一种渗剂可重复使用的镁合金表面渗锌方法及所用渗剂与流程

1.本发明涉及表面处理领域，特别是一种渗剂可重复使用的镁合金表面渗锌方法及所用渗剂。


背景技术：

2.镁合金是一种轻质金属结构材料，可以有效降低结构件的重量。以镁合金为主要材料制造的交通工具，不仅能够有效降低能源消耗，还能够提高交通工具的机动性能。
3.但镁合金的缺点之一是不耐腐蚀，这限制了镁合金在海洋大气等腐蚀性环境中的应用，因此需要对镁合金进行表面强化，如在镁合金表面添加金属涂层等。
4.锌涂层是镁合金表面金属涂层之一，锌涂层的存在可以有效调节镁合金表层的理化性能。锌涂层还可以作为中间层，其外侧可再连接其他防护涂层。
5.通过粉末热扩渗法可以在镁合金表面获得富锌涂层。粉末扩渗法制备镁合金表面锌涂层通常以纯锌粉末作为锌元素的来源，同时辅以氧化物粉末防止纯金属粉末的黏连。以纯锌粉末作为渗剂，通常要求粉末热扩渗气氛为真空或惰性气氛，这样可以避免纯锌粉末被氧化。此外，在扩渗结束后，通常会使扩渗体系退出真空或惰性气氛，从而使得纯金属粉末渗剂在大气气氛下表面被氧化。这样的渗剂一般不会被再次利用，从而造成原料浪费和环境负担。
6.如何提高渗剂材料的利用率，避免产生过多固体废弃物，避免材料过度浪费，成为合金表面处理领域以及新型粉末热扩渗渗剂的研究重点之一。


