CN101665895A

CN101665895A - 一种钢材复合热浸镀方法

Info

Publication number: CN101665895A
Application number: CN200910114382A
Authority: CN
Inventors: 曾建民; 肖建强; 陆宇衡; 上官琪; 肖罡; 肖莹莹; 黄彩敏
Original assignee: Guangxi University
Current assignee: Nanning Kaiyuan iron tower Co., Ltd.
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2029-09-11
Also published as: CN101665895B

Abstract

本发明公开一种钢材复合热浸镀方法，其特征在于采用氯化铵澄清水溶液作助镀处理剂，再进行热浸镀锌，使钢材表面预镀一层很薄的锌，然后再将钢材浸入熔融铝或铝合金中。该复合热浸镀方法能解决水溶剂法钢材热浸镀铝及其合金镀层易漏镀、镀层不均匀、抗腐蚀能力差等问题，并解决钢制异形结构件热浸镀困难的问题。本发明配方简单，成本低，无毒环保；热浸镀铝及其合金产品质量高，镀层致密牢固，表面均匀，抗腐蚀能力强，耐磨、耐热。适用于钢板或钢制异形结构件热浸镀铝及铝合金的工业生产。本工艺在传统的热浸镀技术基础上，对设备稍作改造就能进行生产，具有推广应用价值和较好的经济效益。

Description

一种钢材复合热浸镀方法

技术领域

本发明涉及钢材表面防腐技术领域，属于一种钢材热浸镀方法，特别涉及钢材热浸镀铝及其合金复合工艺的应用。

背景技术

钢材热浸镀技术能够显著提高钢铁在空气中的抗腐蚀能力，是钢材防止大气腐蚀的一种重要的手段。热浸镀工艺的金属层一般较厚，能在某些腐蚀环境中长期使用，另外钢材热浸镀铝还具有良好的耐热性。随着汽车工业的发展，镀铝钢板广泛用于汽车排气系统材料。此外，镀铝钢材也大量应用在高速公路护栏上。钢材连续热浸镀铝生产工艺技术在70年代后得到了迅速的发展。生产工艺设备逐步达到高速、自动化、大型化，热浸镀铝产品质量得到大幅度提高，新的镀层品种不断被开发，以提高其耐热性及耐磨性。有代表性的镀层品种包括阿姆柯公司研发的铝液中添加7.5％～9％的硅，以提高铝液的流动性及钢板的加工性。Bathelehem公司开发的Zn-55％Al-1.6％Si镀层，主要用于连续热浸镀。这种产品耐热性能好，使用温度可达370℃以上，抗腐蚀性强于热镀锌的钢材。国际铝锌研究组织开发的Galfan锌铝镀层，其成分是Zn-5％Al-Re，用于连续热镀锌钢板和钢丝，已广泛用于汽车、家电、建筑等领域，产品成型性好，抗腐蚀性能良好。加拿大Comico公司开发的Zn-23％Al-0.3％Si镀层，这种产品硬度高、韧性好、抗腐蚀性能达到热镀锌层的数倍。此外，研究表明可以在热浸镀镀液中加入稀土等元素改善镀层质量。

钢材热浸镀工艺包括前处理、热浸镀、后处理等几个程序。前处理是将钢材表面的油污和氧化物清除干净，使钢材表面适于热浸镀；热浸镀是将钢材浸入熔融浸镀液中，发生一系列的化学和物理反应，形成浸镀镀层；后处理包括化学处理或涂油等工序。热浸镀工艺可以分为水溶剂法和氧化还原法。氧化还原法又称森吉米尔法，该法已经广泛应用于带钢热浸镀铝与钢管热浸镀等方面。但是森吉米尔法需要大量的投资，设备精密，需要通入氢气、氮气，成本较高，只适合大规模连续生产，且产品单一。不适用于小型工厂使用，也不适用钢制异形结构件的热浸镀。水溶剂法钢材热浸镀需要进行碱洗、酸洗、浸泡助镀剂等前处理工序，再进行热浸镀。采用水溶剂法时，产品镀层的质量难以控制，容易产生漏镀，所获得的镀层附着力不好。特别是Zn-23％Al-0.3％Si和Zn-55％Al-1.6％Si铝合金镀层，很难得到理想的产品。

