CN102312130A - 一种五元合金热浸镀层原料制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及的是一种用于热浸镀层的包括Zn和Al在内的五元合金。包括Zn和Al在内的五元合金还包括Si、Mg和V元素，各元素成分所占五元合金的比例按重量百分数为：25.00≤Zi≤55.00、35.00≤Al≤65.00、0.50≤Si≤5.00、0.50≤Mg≤5.00和0.10≤V≤1.00。该发明还公开了上述五元合金的制取方法和使用上述五元合金进行钢板表面镀层的具体工艺方法。采用本发明制备的钢板镀层，其耐盐雾时间是单一镀锌镀层的10-14倍。

Description

一种五元合金热浸镀层原料制备和使用方法

技术领域

本发明属于一种金属表面热浸镀合金镀层的方法，具体涉及的是一种包括Zn和Al在内的五元合金热浸镀层原料的制备和使用方法。

背景技术

热浸镀技术是对钢材进行表面防腐非常有效的方法之一，传统的热浸镀防腐镀层主要是热浸镀纯Zn层及热浸镀纯Al层，为第一代金属镀层；自上世纪八十年代开始，热浸镀两种以上金属元素的复合镀层技术得到使用，其中首先实现的是热镀Zn-Al合金镀层，属于第二代金属镀层；第三代镀层是由多种元素混合在一起进行热浸镀所获得的镀层，其中由国际铅锌组织发明的锌基高耐蚀性合金镀层Zn-5％Al-RE(简称Galfan)和由美国的伯利恒钢铁公司研制的铝基合金镀层材料Zn-55％Al-1.6％Si镀层(简称Galvalume)是第三代镀层的两种代表性产品，具有优良的耐腐蚀性能，在普通大气腐蚀条件下，耐腐蚀性分别是纯Zn镀层的2～4倍和2～6倍，这一数据已被相关技术人员和用户所认可。但是由于此两种涂层的制备技术均被外国公司申请为我国专利，受到了保护，因此迫使我国不得不在此基础上自主研制包括Zn、Al元素在内的多种金属元素复合合金镀层的制备方法。

发明内容

本发明的目的是制备用于热浸镀的含锌(Zn)、铝(Al)、硅(Si)、镁(Mg)、钒(V)的五元合金，即Zn-Al-Si-Mg-V五元合金(以下简称：五元合金)，并给出将该五元合金用于热浸镀层的具体使用方法，以提高镀层的耐蚀性。该Zn-Al-Si-Mg-V五元合金中各组成元素成分按质量百分比计算的范围分别为：

Zn    25.00～55.00％；

Al    35.00～65.00％；

Si    0.50～5.00％；

Mg    0.50～5.00％；

V     0.10～1.00％。

本发明所述的五元合金的制备及镀层使用方法如下：

一、Zn-Al-Si-Mg-V五元合金的制备。

制备五元合金采用的原料均来自市场，包括锌锭(纯度为99.99％)、铝锭(纯度为99.7％)、Zn-V中间合金、Al-Si中间合金和镁锭(纯度为99.99％)，其中Zn-V中间合金中V的含量按重量百分数计为1.00-10.00％，Al-Si中间合金中Si的含量按重量百分数计为20-25％；合金制备时所使用的熔化设备为带有氩气保护的高温电阻炉，具体步骤如下：

1、将高温电阻炉的炉温升高至500-520℃，放入Zn锭和Zn-V中间合金，然后保温20-30min；

2、再将高温电阻炉在10min内升温至600-650℃，把铝锭快速压入锌液内，并保温5-10min；

3、再将高温电阻炉在10min内升温至680-700℃，保温5-10min，然后分别将Al-Si中间合金和镁锭加入合金液中，保温10-15min，搅匀扒渣后浇注到模具内，五元合金制备完成，以备实施热浸镀工艺时使用。

以上各种原材料加入的数量基本按照事先设定的五元合金镀层的成分比例范围进行，为防止在制备合金过程中易氧化合金元素的烧损，在合金的熔炼过程中，采用氩气作为保护气体，试验结果表明用该法熔炼此种五元合金，金属的收得率大于98.5％。

