CN100434554C

CN100434554C - 一种锌铝合金丝、制造方法及其应用

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Publication number: CN100434554C
Application number: CNB2005101112109A
Authority: CN
Inventors: 唐人剑; 严彪; 黎阳
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2025-12-07
Also published as: CN1978684A

Abstract

本发明提供了一种锌铝合金、其中金属铝占合金的原子百分比为41～55%，其余为锌，还提供了上述的锌铝合金的制造方法，将锌、铝熔炼后采用水平连铸的方法得到ZnAl合金棒材，再将ZnAl合金棒材高温旋转锻造或热轧之后采用中温拉拔的方法拉制成合金丝。本发明还提供了上述的合金材料用作钢铁表面的防腐蚀材料的应用。

Description

一种锌铝合金丝、制造方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种锌铝合金丝、其制造方法及其应用，属于轻合金材料以及腐蚀与防护领域。

背景技术

金属腐蚀与防腐蚀问题与现代科学技术发展和人民生活息息相关，几乎所有金属材料都是在一定环境中使用。金属材料在使用过程中受环境的作用，往往随时间的延长而逐渐受到损毁或性能下降，通常称之为“腐蚀”或“老化”。金属材料使用量的90％以上是钢铁，全世界现存的钢铁及金属设备大约每年腐蚀率为10％，全世界每年因腐蚀损失约高于7000亿美元，一般看来，由于腐蚀所造成的经济损失约占国民经济总产值的2～4％，由此可见，金属尤其是钢铁的腐蚀问题十分严重和普通。

六十年代以来，国内外学者对金属尤其是钢铁材料的腐蚀与防护投入了巨大的精力，也取得了一定的成果，常用的防腐蚀方法主要采用电化学方法和物理热喷涂的方法。目前国内用于防腐目的的热喷涂涂层主要是锌涂层和铝涂层，它们对钢铁材料的保护机理主要有二个：一是具有与涂料涂装防腐机理类似的阻挡腐蚀介质的隔离作用，二是具有通过涂层材料自我牺牲实现的阴极保护作用。

我国的腐蚀数据网站，在“八五”期间也进行了热喷涂层在海洋环境中耐蚀性的研究，其研究结果认为，喷锌、铝及铝涂层均可作为长寿命保护涂层应用于钢铁材料上；喷铝层和喷铝锌合金层在海水中的耐蚀性相差不大，均有较好的耐蚀性；喷锌层对钢铁的电化学保护性最好，但其耐蚀性较差，在海水中腐蚀破坏很快，喷铝层的稳定性较好，但电化学保护性不及喷锌层；锌铝合金涂层具有和喷铝层类似的稳定性，又具有和喷锌层类似的电化学保护性，是一种较为理想的抗海水腐蚀的保护层。

基于锌铝涂层上述的种种优点，人们开始研制锌铝合金丝做为新型防腐材料，与纯锌丝和纯铝丝相比，其涂层具有粘附性强、耐磨性和抗腐蚀性更好、施工性能优越等特点。锌铝合金丝做牺牲阳极喷涂于钢铁构件表层，可使构件使用寿命延长5～10倍，该技术广泛用于舰船、供电铁塔、大型储罐、地下管道，隧道框架等设施中。近几年国外已有大量ZnAl₅、ZnAl₁₅及ZnAl₃₀合金丝生产和使用效果的相关报导。国内也已成功地研制出含铝5％至40％的锌铝合金丝产品，但更高铝含量锌铝合金丝的研制还鲜有报导。事实上，随着含铝量的提高，其涂层的粘附性更强，耐磨性和抗腐蚀性更好，但由于因组分差距增大而引起的偏析现象加大，难以保证其组织均匀，塑性变形抗力增加，所以铝含量越高，拉拔成丝越困难。但是铝含量高的情况下可以增强其稳定性，抗腐蚀时间更长久。因而提高锌铝合金中铝的含量并简易制备成为一项重要课题，本发明利用了旋转锻造的方法解决了不易拉拔的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锌铝合金丝及其制造方法，不仅改善了锌铝合金丝材制备现状，而且成功地将该丝材热喷涂于钢件表面，取得了优良的防腐效果。

本发明的一个方面，提供了一种锌铝合金丝，其特征在于：铝在合金中的原子百分比为41～55％，其余为锌。

本发明的另一方面，提供了上述的锌铝合金丝的一种制造方法，将锌、铝熔炼，熔炼后采用水平连铸的方法得到ZnAl合金棒材，其特征在于还包括下列的工艺：将ZnAl合金棒材高温旋转锻造或热轧之后采用中温拉拔的方法拉制成合金丝。

在上述的高温锻造工艺中，加热温度为300～400℃，锻造温度为300～400℃，最终锻造出的规格为Φ8～15mm。之后将锻造出的合金丝放入拉拔设备中进行中温拉拔，此时加热温度为250～350℃，拉拔温度为250～300℃，最终拉拔出的合金丝规格为Φ2.5～4mm。

