CN103422041B

CN103422041B - 一种含钛的zam热浸镀锌合金及其制备方法

Info

Publication number: CN103422041B
Application number: CN201310282928.9A
Authority: CN
Inventors: 王建华; 陈一磊; 苏旭平; 彭浩平; 刘亚
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2033-07-08
Also published as: CN103422041A

Abstract

本发明涉及热浸镀锌技术领域，特别涉及一种含钛的ZAM热浸镀锌合金及其制备方法。本发明将高强度合金元素钛加入到热浸镀锌铝镁合金中，并对合金中锌铝镁元素进行合理配比，能抑制粗大富铝和富锌相的生成、特别是抑制组织中粗大脆硬的MgZn₂相的长大并使其弥散分布于基体中，显著改善镀锌合金的凝固组织。

Description

一种含钛的ZAM热浸镀锌合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及热浸镀锌技术领域，特别涉及一种含钛的ZAM热浸镀锌合金及其制备方法。

背景技术

热浸镀锌是一种经济、方便、有效的应用于各行业金属结构件的防腐蚀方法，纯锌镀层具有优良的牺牲防护作用，但镀层耐用期短；热浸镀铝层致密，耐用期长，但阴极保护能力差；锌铝合金镀层则兼顾了锌的阴极保护性和铝的耐久保护性，其镀层的各种性能较单一金属镀层的性能优越，防腐蚀性能更是比同等厚度的纯锌镀层高出许多；为提高镀锌产品的抗腐蚀性能和镀锌产品质量，一些合金元素常被加入到锌池之中，如铝、镁、硅、镍、稀土等。

现有研究结果表明，铝是一种提高镀锌层耐腐蚀性的最有效的合金元素；在锌池中加入少量的铝，由于铝与铁基体具有极强的化学亲和力，在镀层形成过程中铝能优先与铁基反应并在其表面生Fe-Al金属间化合物，抑制Fe-Zn反应及脆性Fe-Zn相的生长，使镀层减薄并具有良好的粘附性能。

在锌池中加入镁能与含硅活性钢中的硅生成稳定的镁硅化合物，取代铁硅化合物的形成而抑制铁锌反应，在锌铝合金中加入少量的镁能使镀层的组织结构发生变化，适当地增加镁的含量，镀层的晶粒逐渐细化，镀层组织变得均匀；镁在镀层中主要分布于锌铝的晶界上，起到强化晶界的作用，对镀层的电极反应具有强烈的抑制作用，使镀层表现出优越的抗腐蚀性能，从国内外文献报道可以发现，锌铝镁合金镀层已成为热浸镀锌领域的研究热点。

钛是一种高强度金属元素，常常作为强化元素或变质剂添加到其它金属或合金中；钛具有熔点高、比重小、比强度高、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性能好、在急冷急热条件下应力小等特点，被应用于航空、航天等高科技领域。

由于锌铝镁合金镀层具有卓越的抗腐蚀性能，国外开展了广泛的研究，开发了多种锌铝镁合金镀层，如ZAM合金镀层、Superdyma合金镀层以及其它锌铝镁系合金镀层，但都进行了专利保护；中国专利检索结果表明：在锌铝镁合金镀层中通常加入锆、硼、稀土等元素，但加入量很小，一般都是微量，质量百分比为0.001-0.05%；由于组织遗传性的作用，镀锌合金的凝固组织必然会影响到钢板镀锌后的镀层组织，因此，开发优质的镀锌合金是十分必要的；目前，采用钛作为热浸镀锌铝镁合金的主要合金化添加剂来能抑制粗大富铝和富锌相的生成、特别是抑制组织中粗大脆硬的MgZn₂相的长大并使其弥散分布于基体中，优化镀锌合金的组织结构，尚未见有报道。

因此，利用钛来优化锌铝镁合金显微组织，开发新型锌铝镁合金系热浸镀合金，扩展现有锌铝镁合金系镀层的应用范围，以及形成具有自主知识产权的镀锌合金是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是，提供了一种含钛的ZAM热浸镀锌合金，将适量的高熔点合金元素钛加入到热浸镀锌铝镁合金中，并对合金中锌铝镁硅元素进行合理配比，能显著改善该镀锌合金的凝固组织，本发明提供了该热浸镀锌合金的制备方法。

本发明的一种含钛的ZAM热浸镀锌合金采用的技术方案是：由Zn、Al、Mg、Ti组成，按质量百分比计，含有Al6.0-10.0%、Mg3.0-4.0%、Ti0.1-0.5%、余量为Zn。