中国专利CN88105232.3公开的电解活化助镀剂法热镀铝锌合金工艺，助镀剂池中设有电解装置，使按一定比例组成配制的助镀剂活化，在工件表面生成一层均匀、连续、致密的黑色薄膜，进而保证工件表面获得良好的铝锌合金镀层。专利CN91100021.6公开的钢丝的高耐蚀性的双浸热镀工艺，是将钢丝先镀锌，经镀层合金化热处理后，再热镀锌、铝及其合金。这两种方法都存在着不同程度的问题。电解活化助镀剂法，要求在助镀池中添加电解设备，将助镀剂活化，这不仅增大了设备的投资，并且加大了操作的难度，其使用的助镀剂含有价格昂贵的SnCl₂，电解装置对电极的参数要求较高，使其热浸镀产品只有某一种规格；钢丝的高耐蚀性的双浸热镀工艺，只适用于热浸镀钢丝产品，另需要在保温炉进行镀层合金化热处理，增加了产品的成本，操作较为复杂，影响了生产效率。

目前国内还没有一种成本低，镀层质量良好，抗腐蚀性能好，钢材为各种形状异形结构件，适用于各种铝及铝合金镀层品种的钢材热浸镀技术。

发明内容

本发明的目的是为克服目前钢材热浸镀技术工艺的不足，研究了一种操作简单，成本低，镀层质量好，适用于多种镀层品种，适用于钢板、钢制焊接件及钢制异形结构件的钢材复合热浸镀方法，提高了镀层的耐蚀性、塑性及韧性等性能。

本发明的工艺流程为：碱洗→一次水洗→酸洗→二次水洗→助镀处理→干燥→镀锌→一次冷却→热浸镀铝或合金→二次冷却→后处理，具体过程如下：

1、碱洗将钢材工件置入5～30％NaOH、5～25％Na₂SiO₃和5～35％Na₃PO₄混合水溶液中，温度为90～100℃，时间为25～40分钟，除去钢材工件表面的油污。2、一次水洗用水洗去钢材工件表面残余的碱。

3、酸洗酸洗使用的是20～31％盐酸水溶液，并添加0.3～1.5％缓蚀剂乌洛托品(六次甲基四胺)减慢钢酸洗的化学反应速度从而去除钢材工件表面的氧化层，并减少酸洗的铁损。

4、二次水洗用水洗去钢材工件表面残余的酸、铁盐及残渣。

5、助镀处理将酸洗好的钢材工件浸入氯化铵水溶液中，助镀剂氯化铵重量含量为30～40％，其余为水。助镀处理温度为70～90℃，时间为2～5分钟。

6、干燥将助镀钢材工件在温度为290～310℃干燥，使其表面形成一层薄膜。

7、热浸镀锌将经过助镀处理的钢材工件浸入锌液中浸镀，温度为450～470℃，时间为20～40秒。

8、一次冷却将热浸镀锌的钢材工件放置自然冷却至常温，使镀锌层凝固。

9、热浸镀铝或铝合金以缓慢的速度将镀锌钢材工件浸入熔融铝或铝合金中。浸镀时间为0.5～1.5分钟。不同浸镀液的浸镀温度不相同：纯铝镀液温度为690～730℃；Al-8％Si镀液温度为660～700℃；Zn-55％Al-1.6％Si镀液温度为610～650℃；Zn-27.5％Al-2.45％Cu-0.02％Mg镀液温度为530～630℃。

