重庆大有公司锌镍渗层黑色金属防腐工艺介绍

一、锌镍渗层技术简介

   锌镍渗层黑色金属防腐工艺是重庆大有表面技术有限公司获得国家专利发明金奖的一项全新的跨时代的发明，解决了现有的钢铁防腐技术的高防腐和高耐磨属性有机结合的难题。

    锌镍渗层是一种通过低温化学置换原理，即渗层金属在一定温度和活化剂的作用下向待渗钢铁基材表面内扩散而达到冶金结合的表面处理技术。该技术实现了钢铁制件表面合金化，达到了高耐蚀，高耐磨的应用需求，且不改变钢铁制件自身的机械性能，保证了钢铁制件允许的自身使用周期内的全寿命防腐。

1. 锌镍渗层技术防腐机理：

锌镍渗层是一种通过低温化学置换原理，即渗层金属在一定温度和活化剂的作用下向待渗钢铁基材表面内扩散而达到冶金结合的表面处理技术。该技术实现了钢铁制件表面合金化，达到了高耐蚀，高耐磨的应用需求，且不改变钢铁制件自身的机械性能，保证了钢铁制件允许的自身使用周期内的全寿命防腐。

2. 锌镍渗层的技术特点：

（1）高耐蚀：中性盐雾试验达到6000小时，可以替代不锈钢;

（2）高耐磨：渗层硬度比钢铁基材自身提高30-50%;

（3）可焊接性好，再涂性好，无氢脆，渗层均匀致密，可以满足螺纹旋合的需求;

（4）低温渗层，不影响基材的金相，保证基材原有的材质性;

（5）生产过程无三废排放，是低碳创新成果。

二、技术的先进性与可行性

    1. 项目的技术原理

锌镍渗层技术是一种铁素体状态下的化学热处理。是在一定条件下钢铁件与锌、镍、铝、稀土等多种元素充分接触加热，使锌、镍、铝等多元金属原子均匀扩散入钢铁制品表面，在制品表面形成锌、镍、铝、铁比例不同的金属间化合物—合金共渗层，它与基材的电位差小于纯锌层与基材的电位差，作为阴极保护层，其防腐寿命自然长于同样厚度的纯锌防腐层。本技术与原粉末渗锌不同的是：配方中加入了镍、铝、稀土等多种元素，改善了渗层的组织结构，提高了耐磨性、韧性、高温耐蚀性和抗风砂打击能力。

    2.项目国内外研究开发现状

渗锌技术源于英国，前苏联对此技术有长足的发展。它经历了粉末包埋渗锌、滚动真空渗锌发展历程而日趋成熟，已广泛应用于军工、舰船、铁路、桥梁、公路金属零件的防腐。1991年我国就发布了JB/T5067-1991《钢铁零件渗金属层金相检验方法》，其中给出了粉末渗锌标准。1999年我国发布了粉末渗锌新标准，《钢铁制件粉末渗锌》标准号为JB/T5067-1999.我国最早的渗锌是上世纪六十年代，是把待渗工件埋在盛满锌粉的密闭的金属容器中，将该容器放入箱式加热炉中加热、保温数拾小时，然后取出。这种方法称为包埋式渗锌，生产效率低、装卸料困难、能耗大、成本高，质量难控制，除在兵器行业少量采用外，未见其它行业采用。90年代，我国一访苏代表团，发现他们用滚筒炉渗锌，将锌粉和工件放入滚筒炉中加热、保温，显然这种方法会使更多的锌粉接触待渗工件表面，这样渗锌速度快，装卸料方便，质量容易控制，称之为滚动式渗锌，这技术很快引起我国材料保护研究院所的重视，武汉材保所把该技术发展为真空渗锌，并作了许多基础性的实验工作，并形成成套技术对外转让，价格比较昂贵；上海有锌铝多元共渗技术加工的广告，技术非常保密，更未见锌镍渗层技术报导。在2007年全国新技术交流会上，国家发改委、国家创新网主任姜司长看了锌镍渗层螺纹件样品后认为质量在国内是最好的。该技术已为高速公路渗层处理了柔性护栏的螺纹连接件，铁路道钉等

   3. 项目的先进性：

   3.1 锌镍渗层的配方创新

目前一般渗层用纯锌粉，其渗层表面较粗糙，耐磨性和高温抗蚀性较差。为了获得高硬度和高温耐蚀的渗层配方，本项目组根据多元金属共渗的原理，结合金元素在合金中可能表现的固有特性优选了锌、镍、铝等金属及其粒度作为渗层元素；为创造生成活性原子的化学反应的热力学条件，加快渗层速度，优选了活化剂；为节省渗层金属元属，又不影响渗层元素与被渗金属构件的充分接触，优选了填充料及其粒度；经过数十个配方数以千次试验测试，获得最佳效果配方，渗层表面细腻、均匀，其硬度比基材提高30％以上。可耐400℃高温，中性盐雾试验可达1000小时以上，二氧化硫试验可达160小时以上不锈蚀。其防腐性能是传统热浸锌的3倍，电镀锌的5倍，比纯渗锌提高了10％，硬度比纯渗锌提高了30％。

    3.2 锌镍渗层工艺创新

锌镍渗层属一种多元共渗，工艺温度梯度、工艺时间、添料方法渗锌完全不同，需要进一步探索、创新。

针对铸钢铸铁、中低碳结构钢等待渗件试验了多种配方，把添加料从分别称重添加改为按待渗材料种类最佳配比混料后添加，保证了炉罐内实存渗层材料各元素配比的一致性，提高了渗层产品的一次交检合格率，缩短了渗层时间、降低了锌耗量，本项目把经实际生产验证的工艺参数和配方输入计算机，用微机控制渗层过层，从而保证了产品工艺重现性。

