CN101565804A - 一种镀锌液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锌－铝－稀土三元合金镀锌液，以该镀锌液的重量为100％计，其中含有0.03～0.25％的稀土金属和0.08～0.30％的铝。本发明还提供这种镀锌液的制备方法。通过将铝加热熔化，加入稀土金属，搅拌、冷却，形成铝－稀土中间合金；将锌加热熔化，加入所述铝－稀土中间合金，制得锌－铝－稀土三元合金镀锌液。该镀锌液可以有效保证锌层表面光洁度，显著提高钢材耐盐雾腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属防腐领域，具体涉及一种镀锌液及其制备方法。
背景技术
钢铁材料在各个行业具有广泛的应用，然而其由于腐蚀造成的损失十分惊人。纯锌相对于钢铁材料的耐腐蚀性能良好，因此目前在工程中应用最广泛的防腐技术是采用金属锌作为防腐蚀涂层，热镀锌就是一种得到普遍应用的镀锌方法。
中国专利申请公开号CN1389587(以铝合金和黑色金属为原材料制造的大截面导线电力金具)公开了一种含有0.2～0.8％(wt)稀土的镀锌液，在黑色金属部件表面使用该镀锌液进行热镀，以提高金属的防腐性能。但是该专利申请文件中所述镀锌液为锌-稀土两元镀锌液，且并未公开其制备方法；同时其中稀土含量较高，增加了生产成本。中国专利申请公开号CN1053268(钢丝的高耐蚀性的双浸热镀工艺)公开了一种钢丝的热镀工艺，采用先镀锌然后进行合金化的生产方法。该专利申请文件中公开的镀锌液是锌铝两元合金，且并未公开其制备方法；同时需要通过两次浸镀来提高金属的防腐性能，工艺繁琐且成本较高。
本发明者发现：通过配备铝-稀土中间合金，然后把中间合金加入到熔融锌液中，形成锌-铝-稀土三元合金镀液，可以形成一种具有较好表面质量以及耐腐蚀性能的新型镀层。
因此，本发明的目的在于提供一种新的镀锌液，能够以较低的成本在改善钢铁材料镀层表面质量的同时，提高其耐腐蚀性能。
发明内容
本发明提供一种锌-铝-稀土三元合金镀锌液，以所述镀锌液的重量为100％计，其中含有0.03～0.25％的稀土金属和0.08～0.30％的铝。
所述稀土金属可以是商业化混合稀土，其元素组成(wt)为：La25～35％，Ce60～72％，Pr3～8％，Nd≤3.0％。
本发明还提供一种锌-铝-稀土三元合金镀锌液的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将铝加热熔化，加入稀土金属，搅拌、冷却，形成铝-稀土中间合金，其中所述稀土在所述铝-稀土中间合金中的重量份数≤60％；以及(2)将锌加热熔化，加入所述铝-稀土中间合金。
根据本发明的锌-铝-稀土三元合金镀锌液的制备方法，优选的是，所述锌的纯度≥99.995％(wt)；所述铝的纯度≥99.95％(wt)；所述稀土为商业化混合稀土，其元素组成(wt)为：La25～35％，Ce60～72％，Pr3～8％，Nd≤3.0％。
稀土金属燃点较低，不能直接添加到锌液中，故首先将铝加热熔化并升温到800～920℃，然后加入稀土，以减少稀土和铝的氧化烧损。加热方式可以选择感应加热、电加热或燃气加热。待稀土在铝液中完全溶解，混合均匀后，在氮气保护下冷却，制成铝-稀土中间合金。通过配备铝-稀土中间合金，可以解决稀土元素燃点低、回收率低的问题。
在制备铝-稀土中间合金时，通过喷吹氮气，可以减少稀土和铝的烧损。因此，根据本发明的锌-铝-稀土三元合金镀锌液的制备方法，优选的是，所述步骤(1)在氮气保护下进行。
根据本发明的锌-铝-稀土三元合金镀锌液的制备方法，优选的是，所述步骤(1)中加热温度为800～920℃，可以提高中间合金的熔炼速度。
根据本发明的锌-铝-稀土三元合金镀锌液的制备方法，优选的是，所述步骤(1)中加热方式为感应加热、电加热或燃气加热。
图1所示的XRD分析表明，中间合金主要成分为Al、Al4Ce、La3Al11，这种相组成对于不同配比的Al-稀土中间合金比较固定。
将锌加热熔化并升温到430～490℃，以保证浸镀工序正常开展，同时保证适当的中间合金熔融速率。然后加入常温、块状的铝-稀土中间合金，溶解时间为4-12小时，制成锌-铝-稀土三元合金镀锌液。
采用流长方法对金属液的流动性能进行测试(锌液测试温度统一为460℃)，发现随着稀土含量的增加，流动性增加；但稀土含量超过0.25％(wt)时，由于锌渣作用，流动性增加效果不明显(见图2)。
随着稀土含量增加，镀层表观质量有不同程度提高。稀土含量超过0.25％(wt)时，表面形成点状颗粒(见图3)。
扫描电子显微镜分析结果表明，超过0.25％(wt)时，稀土元素促进了锌渣的形成(见图4)。
采用GB/T2423.17-93方法对镀层耐腐蚀性能进行测试，测试结果表明，稀土含量超过0.03％(wt)时，镀层抗流锈性能显著增加；稀土含量超过0.25％时，镀层表面状态不良，形成锌渣(见图5)。
