CN103510031B - 一种用于钢丝热浸镀锌铝镁合金的助镀剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于钢丝热浸镀锌铝镁合金的助镀剂；属于钢铁材料表面镀覆工艺技术领域。本发明的助镀剂的组成为：ZnC235%-45%；NaF 2%-10%；CeCl2 0.5-3.5%；SnCl2 4.5%-8.5%；H2O2 0.5-2%；表面活性剂 0.1%-0.5%，余量为水；所述表面活性剂为脂肪醇醚硫酸钠和/或十二烷基磺酸钠。本发明通过合理的助镀剂配方在钢丝表面利用热浸镀得到锌铝镁合金镀层。镀层与钢丝各自保持原有的性能，拥有99.9%以上冶金结合界面，镀层结构致密、无漏镀，能够形成耐蚀性能优异的锌铝镁三元共晶。合金镀层耐蚀性能是普通热浸镀纯锌层的2~4倍。该助镀剂成本低，可重复使用、易工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于钢丝热浸镀锌铝镁合金的助镀剂；属于钢铁材料表面镀覆工艺技术领域。
背景技术
传统钢丝采用热浸镀锌防护技术；为了提高热浸镀质量，在热浸镀之前将钢丝用助镀剂进行处理。助镀剂具体作用包括清除钢丝酸洗后残留表面的铁盐等杂质，在钢丝表面沉积形成一层盐膜，将钢丝表面与空气隔绝，防止钢丝氧化；在热浸镀锌合金时能快速分解，对钢丝表面起增强表面活性等作用。
热浸镀锌之后的钢丝的耐腐蚀性较差，而热浸镀锌铝镁合金镀层比纯锌镀层拥有更优异的耐蚀性能；所以，采用热浸镀锌铝镁合金防护技术是目前国内外研究的热点。但是，在钢丝进行热浸镀锌铝镁合金的过程中，一方面，由于Al元素的加入，会与以氯化锌为主要成分的助镀剂反应生成AlCl3，使镀层不均匀并形成漏镀等缺陷；另一方面，当Mg元素含量超过0.05%时，镀层会出现脱落，镀层与钢基体间结合度差；当Mg含量超过0.5%时，镀层表面粗糙。专利CA103031505公开了一种热浸镀锌铝镁合金镀层的助镀剂，其组分为:20-40％ZnCl2 、0.1-1%NaF 、0.1-5%CeCl2 、0.1-1%SnCl2 、5-10%H2O2 、0.5-5%表面活性剂 0.1%-0.5%，余量为水；所述复合表面活性剂为N-羟乙基全氟辛基磺酰胺、烷基酚聚氧乙烯醚和全氟辛基磺酰胺季碘中的混合物。该助镀剂是针对钢构件热浸镀锌铝镁合金使用的；但是，钢钢构件浸镀与钢丝热浸镀相比，二者并不完全相同，对助镀剂的要求不同。具体分析如下：1：钢构件进入镀液的速度不快，对助镀反应速度要求不高；而钢丝一般速度比较快，需要助镀剂接触到合金液就要快速反应，才能有效地使合金液与基体之间有效反应，形成稳定的合金镀层； 2：钢构件与钢丝之间比表面不同，因此对助镀剂比表面反应速率要求存在差异；3：热浸镀过程中基体与合金液之间产生的浮渣对助镀影响十分明显，但钢构件基体与合金液产生的浮渣和钢丝基体与合金液产生的浮渣不同，助镀剂的作用存在明显差别。因此钢构件热浸镀锌铝镁合金的助镀剂不能满足钢丝热浸镀锌铝镁合金所用助镀剂的要求。因此，当将上述助镀剂用于钢丝热浸镀锌铝镁合金时，存在的漏镀、镀层光洁度差、镀层与钢丝间结合强度差等不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于钢丝热浸镀锌铝镁合金的助镀剂；钢丝采用该助镀剂热浸镀锌铝镁合金，助镀效果优异、环保、合金镀层成分范围广、钢丝与镀层结合度高、镀层光洁度好。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于钢丝热浸镀锌铝镁合金的助镀剂，各组分的重量百分数如下：
ZnCl2 35%-45%；NaF 2%-10%；CeCl2 0.5-3.5%；SnCl2 4.5%-8.5%；H2O2 0.5-2%；表面活性剂 0.1%-0.5%，余量为水；
所述表面活性剂为脂肪醇醚硫酸钠和/或十二烷基磺酸钠。
所述水可以是自来水也可以是去离子水。
采用上述助镀剂处理之后，钢丝在热浸镀锌铝镁合金的过程中，锌铝镁合金液中的Al含量高达10％、Mg的含量高达3％。
上述助镀剂的使用方法，将经清洗过的钢丝浸入60-80℃的助镀剂中0.5-1min，在100-120℃烘干20-25s，然后在锌铝镁合金液中进行热浸镀。