上述的锌铝合金丝的制造方法，合金的熔炼是采用工业纯原料锌、铝及其它微量合金元素按设定的重量百分比同时置于真空感应熔炼炉中熔炼而成的。为了降低成本也可以在大气气氛下首先将锌锭熔炼，之后加入其它微量合金元素成分、再把预热到300～500℃的铝锭加入，通入氩气或氮气保护熔炼。熔炼后直接采用水平连铸的方法制取ZnAl合金棒材。

本发明将得到的ZnAl棒材采用旋转锻造的方法进行处理，可以简化工艺，降低成本，并且采用旋转锻造的方法可以击碎铸态下的组织，使晶粒细化并均匀且呈等轴状，方便了后面的中温拉拔工艺，同时使棒材产生一定压缩比，以满足拉丝工艺对坯料尺寸和性能的要求。

本发明的又一方面，还提供了上述的锌铝合金丝在钢铁的腐蚀与防护方面的应用，尤其是海洋用钢铁的腐蚀与防护方面的应用。

上述的锌铝合金丝可以作为喷涂材料，喷涂在钢铁的表面，达到防止并延缓钢铁材料腐蚀的目的。

将锌铝合金丝用作海洋用钢铁的防腐蚀材料，主要采用下面的工艺：1.在钢件表面喷砂，将钢件表面的污染物和锈渍去除；2.在钢件表面火焰或电弧喷涂锌铝合金涂层；3.在合金涂层表面用氯化橡胶、环氧树脂等有机涂层封闭。

本发明的有益效果：

1.本发明提供的锌铝合金材料及其制造方法工艺简单，节约了成本；

2.作为钢材的防腐蚀材料性能好，其性能表现为在海洋环境安全使用20年。

3.合金涂层的涂覆工艺简单，一般情况下只需要涂覆一层即可。

附图说明

图1为表面喷涂三种ZnAl合金试样的腐蚀变化曲线图

具体实施方式

实例1

锌铝合金，其中金属铝在合金中的原子百分比为55％，首先将含锌量99.99％的锌锭663g及含铝量99.7％的铝锭337g置于真空感应熔炼炉中熔炼成ZnAl₅₅合金锭，熔炼的温度650℃，引锭速度为50～80mm/min，剧切尺寸为Φ18～30mm，润滑剂使用的是优质炭墨。接着将制成的合金锭放入旋锻机中旋转锻造，使其成分均匀，旋转锻造的加热温度为400℃，锻造温度为400℃，最终锻造出的规格为Φ8～15mm。之后将锻造出的合金丝放入拉拔设备中进行中温拉拔，此时加热温度为350℃，拉拔温度为300℃，最终拉拔出的合金丝规格为Φ2.5～4mm。

实施例2

锌铝合金，其中金属铝在合金中的原子百分比为50％，首先将含锌量99.99％的锌锭663g及含铝量99.7％的铝锭337g置于真空感应熔炼炉中熔炼成ZnAl₅₀合金锭，熔炼的温度500℃，引锭速度为50～80mm/min，剧切尺寸为Φ18～30mm，润滑剂使用的是优质炭墨。接着将制成的合金锭放入旋锻机中旋转锻造，使其成分均匀，旋转锻造的加热温度为350℃，锻造温度为350℃，最终锻造出的规格为Φ8～15mm。之后将锻造出的合金丝放入拉拔设备中进行中温拉拔，此时加热温度为300℃，拉拔温度为260℃，最终拉拔出的合金丝规格为Φ2.5～4mm。

实施例3

锌铝合金，其中金属铝在合金中的重量百分比为45％，首先将含锌量99.99％的锌锭663g及含铝量99.7％的铝锭337g置于真空感应熔炼炉中熔炼成ZnAl₄₅合金锭，熔炼的温度450℃，引锭速度为50～80mm/min，剧切尺寸为Φ18～30mm，润滑剂使用的是优质炭墨。接着将制成的合金锭放入旋锻机中旋转锻造，使其成分均匀，旋转锻造的加热温度为300℃，锻造温度为300℃，最终锻造出的规格为Φ8～15mm。之后将锻造出的合金丝放入拉拔设备中进行中温拉拔，此时加热温度为250℃，拉拔温度为250℃，最终拉拔出的合金丝规格为Φ2.5～4mm。

实施例4

钢件表面喷涂锌铝合金涂层，所用喷枪为QX-1型火焰线材喷涂枪，喷涂厚度一般在0.20mm。喷涂时喷涂枪的技术参数为：乙炔压力为0.1kg；氧气压力为0.5kg；空气压力为4.5kg；试样离喷枪15～20cm。在基体为60×40×3mm³的A3钢上喷涂锌铝合金，喷涂工艺的过程为：首先对工件进行预热并打底层，完成表面预处理工作，之后用喷涂枪进行喷涂，喷到规定尺寸后，让所喷涂的工件缓冷，待冷却到常温时再进行磨削加工使其表面平整，即完成喷涂作业。

