CN103131982B

CN103131982B - 一种多组合变质的低锌热浸镀铝合金镀层材料

Info

Publication number: CN103131982B
Application number: CN201110386234.0A
Authority: CN
Inventors: 张中可; 谢贵生; 李荣华; 朱绍严; 吴光进
Original assignee: GUIZHOU ACADEMY OF SCIENCES
Current assignee: GUIZHOU ACADEMY OF SCIENCES
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: CN103131982A

Abstract

本发明公开了一种多组合变质的低锌热浸镀铝合金镀层材料，按元素重量百分比计，该合金成分为Zn≤15，Si：0.5～2.5，合金强化剂Cu:3，极化变质剂Au:0.5，溶剂钝化剂Cr:0.5，沉淀硬化剂Cd:0.3，晶粒细化剂Ti:0.5，稀土添加剂Ce:0.5，基体界面反应缓冲剂:1，其余为Al和不可避免的微量杂质。有效解决了目前热浸镀锌所占锌比例高，节约了锌资源，通过在热浸镀用铝合金镀层材料中增加大量的铝来取代锌，由于铝资源丰富而且成本低，降低了镀层材料的综合成本。

Description

一种多组合变质的低锌热浸镀铝合金镀层材料

技术领域

本发明涉及一种铝合金镀层材料，特别涉及一种多组合变质的低锌热浸镀铝合金镀层材料。

背景技术

钢铁中由于含碳和其它杂质，长期暴露在空气中，会发生氧化腐蚀等现象，含碳量越高越容易被腐蚀，钢铁所处环境的温度，湿度，含氧度，环境的酸碱度都会对腐蚀有影响，温度越高，湿度越大，含氧越多，过酸的环境都会大大加快腐蚀速率，目前防治钢铁材料腐蚀的有效方法有两大类：一是金属的合金化；二是在钢铁表面增加金属镀层防腐法。金属合金化的生产工艺复杂，价格昂贵，所以它的普及性受到限制。金属防镀层防腐法中热浸镀锌被公认为最有效最直接的保护钢铁的方法之一，但是热镀锌工艺中，所需锌的含量高，现有的工艺基本都超过60%以上，随着经济社会的发展，目前锌资源短缺的形势越来越严峻，而且成本越来越高。为了降低钢铁防腐成本和缓解锌资源短缺等问题，急需要开发出新的金属镀层材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种多组合变质的低锌热浸镀铝合金镀层材料，以解决：目前金属防镀层防腐法中所用的镀层材料含锌量过高导致的成本高等问题，以缓解锌资源短缺等问题。

本发明的技术方案：

一种多组合变质的低锌热浸镀铝合金镀层材料，按元素重量百分比计，按元素重量百分比计，该合金成分为Zn≤15，Si：0.5～2.5，合金强化剂Cu:3，极化变质剂Au :0.5，溶剂钝化剂Cr:0.5，沉淀硬化剂Cd:0.3，晶粒细化剂Ti:0.5，稀土添加剂Ce:0.5，基体界面反应缓冲剂:1，其余为Al和不可避免的微量杂质。

基体界面反应缓冲剂为Fe、Se或Te或三种物质之间的混合物。

本发明的有益效果：

本发明中，各种元素作用如下：

Si：在共晶温度577℃ 时，硅在固溶体中的最大溶解度为1.65%。尽管溶解度随温度降低而减少，铝硅合金具有极好的铸造性能和抗蚀性，硅加入铝中亦有一定的强化作用，合金中的杂质硅能降低锰的溶解度，细化退火晶粒。

合金强化剂Cu：它主要通过与其他元素形成可溶解的金属化合物强化相，起到提高合金强度和耐热性的作用。铜的加入可降低晶内和晶间的电位差，从而提高合金抵抗应力腐蚀的作用；可使点腐蚀变为均匀腐蚀，对降低材料表面粗糙度有利。极化变质剂Au：对溶剂元素Al和Al+Zn的原子极化变径作用，在微观状态下有效调整原子尺寸和近程有序的结构，使熔体在宏观上结构均匀，降低表面张力，并改善熔体与镀件基体的亲和性，达到改善镀层与基体附着性。

溶剂钝化剂Cr：在铝合金中形成Al12（Cr、Fe）3Si、（Cr、Fe）Al7、（Cr、Mn）Al12等化合物，主要作用是提高高温性能、降低杂质Fe的有害作用，阻碍再结晶的成核和长大过程，强化结晶晶粒边界，改善合金的抗应力腐蚀裂纹能力可在溶剂表面富集一层耐酸、碱、盐和高温环境大气腐蚀、兼有微观下网格固定保护和流动性自动覆盖损伤面而起保护功能的钝化膜层。

晶粒细化剂Ti：与高熔点过渡元素形成的高硬度高稳定性化合物，在高温时通过溶解、扩散和弥散，由于钛在铝合金中形成金属间化合物TiAl₃晶体，成为Al的固溶初晶α枝晶组织的有效异质结晶核，并有抑制其成长的作用而使晶粒细化，高效细化基体的结晶粒度，提高了镀层材料的强度、韧性、硬度、耐磨性和高温性能，进而提高镀件的加工性和可焊性。

