專利名稱：一種鋅鋁鎂稀土多元合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合于熱噴涂鋅鋁鎂稀土多元合金防護(hù)涂層的絲材及制備方法， 屬于鋼結(jié)構(gòu)的金屬熱噴涂及腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前廣泛用于防腐領(lǐng)域的熱噴涂金屬絲材主要有鋅絲、鋁絲及鋅鋁合金絲等。熱噴涂技術(shù)是防腐蝕最有效和最有用的工藝技術(shù)，采用熱噴涂技術(shù)在鋼鐵結(jié)構(gòu)表面制備出上述金屬涂層，并對涂層進(jìn)行封孔處理可有效地延長鋼鐵結(jié)構(gòu)件的使用壽命。
自20世紀(jì)50年代起，日本腐蝕控制協(xié)會熱噴涂專業(yè)委員會曾利用火焰噴涂技術(shù)對碳鋼表面噴涂Zn-13wt%Al合金線材，并對比Zn、Al熱噴涂涂層進(jìn)行了 10年的海洋暴露試驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)封閉處理的Zn-13A1合金涂層顯示出了優(yōu)良的耐蝕性能。通過對Al含量分別為15%、22%、30%和55%的Zn-Al合金絲涂層的電化學(xué)試驗研究表明，隨著Al含量的增加， 電位向正方向移動，并在陽極極化試驗時，表現(xiàn)出了鈍化現(xiàn)象。但是當(dāng)Al含量大于15%時， 材料變硬變脆致使合金絲的加工非常困難，因此，20世紀(jì)六七十年代，Zn-Al合金絲材噴涂主要集中在Zn-15wt%Al合金上，目前，Zn-15wt%Al合金已成為應(yīng)用最為廣泛和成熟的熱噴涂金屬線材。Zn-Al合金絲與純Zn絲和純Al絲相比，其噴涂后具有粘附性強、耐磨性和抗腐蝕性好、施工性能優(yōu)越等特點。Zn-Al合金做犧牲陽極噴涂于鋼鐵結(jié)構(gòu)表層，可使構(gòu)件使用壽命延長5 10倍，這種涂層集合了既有鋅涂層的陽極保護(hù)效果，又有對點蝕和裂紋不敏感的特性以及耐環(huán)境腐蝕的優(yōu)點。
熱噴涂鋅涂層對鋼鐵的電化學(xué)保護(hù)性能好，但其耐蝕性較差，熱噴涂鋁涂層具有較好的穩(wěn)定性，但其電化學(xué)性能不及鋅涂層；熱噴涂鋅鋁合金涂層兼具了鋅涂層良好的電化學(xué)性能和鋁涂層的穩(wěn)定性優(yōu)點，成為目前主要應(yīng)用于防腐領(lǐng)域的熱噴涂涂層。事實上，隨著鋁含量的提高，其涂層的粘附性更強，耐磨性和抗腐蝕性能更好，但隨著鋁含量的增加， 塑性變形抗力增大，拉拔成絲越困難；鋅鋁合金絲材也有自身的弱點，就是容易發(fā)生晶間腐蝕。而在鋅鋁合金中加入鎂、稀土等合金化元素，可使鋅鋁合金晶粒細(xì)化，同時改善涂層的自封閉效果、涂層組織的均勻性、降低涂層的孔隙率，進(jìn)一步提高涂層的耐蝕性能。
近幾年的研究表明，向Zn-Al合金中加入其它的適量元素能顯著改善涂層的耐蝕性能，如研制出的Zn-Al-RE合金、Zn-Al-Si合金、Zn-Al-Mg合金以及Zn-Al-Mg-RE合金等熱噴涂合金材料，其中以Zn-Al-Mg系列合金最為突出。
