專利名稱：熱浸鍍Zn-Al-Si-Mg合金鍍層及其熱浸鍍方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱浸鍍技術(shù)領(lǐng)域，特指熱浸鍍Si-Al-Si-Mg合金鍍層及其熱浸鍍方法。
背景技術(shù)：
金屬腐蝕是指金屬與周圍環(huán)境中的介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，使金屬遭到破壞，金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的1%-4% ；金屬腐蝕不僅造成經(jīng)濟(jì)上的損失，而且會(huì)造成自然資源和能源的浪費(fèi)；隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，大氣環(huán)境也在不斷惡化，特別是沿海地區(qū)與重工業(yè)區(qū)，金屬腐蝕現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重；傳統(tǒng)的熱浸鍍鋅鍍層已經(jīng)難以適應(yīng)實(shí)際需要，所以迫切需要開(kāi)發(fā)新的耐腐蝕性更強(qiáng)的合金鍍層。鋅鋁合金鍍層因?yàn)槠鋬?yōu)良的耐腐蝕性和較好的陰極保護(hù)性能，一直受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注，目前，主要以felfan與(ialvalume鍍層的應(yīng)用最廣；特別是后者，因?yàn)槠鋬?yōu)良的耐大氣和海洋腐蝕的能力而備受關(guān)注，但是鍍液中高的含鋁量不僅使得浸鍍需要很高的溫度， 而且加大了鋅鋁的燒損，同時(shí)也增強(qiáng)了鐵鋁之間的放熱反應(yīng)，使得鍍層金屬間化合物層的厚度快速增長(zhǎng)，并使鋅渣的量增加；此外，由于大量鋁的加入，使得熔體的密度下降，由此造成大量的鋅渣在鋅池底部沉積，以致必須隔一段時(shí)間就要停產(chǎn)撈渣，不利于生產(chǎn)效率的提高；由于助鍍等原因的影響，目前felvalume鍍層主要是通過(guò)板材連續(xù)鍍的方式獲得，還沒(méi)有大量應(yīng)用于一些零部件的批量鍍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提高高鋁鋅鋁合金的耐腐蝕性，降低浸鍍溫度，增加熔體密度， 減少渣的形成，使作為鋅渣主要成分的FeAl3變?yōu)閼腋≡?，并且?yīng)用于一些對(duì)耐腐蝕性、外觀質(zhì)量要求比較高的零部件的批量鍍，圖1為熱浸鍍Si-Al-Si-Mg合金鍍層照片，從圖中可以看出鍍層表面光滑無(wú)漏鍍。為了進(jìn)一步提高高鋁鋅鋁合金鍍層的耐腐蝕能力，降低浸鍍溫度，增大熔體密度， 本發(fā)明將鋁含量控制在259Γ40%，這樣使得作為鍍鋅鋁中主要鋅渣成分的!^eAl3上升成為懸浮渣，如附圖2所示白色為!^Al3,其余的為鋅鋁合金。本發(fā)明合適的浸鍍溫度為560°C -580°C，這樣可以降低鋅鋁的燒損以及氧化，還可以降低鐵的損耗，減少渣的形成。為了控制合金層的厚度，而且增大合金熔液的流動(dòng)性，本發(fā)明中加入1.0%_1.5% 的硅，當(dāng)鋁含量保持在259Γ40%時(shí)，鍍層凝固組織中的硅會(huì)以共晶硅的形式出現(xiàn)，而且根據(jù)圖3可以發(fā)現(xiàn)因?yàn)楣璧募尤?，使得鍍層在凝固過(guò)程中沒(méi)有粗大的初生硅形成，并會(huì)共晶組織形成，所以細(xì)化晶粒，而且使得鍍層凝固組織中枝晶的排列更加規(guī)則，使得鍍層的加工性能和耐腐蝕性能都得到提高；根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的鍍層掃描電鏡照片(圖4)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硅含量保持在1. 0%-1. 