优选合金中各成分的质量百分含量为：Al6.0-8.0%、Mg3.0-3.5%、Ti0.2-0.5%、余量为Zn。

上述的一种含钛的ZAM热浸镀锌合金的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：

(1)按质量百分比称量好Zn块、ZnMg10合金块、Al块、AlTi10合金块；

(2)将清洁的粘土坩埚预热到500℃，将重量百分比称量好的铝块置于坩埚中随之升温，并在铝块表面撒上覆盖剂保护熔化的铝液减少氧化，然后升温至710℃-730℃；

(3)待铝块完全熔化后快速加入锌块、锌镁合金，锌和锌镁合金熔化后搅拌均匀形成锌铝镁合金液，并在熔液表面撒上足够的均匀混合的盐类覆盖剂，以覆盖金属液表面为准，熔化后搅拌混合均匀并静置10-15分钟，使合金液成分稳定；

(4)将铝钛合金块用坩埚钳压入锌铝合金液中，使合金块在金属液中隔绝空气融化，充分搅拌混合均匀；

(5)将合金液随炉降温至620℃到650℃之间加入精炼剂，搅拌均匀金属液进行精炼和除渣；

(6)在炉膛中冷却至460℃，捞出金属液表面漂浮杂质，进行去渣和浇注；

(7)浇注成圆柱形试棒观察加不同含量Ti的ZAM合金的凝固组织。

上述的一种含钛的ZAM热浸镀锌合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的Zn块、ZnMg10合金块、Al块、AlTi10合金块均采用纯度为质量百分比99.9%以上的铝锭、锌锭、锌镁合金锭，铝钛合金锭；采用ZnMg10合金块，ALTi10合金锭以防止镁、钛元素的氧化和烧损。

上述的一种含钛的ZAM热浸镀锌合金的制备方法，其特征在于：所述的覆盖剂为质量百分含量40-60%KCL和质量百分含量40%-60%NaCl的均匀混合的盐类覆盖剂。

上述的一种含钛的ZAM热浸镀锌合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中精炼和除渣的温度为640℃。

上述的一种含钛的ZAM热浸镀锌合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中精炼剂按照质量百分含量计算为：MgCl₂38-40%、KCl35-37%、NaCl10-12%、CaF₂6-8%，BaCl₂3-5%、CaCl₂2-3%，采用的物质的组分都经过去结晶水处理。

本发明含钛ZAM热浸镀锌合金的组织由Zn/Al/MgZn2三元共晶组织、MgZn2相、富Al相、以及AlZnTi中间合金相构成，合金组织中的MgZn2相呈非连续分布，呈均匀弥散分布。

本发明的有益效果是：通过在现有锌铝镁系热浸镀锌合金中加入适当含量的钛，优化镀锌合金的显微组织和结构，使合金凝固组织中的脆性初晶MgZn2相由尖角粗大块状转变为细小颗粒状，同时使合金组织中粗大的富铝相变得更为细小，共晶组织也变得更加细小和致密，使用该镀锌合金将有利于提高热浸镀锌铝镁合金镀层的耐腐蚀性能和力学性能。

附图说明

图1是热浸镀Zn-6.0%Al-3.0%Mg合金的扫描电镜照片；

图2是热浸镀Zn-6.0%Al-3.0%Mg-0.1%Ti合金的扫描电镜照片；

图3是热浸镀Zn-6.0%Al-3.0%Mg-0.3%Ti合金的扫描电镜照片；

图4是热浸镀Zn-6.0%Al-3.0%Mg-0.5%Ti合金的扫描电镜照片；

上述含量均为质量百分比含量。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

(1)用精度为万分之一的电子秤，按比称量好Zn块、ZnMg10合金块、Al块，按质量百分比计，合金的成分为：Al6.0%、Mg3.0%、Zn余量；相应的原材料的质量百分比为：Al块6%、ZnMg10合金块30%、Zn块余量。

(2)将粘土坩埚预热，将重量百分比称量好的铝块置于坩埚中，并在铝块表面撒上盐类覆盖剂，然后升温至720℃。

(3)待铝块完全熔化后加入锌块、锌镁合金，熔化后搅拌均匀形成锌铝镁合金液，并在熔液表面撒上盐类覆盖剂，以覆盖金属液表面为准，熔化后搅拌混合均匀并静置15分钟。

(4)将合金液随炉降温至640℃进行精炼和除渣。

(5)随炉冷却至460℃进行去渣和浇注。

通过上述步骤得到的热浸镀Zn-6.0%Al-3.0%Mg合金的扫描电镜照片如图1所示，可以看出，当合金中不含钛时，合金的基体组织主要由深色的富铝相、浅灰色的MgZn₂相、白色的Zn相和灰白交错的共晶组织构成，其中MgZn₂相成块状分布，在局部区域或呈现连续块状分布；在基体组织上分布着圆形的富Al相和方形的MgZn₂相，MgZn₂相的分布形态较为粗大。

实施例2

(1)用精度为万分之一的电子秤，按比称量好Zn块、ZnMg10合金块、Al块、AlTi10合金块，按质量百分比计，合金的成分为：Al6.0%、Mg3.0%、Ti0.1%、Zn余量；相应的原材料的质量百分比为：Al块5.1%、ZnMg10合金块30%、AlTi10合金块1.0%，Zn块余量。

