CN101805880A - 一种热浸镀用锌-钛-铝中间合金及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钢材批量热浸镀用锌—钛—铝中间合金及其制备方法,属于钢铁材料的表面镀覆工艺技术领域。其技术方案是:锌—钛—铝中间合金的组份及重量比为:Ti 1%~3%;Al 0.6%~2%;余量为Zn。其制备方法为:将锌、钛、铝按照Ti 1%~3%;Al 0.6%~2%;余量为Zn的重量比配料,在温度660℃~680℃的坩埚中熔化,熔化过程连续搅拌,保温2小时后铸锭成锌—钛—铝中间合金。在批量热浸镀生产时将中间合金按1%~3.5%的比例直接加入纯锌浴中,搅拌后制得热浸镀锌—钛—铝合金浴用于钢材的锌—钛—铝合金热浸镀。本发明的优点在于热浸镀时添加该锌—钛—铝中间合金后,镀层的耐腐蚀性能提高,锌浴的流动性好,镀层外观光亮,镀层厚度容易控制,工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种热浸镀用锌—钛—铝中间合金及其制备方法,属于钢铁材料的表面镀覆工艺技术领域。
背景技术
近几年来,开发耐蚀性能更为优良的合金镀层已成为热浸镀领域研究的热点。通常人们在锌浴中添加Ni、Mg、Al、Mn、RE及Ti等微量合金元素,这些金属元素能起到有效控制锌铁反应,改善锌浴的流动性以及形成致密的氧化膜等作用,从而获得表观质量好,性能优异的合金镀层。如发明专利200710031740.1、93110092.5和200510011589.6在锌浴中添加Ni制备了Zn-Ni合金镀层;发明专利200710035316.4、99127120.3和96120984.4中将稀土金属作为微量元素添加到Zn-Al合金浴中制备了Zn-Al-RE镀层。因为钛具有优异的耐腐蚀性能,人们尝试在锌浴中添加适量的钛以提高镀层的耐腐蚀性能。文献(华南理工大学学报,2008年第36卷第7期,82~86页)中制备了Zn-Ti合金镀层,并发现镀层表面形成了ZnO和TiO2组成的氧化膜,使得Zn-Ti镀层耐腐蚀性能得到很大的提高。文献(海洋科学,2008年第32卷第11期,20~23页)中制备了一系列含钛量的锌—钛合金镀层,并研究了镀层的耐海水腐蚀性能,发现钛含量0.03%~0.04%时锌—钛合金镀层的耐海水腐蚀性能最佳。专利CN101186998A中提供一种适合于输电线路杆塔长效防腐的高铝合金镀层,镀层的组成为:铝43%~65%;镁0.5%~8%;稀土、镍0.5%~3%;钛0.01%~0.2%;其余为锌,其实这种镀层长效防腐的主要原因是镀层中含铝较高。因为钛的熔点高,极易氧化,添加量超过一定浓度反而降低锌浴的流动性,增加锌耗,且影响镀层的外观质量,甚至镀层表面变为彩色;而Al在锌浴中可显著提高锌浴的流动性,提高镀层外观质量;所以,在锌浴中同时添加合适量的钛和铝,兼顾利用钛和铝的优点具有一定的意义。
钛的密度为4.54g/cm3,熔点为1660.0℃;铝的密度为2.7g/cm3,熔点为660.4℃;锌的密度固体常温下为7.14g/cm3,液体425℃时为6.62g/cm3,熔点为419.7℃;钛和铝的熔点均高于锌的熔点,钛和铝的密度又均低于锌的密度。所以,若在热浸镀生产时在锌浴中直接添加钛和铝,必须提高锌浴温度,且同时增加搅拌,这在实际生产中是行不通的。为此,研究一种合适成分的锌—钛—铝中间合金及其制备方法,方便于热浸镀生产直接在锌浴中添加,进而获得高耐蚀,外观质量好的镀层是非常有意义的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热浸镀用合适成分的锌—钛—铝中间合金,它可用于生产Zn-Ti-Al热浸镀合金,在热浸镀生产中它可在锌浴中直接添加,热浸镀后可获得高耐蚀,外观质量好的锌—钛—铝合金镀层。
