CN101775567B

CN101775567B - 一种热镀用稀土锌镍镁合金锭及其制造方法

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Publication number: CN101775567B
Application number: CN2010101087413A
Authority: CN
Inventors: 肖锋; 李忠贺; 刘春旭
Original assignee: NINGBO HUYONG ELECTRIC POWER MATERIAL CO Ltd
Current assignee: NINGBO HUYONG ELECTRIC POWER MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2030-02-08
Also published as: CN101775567A

Abstract

本发明涉及到一种热镀用稀土锌镍镁合金锭，其特征在于包括镍2.00～5.00wt％，镁0.20～0.25wt％，铝3.00～5.00wt％，稀土金属混合物0.11-0.25wt％，和余量的锌；其中所述的稀土金属混合物包括镧0.06-0.08％、铈0-0.05、镨0-0.06％、钕0.05-0.07％，杂质的含量不大于0.03wt％。利用本发明所提供的合金锭所配制成的溶液对工件进行镀覆，由于镀液的流动性更好，因此能够降低镀覆温度，所得镀层外观发白、发亮，镀层均匀、光滑、有光泽，且镀层防腐时间更长且不受环境影响。

Description

一种热镀用稀土锌镍镁合金锭及其制造方法

技术领域

本发明涉及金属结构表面镀覆用合金材料及制造方法，具体指一种热镀用稀土锌镍镁合金锭及其制造方法。

背景技术

自1836年法国把热镀锌应用于工业以来，已经有一百七十多年的历史了。然而，热镀锌工艺技术是近五十多年来伴随冷轧带钢的飞速发展才得到大规模发展。其主要方法有：

1、改良森吉米尔法：它是一种用于连续热浸镀锌的工艺方法；它把森吉米尔法中各自独立的氧化炉和还原炉由一个截面积较小的过道连接起来，这样包括预热炉、还原炉和冷却段在内的整个退火炉构成一个有机整体。该连续热浸镀锌方法具有许多优点：优质、高产、低耗、安全等优点已逐渐被人们所认识。其发展速度非常快，特别适用于几何形状相对规则的构件连续热浸镀锌，自上世纪60年代以来，新建的大型连续热浸镀锌生产线几乎全部采用了这种方法。

2、莎伦法及后续改良法：上世纪四十年代美国莎伦公司开发了一种新型的热镀锌方法，后来称之为莎伦法。该法是在退火炉内向钢基体喷射氯化氢气体并使带其到再结晶温度，所以也称为气体酸洗法。采用氯化氢气体酸洗，不但能去除钢基表面的氧化皮，而且同时去除了钢基表面的油脂，由于钢基表面被氧化气体腐蚀，形成麻面，所以使用莎伦法所得到的镀层粘附性特别好。

由于莎伦法氯化氢酸性气体对于生产设备腐蚀严重，造成很高的生产设备维修和更新费用。因此后人对这种方法加以改良，形成以盐酸溶液或稀硫酸溶液进行钢基表面除锈处理，再进行热浸镀锌的普通热镀锌工艺，对于几何形状不规则的构件而不能采用连续镀锌方式基本都采用了这种方法。

3、Galvalume及Calfan法：Galvalume法所采用的是“55％Al-43.5％Zn-1.5％Si”合金镀层；而Calfan法采用含“铝-5％，稀土-0.05％”合金镀层，Galvalume及Calfan法将原单一的镀锌层改进成为锌铝合金镀层，降低了镀锌温度，特别是Calfan法首次采用稀土锌铝合金镀层，使镀层表面质量得到明显改善。

热镀锌是一种很受欢迎的防腐处理方法，其适应环境广，目前其已被广泛运用于电力、通信、国防、交通运输及工民建筑等等钢结构的防腐处理上。随着时代的发展，人们对镀层的要求越来越高，现有的热镀锌所使用的合金材料防腐年限短，且不同环境中的防腐年限不同。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种防腐时间更长且不受环境影响的热镀用稀土锌镍镁合金锭及制造方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该热镀用稀土锌镍镁合金锭，其特征在于包括镍2.00～5.00wt％，镁0.20～0.25wt％，铝3.00～5.00wt％，稀土金属混合物0.11-0.25wt％，和余量的锌；其中所述的稀土金属混合物包括镧0.06-0.08％、铈0-0.05、镨0-0.06％、钕0.05-0.07％，杂质的含量不大于0.03wt％。

本方案中各元素在锌液中的作用为：

以轻质混合稀土为主的混合稀土金属包含：镧、铈、镨、钕。其混合稀土元素的加入降低了锌液的粘度，细化了锌液晶粒，净化了晶格，显著增强了锌液的流动性，降低了镀覆工作温度，使镀层均匀、致密，具有类似铝合金的美观外表；