(4)将铝钛合金压入锌铝合金液中，充分搅拌混合均匀。

(5)将合金液随炉降温至640℃进行精炼和除渣。

(6)随炉冷却至460℃进行去渣和浇注。

通过上述步骤得到的热浸镀Zn-6.0%Al-3.0%Mg-0.1%Ti合金的扫描电镜照片如图2所示，合金的基体组织主要由富铝相、共晶相、Zn相和MgZn₂相构成，基体组织上分布着富Al相和MgZn₂相，可以看出，加入少量的钛后，大块状的MgZn₂相开始断裂，连续块状分布的形态开始破碎；同时，富Al相和MgZn₂相的晶粒组织变得细化，共晶组织更加致密。

实施例3

(1)用精度为万分之一的电子秤，按比称量好Zn块、ZnMg10合金块、Al块、AlTi10合金块，按质量百分比计，合金的成分为：Al6.0%、Mg3.0%、Ti0.3%、Zn余量；相应的原材料的质量百分比为：Al块3.3%、ZnMg10合金块30%、AlTi10合金块3.0%，Zn块余量。

(4)将铝钛合金压入锌铝合金液中，充分搅拌混合均匀。

(5)将合金液随炉降温至640℃进行精炼和除渣。

(6)随炉冷却至460℃进行去渣和浇注。

通过上述步骤得到的热浸镀Zn-6.0%Al-3.0%Mg-0.3%Ti合金的扫描电镜照片如图3所示，合金的基体组织主要由富铝相、共晶相、Zn相和MgZn₂相构成，基体组织上分布着富Al相和MgZn₂相，可以看出，加入的钛含量增加后，大块状的MgZn₂相大大减少，连续块状分布的形态基本消失；同时，富Al相和MgZn₂相的晶粒组织更加细化，MgZn2相的细化尤为明显，只能看到细小的MgZn₂相分布在基体组织当中。

实施例4

(1)用精度为万分之一的电子秤，按比称量好Zn块、ZnMg10合金块、Al块、AlTi10合金块，按质量百分比计，合金的成分为：Al6.0%、Mg3.0%、Ti0.5%、Zn余量；相应的原材料的质量百分比为：Al块1.5%、ZnMg10合金块30%、AlTi10合金块5.0%，Zn块余量。

(3)待铝块完全熔化后加入锌块、锌镁合金，锌熔化后搅拌均匀形成锌铝镁合金液，并在熔液表面撒上盐类覆盖剂，以覆盖金属液表面为准，熔化后搅拌混合均匀并静置15分钟。

(4)将铝钛合金压入锌铝合金液中，充分搅拌混合均匀。

(5)将合金液随炉降温至640℃进行精炼和除渣。

(6)随炉冷却至460℃进行去渣和浇注。

通过上述步骤得到的热浸镀Zn-6.0%Al-3.0%Mg-0.5%Ti合金的扫描电镜照片如图4所示，合金的基体组织主要由共晶相、富铝相和MgZn₂相构成，基体组织上分布着富Al相和MgZn₂相，可以看出，钛含量的继续增加，块状的MgZn₂相得到细化并呈均匀分布，富Al相组织进一步细化，许多呈颗粒状均匀分布在基体当中，细小的MgZn₂相弥散分布在共晶基体组织当中。

Claims

1.一种含钛的ZAM热浸镀锌合金的制备方法，所述热浸镀锌合金由Zn、Al、Mg、Ti组成，按质量百分比计为：Al6.0-8.0%、Mg3.0-3.5%、Ti0.2-0.5%、余量为Zn，其特征在于方法包括如下制备步骤：

2.如权利要求1所述的一种含钛的ZAM热浸镀锌合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的Zn块、ZnMg10合金块、Al块、AlTi10合金块均采用纯度为质量百分比99.9%以上的铝锭、锌锭、锌镁合金锭、铝钛合金锭；采用ZnMg10合金块，AlTi10合金锭以防止镁、钛元素的氧化和烧损。

3.如权利要求1所述的一种含钛的ZAM热浸镀锌合金的制备方法，其特征在于：所述的覆盖剂为质量百分含量40-60%KCl和质量百分含量40%-60%NaCl的均匀混合的盐类覆盖剂。

4.如权利要求1所述的一种含钛的ZAM热浸镀锌合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中精炼和除渣的温度为640℃。

5.如权利要求1所述的一种含钛的ZAM热浸镀锌合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中精炼剂按照质量百分含量计算为：MgCl₂38-40%、KCl35-37%、NaCl10-12%、CaF₂6-8%，BaCl₂3-5%、CaCl₂2-3%，采用的物质的组分都经过去结晶水处理。