【发明内容】
本发明目的在于开发电力行业中应用于输电铁塔及紧固件的防腐合金镀层及其制备工艺。具体主要采用控制合金元素种类及含量,酸洗、助镀处理及热浸镀等工艺,开发由锌、铝、镁、稀土、铜、硼等元素构成的热浸镀镀层。该合金镀层可有效提高电力行业输电铁塔及紧固件的防腐合金镀层的耐腐蚀寿命,进一步延长铁塔及紧固件在复杂盐雾等腐蚀环境条件下的服役寿命及运行维护周期,可保证在与工业热浸镀锌合金镀层同等厚度的同时,防腐寿命较工业热浸镀锌提高10倍以上,即以中性盐雾环境为标准,12μm的纯锌合金镀层出现第一锈点的时间约为10h,而同样厚度的本发明合金镀层,出现第一锈点的时间在100h以上,大幅度提高耐腐蚀寿命。
为实现上述目的,本发明采用以下技术措施:
本发明提供了一种高效防腐合金镀层,镀层含有重量百分比计的下述成分:
Al:0.01~2.5% Mg:0.01~0.5% Re:0.06~2.0%
Cu:0.02~1.5% Cr:0.05~0.3% Nb:0.005~0.01%
Ni:0.005~0.01% B:0.002~0.06%, 余量为Zn及其他不可避免的杂质。
本发明提供的合金镀层含有重量百分比计的下述成分:
Al:0.5~1.2% Mg:0.1~0.4% Re:1.2~2.0%
Cu:0.5~1.5% Cr:0.1~0.25% Nb:0.005~0.01%
Ni:0.005~0.01% B:0.01~0.05%, 余量为Zn及其他不可避免的杂质。
本发明提供的合金镀层,其中,稀土元素Re为Er和/或Yb。Er和Yb的比例为1:1~3。
本发明提供了一种高效防腐合金镀层的制备工艺,包括以下步骤:
1)用浓度为8~15%的盐酸清洗镀件,酸洗35~40分钟后进行水洗;
2)于40~100℃下,将步骤1)得到的镀件于助镀液中助镀50~200s;
3)镀件助镀处理后,在100~140℃下烘烤60~80s;
4)将合金镀层各组分在500~600℃下熔融,得到合金镀液;
5)将步骤3)得到的镀件在430~500℃下于合金镀液中浸镀20~40s,进行空冷即得。
本发明提供的制备工艺中,助镀液由300~450g ZnCl2,5~15g NaCl,10~20g MgCl2,加入1升水中的制得;配比为400~420g ZnCl2,5~8g NaCl,16~20g MgCl2,加入1升水中的制得较优。
本发明提供的高效防腐合金镀层应用在输电铁塔钢材及紧固件防腐技术中。
本发明采用的各合金元素的作用及机理如下:
Zn:合金镀层的主要合金成分,在电化学腐蚀过程中作为牺牲阳极起到保护输电铁塔及紧固件基体金属的作用。
Al:微合金元素,Al不仅在该含量范围内可与Zn反应形成金属间化合物,形成媒介促使镀层附着力增强,且在合金镀层晶体生长过程中,也可在镀层表面形成氧化铝薄膜隔离氧气,有效阻止合金镀层的进一步腐蚀,此外,Al可以和稀土Zr、Yb作用形成金属间化合物,使合金镀层具有更高的硬度。
Mg:微合金元素,均匀分布在镀层中,细化阻止,增强镀层附着力,提高镀层耐蚀性。
Re:微合金元素,由Er和/或Yb构成,Er、Yb与传统的La和Ce相比,具有更加突出的化学活性和亲和力,能起到更强的清除杂质效果,使锌铝熔液粘度大为降低,提高锌液流动性,降低锌液润湿角和表面张力,提高镀层均匀性。镀液中的杂质得到净化,从而改善了对钢基体的浸润性。并且,与稀土元素La和Ce,Er和Yb的组合还可以与Al元素形成金属作用提高合金镀层的导电性能及耐热性,导电性可进一步发挥牺牲阳极的作用,使基体金属得到保护,耐热性可使合金镀层在较高的温度环境下仍然保持较低的腐蚀速率。使合金镀层形成光亮完整的镀层,表面耐腐蚀性、成形性大大提高和改善。
Cu:微合金元素,细化组织,使镀层与基体间的过渡层厚度降低,改善镀层与基体的结合性。
Cr:微合金元素,加入Cr可大幅度提高镀层的耐磨性,可防止镀层因外力作用而磨损脱落,增强镀层与基体的结合性。