80年代初期，在國際鋁鋅研究組織的組織領(lǐng)導(dǎo)下，成功的開發(fā)了 Zn-5%Al-(0. 03、. 1%) RE合金鍍層，稀土首次出現(xiàn)在合金鍍層應(yīng)用領(lǐng)域，接連開發(fā)Zn_Ni、 Zn-Ti、Al-Si、Al-Ti、Zn-Al-Mg、Zn-Al-Mg-Si等成熟的合金鍍層。Al、Zn及其合金鍍層家族中新的成員不斷出現(xiàn)，為鋼鐵在使用環(huán)境下的有效保護(hù)提供了有力的保障。稀土是一種優(yōu)良的添加劑，具有除氣、凈化、變質(zhì)等作用，通過合金化可以增加潤濕清潔鋼鐵表面的能力。
目前國內(nèi)外防腐實踐證明，采用Zn-Al合金防腐涂層鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)的有效方法之一，但這類涂層體系對點蝕和機械損傷特別敏感，針對Zn-Al涂層防腐中存在的問題，國外出現(xiàn)了 Zn-Al-Mg防腐材料體系，該材料具有自封閉效果。Zn-Al-Mg涂層由于Mg的加人， Mg和Al形成的Al，Mg氫氧化物薄膜除了起到鈍化膜的作用外，腐蝕后也生成相應(yīng)的有自封閉能力的腐蝕產(chǎn)物，與Zn的腐蝕產(chǎn)物一起去堵塞涂層中的缺陷，形成更加致密的腐蝕產(chǎn)物層，加強了涂層的自封閉效果，使得涂層在腐蝕后期的耐蝕性能大大提高。
Zn-Al-Mg合金涂層在海洋環(huán)境下具有比Zn-Al涂層更優(yōu)異的耐腐蝕性能，并在美國、英國等國家已經(jīng)開始應(yīng)用。早期的Zn-Al-Mg合金材料，當(dāng)含Mg量大于0. 5%后,合金將變硬變脆而難于制成絲材，采用偽合金和粉芯絲材的辦法可解決這一問題。有資料表明，利用偽合金和粉芯絲材技術(shù)向涂層中添加0. 7% 1.4%(wt)的Mg后，涂層的抗紅銹能力是純 Zn或純Al涂層的4倍。本實驗室對Zn-Al-Mg系列合金涂層也展開了研究,采用高速電弧噴涂技術(shù)并結(jié)合粉芯絲材制備了不同Al、Mg含量的Zn-A12Mg系列合金涂層，并利用鹽霧腐蝕試驗和電化學(xué)腐蝕試驗研究了 Al、Mg對Zn-Al涂層耐腐蝕性能的影響，為這種新型防腐涂層的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
Zn-Al-Mg涂層表現(xiàn)出較強的自封閉作用，但仍不穩(wěn)定。研究表明由于RE元素的加入，Zn-Al-Mg-RE涂層的腐蝕產(chǎn)物與Zn-Al-Mg涂層比較并沒有明顯差別，但RE元素可細(xì)化涂層顆粒，使顆粒粒度均勻，降低涂層孔隙率，使涂層組織致密，進(jìn)而減少了腐蝕通道。因此腐蝕反應(yīng)進(jìn)行一定時間后，由于鈍化膜及腐蝕產(chǎn)物的堵塞，腐蝕介質(zhì)很難通過涂層表面的缺陷進(jìn)人涂層到達(dá)涂層/基體的界面，涂層的自封閉效果更加明顯，大幅度提高了涂層腐蝕產(chǎn)物層的穩(wěn)定性，從而使Zn-Al-Mg-RE涂層表現(xiàn)出更好的耐蝕性。因此，Zn- Al-Mg-RE 涂層表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐蝕性。RE元素的加人對涂層耐蝕性影響的主要原因是降低了涂層的孔隙率，起到了凈化和細(xì)化組織的作用，從而使涂層腐蝕過程中的表面活性點減少，從而表現(xiàn)出明顯且穩(wěn)定的自封閉效果。發(fā)明內(nèi)容
