CN102560310A

CN102560310A - 热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层及其热浸镀方法

Info

Publication number: CN102560310A
Application number: CN2012100342372A
Authority: CN
Inventors: 苏旭平; 李振锋; 涂浩; 王建华; 刘亚; 吴长军; 高翠平
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: CN102560310B

Abstract

本发明涉及热浸镀技术领域，特指热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层及其热浸镀方法。所述镀层的组份以质量百分数计算：铝含量控制在25%~40%，硅控制在1.0%~1.5%，镁控制在1.0%~1.5%，稀土控制在0.1%~0.5%，余量为锌。采用本发明的热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层实施热浸镀，能够提高高铝锌铝合金的耐腐蚀性，降低浸镀温度，增加熔体密度，减少渣的形成，使作为锌渣主要成分的FeAl₃变为悬浮渣，能应用于一些对耐腐蚀性、外观质量要求比较高的零部件的批量镀。

Description

热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层及其热浸镀方法

技术领域

本发明涉及热浸镀技术领域，特指热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层及其热浸镀方法。

背景技术

金属腐蚀是指金属与周围环境中的介质发生化学或电化学反应，使金属遭到破坏，金属腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济总产值的1%-4%；金属腐蚀不仅造成经济上的损失，而且会造成自然资源和能源的浪费；随着工业的不断发展，大气环境也在不断恶化，特别是沿海地区与重工业区，金属腐蚀现象越发严重；传统的热浸镀锌镀层已经难以适应实际需要，所以迫切需要开发新的耐腐蚀性更强的合金镀层。

锌铝合金镀层因为其优良的耐腐蚀性和较好的阴极保护性能，一直受到国内外的关注，目前，主要以Galfan与Galvalume镀层的应用最广；特别是后者，因为其优良的耐大气和海洋腐蚀的能力而备受关注，但是镀液中高的含铝量不仅使得浸镀需要很高的温度，而且加大了锌铝的烧损，同时也增强了铁铝之间的放热反应，使得镀层金属间化合物层的厚度快速增长，并使锌渣的量增加；此外，由于大量铝的加入，使得熔体的密度下降，由此造成大量的锌渣在锌池底部沉积，以致必须隔一段时间就要停产捞渣，不利于生产效率的提高；由于助镀等原因的影响，目前Galvalume镀层主要是通过板材连续镀的方式获得，还没有大量应用于一些零部件的批量镀。

发明内容

本发明的目的在于提高高铝锌铝合金的耐腐蚀性，降低浸镀温度，增加熔体密度，减少渣的形成，使作为锌渣主要成分的FeAl₃变为悬浮渣，并且应用于一些对耐腐蚀性、外观质量要求比较高的零部件的批量镀，图1为热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层照片，从图中可以看出镀层表面光滑无漏镀。

为了进一步提高高铝锌铝合金镀层的耐腐蚀能力，降低浸镀温度，增大熔体密度，本发明将铝含量控制在25%~40%，这样使得作为镀锌铝中主要锌渣成分的FeAl₃上升成为悬浮渣，如附图2所示：白色为FeAl₃，其余的为锌铝合金。

本发明合适的浸镀温度为 560℃-580℃，这样可以降低锌铝的烧损以及氧化，还可以降低铁的损耗，减少渣的形成。

为了控制合金层的厚度，而且增大合金熔液的流动性，本发明中加入1.0%-1.5%的硅，当铝含量保持在25%~40%时，镀层凝固组织中的硅会以共晶硅的形式出现，而且根据图3可以发现因为硅的加入，使得镀层在凝固过程中没有粗大的初生硅形成，并会共晶组织形成，所以细化晶粒，而且使得镀层凝固组织中枝晶的排列更加规则，使得镀层的加工性能和耐腐蚀性能都得到提高；根据实验得到的镀层扫描电镜照片（图4）可以发现，当硅含量保持在1.0%-1.5%时，镀层的金属间化合物层中的抑制层τ_5C相能保持180秒左右不发生破裂，这样就能抑制合金层的厚度，还可以抑制合金层的剥落，这些剥落的合金层也是锌渣的一部分，所以将铝硅含量控制在这个范围能使得镀层的机械加工性能得到提高而且还能减少渣的形成，而且硅的加入能使镀层凝固组织的表面形成耐腐蚀性能良好的Al_3.21Si_0.47（图5为热浸镀Zn-Al-Si-Mg镀层腐蚀后XRD结果）。

