專利名稱：鍍鋁液、熱浸鍍鋁方法及制備的金屬器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及金屬表面的化學熱處理技術領域，尤其涉及一種鍍鋁液、使用所述鍍鋁液的熱浸鍍鋁方法，及該方法制備的金屬器件。
背景技術：
金屬材料的器件在海洋等惡劣環境中使用時，由于同時受到日照、海浪沖蝕、鹽霧等多種腐蝕作用的影響，器件的腐蝕問題相當嚴重，造成了嚴重的經濟損失。長期以來，人們一直在尋求各種方法以降低腐蝕所致的危害，一般采用在器件表面噴漆、施加防護涂層等方式進行保護。例如，目前常用的熱浸鍍鋁方法，其在金屬器件表面施加一層鋁或鋁合金鍍層以延緩金屬器件的腐蝕，一般包括對工件進行除油、清洗、除銹、清洗、熱浸鍍鋁、后處理等步驟。但是，在熱浸鍍鋁步驟中采用現有的鍍鋁液對器件處理后，在大多數情況下，器件表面形成的涂層附著力差，較易從器件表面脫落，從而引起器件的腐蝕，人們不得不對器件進行大量的維護和修補工作。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術中鍍鋁液熱浸鍍后在器件表面形成的涂層附著力差的缺陷，提供一種用于熱浸鍍鋁工藝的鍍鋁液，經該鍍鋁液處理過的金屬器件表面形成的鍍層附著力強，不易脫落，具有較好的抗腐蝕性能。本發明要解決的另一個技術問題在于，還提供一種熱浸鍍鋁方法，該方法采用上述鍍鋁液對金屬器件進行表面處理。本發明要解決的另一個技術問題在于，還提供一種由上述熱浸鍍鋁方法處理過的金屬器件，其具有較強的耐腐蝕性能。為達成上述目的，依據本發明，提供一種鍍鋁液，用于熱浸鍍鋁方法，包括質量分數92 98 %的鋁和質量分數2 8 %的RE，所述RE為質量分數10 30 %的La和質量分數70 90%的Ce的混合物，其中，優選地，所述RE為質量分數30%的La和質量分數70% 的Ce的混合物。為達成上述目的，依據本發明，提供一種熱浸鋁方法，包括對工件進行除油、清洗、 除銹、清洗、助鍍、熱浸鍍鋁、后處理步驟，所述熱浸鍍鋁步驟為將所述工件浸入上述鍍鋁液中，于650 750°C進行熱浸鍍鋁處理2 8min。本發明所述的熱浸鍍鋁方法，所述熱浸鍍鋁步驟還包括所述鍍鋁的熔煉步驟，所述鍍鋁液的熔煉步驟包括將質量分數30%的La和質量分數70%的Ce混合，在850 950°C下熔煉成RE合將質量分數2 8 %的所述RE合金和質量分數92 98 %的鋁混合，在650 750°C下熔煉成所述鍍鋁液。
本發明所述的熱浸鍍鋁方法，所述熱浸鍍鋁步驟中，所述鍍鋁液表面還覆蓋有表面覆蓋劑，所述表面覆蓋劑包括質量分數分別為40 60%的KCl、30 50 %的NaCl和 10 20% 的 NaF。本發明所述的熱浸鍍鋁方法，所述助鍍步驟為將所述工件置于助鍍劑中于80 95°C助鍍1 5min ；所述助鍍劑為質量濃度大于等于5%的氟鋯酸鉀溶液。本發明所述的熱浸鍍鋁方法，所述后處理步驟為將所述工件置于盛有鈍化處理液的容器中，超聲振蕩5 20min;所述鈍化處理液為硝酸、磷酸、蒸餾水按照1 1 10 20的體積比混合的混合溶液。為達成上述目的，依據本發明，還提供一種上述的熱浸鍍鋁方法浸鍍得到的金屬器件。本發明的鍍鋁液，以鋁作為主要成分，并添加了稀土元素，凈化了鍍鋁液，細化了晶粒，提高了鍍鋁液與被鍍工件之間的濕潤性和鍍鋁液的流動性，進而提高了工件與工件表面形成的鍍層之間的粘附性，增強了工件的耐腐蝕性能。本發明的鍍鋁液，由于添加了稀土元素，還有效地減輕了鍍鋁液中鋁的氧化。本發明的熱浸鍍鋁方法，采用上述的鍍鋁液對工件進行表面鍍鋁處理，具有工藝簡單、設備要求低、易于操作等特點，適合用于金屬工件表面施加鋁涂層的工業化生產。本發明的金屬器件，采用上述的熱浸鍍鋁方法進行處理以形成一層鋁鍍層，其表面平整、連續，具有較好的耐腐蝕性能，延長了工件在海洋環境等強腐蝕環境中的使用壽命。