稀土添加剂Ce：稀土添加剂Ce在铝合金中可形成稳定的高熔点金属间化合物这些高熔点金属化化合物弥散分布于呈网状或骨架状的晶间和枝晶间，并与基体牢固结合，起到了强化和稳定晶界的作用。同时，合金中还形成一定数量的AlSiCe相，由于其熔点和硬度很高，因此对提高合金的耐热性和耐磨性均有良好的作用，同时具有原子极化、合金强化、晶粒细化、表面美化、除氢和增强抗腐蚀性的多种辅助作用，合金强化剂、溶剂钝化剂、晶粒细化剂的作用，并弥补其不足。

沉淀硬化剂Cd：，它是熔点不高、化学活性也不高的金属元素，加入少量的这类元素，在合金体系中保持近单质状态，在体系虽然凝固但温度仍较高的状态下，它们依然保持液态，从而使体系在宏观上具备了半固态特征，为时效强化过程中加速合金中强化元素转化为实际的强化态(沉淀硬化或析出硬化)提供了条件；同时会赋予合金优良的加工性能和耐磨性能；通过控制沉淀硬化元素的种类和添加量，还可以得到镀件表面花纹。

基体界面反应缓冲剂为Fe、Se或Te或三种物质之间的混合物：可以有效抑制在浸镀时Al与Fe基体之间剧烈的化合反应，减少或杜绝生成“透镜状Fe₂Al₅”，强化“薄层状Fe₂Al₅”的生成机制，建立Fe—Al—Zn均匀梯度的反应机制，从而提高镀层质量、减薄镀层厚度，节省材料。而且Fe能增加合金的润湿融合能力。

本发明利用各类变质剂与低锌铝合金进行的超多元合金化和微合金化反应，获得了具有对钢基润湿性好、结合力强、强度高、延伸性好、耐高温、镀层薄、耐蚀性强、加工性和可焊性好等优质钢铁热浸镀用铝合金镀层材料，而且锌在本发明镀层材料中所占比例不大于15%，有效解决了目前热浸镀锌所占锌比例高，节约了锌资源，通过在热浸镀用铝合金镀层材料中增加大量的铝来取代锌，由于铝资源丰富而且成本低，降低了镀层材料的综合成本。

具体实施方式

本发明按元素重量百分比计，该合金成分为Zn≤15，Si：0.5～2.5，合金强化剂Cu:3，极化变质剂Au :0.5，溶剂钝化剂Cr:0.5，沉淀硬化剂Cd:0.3，晶粒细化剂Ti:0.5，稀土添加剂Ce:0.5，基体界面反应缓冲剂:1，其余为Al和不可避免的微量杂质。

其余为Al和不可避免的微量杂质，基体界面反应缓冲剂为Fe、Se或Te或三种物质之间的混合物。

按配方组合表选定一组元素，按照重量百分比例为：Si：1，合金强化剂Cu: 3，极化变质剂Au :0.5，溶剂钝化剂Cr:0.5，沉淀硬化剂Cd:0.3，晶粒细化剂Ti:0.5，稀土添加剂Ce:0.5，基体界面反应缓冲剂:Fe：1，第二溶剂元素Zn:10，余量为Al；

配制的合金总量为1000kg，则推算出所需的每种物质的重量为：Si:1kg，Cu:3kg，Au:5kg，Cd:3kg，Ti:5kg，Ce:5kg，Fe:10kg，Zn:100kg，Al:868kg。

按照常规制备方式，先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；

再按配方比例加入基体界面反应缓冲剂、极化变质剂、溶剂钝化剂、晶粒细化剂、合金强化剂、稀土添加剂和沉淀硬化剂，最后再加入锌，搅拌均匀；现场取样分析，根据分析结果和配方范围，调整添加量；然后继续熔炼和搅拌，再次取样分析，直至各元素比例完全符合配方要求。

然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中完成。

精炼后除渣、除气、静置、调温至660～720℃，合金液倾倒出炉，同时过滤；滤液平缓倾入铸造锭模中，通过顺序式结晶方式，使熔体在锭模中自下而上凝结，形成银白色锭型。

按照本发明配方，采用常规热浸镀材料生产工艺条件，即可实现本发明。

Claims

1.一种多组合变质的低锌热浸镀铝合金镀层材料，其特征在于：按元素重量百分比计，该合金成分为Zn≤15，Si：0.5～2.5，合金强化剂Cu:3，极化变质剂Au :0.5，溶剂钝化剂Cr:0.5，沉淀硬化剂Cd:0.3，晶粒细化剂Ti:0.5，稀土添加剂Ce:0.5，基体界面反应缓冲剂:1，其余为Al和不可避免的微量杂质，所述基体界面反应缓冲剂为Fe、Se或Te或三种物质之间的混合物。