加入1.0%~1.5%的镁的目的，是因为镁的加入能促使合金镀层在腐蚀时，产生耐腐蚀很好的Zn₅(OH)₈Cl₂.H₂O腐蚀产物（见图5）；而且因为镁的加入，能在镀层凝固组织中形成氧化镁，这些都能有效提高镀层的耐腐蚀性；而且因为合金中铝锌镁的含量远偏离三元共晶点（见图6），所以合金凝固组织中不会有MgZn₂的形成，所以有利于镀层机械加工性能的提高。

因为镁的加入使得熔液的粘稠度增大，所以加入0.3%-0.5%的稀土，用于增加熔液的流动性，细化晶粒，而且稀土能富集在合金凝固组织的晶界（见图7），能有效组织晶界处得腐蚀，所以也能增强其耐腐蚀性能；所述稀土为镧、铈或者镧铈混合稀土。

在熔炼合金时，因为镁的氧化会使得熔池表面产生一层氧化物，从熔池中取出镀件时，会使得氧化物附着在镀件上，影响镀件的外观，为了消除这一现象，合金在熔炼时，用RJ-2熔盐覆盖在熔池表面，所述混合熔盐的组分以质量百分比计算为：MgCl₂：38%~50%，KCl：32%~45%，BaCl₂：5%~10%，CaF₂：3%~8%。

本发明实验证明：在NaCl腐蚀实验中，锌铝合金镀层耐腐蚀性的顺序是：Zn-（25%~40%）Al-(1.0%-1.5%)Si-（1.0%~1.5%）Mg-(0.1%-0.5%)Re锌铝合金镀层>Galvalume锌铝合金镀层>Galfan锌铝合金镀层。

图8为Zn-Al-Si-Mg合金镀层与浸镀相同时间的Galvalume镀层在10wt%氯化钠溶液中的电化学腐蚀实验结果，所述Zn-Al-Si-Mg合金镀层的组份以质量百分数计算：铝含量控制在35%，硅控制在1.2%，镁控制在1.3%，稀土控制在0.4%，余量为锌；根据Corrtest系统测得的恒电流极化数据结果(图8)，再用Corrtest系统中的电化学参数拟合系统(图9)得到如图10记事本中的结果，实验重复五次，五次实验结果均表明本合金镀层的耐腐蚀性能要优于Galvalume镀层，如图10所示的记事本为其中的一次实验结果，结果表明在相同腐蚀条件下本合金镀层的腐蚀电流密度为0.0112mA/cm²，Galvalume镀层的腐蚀电流密度为0.0159 mA/cm²，所以本合金镀层的耐腐蚀性要强于Galvalume镀层；而Galvalume与Galfan镀层的耐腐蚀性已经有相关文献进行了测量跟比较，所以这里就没有进行测试；调整Zn-Al-Si-Mg合金镀层的组份：铝含量控制在40%，硅控制在1.0%，镁控制在1.5%，稀土控制在0.5%，余量为锌；调整Zn-Al-Si-Mg合金镀层的组份：铝含量控制在25%，硅控制在1.5%，镁控制在1.0%，稀土控制在0.2%，余量为锌；对上述两种组份的Zn-Al-Si-Mg合金镀层采用相同的方法测试腐蚀电流密度，分别为0.0114mA/cm²，0.0116mA/cm²，均小于Galvalume镀层的腐蚀电流密度，0.0163A/cm²和0.0165mA/cm²。

附图说明

图1是Zn-Al-Si-Mg合金镀层外观图片；

图2是面渣扫描电镜照片图；

图3是Zn-40%Al-Si纵切面相图；

图4是热浸镀Zn-Al-Si-Mg镀层合金层电镜照片；

图5是热浸镀Zn-Al-Si-Mg镀层腐蚀后XRD结果；

图6是热浸镀Zn-Al- Mg投影图（at%），其中星号处为合金成分点；

图7是热浸镀Zn-Al-Si-Mg镀层凝固组织电镜照片；

图8是Corrtest系统测得的Zn-Al-Si-Mg合金镀层与浸镀相同时间的Galvalume

镀层的恒电流极化数据结果示意图；

图9是Corrtest系统中的电化学参数拟合系统示意图；

图10是Zn-Al-Si-Mg合金镀层与浸镀相同时间的Galvalume镀层在10wt%氯化

钠溶液中的电化学腐蚀实验结果示意图。

具体实施方式

本发明具体实施方案是：

第一步：将Zn-Al-Si-Mg合金按照的Zn-（25%~40%）Al-(1.0%-1.5%)Si-（1.0%~1.5%）Mg-(0.1%-0.5%)Re配比配置，在RJ-2混合熔盐的覆盖下在中频感应炉中熔融；配置合金时，硅以铝硅合金的形式加入，镁以铝镁合金的形式加入，这样做主要是为了减少硅、镁的氧化，保证成分的精确度；待合金充分熔融后，用铝箔纸包着稀土，用钳子夹着放入熔池底部，以避免稀土的烧损跟氧化；再将中频感应炉的温度降低到560℃~580℃。