10、二次冷却以缓慢的速度将钢材工件从热浸镀坩埚中提出来，放置空气中自然冷却，使镀层充分凝固。

11、后处理及包装。

本发明的热浸镀材料，主要应用于钢材，包括钢板、钢制焊接件及钢制异形结构件。

本发明的优点和效果：

1、本发明钢材复合热浸镀方法，工艺合理，操作简便，产品质量好，无漏镀现象，镀层致密牢固，附着力好，光亮度高。能很好解决水溶剂法钢材热浸镀铝及其合金镀层易漏镀、镀层不均匀、抗腐蚀能力差等问题。

2、铝合金镀层的抗腐蚀性能高于镀纯锌镀层，Zn-27.5％Al-2.45％Cu-0.02％Mg镀层且具有较好的耐磨性能。

3、本发明钢材复合热浸镀方法，能够用于各种钢制异形结构件的铝及铝合金镀层产品。

4、采用本发明技术生产成本较低，具有较好的经济效益。

5、本发明采用氯化铵作为助镀剂，无毒、环保。

6、本工艺在传统的热浸镀技术基础上，对设备稍加改造就可以进行生产，具有推广应用价值和较好的经济效益。

下面结合附图，对本发明进行详细的描述。

附图说明

图1是本发明工艺流程示意图。

本发明工艺流程是：碱洗、一次水洗、酸洗、二次水洗、助镀处理、干燥、热浸镀锌、一次冷却、热浸镀镀铝或铝合金、二次冷却及后处理得到浸镀产品。

具体实施方式

实施例1：将1.2毫米厚Q235钢材工件置入15％NaOH、10％Na₂SiO₃和10％Na₃PO₄混合溶液中，控制温度为95℃，时间为30分钟，将除去油污的钢材工件取出，用水洗去钢材工件表面残余的碱。将除去油污的钢材工件置入添加有1％乌洛托品的盐酸(31％)水溶液中进行酸洗，去除钢材工件表面的氧化层，并用水洗去钢材工件表面残余的酸、铁盐及残渣。然后将酸洗好的钢材工件浸入重量含量35％氯化铵水溶液中进行助镀处理，控制温度为80℃，时间为3分钟，取出后在温度为300℃进行干燥。将经过助镀的钢材工件浸入锌液中浸镀，温度为460℃，时间为30秒。将热浸镀锌的钢材工件取出自然冷却至常温，使镀锌层充分凝固再将镀锌钢材工件缓慢浸入熔融温度为600℃的Zn-27.5％Al-2.45％Cu-0.02％Mg镀液中，时间为1分钟。将热浸镀铝合金钢材工件缓慢取出自然冷却至常温，待镀层充分凝固即得到双浸镀铝合金产品，镀层表面平整，致密均匀，无漏镀缺陷，附着力好，抗腐蚀能力强，并具有耐磨特性。

实施例2：将2毫米厚45号钢工件置入10％NaOH、12％Na₂SiO₃和12％Na₃PO₄，混合溶液中，控制温度为95℃，时间为35分钟，将除去油污的钢材工件取出，用水洗去钢材工件表面残余的碱。将除去油污的钢材工件置入添加有0.8％乌洛托品的盐酸(27％)水溶液中进行酸洗，去除钢材工件表面的氧化层，并用水洗去钢材工件表面残余的酸、铁盐及残渣。然后将酸洗好的钢材工件浸入重量含量38％氯化铵水溶液中进行助镀处理，控制温度为75℃，时间为4分钟，取出后在温度为305℃进行干燥。将经过助镀的钢材工件浸入锌液中浸镀，温度为450℃，时间为40秒。将热浸镀锌的钢材工件取出自然冷却至常温，使镀锌层充分凝固再将镀锌钢材工件缓慢浸入熔融温度为680℃的Al-8％Si镀液中，时间为75秒。将热浸镀铝合金钢材工件缓慢取出自然冷却至常温，待镀层充分凝固即得到双浸镀铝合金产品，镀层表面平整，致密均匀，无漏镀缺陷，附着力好，抗腐蚀能力强，并具有耐热特性。