圖1是本發明的熱浸鍍鋁方法的流程圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例對本發明進行進一步的詳細說明。圖1是本發明的熱浸鍍鋁方法的流程圖，如圖1所示，本發明的熱浸鍍鋁方法包括除油、清洗、除銹、清洗、助鍍、熱浸鍍鋁和后處理步驟，具體過程如下所示一、前處理(1)除油(脫脂)除油液配方如下所示氫氧化鈉(NaOH)20 50g/L碳酸鈉(Na2CO3)30 50g/L磷酸鈉(Na3PO4)20 40g/L硅酸鈉(Na2SiO3)3 6g/L水余量根據金屬工件表面的油污情況，使用上述配方的除油液在溫度60 90°C條件下對工件進行除油處理5 15min。(2)清洗
除油處理之后，用常溫水或60 90°C的高溫水清洗工件，以除去工件表面的除油液。(3)除銹除銹液配方(質量分數)如下所示鹽酸3 15%烏洛托品0.2 1.0%水余量其中，烏洛托品作為緩蝕劑，防止鹽酸對被處理的金屬過度腐蝕，使工件表面變
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T^ ο將上一步清洗干凈的工件放入上述配方的除銹液中進行除銹處理，處理時間為 5 15min0⑷清洗除銹處理結束后，立即清洗工件以清除其表面的酸液。(5)助鍍助鍍劑使用質量濃度大于等于5%的KJrF6溶液，助鍍處理溫度為80 95°C，時間為1 5min。助鍍是熱浸法(熔劑法)鍍鋁工藝中一道至關重要的工序，助鍍劑的選擇是否適當直接關系到防護涂層質量的好壞，一般應具備以下特點助鍍劑能在工件基體表面形成完整且無孔隙的保護膜，既在熱浸鍍鋁時能夠立即從基體表面脫除，并吸附溶解氧化物，又不會對鍍鋁液造成污染。二、熱浸鍍鋁本發明的鍍鋁液包括質量分數92 98 %的鋁和質量分數2 8 %的RE，所述RE 為質量分數10 30%的La和質量分數70 90%的Ce的混合物。鍍鋁液的制備選用工業純鋁，并添加稀土混合物熔煉而成，鍍鋁液的熔煉步驟包括將質量分數30%的La和質量分數70%的Ce混合，在850 950°C下熔煉成RE合
^^ ；將質量分數2 8 0Z0的上述RE合金和質量分數92 98 %的鋁混合，在650 750°C下熔煉成所述鍍鋁液。另外，為了防止在熱浸鍍鋁過程中鍍鋁液中的鋁氧化，一般還在鍍鋁液表面添加有表面覆蓋劑，表面覆蓋劑的加入量以完全覆蓋鍍鋁液表面為宜。本發明熱浸鍍鋁方法使用的表面覆蓋劑的配方(質量分數)如下所示KCl40 60%NaCl30 50%NaF10 20%將工件浸入上述鍍鋁液中進行熱浸鍍鋁處理，熱浸鍍鋁的溫度為650 750°C，時間為2 8min。熱浸鍍鋁的溫度若過低，則會影響鋁原子與工件元素的相互擴散，形成的鍍層脆性大，直接影響了鍍件的使用性能，而且還會導致鍍鋁液的流動性變差，從而被鍍工件掛鋁較多，表面不光滑，外觀質量不佳；熱浸鍍鋁的溫度若過高，雖然鍍鋁液的流動性有所改善，但是鍍鋁液揮發較多。