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工業化粉末滲鋅技術發展現狀

返回列表 來源: 發布日期: 2020.10.21


傳統粉末滲鋅原理是1904年由英國冶金學家Sherard Cowper-Coles首先提出的,之后前蘇聯學者對此進行了深入研究并獲得許多專利成果。1940年在歐洲的一些國家得到推廣并實現了工業化生產,1970年后在歐洲的工業發達國家得到普遍推廣應用,如英國、德國、法國及荷蘭等均制定了有關粉末滲鋅的標準,英國BS4921-1973《鋼鐵粉末滲鋅》標準最早得到國際標準化組織(ISO)的認可,1988年該標準修訂為BS4921-1988《鋼鐵粉末滲鋅》,2003年歐洲標準化委員會(CEN)提出適合整個歐洲共同體的最新標準EN 13811:2003《鐵制品的鋅擴散涂層》,2008年美國出版了ASTM標準A1059/A1059 M - 2008《鋼鐵緊固件、五金器具和其他產品的鋅合金熱擴散涂層》。粉末滲鋅工藝作為鋼鐵材料的一種有效防腐技術目前在歐洲及工業發達國家獲得廣泛應用,英國每年有幾萬噸各類鋼鐵零件采用粉末滲鋅工藝進行處理,如英國Bodycote Metal Technology Group是全世界最大的從事金屬熱處理加工企業[18,19],其粉末滲鋅產品廣泛應用于許多工業防腐領域,在美國、日本、加拿大、荷蘭及德國等國家都采用了大量的粉末滲鋅鋼鐵材料構件。

我國武漢材料保護研究所于20世紀60年代就開展了粉末滲鋅工藝的研究;北京有色冶金設計研究總院于1984年對粉末滲鋅工藝進行探索性試驗研究,1986-1988年實現了工業化生產,開發出粉末滲鋅成套設備和粉末滲鋅產品等有關國家專利,為在國內全面推廣這項新工藝提供技術基礎。1991年正式頒布了JB/T 5067-1991《鋼鐵制件粉末機械鍍滲鋅》國家機械行業標準,1999年該標準修訂為JB/T 5067-1999《鋼鐵制件粉末滲鋅》。這標志著國內粉末滲鋅防腐技術進入工業化的應用階段。目前粉末滲鋅防腐涂層具有的優異長效耐腐蝕性能已獲的工程界的普遍認可,并在交通(地鐵工程、高速鐵路)、電力、化工、電信等防腐領域獲得廣泛應用,2006年國家鐵道部已將粉末滲鋅工藝作為鐵路鋼支座和連接件的規定防腐蝕處理方法編入有關設計標準中。粉末滲鋅作為鋼鐵防腐領域一種有效表面防護方法、在工程應用中發揮越來越重要作用。

傳統粉末滲鋅原理屬于公開技術,其一般過程可以在許多專著文獻或手冊中找到,為了進行工業化的粉末滲鋅加工,國內外已研究開發出許多改進的適合工業化加工的粉末滲鋅處理工藝。1993年以色列人Isaak Shtikan發明的Distek粉末滲鋅工藝(WO 98/41346)在全世界范圍內申請了專利保護,采用這種工藝不僅能獲得傳統粉末滲鋅的灰色涂層,而且能直接加工出具有不同外觀顏色的涂層,其涂層硬度及耐腐蝕性明顯高于原來工藝,目前DisTek工藝已推廣應用到美國、英國、挪威、比利時、俄羅斯、南非及日本等許多國家。1993年國內北京有色冶金設計研究總院提出的“粉鍍(滲)鋅方法及裝置”是目前國內應用最廣泛的粉末滲鋅加工技術,目前隨著該專利權終止(2005-12-14)已成為公開技術。

在20世紀90年代后期國內許多單位對真空粉末滲鋅工藝和設備進行了研究[12],其特征是將滲鋅容器抽真空進行粉末滲鋅熱處理,如1997年冶金部洛陽耐火材料研究院申請的“一種真空滲鋅爐”(目前該專利權終止2000-12-6)等。實際上早在20世紀60年代前蘇聯已進行過真空條件下的粉末滲鋅工藝研究[5,6],但由于真空熱處理設備成本高及操作復雜等、并沒有在工業生產獲得應用,而后來國內提出的真空粉末滲鋅工藝在實際生產中存在同樣問題。由于只能在滲鋅密封容器滾動加熱前進行抽真空處理,滾動加熱過程中很難保證高溫下密封容器內的真空狀態,因此目前所謂的真空粉末滲鋅工藝只能在實驗室條件下嚴格完成,在工業化生產中很難嚴格實現該工藝過程。

機械滾動摩擦、沖擊有助于固體粉末熱擴散過程、并能有效降低擴散溫度,基于此原理2001年山東大學提出了“機械能助滲金屬表面改性技術”,將滾動粉末滲鋅工藝拓寬到滲鋁、滲硅、滲銅、滲錳及鋅鋁共滲工藝,但目前尚未見到工業化生產過程。2004年以色列Greencote公司又提出了鋅/鋁復合涂層加工技術(WO2004/050942-A1),這種改進的粉末滲鋅工藝采用鋅鋁復合粉末制備熱擴散涂層,非常適合各種緊固螺栓及連接件防腐處理。2005年天津市先知邦鋼鐵防腐工程有限公司申請的“一種納米復合粉末滲鋅加工方法”(目前該專利已授權2006-4-4)[16,17]。納米復合粉末滲鋅是通過在傳統的粉末滲劑中添加納米活化劑方式來改善粉末滲鋅工藝,可以獲得硬度較高、耐腐蝕性能、抗高溫氧化性能及力學等綜合性能更為優異的滲鋅涂層。

傳統粉末滲鋅工藝由于采用燃氣或電加熱的輻射傳導加熱方式,仍存在工藝周期長、能耗嚴重局限性,如在整個滲鋅過程中從加熱到保溫至少要4小時以上(如鋅鋁包埋共滲工藝將達到10小時以上),工藝時間長、生產效率很低;其次是在輻射傳導加熱過程中大量熱量消耗在爐體和工件本身的加熱與保溫上,有效熱量利用率低、能源浪費嚴重。2007年我們提出了利用微波熱擴散的“一種快速粉末滲鋅表面涂層加工方法”發明專利(CN101122005A),可明顯提高目前粉末滲鋅工藝的生產效率、并極大地降低生產成本。目前,我們正與天津市先知邦滲鋅制品有限公司合作共同開發工業化生產工藝與微波擴散處理設備。

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