二、制备包括Zn-Al-Si-Mg-V五元合金的热浸镀层的方法

本项发明实施热浸镀方法时使用的是普通的热浸镀设备，过程实施顺序及控制参数如下：

1、将按照前述方法制备好的五元合金铸锭放在锌锅内熔化，熔化时还要在锌锅内中加入热浸镀常用的覆盖盐，覆盖盐的主要成分有ZnCl₂、KCl和Na₃AlF₆中的至少一种，覆盖盐的加入量为被熔化合金的表面能够均匀覆盖0.1-0.2cm的覆盖层为宜，待到被熔合金铸锭全部熔化后在600-690℃下保温8-10min，使得到的合金液体的成分更加均匀；

2、将处理(包括碱洗→水洗→酸洗→水洗)好的钢板经助镀或者在氩气保护下安装到热浸镀夹持设备上，使其在熔化的合金液体内热浸镀3-50s，然后以0.3-2m/s的速度将其从自熔化的合金液体中拉出，使用气刀喷出的0.03-0.4MPa的压缩空气抹拭钢板两侧，以使镀层表面光滑平整。

关于Zn-Al-Si-Mg-V五元合金镀层的热浸镀工艺的详细工艺参数见表1所列，工艺中适于浸镀加工的钢板以0.8-1.2mm的普通热轧薄板为宜。

表1Zn-Al-Si-Mg-V热浸镀的工艺参数

本项试验采用中性盐雾腐蚀试验(NNS试验)来检验该五元合金镀层的耐腐蚀性效果，试验标准参照GB/T 10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》标准执行，以失重速度评价Zn-Al-Si-Mg-V镀层的耐腐蚀性。

(1)试验条件：按照GB/T 10125-1997的要求，选择的NaCl溶液浓度为50±5g/L；盐雾箱温度为35±2℃；PH为6.5-7.2；喷雾压力为70-170Kpa；喷雾周期为连续喷雾72小时；沉降速度为1～2ml/80cm²；试样的被测试面在盐雾箱中呈15°～30°摆放。

(2)样品处理过程：用熔化的松香和石蜡(其比例为1∶1)密封样品侧面及背面，用无水乙醇清洗镀层样品表面；电吹风吹干后用分析天平称量样品腐蚀前的质量；然后放入盐雾箱内腐蚀72h；腐蚀结束后，为溶解掉镀层表面的腐蚀产物，用软刷蘸取铬酸和磷酸的混合溶液清洗镀层试样的表面；然后用蒸馏水反复清洗试样，电吹风常温吹干后再次用分析天平称重。

(3)失重速度计算：公式：

$V=\frac{W_1-W_2}{\mathrm{St}}$

式中，V指单位面积镀层单位时间的失重量，单位为g·m^-2·h^-1；W₁指试样初始质量，单位为g；W₂指腐蚀试验后质量，单位为g；S指试样表面积，单位为m²；t指腐蚀用时间，单位为h。

利用本发明的热浸镀方法制备Zn-Al-Si-Mg-V五元合金镀层，镀层经过72h的5％NaCl溶液的中性盐雾侵蚀试验，其耐腐蚀性是纯Zn镀层的10-14倍，大大高出了Galfan和Galvalume镀层的防腐效果。由此可以看出五元合金镀层具有很好的市场前景。

具体实施方式

实例1：

首先按照如下成分比例来制作五元合金：

Zn    42.99％；

Al    54.00％；

Si    1.60％；

Mg    1.20％；

V     0.21％。

制作时按照前述一的具体方法进行，其中：

(1)将高温电阻炉的炉温升高至520℃，放入Zn块和Zn-V中间合金，然后保温25min；

(2)再将高温电阻炉在10min内升温至630℃，把铝块快速压入锌液内，并保持10min；

(3)再将高温电阻炉在10min内升温至680℃，保温10min，然后分别将Al-Si中间合金和镁锭加入合金液中，保温10min，搅匀扒渣后浇注到模具内，五元合金制备完成，以备实施热浸镀工艺时使用。