三、后處理后處理，即鈍化處理的目的是在被鍍工件的表面形成致密的保護膜，以減緩鍍件的腐蝕。鈍化處理液配方(體積比)如下所示硝酸1磷酸1蒸餾水10 20待熱浸鍍鋁處理后的工件冷卻后，將其置于盛有鈍化處理液的容器內，然后在超聲波振蕩機中振蕩5 20min，使鍍件表面形成連續、致密的鈍化膜，最后以清水清洗。本發明的熱浸鍍鋁方法采用的鍍鋁液，通過添加稀土元素La、Ce到鍍鋁液中，提高了鋁液的流動性，凈化鋁液并細化晶粒，降低了鍍鋁液的氧化程度，從而增強了防護涂層與工件之間的粘附性，提高了工件的耐腐蝕性能。實施例IlCr 13鋼熱浸鍍鋁除油液30g/L氫氧化鈉、45g/L碳酸鈉、30g/L磷酸鈉、4g/L硅酸鈉，余量為水；除銹液15%鹽酸、0. 5%烏洛托品，余量為水；助鍍劑5%的KJrF6溶液；鍍鋁液98% Al_2% RE(30% La, 70% Ce)將質量分數分別為30%、70%的La、Ce混合，在900°C下熔煉成RE 合金，然后將質量分數分別為2%、98%的上述RE合金、鋁混合，在650°C下熔煉成鍍鋁液； 表面覆蓋劑50% KCl,40% NaCl，及10% NaF ；鈍化處理液硝酸、磷酸、蒸餾水的體積比為 1 1 20。工件選用lCrl3鋼板，利用除油液在80°C下對工件除油，目測檢查清除干凈后用常溫水清洗工件表面的除油液，接著用除銹液除銹5min，再次清洗干凈，然后在90°C利用助鍍劑助鍍5min。助鍍結束后，將工件置于鍍鋁液中在70(TC浸鍍％iin。待浸鍍后的工件冷卻后，將其置于盛有鈍化處理液的容器內，在超聲波振蕩機中振蕩lOmin，然后用清水將工件表面清洗干凈。熱浸鍍鋁后的lCrl3鋼板，鍍層表面平整且連續，與基體結合度好。實施例21Crl3鋼熱浸鍍鋁后的耐腐蝕性能測試以實施例1中得到的熱浸鍍鋁后的lCrl3鋼板進行900°C循環氧化實驗。實驗根據冶標YB4^64進行，熱浸鍍鋁后的lCrl3鋼板，其氧化速度V = 0. 0027g/ m2h，鍍層在900°C時的氧化膜為致密的α-Al2O3，氧化深度指標R << 0. lmm/a，在900°C具備完全抗氧化腐蝕性能。與未浸鍍的lCrl3鋼板相比，熱浸鍍鋁后的lCrl3鋼板具有較好的抗高溫氧化腐蝕性能。實施例3A3鋼熱浸鍍鋁除油液35g/L氫氧化鈉、40g/L碳酸鈉、40g/L磷酸鈉、4g/L硅酸鈉，余量為水；除銹液15%鹽酸、烏洛托品，余量為水；助鍍劑5%的KJrF6溶液；鍍鋁液98% Al-2% RE(20% La,80% Ce)將質量分數分別為20%、80%的La、Ce混合，在850°C下熔煉成RE 合金，然后將質量分數分別為2%、98%的上述RE合金、鋁混合，在700°C下熔煉成鍍鋁液； 表面覆蓋劑40% KC1,45% NaCl，及15% NaF ；鈍化處理液硝酸、磷酸、蒸餾水的體積比為1 1 20。工件選用A3鋼板，利用除油液在90°C下對工件除油，目測檢查清除干凈后用85°C 水清洗工件表面的除油液，接著用除銹液除銹lOmin，再次清洗干凈，然后在80°C利用助鍍劑助鍍5min。助鍍結束后，將工件置于鍍鋁液中在750°C浸鍍aiiin。待浸鍍后的工件冷卻后，將其置于盛有鈍化處理液的容器內，在超聲波振蕩機中振蕩lOmin，然后用清水將工件表面清洗干凈。熱浸鍍鋁后的A3鋼板，鍍層表面平整且連續，與基體結合度好。