本文發(fā)明的目的是提供一種耐蝕性能優(yōu)良的熱噴涂鋅鋁鎂稀土多元合金絲材、制備方法及其應(yīng)用。該絲材可應(yīng)用于鋼鐵結(jié)構(gòu)件熱噴涂防腐涂層上，使鋼鐵結(jié)構(gòu)件得到充分保護(hù)，延長其使用壽命。
本發(fā)明的特征在于I、鋅鋁鎂稀土多元合金絲材成分設(shè)計(I)Mg對Zn-Al合金的影響Mg固溶于Zn中，過量則形成金屬間化合物。它能夠減輕晶間腐蝕，提高強度、硬度，但顯著降低塑性、韌性，增大熱裂、冷裂傾向。在Zn-Al合金涂層中添加少量的Mg元素可進(jìn)一步提高Zn-Al合金涂層的耐蝕能力。熱噴涂技術(shù)制備的Zn-Al-Mg偽合金涂層是通過噴涂兩種不同材料的絲材或采用粉芯絲材的方法獲得的相應(yīng)涂層。在熱噴涂過程中，Mg更容易氧化和蒸發(fā)，優(yōu)先形成尖晶石結(jié)構(gòu)的氧化物。
(2)稀土元素對Zn-Al合金的影響在Zn-Al合金涂層中添加少量的RE能進(jìn)一步提高涂層的耐蝕性能，RE元素能細(xì)化涂層的微觀結(jié)構(gòu)，減少噴涂層的孔隙率，同時對Zn-Al合金涂層具有一定的強化作用。RE在Zn-Al合金中主要以三種形式存在固溶在基體中；偏聚在相界、晶界和枝晶界；固溶在化合物中或以化合物形式存在。當(dāng)含量較低時(低于0.1%)，稀土主要以前兩種形式強化，其中第一種形式起到有限固溶強化的作用，第二種形式增加變形阻力，稀土與Al，Mg, Si等元素形成的金屬間化合物呈球狀和短棒狀分布，在晶界或界內(nèi)組織中有大量位錯分布；當(dāng)稀土含量大于0. 3%時，最后一種強化形式占主導(dǎo)地位，這時，稀土與合金中的其它元素形成許多含稀土元素的新相，同時使第二相的形狀、尺寸發(fā)生變化，可能使第二相從長條等形狀轉(zhuǎn)變成短棒狀粒子，粒子的尺寸也變得比較細(xì)小，且呈彌散分布，大部分含稀土元素的第二相都出現(xiàn)了粒子化、球化和細(xì)化的特征，這種變化在一定程度上強化了 Zn-Al合金。
(3)鋅鋁鎂稀土多元合金絲材成分設(shè)計原則在Zn-Al合金涂層中添加少量的Mg元素可進(jìn)一步提高Zn-Al合金涂層的耐蝕能力。但由于Mg固溶于Zn中，過量則形成金屬間化合物。它能夠減輕晶間腐蝕，提高強度、硬度，但顯著降低塑性、韌性，增大熱裂、冷裂傾向。在Zn-Al合金涂層中添加少量的RE能進(jìn)一步提高涂層的耐蝕性能，RE元素能細(xì)化涂層的微觀結(jié)構(gòu)，減少噴涂層的孔隙率，同時對Zn-Al合金涂層具有一定的強化作用。
當(dāng)含Al量大于15%, Mg量大于0. 7%后，合金將變硬變脆而難于制成絲材,針對 Zn-Al-Mg-RE合金材料，Al量小于15wt%，Mg量小于0. 7wt%, RE量小于0. 3%。
按重量百分比計，熱噴涂鋅鋁鎂稀土多元合金絲材其組成成分和重量百分比為5.0 15. 0%的鋁，0. I I. 0%的鎂，0. I 0. 5%的稀土 (鑭和鈰)，總量小于0. 1%的雜質(zhì)，余量為鋅。