然后按照前述的“Zn-Al-Si-Mg-V五元合金的热浸镀方法”进行钢板热浸镀，钢板的厚度为1mm，其他工艺参数均在表1所列的范围内取值，最后制成了成品。

对于成品经过72h的中性盐雾试验后，检验其结果，其镀层的腐蚀速率为0.0634g/m²·h，而同样镀层厚度的纯锌镀层腐蚀速率一般为0.83054g·m^-2·h^-1，可见此种成品的镀层耐腐蚀性是纯锌的13.1倍。

实例2：

按照前述的“Zn-Al-Si-Mg-V五元合金的制备”方法设计并制作出了如下成分的另一种五元合金：

Zn    44.76％；

Al    52.00％；

Si    1.50％；

Mg    1.50％；

V     0.24％。

同样依据前述的“Zn-Al-Si-Mg-V五元合金的热浸镀工艺”对0.8mm钢板进行热浸镀。对所获得的产品经过72h的中性盐雾试验后，该镀层的腐蚀速率为0.0714g/m²·h，如果纯锌腐蚀速率仍按0.83054g·m^-2·h^-1计，Zn-Al-Si-Mg-V五元合金镀层耐腐蚀性是纯锌的11.6倍。

本发明不局限于上述各实施例，列出上述各实施例，目的在于说明由于Mg、V的加入，会使合金镀层的耐蚀性有显著的提高。同时，上述各实施例，也是相当典型的锌铝合金镀层产品经加入Si、Mg、V金属元素后改进性能的配方，可供选择时具体使用。

Claims (3)

1.一种用于热浸镀层的包括Zn和Al在内的五元合金，其特征在于所述五元合金中还包括有Si、Mg和V元素，各元素占五元合金的比例按重量百分数为：25.00≤Zi≤55.00、35.00≤Al≤65.00、0.50≤Si≤5.00、0.50≤Mg≤5.00和0.10≤V≤1.00。

2.一种制备包括Zn和Al在内的五元合金的方法，其特征在于所述五元合金还包括Si、Mg和V元素，并分别以纯度为99.99％的锌锭、纯度为99.7％的铝锭、纯度为99.99％镁锭、Si含量按重量百分数为20.00-25.00％的Al-Si中间合金和V含量按重量百分数计为1.00-10.00％的Zn-V中间合金为原料，以带有氩气保护的高温电阻炉为主要设备，按如下工序进行制作：

(1)将高温电阻炉的炉温升高至500-520℃，放入Zn锭和Zn-V中间合金，然后保温20-30min；

(2)再将高温电阻炉在10min内升温至600-650℃，把铝锭快速压入锌液内，并保温5-10min；

(3)再将高温电阻炉在10min内升温至680-700℃，保温5-10min，然后分别将Al-Si中间合金和镁锭加入合金液中，保温10-15min，搅匀扒渣后浇注到模具内。

3.一种使用包括Zn和Al在内的五元合金制取热浸镀层的方法，该方法使用的是普通的热浸镀设备，其特征在于所述五元合金中还包含Si、Mg和V三种元素，按照以下方法对钢板进行表面热浸镀：

(1)将制备好的含有Zn、Al、Si、Mg和V的五元合金铸锭放在锌锅内熔化，熔化时还要在锌锅内中加入0.1-0.2cm厚度的热浸镀用的覆盖盐，待到被熔铸锭全部熔化后在600-690℃下保温8-10min，得到熔化的合金液体；

(2)将处理好的钢板经助镀或者在氩气保护下安装到热浸镀夹持设备上，使其在熔化的合金流体内热浸镀3-50s，然后以0.3-2m/s的速度将钢板从自熔化的合金从液体中拉出，钢板两侧利用0.03-0.4MPa的压缩空气抹拭至镀层表面光滑平整。