镍，镍的加入能够阻止硅镇静钢热镀锌的合金镀层过厚、镀层颜色灰暗以及粗糙现象，主要形成了NiSi，减轻了硅的不利影响，同时，镍原子能进入镀层的晶相结构中，降低了铁和锌的扩散速度，提高了镀层的挠性并增强了镀层的抗腐蚀性。另外镍在锌液中，有阻碍钢基体与锌液反应的能力，这一点有效克服了锌、铝等对锌锅的金属腐蚀的缺点，大大提高了锌锅的使用寿命，减少了锌渣量。

镁，镁的加入能够极大地提高镀层的延展性与防腐能力。实验证明随着镁含量的增大，镀层的耐蚀性能逐渐提高，但提高的幅度逐渐降低；镁元素主要分布于晶相层的晶界处，起到细化晶粒的作用，随着镁含量的增大，镀层晶粒不断细化，组织结构趋于更均匀。

铝，由于铝与氧的亲和力，故铝的加入能防止镀锌层表面深层被氧化，即外层氧化后阻止内层氧化；同时铝的加入，增加镀层的光泽，铝与铁能快速形成Fe₂Al₅中间层，抑制铁锌合金层的增长，从而提高了镀层的挠性；铝能与锌液中的铁作用生产FeAl、FeAl₂和FeAl₃从而降低了锌液中铁质的影响。

稀土元素是一组化学性质极其相似的17种金属元素的统称，是极活泼的金属元素。稀土元素的加入，如果含量＜0.01％，则数量太少，此时稀土元素主要以固熔形式存在于初生晶和共晶中，并不出现稀土相，因而作用不显著；只有稀土元素含量增大，才能行成稀土相，起到俘获有害杂质的作用；但是稀土元素含量过大，除了使成本上升之外，还容易形成粘滞的稀土氧化物有夹杂和浮渣，使熔铸过程难度加大，所以稀土元素的加入量以0.11-0.25wt％为宜。

较好的，可以控制所述杂质中含有的铁＜0.01wt％，硅＜0.01wt％，铅＜0.005wt％，镉＜0.005wt％。

采用上述配方的热镀用稀土锌镍镁合金锭的制造方法为：采用中频真空熔炼仪进行高纯度的稀土锌镍镁合金锭冶炼，并以稀土分析仪、元素分析仪、色谱仪对稀土锌镍镁合金锭进行成份及含量的分析与控制。具体步骤如下：

将镍2.00～5.00wt％、镁0.20～0.25wt％、铝3.00～5.00wt％、稀土金属混合物0.11-0.25wt％和部分锌；加入到1400～1500℃的合金熔炼炉中融化，搅拌均匀，铸锭成为合金锭；

其中，所述的稀土金属混合物包括镧0.06-0.08％、铈0-0.05、镨0-0.06％、钕0.05-0.07％；该热镀锌合金溶液中杂质的含量不大于0.03wt％；

较好的，可以控制所述杂质中铁的含量小于0.01wt％，硅的含量小于0.01wt％，铅的含量小于0.005wt％，镉的含量小于0.005wt％。

应用该热镀用稀土锌镍镁合金锭进行钢件镀覆时，将该合金锭按照2.5～3.0wt％的比例加入到97～97.5wt％的锌液中，搅拌均匀即可制得钢铁镀锌用的热镀锌合金溶液；然后将待镀覆工件浸泡在合金溶液中一段时间后，镀覆即可完成。

所述的熔炼炉可以采用中频真空熔炼仪。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、附着性能好：采用本发明所提供的热镀用稀土锌镍镁合金锭所配制成的镀液镀层与钢基体间是冶金结合，成为钢表面的一部份，因此镀层的附着性能良好，持久性可靠；

2、稀土锌镍镁多元合金镀层的韧性强：镀层形成一种特别的冶金结构，这种结构能承受在运送及使用时受到外界机械损伤；

3、省时省力：稀土锌镍镁多元合金镀锌过程要比其他涂层的施工法更快捷，并且可避免安装后在工地上涂刷所需的时间；

4、能够有效延长镀层的防腐期限且不受环境影响。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

该热镀用稀土锌镍镁合金锭的成份和重量为：镍5.00wt％、镁0.25wt％、铝4wt％、镧0.06wt％、钕0.06wt％和余量的锌，其中不可避免杂质的含量不大于0.03wt％，并且杂质中铁的含量小于0.01wt％，硅的含量小于0.01wt％，铅的含量小于0.005wt％，镉的含量小于0.005wt％。

