗锌过程温度低，不影响构件机械性能，没有氢脆现象

渗锌处理的温度在350~450℃，此温度下吸入钢基体的氢原子已扩散逸出。

7.渗锌过程节约锌粉

粉末渗锌工艺耗锌量是热喷涂锌的30%、热浸镀锌的60%。

8.渗锌工艺过程无环境污染

粉末渗锌为固态热扩散过程，构件与渗剂在密闭的容器中进行扩散和分离，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。而热浸镀锌有锌废料和锌蒸汽等污染，电镀锌有“三废”排放严重污染，达克罗涂层由于存在“Cr6+”对环境产生严重污染，目前国外已限制达克罗涂层的工业

应用。

烧结镀层（达克罗涂层）：是将浸涂和高温烧结（300℃）相结合的方法，在钢铁表面生成的锌铝的涂敷层。是我国1993年引进一种表面处理技术，主要适合于各种紧固件和小尺寸五金器具。镀层外观质量优于热浸镀锌。

四、渗锌的质量要求及检测方法

1.渗锌前处理质量要求：钢铁工件在渗锌前经过除油除锈处理以后，表面应无残锈迹、积炭和油污，焊接件的焊缝处应无焊渣，铸造件表面应无残留型砂。

2.渗锌件的外观要求：采用目测方法观察外观表面，其外观应达到以下要求。1）渗锌层表面应平整、均匀，采用旋转渗锌设备渗锌的工件表面允许有轻微的擦伤。

2）渗锌工件表面呈暗灰色或银灰色。

3）经钝化、磷化和后处理的渗锌工件因工艺不同呈不同的颜色，经有机涂层后处理应达到供需双方约定的色泽要求。

3.渗锌层的附着强度：机械行业标准JB/T5067《钢铁制件粉末渗锌》对渗锌层的附着强度均未作明确的定量要求，仅要求渗层与基体结合良好，不得起皮、脱落，并能承受制件规范条件下的操作，或由供需双方协商。

4.力学性能要求：对于适合渗锌的钢铁材料，即回火温度高于渗锌温度的材料，经渗锌后，材料的力学性能仍然要到达原材料的指标要求。

5.渗锌层厚度

1）渗锌层厚度要求：由于渗锌层的耐腐蚀寿命与渗锌层的厚度成正比，所以渗锌层是渗锌最重要的技术要求。

机械行业标准：钢铁制件粉末渗锌JB/T 5067-1999

2）渗锌层厚度检测方法：分为破坏性检测法和非破坏性检测法。

A）显微镜测量法：金相法，是渗层厚度的仲裁方法，按JB/T 5069的规定进行检验。属于破坏性检测法。

B）溶解称重法：钢铁表面单位面积上渗锌层的平均质量，按GB/T13825的规定进行检验。可按1g/m2对应于0.14μm层厚，近似换算成渗锌层的厚度。属于破坏性检测法。可作为仲裁的试验方法。

C）电解称重法：采用电解的方法溶解渗锌层，换算出渗锌层厚度的测量方法。属于破坏性检测法。采用电解测厚仪测量，比溶解称重法更加精确

D）磁性测厚法：利用渗锌层不具有磁性而钢铁基体具有磁性这样的物理性能差异来测量渗锌层的厚度。主要应用于生产控制，按GB/T4956的规定进行检验。属于非破坏性检测法。缺点是误差比较大。

五、渗锌、热镀锌、电镀锌的比较、选择及应用

1.渗锌与热镀锌、电镀锌的比较

总体而言，渗锌可以获得较厚的渗锌层，耐腐蚀性能较好，渗层均匀，一般能满足零件的配合要求，但是生产效率较低，外观色泽灰暗，装饰性较差，一般适合中小型零件。热镀锌生产效率高，生产批量大，耐腐蚀较好，但是镀层厚度不均匀，镀层厚度可控性差，不能满足零件的配合要求，一般适用于大结构件。电镀锌外观装饰性好，能满足零件的配合要求。但是由于受镀层厚度限制，耐腐