由于稀土元素的增加，改善了锌液流动性，镀锌层表面质量趋于光洁，晶界趋于平整，提高了锌层抗局部腐蚀的性能，因此抗锈蚀能力大有改观。但稀土元素含量过高，超过0.25％(wt)时，促进了锌渣的形成，降低了表观质量。因此，根据本发明，稀土含量范围选择0.03-0.25％(wt)。
有益效果
本发明提供的锌-铝-稀土三元合金热镀锌液可以有效保证锌层表面光洁度，显著提高耐盐雾腐蚀性能，适合用于海洋环境等相对苛刻腐蚀环境中。在试验室试验过程中的参数均模拟工业大生产，具有良好的实用性。本发明可推广应用于目前生产热镀纯锌或者热镀合金化钢板、钢丝、钢管等生产机组，赋予产品良好表观质量与耐腐蚀性能。
附图说明
图1是稀土-铝中间合金成分图；
图2表示稀土含量与锌液凝固长度的关系；
图3呈现热镀锌板表面宏观形貌；
图4表示不同稀土含量的镀层表面胞状组织；
图5表示不同稀土含量的镀层产生的红锈(a)11天(b)30天。
具体实施方式
以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例1
使用材料：锌：纯度：99.995％(wt)；铝：纯度：99.95％(wt)；混合稀土：其元素组成(wt)为：La30％，Pr5.5％，Nd3.0％，其它为Ce。
中间合金制作：氮气保护下采用中频感应加热炉，开始，将40kg铝在中频炉中升温到870℃，完全熔化后，加入10kg稀土。喷吹N2减少稀土和铝的烧损。在熔解过程中进行搅拌，混合均匀后，进行成分微调。在氮气保护下冷却，制成稀土含量为25％(wt)的稀土-铝中间合金。
三元合金金属液熔炼：在460℃下将120kg锌熔化，加入手工切割的块状稀土-铝中间合金(尺寸：8mm×15mm×10mm)，制得稀土含量0.03％(wt)的锌-铝-稀土三元合金镀液，其中稀土成分的含量可以通过加入纯锌进行调节。
钢板准备与浸镀：将钢板经过碱洗去脂，水洗、吹干，稀盐酸除锈处理，复合盐溶剂助镀处理，烘干，浸入460℃的锌-铝-稀土合金溶液中浸镀，冷却至室温。
采用流长方法对锌-铝-稀土三元合金镀液的流动性能进行测试，相对于没有添加稀土的二元合金流动性提高(由10mm提高到17.5mm)。在显微镜下观察，晶界趋于平坦，同时盐雾测试结果表明，抗盐雾腐蚀性能有所改善(见图5)。
实施例2
除了使中间合金中稀土含量为45％(wt)，所使用材料、熔炼工艺以及浸镀方法同实施例1，通过控制锌含量控制稀土含量，最终制得稀土含量为0.18％(wt)的锌-铝-稀土三元合金镀液。采用流长方法对金属液的流动性能进行测试，相对于没有添加稀土的二元合金流动性提高(由10mm提高到38mm)。在显微镜下观察，晶界平坦，同时盐雾测试结果表明，抗盐雾腐蚀性能显著改善(见图5)。
比较例1
除了使中间合金中稀土含量为55％(wt)，所使用材料、熔炼工艺以及浸镀方法同实施例1，通过控制锌含量控制稀土含量，制得稀土含量为0.27％(wt)的锌-铝-稀土三元合金镀液。采用流长方法对金属液的流动性能进行测试，相对于没有添加稀土的二元合金流动性提高(由10mm提高到38mm)。在显微镜下观察，晶界平坦，同时盐雾测试结果表明，抗盐雾腐蚀性能显著改善(见图5)。但表面形成锌渣(见图4)，由于锌渣的形成，流动性能继续改善能力不明显(见图2)。
Claims (9)
1、一种镀锌液，以所述镀锌液的重量为100％计，含有0.03～0.25％的稀土金属和0.08～0.30％的铝。
2、如权利要求1所述的镀锌液，其特征在于，所述稀土金属为商业化混合稀土，其元素组成(wt)为：La25～35％，Ce60～72％，Pr3～8％，Nd0～3％。
3、权利要求1所述镀锌液的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将铝加热熔化，加入稀土金属，搅拌、冷却，形成铝-稀土中间合金，其中所述稀土在所述铝-稀土中间合金中的重量份数≤60％；以及
(2)将锌加热熔化，加入所述铝-稀土中间合金。
4、如权利要求3所述的镀锌液的制备方法，其特征在于，所述锌的纯度≥99.995％(wt)；所述铝的纯度≥99.95％(wt)；所述稀土金属为商业化混合稀土，其元素组成(wt)为：La25～35％，Ce60～72％，Pr3～8％，Nd≤3.0％。
5、如权利要求3所述的镀锌液的制备方法，其中所述步骤(1)在氮气保护下进行。
6、如权利要求3所述的镀锌液的制备方法，其中所述步骤(1)中加热温度为800～920℃。
7、如权利要求3所述的镀锌液的制备方法，其中所述步骤(1)中加热方式为感应加热、电加热或燃气加热。
8、如权利要求3所述的镀锌液的制备方法，其中所述步骤(2)中加热温度为430～490℃，时间为4-12小时。
9、如权利要求3所述的镀锌液的制备方法，其中所述步骤(2)中将所述铝-稀土中间合金手工切割成块状，室温下加入所述锌液。
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