[发明专利]制备薄的多金属扩散涂层的方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及铁和铁基材料的金属腐蚀保护涂层，具体地涉及这 样的材料的锌基扩散涂层，本发明还涉及制造这样的扩散涂层的方法。

背景技术

已知铁基材料的金属牺牲性腐蚀保护涂层可分为两个主要的类别：用 于长期室外应用的厚金属涂层，和用于有限期室外应用或室内应用的薄金 属涂层。这些涂层用于涂覆多种表面，典型的是机械组件如钉、垫圈、螺 栓、螺钉、螺母、链条、弹簧等。

最常用的厚涂层类技术是锌热浸镀涂层，也称为镀锌。在该技术中， 通过将铁或钢基体在约460℃的温度下通过锌熔融浴而将所述基体用锌层 涂覆。这些涂层的现代形式还含有铝、镁和硅(参见例如Y.Morimoto等， “Excellent Corrosion-resistant Zn-Al-Mg-Si Alloy Hot-dip Galvanized Steel Sheet“SUPER DYMA”，Nippon Steel Technical Report No.87，2003年1月)。 通过该技术获得的涂层的厚度通常在40μm至100μm之间变化。

薄锌基涂层类的金属涂层通常用于已提到的室内应用和有限的室外应 用中。这些涂层典型地用作有机和无机外涂层的基体，所述外涂层提供其 他需要的性质，如改善的腐蚀保护、硬度、色彩等。

这类涂层的厚度通常在4μm至15μm之间。但是，这样的厚度通常不 足以单独提供腐蚀保护，并且需要附加保护，如铬钝化层或用有机或无机 密封剂密封。

锌薄涂层制造的主要工业方法是电沉积，也称为电镀。该方法与反向 电镀池类似。待电镀的部分是电路的阴极，而阳极由锌制成。将两个部分 都浸没于含有一种或多种溶解的金属盐(如镍盐、钴盐和锰盐)，以及其他的 可使电流通过的离子的电解液中。整流器向阴极提供直流电流，使电解溶 液中的金属离子失去它们的电荷并分布在阴极上。当电流通过电路时，阳 极缓慢地溶解并补充所述浴中的离子。

也广泛地制造多种多金属锌基合金涂层(polymetal zinc-based alloy coatings)，如锌-镍、锌-钴、锌-铁和锌-锰涂层。但是，很难获得特别具有 大体均匀厚度的锌基合金涂层和多金属锌基合金涂层。通常，这些涂层有 一些未被涂覆的区域，并且厚度非常不均匀。

在本发明的背景技术、说明书和权利要求部分中使用的术语“均匀涂 层”等是指个体涂层厚度测量值的偏差小于平均厚度的20％的锌扩散涂层； 术语“连续涂层”是指涂层涂覆至少95％的铁基基体表面的锌扩散涂层。

在15μm至50μm之间的中等厚度防腐蚀涂层是通过上述电沉积方法 和其他已知方法(如扩散涂覆、气化镀锌或粉末镀锌(Sherardizing))制备的。 根据该方法，通过在含有锌粉的气密容器内加热基体，将锌层涂覆于金属 基体上。

应强调地是，粉末镀锌对于涂覆小的零件，和小部件的内部表面是理 想的，许多工业(如汽车工业)都需要这样。

在该锌扩散涂覆方法中，锌扩散涂层实际是铁基基体的锌-铁金属间扩 散层。所述方法的基本原理十分简单：将涂覆有含有锌粉的粉末混合物的 零件载入特殊密封的容器中，并加热至340℃至450℃的温度。在该温度 范围内，锌原子扩散入基体中，形成锌-铁金属间扩散层。所述扩散层的厚 度与过程温度、停留时间(dwelling time)和锌粉量有关。

已知，欧洲规范标准EN 13811-2003根据厚度范围将锌扩散涂层分为 三类：对于厚度大于或等于15μm的Class 15，对于厚度大于或等于30μm 的Class 30，及对于厚度大于或等于45μm的Class 45。

应注意的是，厚度小于15μm的锌扩散涂层不在这些规范表征的范围 内，这是因为，迄今为止，这些涂层易于受损，不能完全地包覆基体的表 面，并且非常不均匀。因此，厚度小于15μm的锌扩散涂层通常不能对涂 覆的零件提供所需的防腐蚀性，或其他所需的性能，因此在工业中还未被 广泛地应用。

因此，有下述需要：非常有利的在铁基材料上具有薄的、连续且均匀 的锌基扩散薄涂层，和制造所述涂层的方法。这种薄的、连续且均匀的锌 基扩散涂层对铁基零件可提供良好的防腐蚀作用，并作为其他涂层的优异 的基体。对比已知方法，制备这种涂层的方法还具有简单、成本效率高、 且环境友好的优势。

发明内容