步骤1：将上述物质加入到1400℃～1500℃的的中频真空熔炼仪中融化，搅拌均匀，铸锭成合金锭；

下面是采用步骤1得到的合金锭进行热镀的方法：

步骤2：将97wt％的锌加入到热镀锌合金熔炼炉中熔化成为锌液，然后取3wt％步骤1所得到的合金锭，加入到熔融状态的锌液中，在480℃左右的熔炼温度下采用惰性气体搅拌装置搅拌均匀即可制得钢铁镀锌用的热镀锌合金溶液。

将上述热镀锌合金溶液镀覆钢件结构表面。

将前期处理好的钢件浸入上述480℃左右的热镀锌合金溶液中镀覆，经过2-3分钟浸镀后，取出钢件，冷却后该钢件上即镀覆上厚度为50微米的镀层。

肉眼观测镀层的外观，外观发白、发亮，镀层均匀、光滑、有光泽。

对该镀层进行人工加速盐雾腐蚀试验，在1000小时还没有产生白锈，1500小时仍未能出现红锈；进行人工加速二氧化硫试验，在240小时发现只轻微失光，未见基本金属腐蚀。

同时，由于本实施例中加入了稀土元素的混合物后，能降低合金溶液的粘度提高其流动性，最大可提高20％，从而可以降低热镀合金溶液镀锌温度10-20℃。尤其是镁的加入，能降低锌耗10％以上，并使镀层更均匀，从而提高抗腐蚀性能，抗腐蚀性能可提高2倍以上。而镍的加入则增加了镀层的延展性，提高了镀层磨光和抗腐蚀性。

本实施例中未涉及部分与现有技术相同。

实施例2

热浸镀稀土锌镍镁合金锭是锌基合金，其成份和重量百分含量为：

镍：3.00wt％、镁：0.20wt％、铝：4.00wt％、镧0.06wt％、镨0.05wt％、铈0.03wt％、钕0.06wt％和余量的锌。

其余同实施例1。

对比例

该热镀合金的成份和重量为：镍5.00wt％、镁0.25wt％和余量的锌。

步骤1：将上述配比中的物质加入到1400℃～1500℃的的中频真空熔炼仪中融化，搅拌均匀，铸锭成合金锭；

步骤2：将锌加入到热镀锌合金熔炼炉中熔化成为锌液，然后将步骤1所得到的合金锭，加入到熔融状态的锌液中，在500℃左右的熔炼温度下采用惰性气体搅拌装置搅拌均匀即可制得钢铁镀锌用的热镀锌镍镁合金溶液。

将上述热镀锌合金溶液镀覆钢件结构表面。

将前处理好的钢件浸入上述500℃左右的热镀锌合金溶液中镀覆，经过2-3分钟浸镀后，取出钢件，冷却，工件上得到镀层。冷却后该钢件上即镀覆上厚度为50微米的镀层。

肉眼观测镀层的外观，镀层外观表面粗糙、灰暗、无光泽。

观察镀层的外观，进行盐雾试验，96小时出现严重白锈，120小时出现红锈；进行人工加速二氧化硫试验，可以观察到镀层在180小时已出现基本金属腐蚀。

Claims

1.一种热镀用稀土锌镍铝镁合金锭，其特征在于包括镍2.00～5.00wt％，镁0.20～0.25wt％，铝3～5wt％，稀土金属混合物0.11-0.25wt％，和余量的锌；其中所述的稀土金属混合物包括镧0.06-0.08wt％、铈0-0.05wt％、镨0-0.06wt％、钕0.05-0.07wt％，杂质的含量不大于0.03wt％；所述杂质中铁的含量小于0.01wt％，硅的含量小于0.01wt％，铅的含量小于0.005wt％，镉的含量小于0.005wt％。

2.一种如权利要求1所述的热镀用稀土锌镍铝镁合金锭的制造方法，其特征在于将镍2.00～5.00wt％、镁0.20～0.25wt％、铝3～5wt％、稀土金属混合物0.11-0.25wt％和余量的锌加入到1400～1500℃的合金熔炼炉中熔化，搅拌均匀，铸锭，即可得到热镀用稀土锌镍铝镁合金锭；

其中，所述的稀土金属混合物包括镧0.06-0.08wt％、铈0-0.05wt％、镨0-0.06wt％、钕0.05-0.07wt％；该热镀锌合金锭中杂质的含量不大于0.03wt％，并且所述杂质中铁的含量小于0.01wt％，硅的含量小于0.01wt％，铅的含量小于0.005wt％，镉的含量小于0.005wt％。

3.根据权利要求2所述的热镀用稀土锌镍铝镁合金锭的制造方法，其特征在于所述的熔炼炉为中频真空熔炼仪。