本发明的另一目的是提供一种生产锌—钛—铝中间合金的制备方法,它工艺简单,操作方便。
本发明热浸镀用锌—钛—铝中间合金,其特征在于:它的组份及重量比为:Ti1%~3%;Al0.6%~2%;余量为Zn。
中间合金锭重为10kg/块。
合金制备时所用的锌牌号为0#,钛牌号为TA0,铝牌号为Al99.90。
将锌、钛和铝按照Ti1%~3%;Al0.6%~2%;余量为Zn的重量比配料,合金制备时首先在坩埚内将锌锭完全熔化,继续加热坩埚到温度至660℃~680℃,再在熔融锌液中添加钛和铝制备锌—钛—铝合金,熔化过程连续搅拌,保温2小时后就浇铸成合金锭。
所述浇铸成合金锭的重量是10kg/块的合金锭。
合金制备时所用的锌牌号为0#,钛牌号为TA0,铝牌号为Al99.90。
批量热浸镀生产时直接在锌浴中添加中间合金,合金的加入量为锌浴质量的1%~3.5%,被浸镀钢材浸入温度440℃~460℃的合金浴中2~3分钟,然后从合金浴中提出经水浴冷却。
采用本发明热浸镀用锌—钛—铝中间合金及其制备方法,其钢材热浸镀后表面无漏镀现象,镀层光亮,色泽均匀,镀层厚度均匀且较纯锌层减薄,其合金镀层的自腐蚀电位均较纯锌镀层正移,腐蚀电流密度均较纯锌层降低,镀层的腐蚀速率均较纯锌层明显降低。
具体实施方式
下面以实例进一步说明本发明的实质内容,但本发明的内容并不限于此。
本发明的热浸镀用锌—钛—铝中间合金,它的组份及重量比为:Ti1%~3%;Al0.6%~2%;余量为Zn。作为对本发明的进一步说明,所述的Zn-Ti-Al中间合金的锭重为10kg/块。
本发明的热浸镀用锌—钛—铝中间合金的制备技术方案为:将0#锌锭在坩埚内熔化,继续加热坩埚到温度升至660℃~680℃,在坩埚内熔融锌液中按照Ti1%~3%;Al0.6%~2%的质量百分比添加牌号为TA0的钛和牌号为Al99.90的铝,熔化过程连续搅拌,保温2小时后浇铸成重量为10kg/块的锌—钛—铝合金锭。
本发明的热浸镀用锌—钛—铝中间合金的使用方法为:批量热浸镀生产时直接在锌浴中添加中间合金,合金的加入量为锌浴质量的1%~3.5%。
实施例1:在450℃容量为150kg的坩埚内加入98.4kg 0#固态锌,待锌完全熔化后将坩埚温度升至660℃,向锌液中逐渐加入牌号为TA0的钛1.0kg和牌号为Al99.90的铝0.66kg,在加入钛和铝的过程中不断搅拌,待钛和铝溶入锌液后在连续搅拌的情况下保温2小时,然后将坩埚内合金液浇铸成重量为10kg/块的锌—钛—铝合金锭。
将按上述方法配制的锌—钛—铝中间合金750kg加入到20吨纯锌浴中制得热浸镀用锌—钛—铝合金浴,Q235的角钢100kg浸入温度440℃的合金浴中3分钟,然后角钢从合金浴中提出经水浴冷却,发现角钢表面无漏镀现象,镀层光亮,色泽均匀,镀层厚度均匀且较纯锌层减薄。镀层化学组成为:Ti0.36‰;Al0.24‰;其余为Zn。
实施例2:在450℃容量为150kg的坩埚内加入95.0kg 0#固态锌,待锌完全熔化后将坩埚温度升至680℃,向锌液中逐渐加入牌号为TA0的钛3.0kg和牌号为Al99.90的铝2kg,在加入钛和铝的过程中不断搅拌,待钛和铝溶入锌液后在连续搅拌的情况下保温2小时,然后将坩埚内合金液浇铸成重量为10kg/块的锌—钛—铝合金锭。