上述助镀剂，优先选用由脂肪醇醚硫酸钠和十二烷基磺酸钠以任意比例组成的混合物作为表面活性剂。
上述助镀剂，用于钢丝热浸镀锌-5%铝-1%镁合金时，其优选组成为：
45% ZnCl2，2% NaF，0.5% CeCl2，4.5% SnCl2，0.5% H2O2，0.1% 表面活性剂，余量为水。
上述助镀剂，用于钢丝热浸镀锌-5%铝-2%镁合金时，其优选组成为：
42% ZnCl2，6% NaF，1.5% CeCl2，5% SnCl2，1% H2O2，0.3% 表面活性剂，余量为水。
上述助镀剂，用于钢丝热浸镀锌-6%铝-3%镁合金时，其优选组成为：
35% ZnCl2，10% NaF，3.5% CeCl2，8% SnCl2，2% H2O2，0.5% 表面活性剂，余量为水。
上述助镀剂，用于钢丝热浸镀锌-10%铝-2%镁合金助镀剂时，其优选组成为：
40% ZnCl2，8% NaF，2.5% CeCl2，8.5% SnCl2，1.5% H2O2，0.5% 表面活性剂，余量为水。
有益效果
本发明助镀剂具有无铵助镀剂的优点，能有效降低环境污染。
本发明中含NaF，其主要作用是剥离钢丝表面的铁盐及氧化物，并将脱离剥离的铁盐杂质和氧化物杂质包裹，然后带至锌铝镁合金液表面，且在钢丝表面形成界面活化，有利于提高锌铝镁合金与钢丝冶金结合度，避免镀层脱落；适量的SnCl2和CeCl2，主要作用是与钢丝中的铁发生反应，在钢丝表面先置换形成Sn或Ce薄层，降低铝对热浸镀过程的危害，不产生漏镀。
除此之外，本发明助镀剂添加适量H2O2可以使钢丝表面的亚铁盐氧化成有利于形成锌铝镁合金镀层的三价铁；表面活性剂降低钢丝的表面张力，提高合金液润湿性，同时与助镀剂其他成分一起有效地降低钢丝热浸镀锌铝镁合金过程中高铝、镁含量所导致的助镀剂失效、漏镀以及镀层与钢丝间结合度差等现象。
与CA103031505公开的助镀剂相比，本发明的助镀剂与合金液的反应速度、助镀剂的比表面反应速率均有明显提高，同时能将钢丝基体与合金液之间产生的浮渣带至锌铝镁合金液表面，在钢丝表面形成界面活化。所以，本发明的助镀剂能使快速行走的钢丝基体与合金液之间进行快速反应、充分反应，形成稳定的、均匀的合金镀层；并且提高了锌铝镁合金与钢丝冶金结合度，避免镀层脱落。
本发明通过合理的助镀剂配方在钢丝表面利用热浸镀得到锌铝镁合金镀层。镀层与钢丝各自保持原有的性能，拥有99.9%以上冶金结合界面，镀层结构致密、无漏镀，能够形成耐蚀性能优异的锌铝镁三元共晶。合金镀层耐蚀性能是普通热浸镀纯锌层的2~4倍。该助镀剂成本低，可重复使用、易工业化生产，能广泛适用于钢丝热浸镀2%-10%Al、0.5%-3%Mg含量的锌铝镁合金镀液。
具体实施方式
除特别说明外，下述百分含量均为重量百分含量。
按照下表中的配比加去离子水分别配制成助镀剂1-14；其中A为脂肪醇醚硫酸钠，B为十二烷基磺酸钠。
将经脱脂、酸洗、碱洗后相同的钢丝，以10m/min速度分别浸入100℃的助镀剂1-10中，在120℃下烘干；然后将经过同种助镀剂处理过后的钢丝置于不同的锌铝镁合金液（其中，铝含量为2-10%、镁含量为0.05-3%、余量为锌）中进行热浸镀1min。冷却后，处理后的钢丝表面均无漏镀、镀层均匀、光洁度良好。镀层厚度为60-110μm，中性盐雾试验结果显示出现锈点时间430-790h。
将上述钢丝以10m/min速度浸入100℃的CA103031505中实施例5公开的助镀剂中，在120℃下烘干；然后将经过助镀剂处理过后的钢丝置于不同的锌铝镁合金液（其中，铝含量为2-10%、镁含量为0.05-3%、余量为锌）中进行热浸镀1min。冷却后，处理后的钢丝表面有漏镀、镀层不均匀、光洁度差。镀层平均厚度为30-65μm，中性盐雾试验结果显示出现锈点时间160-340h。
实施例1
热浸镀锌-5%铝-1%镁合金助镀剂配方，组分如下：
45% ZnCl2，2% NaF，0.5% CeCl2，4.5% SnCl2，0.5% H2O2，0.1% 表面活性剂（脂肪醇醚硫酸钠和十二烷基磺酸钠按照1:1的重量比例混合而成），余量为自来水。