2、鋅鋁鎂稀土多元合金絲材具體制備方法鋅鋁鎂稀土多元合金絲材主要制備工藝流程如圖I所示。
(I)將鋁錠加入石墨粘土坩堝內(nèi)后，升溫待鋁錠熔化后，使?fàn)t溫升至8(KT85(TC， 將金屬La和Ce碎塊分批壓入鋁液(La的重量百分比為1. 09^5. 0%，Ce的重量百分比為I.09T5. 0%，Al的重量百分比為90% 98%)。待金屬La和Ce全部熔清后，充分?jǐn)嚢瑁瑵茶T而成中間合金ALRe 10，合金澆鑄溫度120(Tl300°C。
(2)將純Zn錠和Al錠放入熔煉爐中，其中Zn的重量百分比為83. 5% 94. 5%，Al 的重量百分比為5. 59T16. 5%，升溫待全部熔化后，加入5. 0%A1-RE10鋁基稀土中間合金。 待中間合金全部熔清后，升溫至550°C，保溫15分鐘，用石墨罩將氯化鋅和氯化銨壓入合金液底部攪拌進(jìn)行脫氣、造渣，氯化鋅和氯化銨用量為爐量的0. 3^0. 4%，扒渣完畢。繼續(xù)升溫至58(T60(TC，用石墨罩將Mg塊壓入熔體底部，Mg塊的重量百分比為此時熔煉爐中原料的0.19T1. 0%，待Mg塊熔清后，充分?jǐn)嚢瑁?. P/To. 5%的氯化鋅精煉劑后，除去表面浮渣。繼續(xù)升溫至52(T550°C，澆鑄。
(3)將Zn-Al-Mg-RE坯錠進(jìn)行擠壓，擠壓前對坯錠進(jìn)行均勻化退火處理，退火溫度為20(T30(TC，保溫時間12h，擠壓溫度為20(T300°C。
(4)將擠壓獲得的毛坯粗絲加熱到20(T22(TC拔絲機經(jīng)6 8道次熱拉拔，成為鋅鋁鎂稀土多元合金粗絲。在熱拉拔每廣3道次間進(jìn)行退火處理，退火溫度為23(T250°C，保溫時間2 3h。
(5)將熱拉拔獲得的粗絲經(jīng)過拔絲機經(jīng)8 10道次冷拉拔，獲得符合尺寸要求的鋅鋁鎂稀土多元合金絲產(chǎn)品。在冷拉拔每廣3道次間進(jìn)行退火處理，退火溫度為43(T450°C，保溫時間2 3h。
(6)將拉拔而成的鋅鋁鎂稀土多元合金絲置入盛有去油清洗劑溶液的超聲波清洗機中清洗，清洗后在密排復(fù)繞機上進(jìn)行纏盤，制備出鋅鋁鎂稀土多元合金絲材。
3、鋅鋁鎂稀土多元合金絲材熱噴涂應(yīng)用工藝本發(fā)明得到的鋅鋁鎂稀土多元合金絲可以作為熱噴涂材料，噴涂在鋼鐵件的表面，達(dá)到防止并延緩鋼鐵材料腐蝕的目的。主要采用以下工藝(1)噴涂前對鋼鐵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行表面噴砂處理；(2)采用電弧噴涂或火焰噴涂設(shè)備在鋼鐵結(jié)構(gòu)件表面噴涂鋅鋁鎂稀土多元合金涂層；(3)采用有機涂料對鋅鋁鎂稀土多元合金涂層表面進(jìn)行封孔處理；(4)選擇抗老化和裝飾的涂料對鋅鋁鎂稀土多元合金涂層表面防護(hù)涂裝處理。


圖I所示為鋅鋁鎂稀土多元合金絲材主要制備工藝流程；圖2所示為Zn、Zn-Al、Zn-Al-Mg-Re三種電弧噴涂涂層在3. 5%wt NaCl溶液中的極化曲線；圖3所示為Zn、Zn-Al、Zn-Al-Mg-Re三種電弧噴涂涂層在3. 5%wt NaCl溶液中的交流阻抗譜；圖4所示為Zn、Zn-Al、Zn-Al-Mg-Re三種電弧噴涂涂層的交流阻抗的等效電路圖；圖5所不為純Zn涂層640h鹽霧實驗后表面腐蝕形貌。