第二步：在进行批量镀前，钢铁材料基体要先进行预处理，具体过程是：

钢铁材料用预磨机预磨→15wt%的Na(OH)₂溶液碱洗除油（70℃-80℃，3min）→清水冲洗→10wt%的盐酸酸洗5min除锈→清水冲洗→助镀（70℃-90℃,3~5min）→干燥（100℃,60s）；助镀过程中所用到的助镀剂每100ml溶液中ZnCl （23g），NH₄Cl （27g），SnCl₂ （5g），K₂ZrF₆ （1~2g），KCl （1~2g）；这是本课题组参照低热浸镀铝镁合金镀层新开发的助镀剂。

第三步：在热浸镀之前，首先要保证熔池的温度在560℃~580℃这个范围，然后要先将熔池表面的熔盐跟渣扒开，露出清洁的熔池表面，再将钢铁材料放入熔池中；浸镀10s~150s后，将钢铁材料以1.0cm/s的速度从熔池中取出，然后放入水中，迅速冷却，在取出钢铁材料之前也要保证熔池表面清洁，否则就会使得镀层表面不光滑。

Claims

1.热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层，其特征在于：所述镀层的组份以质量百分数计算：铝含量控制在25%~40%，硅控制在1.0%~1.5%，镁控制在1.0%~1.5%，稀土控制在0.1%~0.5%，余量为锌。

2.如权利要求1所述的热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层，其特征在于：所述稀土为镧、铈或镧铈混合稀土。

3.如权利要求1所述的热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层，其特征在于：所述的硅与镁分别以铝硅、铝镁合金的方式加入。

4.如权利要求1所述的热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层的热浸镀方法，包括Zn-Al-Si-Mg合金熔融的步骤，钢铁材料基体预处理的步骤，热浸镀的步骤，其特征在于：热浸镀时的主要工艺参数为：浸镀温度为560℃~580℃，浸镀时间为10秒~150秒。

5.如权利要求4所述的热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层的热浸镀方法，其特征在于：所述的Zn-Al-Si-Mg合金熔融的步骤为：将Zn-Al-Si-Mg合金的组分按照Zn-（25%~40%）Al-(1.0%-1.5%)Si-（1.0%~1.5%）Mg-(0.1%-0.5%)Re的配比配置，在混合熔盐的覆盖下在中频感应炉中熔融；配置合金时，硅以铝硅合金的形式加入，镁以铝镁合金的形式加入；待合金充分熔融后，用铝箔纸包着稀土，用钳子夹着放入熔池底部，以避免稀土的烧损跟氧化；再将中频感应炉的温度降低到560℃~580℃。

6.如权利要求4所述的热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层的热浸镀方法，其特征在于：所述钢铁材料基体处理的步骤为：用预磨机预磨→15wt%的Na(OH)₂溶液碱洗除油→清水冲洗→10wt%的盐酸酸洗除锈→清水冲洗→助镀→干燥。

7.如权利要求5所述的热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层的热浸镀方法，其特征在于：所述混合熔盐的组分以质量百分比计算为：MgCl₂：38%~50%，KCl：32%~45%，BaCl₂：5%~10%，CaF₂：3%~8%。

8.如权利要求6所述的热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层的热浸镀方法，其特征在于：所述15 wt %的Na(OH)₂溶液碱洗除油的温度为70℃-90℃，除油时间3min；所述10 wt %的盐酸酸洗除锈的时间为5min。

9.如权利要求6所述的热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层的热浸镀方法，其特征在于：所述助镀所用的助镀剂为每100ml助镀剂的水溶液中ZnCl 23g，NH₄Cl 27g，SnCl₂ 5g，K₂ZrF₆ 1~2g，KCl 1~2g，助镀温度为70℃-80℃，助镀时间3-5min；所述干燥温度为100℃，干燥时间60s。

10.如权利要求4所述的热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层的热浸镀方法，其特征在

于：所述热浸镀的步骤为：保证熔池的温度为560℃~580℃，然后要先将熔池表面的熔盐跟渣扒开，露出清洁的熔池表面，再将钢铁材料基体放入熔池中；浸镀10s~150s后，将钢铁材料基体以1.0cm/s的速度从熔池中取出，然后放入水中，迅速冷却，在取出钢铁材料基体之前也要保证熔池表面清洁。