5%時(shí)，鍍層的金屬間化合物層中的抑制層τ 5。相能保持180秒左右不發(fā)生破裂，這樣就能抑制合金層的厚度，還可以抑制合金層的剝落，這些剝落的合金層也是鋅渣的一部分，所以將鋁硅含量控制在這個(gè)范圍能使得鍍層的機(jī)械加工性能得到提高而且還能減少渣的形成，而且硅的加入能使鍍層凝固組織的表面形成耐腐蝕性能良好的 Al3.21Si0.47 (圖5為熱浸鍍Si-Al-Si-Mg鍍層腐蝕后XRD結(jié)果)。加入1.09Γ1. 5%的鎂的目的，是因?yàn)殒V的加入能促使合金鍍層在腐蝕時(shí)，產(chǎn)生耐腐蝕很好的Si5(OH)8Cl2. H2O腐蝕產(chǎn)物(見(jiàn)圖5);而且因?yàn)殒V的加入，能在鍍層凝固組織中形成氧化鎂，這些都能有效提高鍍層的耐腐蝕性；而且因?yàn)楹辖鹬袖X鋅鎂的含量遠(yuǎn)偏離三元共晶點(diǎn)(見(jiàn)圖6)，所以合金凝固組織中不會(huì)有MgZn2的形成，所以有利于鍍層機(jī)械加工性能的提高。因?yàn)殒V的加入使得熔液的粘稠度增大，所以加入0. 3%-0. 5%的稀土，用于增加熔液的流動(dòng)性，細(xì)化晶粒，而且稀土能富集在合金凝固組織的晶界(見(jiàn)圖7)，能有效組織晶界處得腐蝕，所以也能增強(qiáng)其耐腐蝕性能；所述稀土為鑭、鈰或者鑭鈰混合稀土。在熔煉合金時(shí)，因?yàn)殒V的氧化會(huì)使得熔池表面產(chǎn)生一層氧化物，從熔池中取出鍍件時(shí)，會(huì)使得氧化物附著在鍍件上，影響鍍件的外觀，為了消除這一現(xiàn)象，合金在熔煉時(shí)， 用RJ-2熔鹽覆蓋在熔池表面，所述混合熔鹽的組分以質(zhì)量百分比計(jì)算為=MgCl2 :389Γ50%， KCl :32% 45%，BaCl2 :5% 10%，CaF2 :3% 8%。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)證明在NaCl腐蝕實(shí)驗(yàn)中，鋅鋁合金鍍層耐腐蝕性的順序是 Zn- (25% 40%) Al-(1. 0%-l. 5%)Si- (1. 0% 1. 5%) Mg-(0. 1%_0. 5%) Re 鋅鋁合金鍍層 >Galvalume鋅鋁合金鍍層>Galfan鋅鋁合金鍍層。圖8為Si-Al-Si-Mg合金鍍層與浸鍍相同時(shí)間的feilvalume鍍層在10wt%氯化鈉溶液中的電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所述Si-Al-Si-Mg合金鍍層的組份以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)算鋁含量控制在35%，硅控制在1. 2%，鎂控制在1. 3%，稀土控制在0. 4%，余量為鋅；根據(jù) Corrtest系統(tǒng)測(cè)得的恒電流極化數(shù)據(jù)結(jié)果(圖8)，再用Corrtest系統(tǒng)中的電化學(xué)參數(shù)擬合系統(tǒng)(圖9)得到如圖10記事本中的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)重復(fù)五次，五次實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明本合金鍍層的耐腐蝕性能要優(yōu)于felvalume鍍層，如圖10所示的記事本為其中的一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明在相同腐蝕條件下本合金鍍層的腐蝕電流密度為0.0112mA/cm2，Galvalume 鍍層的腐蝕電流密度為0. 0159 mA/cm2，所以本合金鍍層的耐腐蝕性要強(qiáng)于(ialvalume鍍層；而(ialvalume與(ialfan鍍層的耐腐蝕性已經(jīng)有相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了測(cè)量跟比較，所以這里就沒(méi)有進(jìn)行測(cè)試；調(diào)整Si-Al-Si-Mg合金鍍層的組份鋁含量控制在40%，硅控制在1. 