技术实现要素：

7.针对以上技术问题，本发明提供一种渗剂可重复使用的镁合金表面渗锌方法，以及可重复用于渗锌的单组分渗剂。
8.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种渗剂可重复使用的镁合金表面渗锌方法，1)利用碱式氯化锌粉末作为唯一渗剂，使镁合金基体与碱式氯化锌渗剂紧密接触，构成扩散体系，将扩散体系加热至100℃～500℃，使碱式氯化锌中的锌元素扩渗到镁合金基体表面，得到富锌的镁合金表面涂层；2)所述碱式氯化锌粉末在完成一次粉末热扩渗过程后，无需丢弃，还可再次用于镁合金的表面渗锌。
9.优选的，将所述扩散体系加热至200℃～400℃下保温反应0.1h～48h，即获得带富锌涂层的镁合金。
10.优选的，使镁合金基体与碱式氯化锌渗剂紧密接触，是将镁合金填埋于碱式氯化锌渗剂中、或紧密贴靠碱式氯化锌渗剂、或在碱式氯化锌与镁合金基体之间以少量氧化锌或氧化镁间隔。所述渗剂与镁合金基体之间的接触面应保持平整，这样可以使扩渗更为均匀。碱式氯化锌渗剂完成一次扩渗过程，再次使用时，其与镁合金基体之间可加入少量氧化锌或氧化镁粉末作为间隔，使渗剂与镁合金之间的接触面仍保持平整，以利于均匀扩渗。
11.优选的，在所述碱式氯化锌渗剂经历多次粉末热扩渗过程基本转化为氧化锌后，
还可加入新的碱式氯化锌与之混合作为渗剂，再次用于镁合金的热扩渗。
12.优选的，在所述碱式氯化锌渗剂经历多次粉末热扩渗过程基本转化为氧化锌后，还可加入氯化铵粉末与之混合作为渗剂，再次用于镁合金的热扩渗。
13.进一步地，本发明还提出一种可以重复使用的镁合金表面渗锌渗剂，所述镁合金表面渗锌渗剂是碱式氯化锌粉末。碱式氯化锌粉末作为一种可重复使用的、能够有效提供锌元素的镁合金表面粉末热扩渗渗锌剂，使镁合金的粉末热扩渗渗锌过程更加经济、高效，提高渗剂的材料利用效率，降低固体废物排放量。
14.所述碱式氯化锌渗剂经历多次粉末热扩渗过程基本转化为氧化锌后，还可加入新的碱式氯化锌或氯化铵粉末与之混合作为渗剂，再次用于镁合金的热扩渗。
15.采用碱式氯化锌作为渗剂，热扩渗温度可为100℃～500℃，更优选的为200℃～400℃，保温时间可为0.1h～48h。热扩渗温度的选择一方面考虑碱式氯化锌的分解，碱式氯化锌受热发生化学反应后，可利于金属锌离子的迁移，同时，较高的温度更有利于扩渗过程的快速进行。可根据扩渗温度、涂层期望厚度、扩渗效率等因素综合考虑，设置热扩渗时间。
16.碱式氯化锌完成一次粉末热扩渗过程后无需丢弃，还可再次用于镁合金的粉末热扩渗。碱式氯化锌受热会发生分解，碱式氯化锌的热分解产物包括zno、znozncl2、hcl、h2o等，实际上，这些分解产物在冷却过程中，还会相互结合，再次生成碱式氯化锌，这就为渗剂的重复利用创造了条件。
17.在所述碱式氯化锌粉末经历多次粉末热扩渗过程后，渗剂中主要成分转化为氧化锌，此时可以加入适量新的碱式氯化锌与之混合，再次作为渗剂使用。碱式氯化锌在一定温度下热分解一定时间和次数后，渗剂中的氧化锌越来越多，而氧化锌本身含锌元素，且不妨碍锌元素的迁移，这时可以在渗剂中再次加入少量碱式氯化锌，使该扩渗剂活性得以延续。
18.在所述碱式氯化锌渗剂经历多次粉末热扩渗过程后，渗剂中主要成分转化为氧化锌，此时可以加入适量氯化铵粉末与之混合，继续作为渗剂使用。氯化铵粉末同碱式氯化锌一样，也可以遇热分解，释放出氯化氢气体。氯化氢气体和氧化锌及空气中的水分结合，可以于降温过程中再次生成碱式氯化锌，从而使扩渗剂活性得以恢复。
19.本发明采用碱式氯化锌作为渗剂使用，这对于传统扩渗方法来说是意想不到的，超出了业界对于渗剂的传统认知。同时该渗剂还可循环使用，且存放方便。以往采用的纯金属粉末渗剂容易变质，难以循环使用，而氯化锌渗剂腐蚀性较强，容易出现腐蚀，发生危险。本发明创造性地拓宽了渗剂类型，避免了上述缺点。
20.本发明所具有的有益效果和优点：
21.1.本发明采用碱式氯化锌作为扩散渗剂，碱式氯化锌可作为饲养动物的食品添加剂，常温下呈固态，性质稳定，安全、环保。
22.2.本发明采用的扩散渗剂碱式氯化锌在较高温度下会遇热分解，产生可游离的锌离子，满足镁合金表面渗锌的需求，与此同时，热分解产物在冷却过程中，还可以相互结合再变回碱式氯化锌，使得扩散渗剂可以重复多次利用，避免了一次扩渗之后就要将渗剂丢弃的弊端，减少了固体废弃物，节约了材料。
23.3.即使经历多次粉末热扩渗过程，使碱式氯化锌渗剂出现活性降低的情况，还可以通过再次添加适量碱式氯化锌或氯化铵等物质的方法，提高扩散渗剂活性，简便易行。
24.本发明采用的扩散渗剂不涉及在高温环境下易氧化变质的纯金属粉末、不涉及在
高温环境中易挥发有毒有害物质的熔盐，采用可用于动物饲料添加剂的碱式氯化锌作为扩渗剂，安全、绿色、环保、经济。同时，该渗剂可重复使用，无需使用一次后丢弃，节约了资源、减少了固体废弃物，简化了热扩渗流程，有利于镁合金表面渗锌过程的工业化。
附图说明