实施例5

采用实施例4中的方法在钢件表面喷涂1#ZnAl₁₅合金；2#ZnAl₄₅合金；3#ZnAl₅₅合金，并分析其在相同的海水腐蚀环境下的腐蚀情况，观察其腐蚀性能的优劣。

本实验根据GB 9794-88，GB 9796-88所规定的中性盐雾试验法设计实验。根据国际标准，将3块试样竖直浸渍在5000ml的塑料容器内，使用浓度为0.5mol/L的氯化钠(分析纯)溶液，每天更换一次溶液，在试验周期内，除更换试液，测量质量可中断外，试样一般连续浸渍。试样每天充分水洗，烘干，并用分析天平测其质量。

试验结果如表1所示：

表1 为表面喷涂锌铝合金的试样中性盐雾试验的质量变化量的数据：

时间(小时)	1#	2#	3#
时间(小时)	1#	2#	3#	0	0.00000	0.00000	0.00000
24	0.03815	0.04775	0.02715	0	0.00000	0.00000	0.00000
24	0.03815	0.04775	0.02715	48	0.05180	0.06800	0.03850
72	0.06280	0.08220	0.04900	48	0.05180	0.06800	0.03850
72	0.06280	0.08220	0.04900	96	0.06940	0.09010	0.05500
120	0.07600	0.09770	0.06015	96	0.06940	0.09010	0.05500
120	0.07600	0.09770	0.06015	192	0.09660	0.12290	0.08015

216	0.10415	0.13290	0.08720
216	0.10415	0.13290	0.08720	240	0.10910	0.14155	0.09265
264	0.11530	0.14990	0.09920	240	0.10910	0.14155	0.09265
264	0.11530	0.14990	0.09920	288	0.12105	0.15800	0.10380
360	0.14800	0.19350	0.13185	288	0.12105	0.15800	0.10380
360	0.14800	0.19350	0.13185	384	0.15965	0.20615	0.13940
408	0.16830	0.21610	0.14615	384	0.15965	0.20615	0.13940
408	0.16830	0.21610	0.14615	432	0.17770	0.22805	0.15495
456	0.18225	0.23455	0.15765	432	0.17770	0.22805	0.15495
456	0.18225	0.23455	0.15765	528	0.19860	0.25550	0.17155
552	0.20530	0.26735	0.18070	528	0.19860	0.25550	0.17155
552	0.20530	0.26735	0.18070	576	0.20840	0.27320	0.18315
600	0.21560	0.28320	0.19020	576	0.20840	0.27320	0.18315
600	0.21560	0.28320	0.19020	624	0.21930	0.28855	0.19320

质量变化量的单位：克(g)

不同合金的质量变化曲线如图1所示，由以上数据以及图1可知，随着锌铝合金中铝的原子百分比的增加，合金的抗腐蚀性增强，当ZnAl合金丝材料的成分为ZnAl₅₅时，材料的热喷涂抗腐蚀效果最佳。

实例6

应用本发明提供的锌铝合金丝作为热喷涂材料以及本发明提供的热喷方法，比起传统的用油漆作喷涂材料的喷涂方法，减少了两道工艺工序，提高了生产效率，并且提高了材料的抗腐蚀性能，具体参数见表2。

原油漆工艺路线：工件表面喷砂除锈→表面清扫→底部涂富锌底漆→中层涂环氧(双组分)漆→烘干→最外层涂氯化橡胶(单一)漆→烘干

新材料工艺路线：工件表面喷砂除锈→表面清扫→热喷锌铝合金→在最外层涂一层特殊氧化膜→烘干

采用本发明提供的合金材料以及喷涂新工艺，只需增加一台6M³空压机，4把金属枪，4套加热器，设备投资不超过8万元。

表2 工序，性能和成本对比

Claims

1.一种锌铝合金丝，其特征在于：铝在合金中的原子百分比为41～55％，其余为锌。

2.权利要求1所述的锌铝合金丝的制造方法，将锌、铝熔炼，熔炼后采用水平连铸的方法得到ZnAl合金棒材，其特征在于还包括下列的工艺：将ZnAl合金棒材高温旋转锻造或热轧之后采用中温拉拔的方法拉制成合金丝，在上述的高温锻造工艺中，加热温度为300～400℃，锻造温度为300～400℃，最终锻造出的规格为Φ8～15mm，之后将锻造出的合金丝放入拉拔设备中进行中温拉拔，此时加热温度为250～350℃，拉拔温度为250～300℃，最终拉拔出的合金丝规格为Φ2.5～4mm。

3.权利要求1所述的锌铝合金丝作为钢铁的防腐蚀材料的应用。