钢丝经脱脂、酸洗、碱洗流程后，以7.5m/min速度浸入80℃所述的助镀剂中，在120℃下烘干，然后在锌铝镁合金液中进行热浸镀1min，冷却后钢丝表面无漏镀、镀层均匀、光洁度良好。镀层厚度约为60-90μm，中性盐雾试验结果显示出现锈点时间430h，传统热镀锌出现锈点时间为140h，使用寿命远高于热浸镀纯锌。
实施例2
热浸镀锌-5%铝-2%镁合金助镀剂配方，组分如下：
42% ZnCl2，6% NaF，1.5% CeCl2，5% SnCl2，1% H2O2，0.3% 表面活性剂（脂肪醇醚硫酸钠和十二烷基磺酸钠），余量为自来水。
钢丝经脱脂、酸洗、碱洗流程后，以9 m/min速度浸入75℃所述的助镀剂中，在100℃下烘干，然后在锌铝镁合金液中进行热浸镀1min，冷却后钢丝表面无漏镀、镀层均匀、光洁度良好。镀层厚度约为70-100μm，中性盐雾试验结果显示出现锈点时间570h，传统热镀锌出现锈点时间为140h，使用寿命远高于热浸镀纯锌。
实施例3
热浸镀锌-6%铝-3%镁合金助镀剂配方，组分如下：
35% ZnCl2，10% NaF，3.5% CeCl2，8% SnCl2，2% H2O2，0.5% 表面活性剂（脂肪醇醚硫酸钠和十二烷基磺酸钠），余量为自来水。
钢丝经脱脂、酸洗、碱洗流程后，以10 m/min速度浸入75℃所述的助镀剂中，在120℃下烘干，然后在锌铝镁合金液中进行热浸镀3min，冷却后钢丝表面无漏镀、镀层均匀、光洁度良好。镀层厚度约为80-100μm，中性盐雾试验结果显示出现锈点时间790h，传统热镀锌出现锈点时间为140h，使用寿命远高于热浸镀纯锌。
实施例4
热浸镀锌-10%铝-2%镁合金助镀剂配方，组分如下：
40% ZnCl2，8% NaF，2.5% CeCl2，8.5% SnCl2，1.5% H2O2，0.5% 表面活性剂（脂肪醇醚硫酸钠和十二烷基磺酸钠），余量为自来水。
钢丝经脱脂、酸洗、碱洗流程后，以8 m/min速度浸入70℃所述的助镀剂中，在100℃下烘干，然后在锌铝镁合金液中进行热浸镀2min，冷却后钢丝表面无漏镀、镀层均匀、光洁度良好。镀层厚度约为90-110μm，中性盐雾试验结果显示出现锈点时间680h，传统热镀锌出现锈点时间为140h，使用寿命远高于热浸镀纯锌。
在钢丝热浸镀锌铝镁合金采用本发明所述助镀剂。镀层结构致密、无漏镀，能够形成锌铝镁三元共晶，且镀层与钢丝间结合度高。盐雾试验结果显示钢丝表面热浸镀锌铝镁合金镀层后出现锈点时间明显晚于传统热镀锌镀层。因此，具有锌铝镁合金镀层的钢丝拥有更优异的耐蚀性能，适合大规模工业生产。
Claims (6)
1.一种用于钢丝热浸镀锌铝镁合金的助镀剂，其特征在于，各组分的重量百分数如下：
ZnCl2 35%-45%；NaF 2%-10%；CeCl2 0.5-3.5%；SnCl2 4.5%-8.5%；H2O2 0.5-2%；表面活性剂 0.1%-0.5%，余量为水；
所述表面活性剂为脂肪醇醚硫酸钠和/或十二烷基磺酸钠。
2.根据权利要求1所述的助镀剂，其特征在于，由脂肪醇醚硫酸钠和十二烷基磺酸钠以任意比例组成的混合物作为表面活性剂。
3.根据权利要求1或2所述的助镀剂，其特征在于，用于钢丝热浸镀锌-5%铝-1%镁合金时，其组成为：
45% ZnCl2，2% NaF，0.5% CeCl2，4.5% SnCl2，0.5% H2O2，0.1% 表面活性剂，余量为水。
4.根据权利要求1或2所述的助镀剂，其特征在于，用于钢丝热浸镀锌-5%铝-2%镁合金时，组成为：
42% ZnCl2，6% NaF，1.5% CeCl2，5% SnCl2，1% H2O2，0.3% 表面活性剂，余量为水。
5.根据权利要求1或2所述的助镀剂，其特征在于，用于钢丝热浸镀锌-6%铝-3%镁合金时，其组成为：
35% ZnCl2，10% NaF，3.5% CeCl2，8% SnCl2，2% H2O2，0.5% 表面活性剂，余量为水。
6.根据权利要求1或2所述的助镀剂，其特征在于，用于钢丝热浸镀锌-10%铝-2%镁合金助镀剂时，其组成为：
40% ZnCl2，8% NaF，2.5% CeCl2，8.5% SnCl2，1.5% H2O2，0.5% 表面活性剂，余量为水。
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