Nb:微合金元素,细化晶粒,提高合金镀层的硬度,增强合金镀层的耐磨性,降低过渡层厚度。
Ni:微合金元素,细化晶粒,提高合金镀层的韧性,改善合金镀层在低温环境下与基体金属之间的结合力。
B:微合金化元素,可使镀层组织均匀,有效细化镀层晶粒,提高镀层的耐腐蚀寿命。
合金的耐腐蚀能力较纯金属更强,热浸镀工艺简单,现有的热镀锌装备完全可实现工业生产需要。以盐雾腐蚀试验第一锈点时间作为合金镀层耐蚀性考核标准,则在镀层相同厚度的条件下,本发明的合金镀层耐腐蚀性较工业热镀纯锌提高10~18倍。而在保证与工业镀层相同腐蚀寿命的情况下,本发明的合金镀层厚度可降低到12μm左右(为达到100h以上的腐蚀寿命,纯锌合金镀层一般为90~100μm的厚度)。
具体制备工艺如下:
(1)酸洗:采用浓度为8~15%的盐酸进行镀件热浸镀前的酸洗、酸洗时间35~40分钟,酸洗后进行水洗,将残留酸液洗净;
2)助镀处理:将酸洗后的镀件置于助镀液中,于40~100℃温度下进行助镀,助镀时间为50~200s;
3)烘干:镀件助镀处理后,在100~140℃温度下烘烤60~80s;
4)热浸镀:待镀件表面光洁且泛白时立即将部件放入上述配方所制的镀液中。控制合金镀液温度为430~500℃条件下,浸镀20~40s,立即将试样提出合金镀液进行空冷即得产品。
与现有技术相比,本发明提供的一种输电铁塔及紧固件用防腐合金镀层及制备工艺具有以下优点:
1、合金镀层具有热浸镀工艺简单,可大规模生产,浸镀时间短,镀层厚度均匀,合金含量低,表面质量好,复杂盐雾腐蚀环境下耐腐蚀性能高等特点;
2、以盐雾腐蚀试验第一锈点时间作为合金镀层耐蚀性考核标准,可以保证在不提高镀层厚度的同时,使防腐寿命较工业热浸镀纯锌提高10~18倍。如普通纯锌合金镀层在设定盐雾腐蚀试验条件下,第一锈点出现时间为10h后,采用本发明的合金镀层第一锈点出现时间为100h~180h;
3、在保证与现有工业热浸镀镀层相同腐蚀寿命或更高腐蚀寿命的前提下,合金镀层的厚度可降低至12μm左右,与传统90μm的厚度镀层相比,成本可降低10%左右。
本发明具有工艺简单,合金组织稳定,所制备的合金镀层具有优异的耐腐蚀性能,以盐雾腐蚀试验第一锈点时间作为合金镀层耐蚀性考核标准,则在镀层相同厚度的条件下,本发明的合金镀层耐腐蚀性较工业热镀纯锌提高10~18倍,为目前输电铁塔及紧固件的防腐合金镀层最佳候选材料。
【具体实施方式】
所有实施方式都是采用现有的热浸镀设备,按照前面所叙述的步骤进行:
实施例1
本实施例的紧固件高耐腐蚀性热浸镀合金镀层,合金镀层制备时采用的合金锌锭由按重量百分比计的下列组分组成:
Al:0.01%、Mg:0.01%、Er:0.06%、Yb:0.06%、Cu:0.02%、Cr:0.05%、Nb:0.005%、Ni:0.005%、B:0.002%,余量为Zn及其他不可避免的杂质。
本实施例的输电线路紧固件合金镀层的制备工艺,包括以下步骤:
1)酸洗镀件采用浓度为8%的盐酸进行镀件热浸镀前的酸洗,酸洗时间35分钟,酸洗后进行水洗;
2)助镀处理将步骤1)得到的镀件置于助镀液中,于50℃温度下进行助镀,助镀时间为50s;
3)镀件助镀处理后,在100℃温度下烘烤62s;
4)将上诉配方在500℃条件下熔融,得到合金镀液。按步骤3处理后,待镀件表面光洁且白时立即将部件放入上述配方所制的镀液中。控制合金镀液温度为430℃条件下,浸镀20s,立即将试样提出合金镀液进行空冷即得产品。
其中步骤2)助镀液的配制:将300gZnCl2,5gNaCl,10gMgCl2,加入1升水中,搅拌均匀,直到各组分全部溶解。
采用本实施例的合金锌锭配方的合金浸镀液,镀件为工业生产的未热镀铁塔用角钢,镀层厚度12μm;中性盐雾腐蚀试验,以第一锈点时间作为考核标准,耐腐蚀性较工业螺栓镀层提高约10倍,工业螺栓纯锌镀层第一锈点出现时间为10h,本实施例的合金镀层的第一锈点出现时间为100h,大幅度提高盐雾环境下的耐蚀性能。
实施例2