将按上述方法配制的锌—钛—铝中间合金200kg加入到20吨纯锌浴中制得热浸镀用锌—钛—铝合金浴,Q235的角钢80kg浸入温度460℃的合金浴中2分钟,然后角钢从合金浴中提出经水浴冷却,发现角钢表面无漏镀现象,镀层光亮,色泽均匀,镀层厚度均匀且较纯锌层减薄。镀层化学组成为:Ti0.30‰;Al0.19‰;其余为Zn。
实施例3:在450℃容量为150kg的坩埚内加入95.5.0kg 0#固态锌,待锌完全熔化后将坩埚温度升至680℃,向锌液中逐渐加入牌号为TA0的钛2.5kg和牌号为Al99.90的铝2kg,在加入钛和铝的过程中不断搅拌,待钛和铝溶入锌液后在连续搅拌的情况下保温2小时,然后将坩埚内合金液浇铸成重量为10kg/块的锌—钛—铝合金锭。
将按上述方法配制的锌—钛—铝中间合金480kg加入到20吨纯锌浴中制得热浸镀用锌—钛—铝合金浴,Q345的角钢75kg浸入温度450℃的合金浴中2分钟,然后角钢从合金浴中提出经水浴冷却,发现角钢表面无漏镀现象,镀层光亮,色泽均匀,镀层厚度均匀且较纯锌层减薄。镀层化学组成为:Ti0.59‰;Al0.39‰;其余为Zn。
上述实施例中镀层的化学成分检测采用ICP-AES(电感耦合等离子体发射光谱分析),镀层的耐腐蚀性能采用中性盐雾试验和电化学阳极极化,检测结果表明,锌—钛—铝合金镀层的成分与锌浴成分相当,合金镀层的自腐蚀电位均较纯锌镀层正移,腐蚀电流密度均较纯锌层降低,镀层的腐蚀速率均较纯锌层明显降低(见表1)。
表1不同镀层成分的电化学极化参数
镀层成分 | 自腐蚀电位 /(mv) | 腐蚀电流密度 /(μA/cm2) | 腐蚀速率 /(mm/a) |
Zn-0‰Ti-0‰Al | -1042.0 | 8.14058 | 0.12109 |
实施例1试样 | -1031.4 | 2.26847 | 0.04887 |
实施例2试样 | -1024.0 | 2.53938 | 0.03777 |
实施例3试样 | -1023.4 | 2.05832 | 0.02252 |
Claims (7)
1.一种热浸镀用锌—钛—铝中间合金,其特征在于:它的组份及重量比为:Ti 1%~3%;Al 0.6%~2%;余量为Zn。
2.根据权利要求1所述的热浸镀用锌—钛—铝中间合金,其特征在于:合金制备时所用的锌牌号为0#,钛牌号为TAO,铝牌号为Al99.90。
3.根据权利要求1或2所述的热浸镀用锌—钛—铝中间合金,其特征在于:中间合金锭重为10kg/块。
4.根据权利要求1所述的热浸镀用锌—钛—铝中间合金的制备方法:其特征在于:将锌、钛和铝按照Ti1%~3%;Al0.6%~2%;余量为Zn的重量比配料,合金制备时首先在坩埚内将锌锭完全熔化,继续加热坩埚到温度至660℃~680℃,再在熔融锌液中添加钛和铝制备锌—钛—铝合金,熔化过程连续搅拌,保温2小时后就浇铸成合金锭。
5.根据权利要求4所述的热浸镀用锌—钛—铝中间合金的制备方法,其特征在于:合金制备时所用的锌牌号为0#,钛牌号为TAO,铝牌号为Al99.90。
6.根据权利要求4或5所述的热浸镀用锌—钛—铝中间合金的制备方法:其特征在于:所述浇铸成合金锭的重量是10kg/块的合金锭。
7.根据权利要求1所述的一种热浸镀用锌—钛—铝中间合金的使用方法,其特征在于:批量热浸镀生产时直接在锌浴中添加中间合金,合金的加入量为锌浴质量的1%~3.5%,被浸镀钢材浸入温度440℃~460℃的合金浴中2~3分钟,然后从合金浴中提出经水浴冷却。
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