實施例4A3鋼熱浸鍍鋁除油液35g/L氫氧化鈉、40g/L碳酸鈉、40g/L磷酸鈉、4g/L硅酸鈉，余量為水；除銹液15%鹽酸、烏洛托品，余量為水；助鍍劑5%的KJrF6溶液；鍍鋁液96% Al-4% RE (20% La, 80% Ce)將質量分數分別為20%、80%的La、Ce混合，在950°C下熔煉成RE 合金，然后將質量分數分別為4%、96 %的上述RE合金、鋁混合，在750°C下熔煉成鍍鋁液； 表面覆蓋劑50% KCl,40% NaCl，及10% NaF ；鈍化處理液硝酸、磷酸、蒸餾水的體積比為 1 1 20。工件選用A3鋼板，利用除油液在60°C下對工件除油，目測檢查清除干凈后用60°C 水清洗工件表面的除油液，接著用除銹液除銹lOmin，再次清洗干凈，然后在85°C利用助鍍劑助鍍3min。助鍍結束后，將工件置于鍍鋁液中在700°C浸鍍％iin。待浸鍍后的工件冷卻后，將其置于盛有鈍化處理液的容器內，在超聲波振蕩機中振蕩lOmin，然后用清水將工件表面清洗干凈。熱浸鍍鋁后的A3鋼板，鍍層表面平整且連續，與基體結合度好。實施例51Crl3鋼熱浸鍍鋁除油液30g/L氫氧化鈉、45g/L碳酸鈉、30g/L磷酸鈉、4g/L硅酸鈉，余量為水；除銹液15%鹽酸、0. 5%烏洛托品，余量為水；助鍍劑5%的KJrF6溶液；鍍鋁液92% Al_8% RE(10% La,90% Ce)將質量分數分別為10%、90%的La、Ce混合，在900°C下熔煉成RE 合金，然后將質量分數分別為8%、92%的上述RE合金、鋁混合，在650°C下熔煉成鍍鋁液； 表面覆蓋劑60% KCl,30% NaCl，及10% NaF ；鈍化處理液硝酸、磷酸、蒸餾水的體積比為 1 1 10。工件選用lCrl3鋼板，利用除油液在80°C下對工件除油，目測檢查清除干凈后用常溫水清洗工件表面的除油液，接著用除銹液除銹5min，再次清洗干凈，然后在80°C利用助鍍劑助鍍5min。助鍍結束后，將工件置于鍍鋁液中在650°C浸鍍8min。待浸鍍后的工件冷卻后，將其置于盛有鈍化處理液的容器內，在超聲波振蕩機中振蕩15min，然后用清水將工件表面清洗干凈。熱浸鍍鋁后的lCrl3鋼板，鍍層表面平整且連續，與基體結合度好。
實施例6A3鋼熱浸鍍鋁 除油液35g/L氫氧化鈉、40g/L碳酸鈉、40g/L磷酸鈉、4g/L硅酸鈉，余量為水；除銹液15%鹽酸、烏洛托品，余量為水；助鍍劑5%的KJrF6溶液；鍍鋁液94% Al-6%RE(30% La, 70% Ce)將質量分數分別為30%、70%的La、Ce混合，在950°C下熔煉成RE 合金，然后將質量分數分別為6%、94%的上述RE合金、鋁混合，在700°C下熔煉成鍍鋁液； 表面覆蓋劑40% KCl,40% NaCl，及20% NaF ；鈍化處理液硝酸、磷酸、蒸餾水的體積比為 1 1 15。工件選用A3鋼板，利用除油液在90°C下對工件除油，目測檢查清除干凈后用85°C 水清洗工件表面的除油液，接著用除銹液除銹lOmin，再次清洗干凈，然后在90°C利用助鍍劑助鍍Imin。助鍍結束后，將工件置于鍍鋁液中在720°C浸鍍％iin。待浸鍍后的工件冷卻后，將其置于盛有鈍化處理液的容器內，在超聲波振蕩機中振蕩lOmin，然后用清水將工件表面清洗干凈。熱浸鍍鋁后的A3鋼板，鍍層表面平整且連續，與基體結合度好。實施例7燈具熱浸鍍鋁一種燈具，其外殼由金屬制成，采用實施例1中的處理液和工藝參數對燈具的外殼進行熱浸鍍鋁處理。