本项目工艺的前处理革除了传统的酸洗工艺，采用了先进的抛丸工艺，从而根除了热浸锌、电镀锌因前处理酸洗工艺而带来的排水污染和残留工件的氢所留下的氢脆隐患。

粉末渗层后工件附着了一层灰，一般用人工敲击去灰，本项目采用了密闭机械滚动去灰和水洗去灰，有效地降低了粉尘排放，提高了渗层材料的回收利用率。

    3.3 锌镍渗层技术产业化应用的成套装备

科技成果要转化为生产力必须设计可靠，先进，适用的工艺装备，满足本项目工艺涉及2种主要设备的设计制造、该渗层处理设备是我国首创的。已授权了两项国家实用新型专利。

渗层加热设备的独创之处，是采用了先进的设计理念：操作简便、结构简单新颖、经济适用。

该设备一改传统的炉体开出式、炉体旋转式或炉罐开出式的复杂结构，采用炉盖开启式，利用车间行车吊装炉罐和启闭炉盖，大大地简化了设备结构，减少了设备故障点、降低了设备成本，为本项目的推广争取到更大的空间。

从上表可以看出，达克罗的盐雾试验与本项技术相当，但硬度低，仅有2H的铅笔硬度，无法承受铁路、轻轨建设野外作业的磕碰划伤，而且抗二氧化硫差，不能耐受酸雨的浸蚀，故用达克罗处理的广州地铁道钉、重庆轻轨指型板安装后5个月左右就开始锈蚀。

热浸锌硬度虽较高。但盐雾试验、抗二氧化硫试验均不及本项技术。特别是热浸锌处理温度高，能耗大，每处理1吨要排3吨污水，严重污染环境，是国家限制使用的技术，随着环保政策的落实，高昂的环保费用将使该技术没有任何优势和发展空间。

三、项目技术成熟性与可靠性

1.本项目重庆轨道总公司的应用

为重庆轻轨公司用锌镍渗层处理了120件轻轨指形板，安装在动物园轻轨线上试用，已经受了48个月车轮碾压、日晒雨淋至今完好如新，未见一个锈点。重庆轨道总公司对次高度重视，现已由本公司大批量为重庆轻轨处理指形板及板座。

2. 广州地铁的应用

2008年3月广州地铁4/5号线设计单位《南车四方股份公司技术中心》考察了公司的锌镍渗层技术，取样试验后，修改了原设计，采用本项目技术。已下达修改设计通知单。并已为其处理了400余吨铁路扣件。

    3. 中铁隆昌铁路器材有限公司的应用

为中铁隆昌铁路器材有限公司用锌镍渗层技术处理道钉、弹条螺栓等铁路扣件桥配T钢数千吨，质量稳定得到客户的好评。详见《用户报告》。

4.高耐磨高耐蚀双高螺栓在风电行业的应用

风电特别是海上风电，由于环境复杂，潮水和湿度等原因，对风机，轮毂，电机，叶片等部件以及齿轮，螺栓等连接件都有特别的防腐要求。目前金风科技，航天万源，湘电股份，东方电机，江苏华创等风电整机和部件厂家，都有大规模使用锌镍渗层技术进行防腐处理。

5.军工桥梁隧道等领域的应用

目前，重庆著名军工企业铁马集团，长安集团都有利用锌镍渗层技术处理某些特殊的军工材料和部件。

在山西中南部铁路大通道太行山隧道工程中，由于锌镍渗层技术的良好防腐性能而得到广泛使用。

四、环境影响评价

锌镍渗层防腐技术除具备防腐层硬度高，防腐性能好的特点外，还具备工艺过程不用酸洗，因而无三废排放，不会产生氢脆；处理温度低，约为390℃左右，一般不影响产品原有机械性能，节能效果显著。属节能减排的清洁生产技术。

整个工艺过程无酸洗和污染环境的六价铬等重金属的参与与排放，洗灰水澄清后重复利用；沉底的灰干燥后再用；脱脂清洗水PH值一般为7.5-8.5，完全达到国家一级排放标准；因此该技术无三废排放，友好环境。产品也不存在氢脆隐患。

加热渗层温度为390℃左右，比热浸锌和气体多元共渗温度低200℃左右，因而节能效果显著。不影响产品原有机械性能。

2010年，公司锌镍渗层车间已通过环保局的环境监测。

五、项目获得其它国家或部门计划的支持情况

已被授予专利的锌镍渗层材料及其防腐处理加工服务已获重庆市高新技术产品称号，获大渡口区科技二等奖。大渡口区发明专利成果转化二等奖.公司于2012年7月获得中国防腐蚀行业发明专利金奖，我司生产的高耐蚀、高耐磨双高系列螺栓已获得“重庆市高新技术产品”，且已获得国家知识产权局颁发的中国专利优秀奖。

国家发改委、国家科委非常重视该项技术的开发应用，国家科委给予了50万元的创新基金补助，被列入国家科技型中小企业创新基金2009年度第二批立项项目,；重庆市政府将其列入《2008年度重庆市技术创新项目指导性计划（第一批）》序94项目名称是《锌镍渗层防腐技术》，并于2008年10月给与了30万元的专项资金资助。

<撰稿，重庆大有>

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