本实施例的紧固件高耐腐蚀性热浸镀合金镀层,合金镀层制备时采用的合金锌锭由按重量百分比计的下列组分组成:
Al:0.03%、Mg:0.03%、Er:0.03%、Yb:0.06%、Cu:0.05%、Cr:0.1%、Nb:0.008%、Ni:0.008%、B:0.005%,余量为Zn及其他不可避免的杂质。
本实施例的输电线路紧固件合金镀层的制备工艺,包括以下步骤:
1)酸洗镀件采用浓度为9%的盐酸进行镀件热浸镀前的酸洗,酸洗时间38分钟,酸洗后进行水洗;
2)助镀处理将步骤1)得到的镀件置于助镀液中,于60℃温度下进行助镀,助镀时间为55s;
3)镀件助镀处理后,在110℃温度下烘烤65s;
4)将上诉配方在510℃条件下熔融,得到合金镀液。按步骤3处理后,待镀件表面光洁且泛白时立即将部件放入上述配方所制的镀液中。控制合金镀液温度为435℃条件下,浸镀20s,立即将试样提出合金镀液进行空冷即得产品。
其中步骤2)助镀液的配制:将320gZnCl2,6gNaCl,10gMgCl2,加入1升水中,搅拌均匀,直到各组分全部溶解。
采用本实施例的合金锌锭配方的合金浸镀液,镀件为工业生产的未热镀铁塔用角钢,镀层厚度12μm;中性盐雾腐蚀试验,以第一锈点时间作为考核标准,耐腐蚀性较工业螺栓镀层提高约12倍,工业螺栓纯锌镀层第一锈点出现时间为10h,本实施例的合金镀层的第一锈点出现时间为120h,大幅度提高盐雾环境下的耐蚀性能。
实施例3
本实施例的紧固件高耐腐蚀性热浸镀合金镀层,合金镀层制备时采用的合金锌锭由按重量百分比计的下列组分组成:
Al:0.05%、Mg:0.05%、Er:0.06%、Yb:0.09%、Cu:0.2%、Cr:0.1%、Nb:0.009%、Ni:0.006%、B:0.01%,余量为Zn及其他不可避免的杂质。
本实施例的输电线路紧固件合金镀层的制备工艺,包括以下步骤:
1)酸洗镀件采用浓度为10%的盐酸进行镀件热浸镀前的酸洗,酸洗时间40分钟,酸洗后进行水洗;
2)助镀处理将步骤1)得到的镀件置于助镀液中,于80℃温度下进行助镀,助镀时间为60s;
3)镀件助镀处理后,在120℃温度下烘烤70s;
4)将上诉配方在520℃条件下熔融,得到合金镀液。按步骤3处理后,待镀件表面光洁且白时立即将部件放入上述配方所制的镀液中。控制合金镀液温度为440℃条件下,浸镀30s,立即将试样提出合金镀液进行空冷即得产品。
其中步骤2)助镀液的配制:将330gZnCl2,7gNaCl,11gMgCl2,加入1升水中,搅拌均匀,直到各组分全部溶解。
采用本实施例的合金锌锭配方的合金浸镀液,镀件为工业生产的未热镀铁塔用角钢,镀层厚度12μm;中性盐雾腐蚀试验,以第一锈点时间作为考核标准,耐腐蚀性较工业螺栓镀层提高约11倍,工业螺栓纯锌镀层第一锈点出现时间为10h,本实施例的合金镀层的第一锈点出现时间为110h,大幅度提高盐雾环境下的耐蚀性能。
实施例4
本实施例的紧固件高耐腐蚀性热浸镀合金镀层,合金镀层制备时采用的合金锌锭由按重量百分比计的下列组分组成:
Al:0.3%、Mg:0.1%、Er:0.2%、Yb:0.4%、Cu:0.5%、Cr:0.12%、Nb:0.01%、Ni:0.007%、B:0.02%,余量为Zn及其他不可避免的杂质。
本实施例的输电线路紧固件合金镀层的制备工艺,包括以下步骤:
1)酸洗镀件采用浓度为11%的盐酸进行镀件热浸镀前的酸洗,酸洗时间40分钟,酸洗后进行水洗;
2)助镀处理将步骤1)得到的镀件置于助镀液中,于70℃温度下进行助镀,助镀时间为80s;
3)镀件助镀处理后,在130℃温度下烘烤75s;
4)将上诉配方在550℃条件下熔融,得到合金镀液。按步骤3处理后,待镀件表面光洁且白时立即将部件放入上述配方所制的镀液中。控制合金镀液温度为450℃条件下,浸镀40s,立即将试样提出合金镀液进行空冷即得产品。
其中步骤2)助镀液的配制:将340gZnCl2,8gNaCl,12gMgCl2,加入1升水中,搅拌均匀,直到各组分全部溶解。