实施例3：将3毫米厚Q235钢材工件置入15％NaOH、10％Na₂SiO₃和8％Na₃PO₄混合溶液中，控制温度为90℃，时间为38分钟，将除去油污的钢材工件取出，用水洗去钢材工件表面残余的碱。将除去油污的钢材工件置入添加有1％乌洛托品的盐酸(30％)水溶液中进行酸洗，去除钢材工件表面的氧化层，并用水洗去钢材工件表面残余的酸、铁盐及残渣。然后将酸洗好的钢材工件浸入重量含量32％氯化铵水溶液中进行助镀处理，控制温度为90℃，时间为3分钟，取出后在温度为295℃进行干燥。将经过助镀的钢材工件浸入锌液中浸镀，温度为460℃，时间为35秒。将热浸镀锌的钢材工件取出自然冷却至常温，使镀锌层充分凝固再将镀锌钢材工件缓慢浸入熔融温度为640℃的Zn-55％Al-1.6％Si镀液中，时间为55秒。将热浸镀铝合金钢材工件缓慢取出自然冷却至常温，待镀层充分凝固即得到双浸镀铝合金产品，镀层表面平整，致密均匀，无漏镀缺陷，附着力好，抗腐蚀能力强。

实施例4：将3毫米厚45号钢工件置入12％NaOH、12％Na₂SiO₃和15％Na₃PO₄混合溶液中，控制温度为95℃，时间为30分钟，将除去油污的钢材工件取出，用水洗去钢材工件表面残余的碱。将除去油污的钢材工件置入添加有1.2％乌洛托品的盐酸(31％)水溶液中进行酸洗，去除钢材工件表面的氧化层，并用水洗去钢材工件表面残余的酸、铁盐及残渣。然后将酸洗好的钢材工件浸入重量含量36％氯化铵水溶液中进行助镀处理，控制温度为80℃，时间为3.5分钟，取出后在温度为305℃进行干燥。将经过助镀的钢材工件浸入锌液中浸镀，温度为455℃，时间为40秒。将热浸镀锌的钢材工件取出自然冷却至常温，使镀锌层充分凝固再将镀锌钢材工件缓慢浸入熔融温度为710℃的纯铝镀液中，时间为70秒。将热浸镀铝合金钢材工件缓慢取出自然冷却至常温，待镀层充分凝固即得到双浸镀铝合金产品，镀层表面平整，致密均匀，无漏镀缺陷，附着力好，抗腐蚀能力强，并具有耐热特性。

Claims

1、一种钢材复合热浸镀方法，其特征在于采用先预镀锌，再镀铝及铝合金的复合工艺进行钢材热浸镀；其工艺流程为：碱洗→一次水洗→酸洗→二次水洗→助镀处理→干燥→镀锌→一次冷却→热浸镀铝或合金→二次冷却→后处理。

2、根据权利要求1所述的一种钢材复合热浸镀方法，其特征在于助镀处理采用重量含量30～40％氯化铵澄清水溶液作为助镀剂。

3、根据权利要求1所述的一种钢材复合热浸镀方法，其特征在于热浸镀铝过程包括纯铝或者Al-8％Si、Zn-55％Al-1.6％Si、Zn-27.5％Al-2.45％Cu-0.02％Mg的铝合金。

4、根据权利要求1所述的一种钢材复合热浸镀方法，其特征在于工艺参数为：助镀处理时间为2～5分钟，温度为70～90℃；热浸镀锌时间为25～40秒，温度为450～470℃；热浸镀铝及铝合金时间为0.5～1.5分钟，温度分别是：纯铝为690～730℃；Al-8％Si为660～700℃；Zn-55％Al-1.6％Si为610～650℃及Zn-27.5％Al-2.45％Cu-0.02％Mg为530～630℃。

5、根据权利要求1所述的一种钢材复合热浸镀方法，其特征在于热浸镀材料，包括钢板、钢制焊接件及钢制异形结构件。