一种基于元素含量的金属材料渗锌量定量检测方法与流程

本发明涉及金属材料表面处理与数据计算，具体涉及一种基于元素含量的金属材料渗锌量定量检测方法。

背景技术：

1、最新研究发现，铝合金、钢材等金属材料表面喷锌或镀锌处理，可明显改善材料的局部腐蚀风险。同时，金属材料往往伴随热处理渗锌过程，这是因为锌元素固溶进金属基体后，可以降低腐蚀电位25-30mv。含锌表层作为低电位优先腐蚀，可使点腐蚀转化为面腐蚀，提高耐腐蚀性能。然而，过低渗锌量无法实现抑制点蚀的作用，过高的锌渗入量会明显加速材料腐蚀，要实现含锌表层具有优异的腐蚀性能，掌握合金中zn渗入量至关重要。

2、目前，喷锌量测试常用的方法为“gb/t 16921-2005 金属覆盖层覆盖层厚度测量x射线光谱法”。该方法可以通过测算喷锌后的锌层膜厚，确定锌的含量。然而，现有耐蚀工艺，喷锌后需要经过热处理过程，表面锌层将渗入基体内部，形成含锌扩散层。同时，热处理过程中，也会伴随着表面喷锌层的损失。此时，利用膜厚的方法已经无法实现锌渗入量的准确测算。

技术实现思路

1、为了克服现有评估渗锌含量的困难，本技术提供一种基于元素含量的金属材料渗锌量定量检测方法，利用整体测算锌含量，通过建立扩散锌元素含量与渗入量之间的关系，结合分析模型，即可实现锌渗入量的分析。该方法克服了锌层不均匀、热处理及加工变形对锌层的影响，具有适用性广、准确度高的优点。

2、为解决上述问题，本技术所采用的技术方案如下：

3、本技术实施例提供一种基于元素含量的金属材料渗锌量定量检测方法，包括

4、成分检测：测试未喷锌或镀锌前的金属材料中的zn元素的质量分数；对所述金属材料经过喷锌或镀锌后，再将通过热处理得到渗锌后的金属材料作为待检测对象，测试待检测对象中的zn元素的质量分数；

5、基本参数测量：测定待检测对象的质量、长度参数，并计算检测对象的周长；

6、数据计算：计算出单位内锌的质量与待检测对象表面积的比值为渗锌量，即得到金属材料中的渗锌量。

7、作为进一步优选的方案，本技术实施例所述的数据计算过程中，渗锌量计为p，单位为g/m2，采用的如下公式计算：

8、（1）；

9、上述公式（1）中，mzn为锌的质量，单位为g；mzn可通过以下公式计算的得到：

10、mzn=（ω1-ω0）×m（2）；

11、上述公式（2）中，ω1为待检测对象中的zn元素的质量分数，单位为wt%；ω0为未喷锌前的金属材料中zn元素的质量分数，单位为wt%；m为测定待检测对象的质量；

12、上述公式（1）中，s为渗锌表面积，单位m2，通过下述公式（3）计算得出：s=c×l（3）；

13、上述公式（3）中，c为待检测对象的周长，单位为m；l为待检测对象的长度，单位为m；

14、基于待检测对象的基本参数和成分检测结果可以计算得到热处理后材料表面的渗锌量：

15、（4）。

16、作为进一步优选的方案，本技术实施例所述的喷锌工艺包括以下步骤：

17、将纯锌熔融为液态锌，置于喷射设备中，保持液态锌的流动性，待处理的金属材料置于喷头前，金属材料表面与喷头距离2~10cm；开启喷射设备，喷射设备的压力设置在5-6kg/cm2之间，挤出液态zn，使其覆盖在喷头前的金属材料表面，通过喷出液态zn的质量、喷射最大表面积控制喷zn量，喷锌完成后自然冷却至室温，得到表面覆锌的金属材料。

18、作为进一步优选的方案，本技术实施例所述的镀锌工艺是采用磁控溅射方式，靶材为纯度＞90%的zn靶材，包括以下步骤：

19、抽真空：将zn靶材安装在镀膜腔室内、金属材料置于镀膜腔室内靶材对面，开启设备，启动分子泵，抽真空后充入保护气体氩气；

20、预镀膜：随后开始预镀膜，预镀膜时使用挡板挡住金属材料表面，镀膜五分钟，去除zn靶材表面的氧化物与杂质；

21、正式镀膜：撤离挡板后开始正式镀膜，镀膜速度6~7å/s，通过zn的密度、磁控溅射镀zn的厚度控制喷zn量；镀zn完成后关闭氩气，腔室放气，得到表面覆锌的金属材料。

22、作为进一步优选的方案，本技术实施例所述热处理包括如下步骤：将表面覆锌的金属材料置于热处理炉中，温度设置为550-650℃，达到设定温度后保温2-8min，随后随炉降温,完成热处理。

23、作为进一步优选的方案，本技术实施例所述的基于元素含量的金属材料渗锌量定量检测方法，采用电感耦合等离子体技术测试未喷锌或镀锌前的金属材料和待检测对象中的zn元素的质量分数。

24、未喷锌或镀锌前的金属材料和待检测对象分别绞成颗粒或屑，使用锌icp-ms标准溶液进行消解，得到澄清的溶液，置于icp设备中进行测试，测试时使用氩离子体，将样品转化为离子后，然后使用质谱仪进行测量，直接得出zn质量分数。

25、作为进一步优选的方案，本技术实施例所述的基于元素含量的金属材料渗锌量定量检测方法还包括计算对锌层镀覆量的步骤：

26、所述（5）；

27、上述公式（5）中，m′zn为金属材料表面镀覆锌的质量，渗锌前金属材料的质量为m′，渗锌前的金属材料的周长为c′，长度为l′，计算面积s′= c′×l′；渗锌后的金属材料中zn含量符号为ω′1。

28、作为进一步优选的方案，本技术实施例所述的基于元素含量的金属材料渗锌量定量检测方法还包括计算锌损耗的步骤：

29、所述锌损耗计为∆zn，（6）。

30、作为进一步优选的方案，本技术实施例所述的基于元素含量的金属材料渗锌量定量检测方法中，所述金属材料为铝合金材料、镁合金材料、钢材等金属材料中的一种，检测对象的质量为3-5g。

31、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

32、1．本技术实施例所述的基于元素含量的金属材料渗锌量定量检测方法通过直接测试渗锌前后金属材料中zn元素的质量分数，结合待检测对象的基本参数（如质量和长度），能够精确计算出单位面积上锌的质量，即渗锌量；避免了间接推断可能带来的误差，确保了渗锌量测量的准确性。

33、2．本技术所述的基于元素含量的金属材料渗锌量定量检测方法中，测量过程基于zn元素的实际含量，有助于在质量控制、材料选择和工艺优化等方面提供可靠的数据支持。

34、3．本技术所述的基于元素含量的金属材料渗锌量定量检测方法不仅适用于喷锌处理后的金属材料，也适用于镀锌及其他渗锌工艺处理后的金属材料；无论是钢铁、有色金属还是合金材料，通过适当的测试手段测定zn元素的质量分数，就嫩能实现渗锌量的定量检测。

35、4．本技术所述的基于元素含量的金属材料渗锌量定量检测方法中，通过测量渗锌量，可以了解渗锌层的厚度和均匀性，从而评估渗锌处理的效果；对于指导生产过程中的工艺参数调整、优化渗锌处理工艺以及提高产品质量具有重要意义。

36、下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。