圖6所不為Zn-Al合金涂層640h鹽霧實驗后表面腐蝕形貌。
圖7所示為Zn-Al-Mg-Re合金涂層640h鹽霧實驗后表面腐蝕形貌。
具體實施方式
I、鋅鋁鎂稀土多元合金材料制備步驟一首先將純度為99. 5%的鋁錠(Al的重量百分比為90%)加入石墨粘土坩堝內(nèi)后，升溫待鋁錠熔化后，使?fàn)t溫升至830°C，將金屬La和Ce碎塊(La的重量百分比為5. 0%， Ce的重量百分比為5. 0%)分批壓入鋁液。待金屬La和Ce全部熔清后，充分?jǐn)嚢瑁瑵茶T而成中間合金ALRelO，合金澆鑄溫度1250°C。
步驟二 將純度為99. 995%的鋅錠和純度為99. 5%的鋁錠加入真空感應(yīng)熔煉爐中熔化，用0. ro. 5wt%的氯化鋅精煉劑及0. 05、. 07wt%的變質(zhì)劑(氯化銨)進(jìn)行處理，變質(zhì)劑的主要成分為RE-45，然后加入Zn-Al質(zhì)量的5. 0%ALRel0鋁基稀土中間合金。用石墨罩將 Mg塊壓入熔體底部,待Mg塊熔清后，充分?jǐn)嚢瑁錾僭S精煉劑(氯化鋅)后，除去表面浮渣, 熔煉溫度控制在58(T600°C，過熱溫度在6(T80°C范圍，隨后進(jìn)行澆鑄。
2、鋅鋁鎂稀土多元合金材料制備絲材步驟一接著將澆鑄而成的合金錠放入擠壓機中擠出毛坯粗絲，加熱溫度20(T40(TC， 擠壓溫度20(T300 °C,擠壓速度4(T200mm/s，擠壓壓余25 30mm，擠壓產(chǎn)品規(guī)格 ￠8. (Tcj512. 0mm。之后將擠壓出的毛坯粗絲放入拉拔設(shè)備中進(jìn)行拉拔。
步驟二 將擠壓獲得的毛坯粗絲加熱到20(T22(TC拔絲機經(jīng)6 8道次熱拉拔，每 2^3道次間進(jìn)行退火處理，退火溫度為23(T250°C，保溫時間2 3h。熱拉拔鋅鋁鎂稀土多元合金粗絲產(chǎn)品規(guī)格￠6. 0^4)8. 0mm。
步驟三將熱拉拔獲得的粗絲經(jīng)過拔絲機經(jīng)8 10道次冷拉拔，每2 3道次間進(jìn)行退火處理，退火溫度為43(T450°C，保溫時間2 3h。最終獲得鋅鋁鎂稀土多元合金絲產(chǎn)品規(guī)格 2. 0 4. 0mm。
三種不同型號的鋅鋁鎂稀土多元合金絲的制備步驟如下A) 9505MgRe鋅鋁鎂稀土多元合金絲首先將純度為99. 5%的鋁錠(Al的重量百分比為90%)加入石墨粘土坩堝內(nèi)后，升溫待鋁錠熔化后，使?fàn)t溫升至830°C，將金屬La和Ce碎塊(La的重量百分比為5. 0%，Ce的重量百分比為5. 0%)分批壓入鋁液。待金屬La和Ce全部熔清后，充分?jǐn)嚢瑁瑵茶T而成中間合金ALRelO，合金澆鑄溫度1250°C。其次將純度為99. 995%的鋅錠(Zn的重量百分比為 94. 0%)和純度為99. 5%的鋁錠(Al的重量百分比為I. 0%)加入真空感應(yīng)熔煉爐中熔化，然后加入5.0%的ALRelO鋁基稀土中間合金。用石墨罩將Mg塊(Mg的重量百分比為0. 15%) 壓入熔體底部，待Mg塊熔清后，充分?jǐn)嚢瑁?. 2%的氯化鋅精煉劑后，除去表面浮渣。接著用0. 