一种煤矿用销轴表面耐腐蚀渗锌工艺的制作方法

本发明属于渗锌工艺，具体地，涉及一种煤矿用销轴表面耐腐蚀渗锌工艺。

背景技术：

1、在煤矿开采作业中，机械设备长期处于高湿度、高粉尘、强腐蚀性的恶劣环境中。以液压支架、刮板输送机、掘进机等关键设备为例，其连接部件广泛使用的销轴，不仅承受着巨大的机械载荷与频繁的冲击、摩擦，还直接暴露于含有高浓度硫、氯等腐蚀性离子的矿井水、煤泥及潮湿空气之中。销轴作为结构连接的核心元件，一旦发生腐蚀，将导致设备配合间隙增大、连接松动、动作失效，甚至引发断裂等严重安全事故。

2、目前，煤矿用销轴的表面防护处理主要采用电镀锌、热浸镀锌、达克罗涂层及常规渗锌等工艺。电镀锌虽能提供一定的耐蚀性，但镀层较薄（通常仅5-15m），且存在氢脆风险，在井下冲击载荷下易出现剥落，难以满足长期防腐需求。热浸镀锌形成的锌铁合金层虽较厚，但镀层硬度高而脆性大，销轴在装配或运行中受到弯曲或剪切应力时，镀层易开裂，腐蚀介质沿裂纹侵入基体，加速局部腐蚀。达克罗涂层虽耐蚀性较好，但其固化温度高、能耗大，且涂层中含有六价铬等有毒物质，不符合绿色制造与环保政策要求，同时在煤矿高磨损工况下涂层易磨损失效。

3、而常规渗锌工艺通过粉末渗锌在销轴表面形成锌铁合金扩散层，具有结合力强、硬度较高、无氢脆等优点。然而，现有常规渗锌工艺，得到的渗锌层表面孔隙率较高，腐蚀介质仍可通过微孔渗透至基体，形成点蚀并迅速扩展，导致销轴早期断裂；不仅如此，目前渗锌工艺还面临着渗锌时间长，渗锌温度过高的问题（能耗高）。因此，亟需开发一种能解决上述问题的新型渗锌工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种煤矿用销轴表面耐腐蚀渗锌工艺。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种煤矿用销轴表面耐腐蚀渗锌工艺，包括以下步骤：

4、步骤一、对销轴进行抛丸处理（机械除锈），随后将其置于溶剂中超声波清洗，去除残留油脂和粉尘，烘干，得到预处理销轴；

5、步骤二、将将预处理后的销轴与渗锌剂装入旋转渗锌罐，填充密实后加盖密封，升温后，保温2.5-3h，保温期间渗锌罐正反转交替（每30min换向一次），保证渗层均匀；

6、步骤三、渗锌完成后，停止加热，罐体继续旋转至低于200℃，然后自然冷却至室温，取出销轴，采用振动筛去除残留渗锌剂，最后经封闭后处理，完成渗锌工艺。

7、作为本发明一种优选技术方案，所述抛丸处理的时间为15-20min。

8、作为本发明一种优选技术方案，所述超声波清洗的时间为10-20min。

9、作为本发明一种优选技术方案，所述溶剂为丙酮和乙醇的混合溶剂，二者体积比为1:1。

10、作为本发明一种优选技术方案，所述升温的条件为：以10-12℃/min的速率，升温至370-380℃。

11、作为本发明一种优选技术方案，所述销轴与渗锌剂的体积比为1:3。

12、作为本发明一种优选技术方案，所述封闭后处理的步骤如下：

13、将销轴浸入封闭液中，在80℃浸渍1-2min，然后升温至120℃固化20-25min，形成超薄疏水膜，完成后处理。

14、作为本发明一种优选技术方案，所述封闭液为5wt%的硅烷偶联剂kh-560和0.5wt%的钼酸钠。

15、作为本发明一种优选技术方案，所述渗锌剂包括以下质量百分比的原料：65-70%锌粉、6-8%铜镍锡合金粉、1.5-2.5%纳米氧化钇粉、0.8-1.2%多壁碳纳米管、3.5-4.5%三元复合活化剂、1.2-1.8%碘化钾和15-18%氧化铝粉。

16、作为本发明一种优选技术方案，所述三元复合活化剂包括氟硼酸钾、氟化钠和氯化铵，三者质量比为2:1:1。

17、原料中加入铜镍锡合金粉，引入了铜镍锡三元合金化元素，形成了fe-zn-cu-ni-sn五元合金渗层，其中镍和锡元素能够与硫化氢反应生成稳定的硫化镍和硫化锡腐蚀产物，这些硫化物熔点高、结构致密，能够有效阻挡硫化氢和氯离子的进一步渗透；另外，采用三元复合活化剂，三种活化剂协同作用，能够在更低的温度下产生足够浓度的活性锌原子，降低了工艺所需的能耗；此外，原料中纳米氧化钇在渗温下部分还原，释放活性稀土离子，优先占据晶界和孔隙，堵塞腐蚀通道；同时催化锌原子扩散，进一步降低了渗锌温度；原料中多壁碳纳米管具有高长径比，能在渗层中形成三维网状桥接结构，物理封堵微孔；其优异导电性均匀化表面电位，抑制局部电偶腐蚀；最后，原料中碘化钾提供i-离子能与zn2+形成络合物，增加锌蒸气产生速率，缩短渗锌时间。