25.图1是本发明的可重复使用渗锌剂在镁合金表面渗锌过程示意图和原理图。碱式氯化锌受热发生分解，碱式氯化锌的热分解产物包括zno、znozncl2、hcl、h2o等，这些分解产物在冷却过程中再相互结合，再次生成碱式氯化锌，使渗剂能够重复用于渗锌。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的范围。
27.除非特别指明，以下实施例中所用的试剂均可从正规渠道商购获得。
28.实施例1
29.1、选用2g碱式氯化锌粉末作为热扩渗剂；
30.2、将碱式氯化锌粉末置于坩埚底部，铺平；
31.3、在扩渗剂上部放置待渗锌的镁合金试样(10mm
×
10mm
×
3mm)，盖好坩埚盖；
32.4、将盛有碱式氯化锌粉末和镁合金试样的坩埚置于加热炉中，于400℃加热保温2h；
33.5、保温结束后，将坩埚取出，自然冷却至室温；
34.6、镁合金试样表面渗锌完成，从坩埚中取出试样；
35.7、坩埚在室温下静置2h，不更换渗剂；
36.8、重复步骤2至7，重复两次。
37.实施例2
38.本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是：步骤1选用1g碱式氯化锌作为热扩渗剂。
39.实施例3
40.本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是：步骤3中加热保温温度为380℃。
41.实施例4
42.本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是：步骤3中加热保温时间为3h。
43.实施例5
44.本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是：步骤4中采用随炉冷却方式冷却至室温后，将坩埚从加热炉中取出。
45.实施例6
46.本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是：步骤5中暂时不取出试样，让试样再经历一次热扩渗过程，以改变渗层厚度。
47.实施例7
48.本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是：步骤7中坩埚在室温下静置3h，不
更换渗剂。
49.实施例8
50.本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是：步骤8中重复次数为三次。
51.实施例9
52.本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是：步骤8中重复次数两次后，在原始渗剂基础上再添加1g碱式氯化锌作为新渗剂，继续重复步骤2至7，重复两次。
53.实施例10
54.本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是：步骤8中重复次数两次后，在原始渗剂基础上再添加1g氯化铵粉末作为新渗剂，继续重复步骤2至7，重复两次。
55.实施例11
56.本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是：步骤3中在碱式氯化锌与镁合金试样之间平铺1g氧化锌粉末作为间隔。
57.热扩渗剂含量可影响热扩渗剂在镁合金试样表面的铺展和厚度，热扩渗剂相对含量越高，可扩渗锌元素越充分；加热保温温度可影响元素的扩渗速度，同时影响化学反应速率，温度越高，越容易在短时间内得到一定厚度的渗锌层；加热保温时间越长，扩渗越充分，渗层有更充分的时间生长；可综合考虑能耗和渗层厚度等因素确定加热保温温度和加热保温时间；冷却速率的快慢会影响所得涂层的组织结构，冷却速率越快越容易形成枝晶，空冷的冷却速率比随炉冷却更快；可对同一试样进行重复扩渗延长扩渗时间，以获得更厚扩渗层，与单纯延长扩渗时间不同的是，重复扩渗可在两次扩渗过程之间于扩渗体系中加入新试样；坩埚在室温下静置时间越长，渗剂冷却越充分，碱式氯化锌的再形成越充分，同时坩埚在室温下静置时间越短，下一次扩渗过程能越早开展，作业效率越高；根据试样涂层厚度要求和渗剂活性，可改变原始渗剂扩渗次数；使用碱式氯化锌和氯化铵添加至原始渗剂中，均可增加原始渗剂活性；扩渗完成后冷却过程中，再次形成的碱式氯化锌可能出现表面凹凸不平的情况，这时，在碱式氯化锌与镁合金试样之间加入氧化锌粉末作为间隔，可以增强扩渗剂表面平整性及其与镁合金试样接触的完整性和均匀性。
58.上述各实施例中所涉及的扩散渗剂不涉及易在高温环境下氧化变质的纯金属粉末、不涉及在高温环境中易挥发有毒有害物质的熔盐，采用可用于动物饲料添加剂的碱式氯化锌作为扩渗剂，安全、绿色、环保、经济。同时，该渗剂可重复使用，无需使用一次后丢弃，节约了资源、减少了固体废弃物，简化了热扩渗流程，有利于镁合金表面渗锌过程的工业化。
59.以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。