06wt%的變質(zhì)劑進(jìn)行處理，變質(zhì)劑的主要成分為RE-45，熔煉溫度控制在590°C左右， 過熱溫度在6(T80°C范圍，隨后進(jìn)行澆鑄。接著將澆鑄而成的合金錠放入擠壓機中擠出毛坯粗絲，加熱溫度220°C左右，擠壓溫度250°C，擠壓速度120mm/s，擠壓壓余25 30mm，擠壓產(chǎn)品規(guī)格￠8. 0mm。之后將擠壓出的毛坯粗絲放入拉拔設(shè)備中進(jìn)行拉拔。將擠壓獲得的 ￠8. Omm毛坯粗絲加熱到200°C拔絲機經(jīng)O8mm — 7. 8 — 7. 5 (退火)一7. 2 (退火)一7. 0 (退火)一6. 5 — 6. 0 (退火)共6道次熱拉拔，其中退火溫度為23(T250°C，保溫時間2 3h。 熱拉拔鋅鋁鎂稀土多元合金粗絲產(chǎn)品規(guī)格46.0mm。將熱拉拔獲得的￠6. Omm粗絲經(jīng)過拔絲機經(jīng)06. Omm — 5. 5 — 5. 2 — 5. 0 (退火)一4. 6 — 4. 3 (退火)一4. 0 (冷鐓接線) —3. 7 — 3. 4 — 3. 2 — 3. 0共10道次冷拉拔，其中退火處理，退火溫度為43(T450°C，保溫時間2 3h。最終獲得鋅鋁鎂稀土多元合金絲產(chǎn)品規(guī)格￠3. 0mm。
B) 9208MgRe鋅鋁鎂稀土多元合金絲首先將純度為99. 5%的鋁錠(Al的重量百分比為90%)加入石墨粘土坩堝內(nèi)后，升溫待鋁錠熔化后，使?fàn)t溫升至830°C，將金屬La和Ce碎塊(La的重量百分比為5. 0%，Ce的重量百分比為5. 0%)分批壓入鋁液。待金屬La和Ce全部熔清后，充分?jǐn)嚢瑁瑵茶T而成中間合金ALRelO，合金澆鑄溫度1250°C。其次將純度為99. 995%的鋅錠(Zn的重量百分比為 91. 0%)和純度為99. 5%的鋁錠(Al的重量百分比為4. 0%)加入真空感應(yīng)熔煉爐中熔化，然后加入5.0%的ALRelO鋁基稀土中間合金。用石墨罩將Mg塊(Mg的重量百分比為0. 15%) 壓入熔體底部，待Mg塊熔清后，充分?jǐn)嚢瑁?. 2%的氯化鋅精煉劑后，除去表面浮渣。接著用0. 06wt%的變質(zhì)劑進(jìn)行處理，變質(zhì)劑的主要成分為RE-45，熔煉溫度控制在590°C左右，過熱溫度在6(T80°C范圍，隨后進(jìn)行澆鑄。接著將澆鑄而成的合金錠放入擠壓機中擠出毛坯粗絲，加熱溫度220°C左右，擠壓溫度250°C，擠壓速度120mm/s，擠壓壓余25 30mm，擠壓產(chǎn)品規(guī)格￠11. (Tcj512. 0mm。之后將擠壓出的毛坯粗絲放入拉拔設(shè)備中進(jìn)行拉拔。將擠壓獲得的￠8.0謹(jǐn)毛坯粗絲加熱到200°C拔絲機經(jīng)O8謹(jǐn)一7. 8 —7.5 (退火)一7. 2 (退火)—7.0 (退火)一6. 5 —6.0 (退火)共6道次熱拉拔，其中退火溫度為23(T250°C，保溫時間2 3h。熱拉拔鋅鋁鎂稀土多元合金粗絲產(chǎn)品規(guī)格￠6. 0mm。將熱拉拔獲得的￠6. Omm粗絲經(jīng)過拔絲機經(jīng)0 6. Omm — 5. 5 — 5. 2 — 5. 0 (退火)一4. 6 — 4. 3 (退火)一4. 0 (冷鐓接線)一3. 7 — 3. 4 — 3. 2 — 3. 0共10道次冷拉拔，其中退火處理，退火溫度為43(T450°C， 保溫時間2 3h。最終獲得鋅鋁鎂稀土多元合金絲產(chǎn)品規(guī)格￠3. 0mm。