18、作为本发明一种优选技术方案，所述渗锌剂通过以下步骤制得：

19、s1、先将纳米氧化钇粉和多壁碳纳米管加入溶剂中，超声分散后，形成稳定的悬浮液；

20、s2、再将锌粉和铜镍锡合金粉加入悬浮液中，搅拌成膏状，真空干燥去除溶剂，得到中间体；

21、s3、将步骤s2得到的中间体与三元复合活化剂、碘化钾和氧化铝粉投入混料机，混合30-45min，过筛，得到渗锌剂。

22、作为本发明一种优选技术方案，所述溶剂为无水乙醇。

23、作为本发明一种优选技术方案，所述真空干燥的温度为60-80℃。

24、先采用湿法预分散确保纳米氧化钇粉和多壁碳纳米管均匀包覆在锌粉表面，避免团聚。

25、本发明的有益效果：

26、1、本发明通过引入铜镍锡合金粉，形成 fe-zn-cu-ni-sn 五元合金渗层，能有效阻挡矿井环境中高浓度硫、氯离子的渗透，大幅提高耐腐蚀能力；

27、2、采用三元复合活化剂协同作用，并添加纳米氧化钇，催化锌原子扩散，降低了渗锌温度，相比常规渗锌工艺能耗显著降低；

28、3、利用纳米氧化钇优先占据晶界和微孔，多壁碳纳米管形成三维网状桥接结构，物理封堵渗层孔隙，防止腐蚀介质渗透基体避免点蚀及早期断裂；

29、4、利用碘化钾提供i-离子与zn2+形成络合物，加速锌蒸气产生，配合正反转渗锌罐，实现均匀渗层，缩短工艺周期；

30、5、采用硅烷偶联剂和钼酸钠在渗锌层表面形成超薄疏水膜，进一步提高耐湿性和抗腐蚀介质附着能力；

31、综上，本发明的工艺在提高耐腐蚀性、降低能耗、缩短时间及适应煤矿恶劣工况等方面均有显著进步。

1.一种煤矿用销轴表面耐腐蚀渗锌工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对销轴进行抛丸处理，随后将其置于溶剂中超声波清洗，烘干，得到预处理销轴；步骤二、将将预处理后的销轴与渗锌剂装入旋转渗锌罐，填充密实后加盖密封，升温后，保温2.5-3h，保温期间渗锌罐正反转交替；步骤三、渗锌完成后，停止加热，罐体继续旋转至低于200℃，然后冷却至室温，取出销轴，采用振动筛去除残留渗锌剂，最后经封闭后处理，完成渗锌工艺。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿用销轴表面耐腐蚀渗锌工艺，其特征在于，所述升温的条件为：以10-12℃/min的速率，升温至370-380℃。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿用销轴表面耐腐蚀渗锌工艺，其特征在于，所述销轴与渗锌剂的体积比为1:3。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿用销轴表面耐腐蚀渗锌工艺，其特征在于，所述封闭后处理的步骤如下：将销轴浸入封闭液中，在80℃浸渍1-2min，然后升温至120℃固化20-25min，形成超薄疏水膜，完成后处理。

5.根据权利要求4所述的一种煤矿用销轴表面耐腐蚀渗锌工艺，其特征在于，所述封闭液为5wt%的硅烷偶联剂kh-560和0.5wt%的钼酸钠。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿用销轴表面耐腐蚀渗锌工艺，其特征在于，所述渗锌剂包括以下质量百分比的原料：65-70%锌粉、6-8%铜镍锡合金粉、1.5-2.5%纳米氧化钇粉、0.8-1.2%多壁碳纳米管、3.5-4.5%三元复合活化剂、1.2-1.8%碘化钾和15-18%氧化铝粉。

7.根据权利要求6所述的一种煤矿用销轴表面耐腐蚀渗锌工艺，其特征在于，所述三元复合活化剂包括氟硼酸钾、氟化钠和氯化铵，三者质量比为2:1:1。

8.根据权利要求6所述的一种煤矿用销轴表面耐腐蚀渗锌工艺，其特征在于，所述渗锌剂通过以下步骤制得：s1、先将纳米氧化钇粉和多壁碳纳米管加入溶剂中，超声分散后，形成悬浮液；s2、再将锌粉和铜镍锡合金粉加入悬浮液中，搅拌成膏状，真空干燥，得到中间体；s3、将步骤s2得到的中间体与三元复合活化剂、碘化钾和氧化铝粉投入混料机中混合，过筛，得到渗锌剂。