熱浸鍍鋁后的燈具，其外殼上形成的鍍層表面平整且連續，與外殼的結合度良好。以上所述僅為本發明的具有代表性的實施例，不以任何方式限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換或改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種鍍鋁液，其特征在于，包括質量分數92 98%的鋁和質量分數2 8%的RE， 所述RE為質量分數10 30%的La和質量分數70 90%的Ce的混合物。
2.根據權利要求1所述的鍍鋁液，其特征在于，所述RE為質量分數30%的La和質量分數70%的Ce的混合物。
3.一種熱浸鍍鋁方法，包括對工件進行除油、清洗、除銹、清洗、助鍍、熱浸鍍鋁、后處理步驟，其特征在于，所述熱浸鍍鋁步驟為將所述工件浸入鍍鋁液中，于650 750°C進行熱浸鍍鋁處理2 8min，其中，所述鍍鋁液包括質量分數92 98%的鋁和質量分數2 8% 的RE，所述RE為質量分數10 30%的La和質量分數70 90%的Ce的混合物。
4.根據權利要求3所述的熱浸鍍鋁方法，其特征在于，所述RE為質量分數30%的La 和質量分數70%的Ce的混合物。
5.根據權利要求3所述的熱浸鍍鋁方法，其特征在于，所述熱浸鍍鋁步驟還包括所述鍍鋁液的熔煉步驟，所述鍍鋁液的熔煉步驟包括將質量分數30%的La和質量分數70%的Ce混合，在850 950°C下熔煉成RE合金；將質量分數2 8 %的所述RE合金和質量分數92 98 %的鋁混合，在650 750 V下熔煉成所述鍍鋁液。
6.根據權利要求3所述的熱浸鍍鋁方法，其特征在于，所述熱浸鍍鋁步驟中，所述熱浸鍍鋁液表面還覆蓋有表面覆蓋劑，所述表面覆蓋劑包括質量分數分別為40 60%的KC1、 30 50% 的 NaCl 禾Π 10 20% 的 NaF。
7.根據權利要求3所述的熱浸鍍鋁方法，其特征在于，所述助鍍步驟為將所述工件置于助鍍劑中于80 95°C助鍍1 5min ；所述助鍍劑為質量濃度大于等于5%的氟鋯酸鉀溶液。
8.根據權利要求3所述的熱浸鍍鋁方法，其特征在于，所述后處理步驟為將所述工件置于盛有鈍化處理液的容器中，超聲振蕩5 20min ；所述鈍化處理液為硝酸、磷酸、蒸餾水按照1 1 10 20的體積比混合的混合溶液。
9.根據權利要求3 8任一項所述的熱浸鍍鋁方法浸鍍得到的金屬器件。
全文摘要
本發明公開了一種鍍鋁液、熱浸鍍鋁方法及其制備的金屬器件，鍍鋁液包括質量分數92～98％的鋁和質量分數2～8％的RE，所述RE為質量分數10～30％的La和質量分數70～90％的Ce的混合物，熱浸鍍鋁方法采用上述鍍鋁液對工件進行熱浸鍍鋁處理。本發明的鍍鋁液，其中添加了稀土元素，凈化鍍鋁液并細化晶粒，提高了鍍鋁液與工件之間的濕潤性和鍍鋁液的流動性，用于熱浸鍍鋁工藝中，進而提高了被鍍工件與鍍層之間的粘附性，增強了工件的耐腐蝕性能。
文檔編號C23C2/12GK102296260SQ201010207578
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月23日 優先權日2010年6月23日
發明者周明杰, 李里 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司