C)8515MgRe鋅鋁鎂稀土多元合金絲首先將純度為99. 5%的鋁錠(Al的重量百分比為90%)加入石墨粘土坩堝內(nèi)后，升溫待鋁錠熔化后，使?fàn)t溫升至830°C，將金屬La和Ce碎塊(La的重量百分比為5. 0%，Ce的重量百分比為5. 0%)分批壓入鋁液。待金屬La和Ce全部熔清后，充分?jǐn)嚢瑁瑵茶T而成中間合金ALRelO，合金澆鑄溫度1250°C。其次將純度為99. 995%的鋅錠(Zn的重量百分比為 85. 0%)和純度為99. 5%的鋁錠(Al的重量百分比為10. 0%)加入真空感應(yīng)熔煉爐中熔化，然后加入5. 0%的ALRelO鋁基稀土中間合金。用石墨罩將Mg塊(Mg的重量百分比為0. 15%) 壓入熔體底部，待Mg塊熔清后，充分?jǐn)嚢瑁?. 2%的氯化鋅精煉劑后，除去表面浮渣。接著用0. 06wt%的變質(zhì)劑進(jìn)行處理，變質(zhì)劑的主要成分為RE-45，熔煉溫度控制在590°C左右，過熱溫度在6(T80°C范圍，隨后進(jìn)行澆鑄。接著將澆鑄而成的合金錠放入擠壓機中擠出毛坯粗絲，加熱溫度220°C左右，擠壓溫度250°C，擠壓速度120mm/s，擠壓壓余25 30mm，擠壓產(chǎn)品規(guī)格￠11. (Tcj512. 0mm。之后將擠壓出的毛坯粗絲放入拉拔設(shè)備中進(jìn)行拉拔。將擠壓獲得的￠8.0謹(jǐn)毛坯粗絲加熱到200°C拔絲機經(jīng)O8謹(jǐn)一7. 8 —7.5 (退火)一7. 2 (退火)—7.0 (退火)一6. 5 —6.0 (退火)共6道次熱拉拔，其中退火溫度為23(T250°C，保溫時間2 3h。熱拉拔鋅鋁鎂稀土多元合金粗絲產(chǎn)品規(guī)格￠6. 0mm。將熱拉拔獲得的￠6. Omm粗絲經(jīng)過拔絲機經(jīng)0 6. Omm — 5. 5 — 5. 2 — 5. 0 (退火)一4. 6 — 4. 3 (退火)一4. 0 (冷鐓接線)一3. 7 — 3. 4 — 3. 2 — 3. 0共10道次冷拉拔，其中退火處理，退火溫度為43(T450°C， 保溫時間2 3h。最終獲得鋅鋁鎂稀土多元合金絲產(chǎn)品規(guī)格￠3. 0mm。
通過化學(xué)元素分析方法來檢測研制三種Zn-Al-Mg-RE多元合金絲材的化學(xué)成分如表I所示。
表I三種Zn-Al-Mg-RE多元合金絲材化學(xué)成分(wt%)
權(quán)利要求
1.一種鋅鋁鎂稀土多元合金材料，其特征在于材料的組成成分和重量百分比為 5. 0 15. 0%的鋁，0. I I. 0%的鎂，0. I 0. 5%的鑭和鈰，余量為鋅。
