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CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES1中国铁道科学研究院铁路混凝土梁配件多元合金共渗防腐技术金属及化学研究所2014年4月CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院2主要内容一、什么是多元合金共渗二、以前产品存在的问题三、标准的主要内容四、样品的送检五、其他相关技术CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院3一、什么是多元合金共渗1.定义•多元合金共渗技术是从粉末渗锌技术发展过来的，其基本原理与粉末渗锌相同都是利用物理、化学吸附沉积和机械碰撞使金属粉在工件表面形成镀层的工艺。•由于其他金属元素的引入，使渗层由类似多种合金组成，从而提高渗层的防锈性能。如采用渗锌处理，渗锌层是由FeZn7、Fe5Zn6等相组成，而采用锌铝共渗处理，渗层除前面说的两个相外，还有Al(Zn)α固溶体、Al(Zn)β固溶体等多相组成。•采用的是以锌粉、铝粉、稀土金属等材料为主要组分，其中的金属元素达到3个，所以称为多元渗剂，进而将采用多元渗剂进行浸渗处理，称为多元合金共渗。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院4一、什么是多元合金共渗2.共渗工艺的特点①温度低不影响工件机械性能，没有氢脆现象，共渗工程的温度在350℃~450℃，此温度下吸入钢基体的H原子已扩散逸出。②节约锌粉热喷涂锌由于喷涂过程中锌粉氧化造成大量锌的损失，热浸锌由于锌蒸汽、锌灰、锌渣及锌液飞溅、锌瘤毛刺等造成较多锌的浪费，而共渗是在真空下的密闭容器中进行，不存在锌粉的氧化和飞溅等，所以共渗工艺耗锌量只是热喷涂锌的30%、热浸锌的60%。③过程中无环境污染共渗过程为固态热扩散过程，工件与渗剂在密闭的容器中进行扩散，没有锌蒸汽产生，热处理炉用电、燃油或燃气作为能源，对周围环境没有污染。而热浸锌有锌废料、锌蒸汽等污染，电镀锌有“三废”排放等污染，达克罗涂层由于存在“Cr6+”对环境存在污染。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院5一、什么是多元合金共渗3.产品技术特点①渗层厚度均匀性好。渗层厚度取决于加热温度和保温时间，与工件的形状和不同位置基本无关，无论螺纹、内壁、凹槽等部位，都可得到均匀渗层。②硬度高渗层硬度高，显微硬度显示渗层硬度不低于基体硬度。一般硬度能达到250~420Hv，而热浸锌、电镀锌的镀层硬度为75~88Hv。因为渗层硬度高，所以具有较高的耐磨损和抗划伤能力。③与基体金属的结合强度高渗层是扩散冶金结合，具有很好的附着强度，很难剥离掉，只有通过化学酸洗防腐才能清除。④耐腐蚀性好渗层的电极电位值为-0.65V，Zn为-0.76V，Fe为-0.439V，因而渗层可以对铁基体进行阴极保护，同时由于腐蚀电流又小于纯锌和铁间的腐蚀电流，所以更有利于提高渗层的使用寿命。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院6二、以前产品存在的问题①渗层厚度的检测用上述列出的标准无法将渗层厚度和达克罗涂层厚度分开进行检测。现场普遍是采用检测总厚度，而有关检测机构是通过让用户分开送样来进行检测。这样的做法无法证明进场产品是否满足规范要求。②多元合金共渗技术不明确在上述标准中，都没有对多元合金共渗层进行表征，无法将多元合金共渗层与其他涂层有效的进行分别。③封闭层的问题在上述要求中，明确提出了封闭层，在以前的产品检测中我们发现，几乎所有样品都进行封闭层处理，并且封闭层的厚度远远超过5μm~8μm。最厚的样品甚至在100μm以上，拥有这样厚度封闭层的样品，即使不做多元合金共渗处理或渗锌处理，通过480h的中性盐雾试验也是完全可以的。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院7二、以前产品存在的问题由于①、②、③的原因致使一些不良厂家通过只喷涂涂料、喷锌、渗锌等简单加工工艺来代替多元合金共渗工艺，为铁路提供劣质产品。④没有体现多元合金共渗技术的优越性在上述要求中，仅仅要求防腐处理达到3级防腐，3级防腐在GB/T18684-2002《锌铬涂层技术条件》中只是对中性盐雾试验能达到480h的要求。而这一防腐要求，如果采用其他防腐措施也可轻易达到，但对桥梁的耐久性与多元合金共渗技术相比会带来负面影响。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院8二、以前产品存在的问题⑤达克罗保护层达克罗保护层，实际上就是锌铬涂层，它是将锌铬涂料浸涂、刷涂或喷涂在钢铁零件或构件表面，经烘烤形成的以片状锌和锌的铬酸盐为主要成分的保护涂层。目前已研究出无铬的达克罗涂层。达克罗保护层的防腐性能好坏是由涂层的完整性来保证的，一旦涂层出现划痕或剥落，就会失去防腐效果。由于达克罗保护层的硬度只有2H~6H，所以抗划伤能力及耐磨性都比较差，不适合用于大型构件、有螺纹或对耐磨性有要求的构件，只适用于小的元器件的防腐处理。这在铁路其他产品如弹条扣件等应用中也得到了验证，显示并没有起到防腐效果。所以在本标准中对多元合金共渗层不允许加涂达克罗保护层。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院9二、以前产品存在的问题CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院10二、以前产品存在的问题CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院11二、以前产品存在的问题CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院12二、以前产品存在的问题CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院13三、标准的主要内容①范围本标准规定了铁路混凝土梁配件多元合金共渗及相关技术要求、试验方法、检验规则及包装、标记、运输和贮存。本标准适用于铁路混凝土梁碳钢、低合金钢、铸铁等材质配件的防腐处理。