0%， 鎂控制在1. 5%，稀土控制在0. 5%，余量為鋅；調(diào)整Si-Al-Si-Mg合金鍍層的組份鋁含量控制在25%，硅控制在1. 5%，鎂控制在1. 0%，稀土控制在0. 2%，余量為鋅；對(duì)上述兩種組份的Si-Al-Si-Mg合金鍍層采用相同的方法測(cè)試腐蝕電流密度，分別為0.0114mA/cm2， 0. 0116mA/cm2，均小于 Galvalume 鍍層的腐蝕電流密度，0. 0163A/cm2 和 0. 0165mA/cm2。


圖1是Si-Al-Si-Mg合金鍍層外觀圖片； 圖2是面渣掃描電鏡照片圖3是&i-40%Al-Si縱切面相圖； 圖4是熱浸鍍Si-Al-Si-Mg鍍層合金層電鏡照片； 圖5是熱浸鍍Si-Al-Si-Mg鍍層腐蝕后XRD結(jié)果；圖6是熱浸鍍&1-A1- Mg投影圖(at%)，其中星號(hào)處為合金成分點(diǎn)； 圖7是熱浸鍍Si-Al-Si-Mg鍍層凝固組織電鏡照片；
圖8是Corrtest系統(tǒng)測(cè)得的Si-Al-Si-Mg合金鍍層與浸鍍相同時(shí)間的feilvalume 鍍層的恒電流極化數(shù)據(jù)結(jié)果示意圖； 圖9是Corrtest系統(tǒng)中的電化學(xué)參數(shù)擬合系統(tǒng)示意圖10是Si-Al-Si-Mg合金鍍層與浸鍍相同時(shí)間的feilvalume鍍層在10wt%氯化鈉溶液中的電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明具體實(shí)施方案是
第一步將 Zn-Al-Si-Mg 合金按照的 Si- (25% 40%)A1_(1. 0%-l. 5%) Si- (1. 0% 1. 5%) Mg-(0. 1%-0. 5%)Re配比配置，在RJ-2混合熔鹽的覆蓋下在中頻感應(yīng)爐中熔融；配置合金時(shí)，硅以鋁硅合金的形式加入，鎂以鋁鎂合金的形式加入，這樣做主要是為了減少硅、鎂的氧化，保證成分的精確度；待合金充分熔融后，用鋁箔紙包著稀土，用鉗子夾著放入熔池底部，以避免稀土的燒損跟氧化；再將中頻感應(yīng)爐的溫度降低到560°C飛80°C。第二步在進(jìn)行批量鍍前，鋼鐵材料基體要先進(jìn)行預(yù)處理，具體過(guò)程是
鋼鐵材料用預(yù)磨機(jī)預(yù)磨一15wt%的Na(OH)2溶液堿洗除油(70°C -80°C,3min)—清水沖洗一10wt%的鹽酸酸洗5min除銹一清水沖洗一助鍍(70°C -90°C，3 5min)—干燥 (100°C ,60s);助鍍過(guò)程中所用到的助鍍劑每IOOml溶液中SiCl (23g), NH4Cl (27g), SnCl2 (5g), K2ZrF6 (廣2g)，KCl (廣2g)；這是本課題組參照低熱浸鍍鋁鎂合金鍍層新開(kāi)發(fā)的助鍍劑。第三步在熱浸鍍之前，首先要保證熔池的溫度在560°C飛80°C這個(gè)范圍，然后要先將熔池表面的熔鹽跟渣扒開(kāi)，露出清潔的熔池表面，再將鋼鐵材料放入熔池中；浸鍍 10iTl50S后，將鋼鐵材料以l.Ocm/s的速度從熔池中取出，然后放入水中，迅速冷卻，在取出鋼鐵材料之前也要保證熔池表面清潔，否則就會(huì)使得鍍層表面不光滑。
權(quán)利要求
1.熱浸鍍Si-Al-Si-Mg合金鍍層，其特征在于所述鍍層的組份以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)算鋁含量控制在25°/Γ40%，硅控制在1. 09Γ1. 5%，鎂控制在1. 0°/Γ . 5%，稀土控制在0. 1°/Γθ. 5%，余量為鋅。
2.如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍Si-Al-Si-Mg合金鍍層，其特征在于所述稀土為鑭、鈰或鑭鈰混合稀土。
3.如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍Si-Al-Si-Mg合金鍍層，其特征在于所述的硅與鎂分別以鋁硅、鋁鎂合金的方式加入。