2.—種權(quán)利要求I所述的鋅鋁鎂稀土多元合金材料制備方法，其特征在于步驟一、將鋁錠加入石墨粘土坩堝內(nèi)后，升溫待鋁錠熔化后，使?fàn)t溫升至80(T85(TC，將金屬La和Ce碎塊分批壓入鋁液；其中La的重量百分比為1. 09^5. 0%, Ce的重量百分比為1. 09T5. 0%，Al的重量百分比為909^98% ;待金屬La和Ce全部熔清后，充分?jǐn)嚢瑁瑵茶T而成中間合金ALRe 10，合金澆鑄溫度120(Tl30(TC ；步驟二、將純Zn錠和Al錠放入熔煉爐中，其中Zn的重量百分比為83. 59^94. 5%， Al的重量百分比為5. 59T16. 5%，升溫待全部熔化后，向Zn-Al熔液中加入Zn-Al質(zhì)量的 5. 0%A1-RE10鋁基稀土中間合金；待中間合金全部熔清后，升溫至550°C，保溫15分鐘，用石墨罩將氯化鋅和氯化銨壓入合金液底部攪拌進(jìn)行脫氣、造渣，氯化鋅和氯化銨用量為此時熔煉爐中原料質(zhì)量的0. 3^0. 4% ;扒渣完畢，繼續(xù)升溫至58(T600°C，用石墨罩將Mg塊壓入熔體底部，Mg塊的重量百分比為此時熔煉爐中原料的0. 19Tl.0%，待Mg塊熔清后，充分?jǐn)嚢瑁龃藭r熔煉爐中原料質(zhì)量的0. 19T0. 5%的氯化鋅后，除去表面浮渣，繼續(xù)升溫至 52(T550°C，澆鑄成Zn-Al-Mg-RE坯錠，得到權(quán)利要求I所述的鋅鋁鎂稀土多元合金材料。
3.一種采用權(quán)利要求2所述的鋅鋁鎂稀土多元合金材料制備絲材的方法，其特征在于步驟一、將權(quán)利要求2所制備的Zn-Al-Mg-RE坯錠進(jìn)行擠壓，擠壓前對坯錠進(jìn)行均勻化退火處理，退火溫度為20(T30(TC，保溫時間12h，擠壓溫度為20(T30(TC ；步驟二、將擠壓獲得的毛坯粗絲加熱到20(T22(TC拔絲機經(jīng)61道次熱拉拔，成為鋅鋁鎂稀土多元合金粗絲；在熱拉拔每廣3道次間進(jìn)行退火處理，退火溫度為23(T250°C，保溫時間2 3h ；步驟三、將熱拉拔獲得的粗絲經(jīng)過拔絲機經(jīng)10道次冷拉拔，獲得鋅鋁鎂稀土多元合金絲產(chǎn)品；在冷拉拔每廣3道次間進(jìn)行退火處理，退火溫度為43(T450°C，保溫時間2 3h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱噴涂鋅鋁鎂稀土多元合金絲材合金成分設(shè)計、制備方法及其應(yīng)用，屬于耐蝕金屬材料防腐技術(shù)領(lǐng)域。其組成成分和重量百分比為5.0~15.0%的鋁，0.1~1.0%的鎂，0.1~0.5%的稀土(鑭和鈰)，總量小于1.0%的雜質(zhì)，余量為鋅。其制備方法為先將鋅錠、鋁錠加入合金熔煉爐中加熱熔化后，再加入中間合金，攪拌至熔清、靜置、扒渣后進(jìn)行澆鑄；將鑄錠均勻化退火處理后進(jìn)行擠壓，擠壓獲得的鋅鋁鎂稀土多元合金毛坯粗絲，經(jīng)均勻化退火處理、拉拔、減徑、絲材表面清洗制備成鋅鋁鎂稀土多元合金絲產(chǎn)品。本發(fā)明制備的合金絲材適用于熱噴涂技術(shù)制備耐蝕多元合金涂層的耐蝕性能明顯高于純鋅涂層，適用于鋼鐵結(jié)構(gòu)件的防護(hù)施工，對水利水電、港口、橋梁、船舶等防腐工程都具有重要意義和廣泛應(yīng)用前景。
文檔編號C22F1/16GK102534306SQ20121001029
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者劉安強, 李曉剛, 肖葵, 董超芳, 高瑾 申請人:北京科技大學(xué)