明桥面钩螺栓、道钉，隧道及其它工程配件防腐处理可参照本标准执行。②多元合金共渗工艺技术要求a)将待处理工件去污、除油；b)抛丸除锈，除锈等级为不低于GB/T8923《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中规定的Sa2级；c)用含有锌粉、铝粉、稀土金属等材料的多元渗剂在真空条件下处理工件，炉温不应超过450℃。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院14三、标准的主要内容③钝化工艺技术要求a)将多元合金共渗处理后的工件表面清理干净；b)将清理干净的工件在钝化液中浸泡10s~30s；c)取出工件，立即用30℃~50℃的蒸馏水清洗10s；d)在60℃的烘箱中恒温烘干20min~30min。这里需要说明的是：①钝化工艺过程在铁路混凝土梁配件做多元合金共渗防腐处理要求时不是必须的，如果生产厂家只做到对配件进行了多元合金共渗处理就可符合标准中表1规定的技术要求，可以不做钝化处理。②该工艺技术要求只是一个参考，生产厂家根据自己选用的钝化液不同，可以有不同的钝化工艺技术要求。但建议和鼓励用户选用环保型钝化液。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院15三、标准的主要内容④防腐处理后配件要求经防腐处理后的配件，其螺栓、螺母公差配合、外观尺寸、机械性能等指标应满足设计图纸及相应的技术文件要求。但特别建议我们用户对生产单位或供货商提出螺栓螺母公差配合按GB197-2003《普通螺纹公差》的6H/6g级要求，以保证我们的工程质量。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院16三、标准的主要内容⑤多元合金共渗层技术要求多元合金共渗层技术要求序号项目技术要求1外观灰色、色泽均匀2渗层中金属元素含有Zn、Al、La、Fe等元素3渗层厚度≥50μm4渗层表面硬度不小于基体硬度5耐中性盐雾性能500h，样板表面没有红锈出现CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院17三、标准的主要内容⑥产品检验a.检验设备磁性测厚仪、通止规、维氏硬度计、扫描电镜、盐雾试验箱。进场检验人员应配备磁性测厚仪、通止规等。b.出厂检验（进场检验）组批与抽样：同一配方、同一工艺、同一环境条件下，同一种材料制件，每500件为一批,不满500件也可做为一批。同一批产品中，对同种产品的不同规格型号，各随机抽取三件样品进行检测。检验项目：包括外观、渗层厚度、公差配合、耐盐雾性。注意事项：如果用户送样委托检验，应用实际产品作为样品，不能单独加工样品进行送检。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院18三、标准的主要内容⑥产品检验c.型式检验（与生产厂有关）本技术条件所列的全部技术要求、公差配合为型式检验项目。通常在下列情况之一时应进行型式检验：1）新产品的试制定型鉴定；2)产品的结构、工艺、材料、生产设备等方面有重大改变；3)转厂生产或停产一年后重新生产；4)合同规定或用户提出要求；5)出厂检验结果与上次型式检验有较大差异。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院19三、标准的主要内容⑥产品检验d.判定规则1)各项检验指标全部符合技术要求，则为合格品。有一项指标不符合技术要求时，应另取双倍试样进行该项复试，复试结果仍不合格，则该批产品为不合格。2)渗层厚度应按GB/T4956-2003《磁性基体上非磁性覆盖层覆盖层厚度测量磁性法》标准或采用扫描电镜方法进行测定。当存在异议时，以扫描电镜方法测定结果为准；型式检验采用扫描电镜方法。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院20三、标准的主要内容⑦包装、标志、运输和贮存a.产品应有合格标志，并注明渗层名称、平均厚度、颜色、产品名称、生产日期及生产单位的信息等。b.包装应符合GB/T191-2008标准有关规定，产品间用泡沫塑料、薄膜或其他材料进行保护、隔开，以防止运输时互相磕碰。螺栓应用箱式包装，并注明生产批次。c.包装箱应有足够的牢度，保证在运输过程中不会损坏。d.运输时严禁摔、扔和碰撞等。e.贮存时，产品应平放，包装箱不宜堆积过高。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院21四、产品的送检4.1对检测机构的要求要求产品检验机构必须具有CMA资质认证检测能力。检测机构应具备以下设备：①线切割机：用于大试样的切割，试验样品的制备。②磁性测厚仪：用于对渗层厚度的测量。渗层只有达到足够厚度时才能起到防锈能力，所以这是一个很重要的指标。渗锌层厚度等级（JB/T5067-1999《钢铁制件粉末渗锌》）等级12345厚度μm≥15≥30≥50≥65≥85使用环境及制件室内及农村大气环境下使用的紧固件及其他钢铁制件室外使用的紧固件及其他钢铁制件要求比2级更长的耐腐蚀寿命，且渗锌后能满足配合要求的紧固件及其他制件特殊要求的制件CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院22四、产品的送检4.1对检测机构的要求要求产品检验机构必须具有CMA资质认证检测能力。检测机构应具备以下设备：③维氏硬度计：用于渗层硬度的测试。④扫描电镜仪：用于渗层厚度的测量和渗层中元素的确定，主要去区分多元合金共渗层与其他渗层。⑤盐雾试验箱：用于试验产品的耐腐蚀性能。渗层中主要是Zn、Al两种元素，试验过程中渗层中的Zn、Al会出现锈蚀，成分主要是氧化锌和氧化铝，呈白色，所以样品表面出现白色属正常：如果出现红锈说明基体出现锈蚀，渗层防锈性能较差。CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院23四、产品的送检4.1对检测机构的要求耐盐雾腐蚀试验要求（GB/T18684-2002）渗层等级1234出现红锈时间（≥h）1202404801000CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院24四、产品的送检4.2对送检单位的要求要