4.如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍Si-Al-Si-Mg合金鍍層的熱浸鍍方法，包括ai-Al-Si-Mg合金熔融的步驟，鋼鐵材料基體預(yù)處理的步驟，熱浸鍍的步驟，其特征在于熱浸鍍時(shí)的主要工藝參數(shù)為浸鍍溫度為560°c飛80°C，浸鍍時(shí)間為10秒 150秒。
5.如權(quán)利要求4所述的熱浸鍍Si-Al-Si-Mg合金鍍層的熱浸鍍方法，其特征在于所述的Si-Al-Si-Mg合金熔融的步驟為將Si-Al-Si-Mg合金的組分按照Si- (25% 40%)Α1-(1· 0%-1· 5%) Si-Cl. 0% 1. 5%)Mg-(0. 1%_0· 5%) Re的配比配置，在混合熔鹽的覆蓋下在中頻感應(yīng)爐中熔融；配置合金時(shí)，硅以鋁硅合金的形式加入，鎂以鋁鎂合金的形式加入；待合金充分熔融后，用鋁箔紙包著稀土，用鉗子夾著放入熔池底部，以避免稀土的燒損跟氧化；再將中頻感應(yīng)爐的溫度降低到560°C飛80°C。
6.如權(quán)利要求4所述的熱浸鍍Si-Al-Si-Mg合金鍍層的熱浸鍍方法，其特征在于所述鋼鐵材料基體處理的步驟為用預(yù)磨機(jī)預(yù)磨一15wt% WNa(OH)2溶液堿洗除油一清水沖洗一10wt%的鹽酸酸洗除銹一清水沖洗一助鍍一干燥。
7.如權(quán)利要求5所述的熱浸鍍Si-Al-Si-Mg合金鍍層的熱浸鍍方法，其特征在于所述混合熔鹽的組分以質(zhì)量百分比計(jì)算為=MgCl2 :38% 50%，KCl :32% 45%，BaCl2 :5% 10%，CaF2 :3% 8%。
8.如權(quán)利要求6所述的熱浸鍍Si-Al-Si-Mg合金鍍層的熱浸鍍方法，其特征在于所述15 wt %的Na(OH)2溶液堿洗除油的溫度為70°C _90°C，除油時(shí)間^iin ；所述10 wt %的鹽酸酸洗除銹的時(shí)間為5min。
9.如權(quán)利要求6所述的熱浸鍍Si-Al-Si-Mg合金鍍層的熱浸鍍方法，其特征在于所述助鍍所用的助鍍劑為每IOOml助鍍劑的水溶液中SiCl 23g，NH4Cl 27g，SnCl2 5g，K2ZrF6廣2g，KCl廣2g，助鍍溫度為70°C -80°C，助鍍時(shí)間3-5min ；所述干燥溫度為100°C，干燥時(shí)間 60s。
10.如權(quán)利要求4所述的熱浸鍍Si-Al-Si-Mg合金鍍層的熱浸鍍方法，其特征在于所述熱浸鍍的步驟為保證熔池的溫度為560°C飛80°C，然后要先將熔池表面的熔鹽跟渣扒開(kāi)，露出清潔的熔池表面，再將鋼鐵材料基體放入熔池中；浸鍍10iTl50S后，將鋼鐵材料基體以l.Ocm/s的速度從熔池中取出，然后放入水中，迅速冷卻，在取出鋼鐵材料基體之前也要保證熔池表面清潔。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱浸鍍技術(shù)領(lǐng)域，特指熱浸鍍Zn-Al-Si-Mg合金鍍層及其熱浸鍍方法。所述鍍層的組份以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)算鋁含量控制在25%~40%，硅控制在1.0%~1.5%，鎂控制在1.0%~1.5%，稀土控制在0.1%~0.5%，余量為鋅。采用本發(fā)明的熱浸鍍Zn-Al-Si-Mg合金鍍層實(shí)施熱浸鍍，能夠提高高鋁鋅鋁合金的耐腐蝕性，降低浸鍍溫度，增加熔體密度，減少渣的形成，使作為鋅渣主要成分的FeAl3變?yōu)閼腋≡軕?yīng)用于一些對(duì)耐腐蝕性、外觀質(zhì)量要求比較高的零部件的批量鍍。
文檔編號(hào)C23C2/06GK102560310SQ20121003423
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者劉亞, 吳長(zhǎng)軍, 李振鋒, 涂浩, 王建華, 蘇旭平, 高翠平 申請(qǐng)人:常州大學(xué)