采用本实施例的合金锌锭配方的合金浸镀液,镀件为工业生产的未热镀铁塔用角钢,镀层厚度12μm;中性盐雾腐蚀试验,以第一锈点时间作为考核标准,耐腐蚀性较工业螺栓镀层提高约13倍,工业螺栓纯锌镀层第一锈点出现时间为10h,本实施例的合金镀层的第一锈点出现时间为130h,大幅度提高盐雾环境下的耐蚀性能。
实施例5
本实施例的紧固件高耐腐蚀性热浸镀合金镀层,合金镀层制备时采用的合金锌锭由按重量百分比计的下列组分组成:
Al:1.5%、Mg:0.25%、Er:0.5%、Yb:0.5%、Cu:1.1%、Cr:0.18%、Nb:0.01%、Ni:0.01%、B:0.03%,余量为Zn及其他不可避免的杂质。
本实施例的输电线路紧固件合金镀层的制备工艺,包括以下步骤:
1)酸洗镀件采用浓度为12%的盐酸进行镀件热浸镀前的酸洗,酸洗时间38分钟,酸洗后进行水洗;
2)助镀处理将步骤1)得到的镀件置于助镀液中,于70℃温度下进行助镀,助镀时间为100s;
3)镀件助镀处理后,在135℃温度下烘烤80s;
4)将上诉配方在580℃条件下熔融,得到合金镀液。按步骤3处理后,待镀件表面光洁且白时立即将部件放入上述配方所制的镀液中。控制合金镀液温度为460℃条件下,浸镀20s,立即将试样提出合金镀液进行空冷即得产品。
其中步骤2)助镀液的配制:将380gZnCl2,9gNaCl,15gMgCl2,加入1升水中,搅拌均匀,直到各组分全部溶解。
采用本实施例的合金锌锭配方的合金浸镀液,镀件为工业生产的未热镀铁塔用角钢,镀层厚度12μm;中性盐雾腐蚀试验,以第一锈点时间作为考核标准,耐腐蚀性较工业螺栓镀层提高约14倍,工业螺栓纯锌镀层第一锈点出现时间为10h,本实施例的合金镀层的第一锈点出现时间为140h,大幅度提高盐雾环境下的耐蚀性能。
实施例6
本实施例的紧固件高耐腐蚀性热浸镀合金镀层,合金镀层制备时采用的合金锌锭由按重量百分比计的下列组分组成:
Al:2%、Mg:0.4%、Er:0.5%、Yb:1%、Cu:1.2%、Cr:0.25%、Nb:0.009%、Ni:0.01%、B:0.04%,余量为Zn及其他不可避免的杂质。
本实施例的输电线路紧固件合金镀层的制备工艺,包括以下步骤:
1)酸洗镀件采用浓度为15%的盐酸进行镀件热浸镀前的酸洗,酸洗时间40分钟,酸洗后进行水洗;
2)助镀处理将步骤1)得到的镀件置于助镀液中,于90℃温度下进行助镀,助镀时间为150s;
3)镀件助镀处理后,在140℃温度下烘烤80s;
4)将上诉配方在585℃条件下熔融,得到合金镀液。按步骤3处理后,待镀件表面光洁且白时立即将部件放入上述配方所制的镀液中。控制合金镀液温度为480℃条件下,浸镀30s,立即将试样提出合金镀液进行空冷即得产品。
其中步骤2)助镀液的配制:将400gZnCl2,10gNaCl,18gMgCl2,加入1升水中,搅拌均匀,直到各组分全部溶解。
采用本实施例的合金锌锭配方的合金浸镀液,镀件为工业生产的未热镀铁塔用角钢,镀层厚度12μm;中性盐雾腐蚀试验,以第一锈点时间作为考核标准,耐腐蚀性较工业螺栓镀层提高约15倍,工业螺栓纯锌镀层第一锈点出现时间为10h,本实施例的合金镀层的第一锈点出现时间为150h,大幅度提高盐雾环境下的耐蚀性能。
实施例7
本实施例的紧固件高耐腐蚀性热浸镀合金镀层,合金镀层制备时采用的合金锌锭由按重量百分比计的下列组分组成:
Al:2.5%、Mg:0.5%、Er:1%、Yb:1%、Cu:1.5%、Cr:0.3%、Nb:0.01%、Ni:0.01%、B:0.06%,余量为Zn及其他不可避免的杂质。
本实施例的输电线路紧固件合金镀层的制备工艺,包括以下步骤:
1)酸洗镀件采用浓度为15%的盐酸进行镀件热浸镀前的酸洗,酸洗时间35分钟,酸洗后进行水洗;
2)助镀处理将步骤1)得到的镀件置于助镀液中,于100℃温度下进行助镀,助镀时间为200s;
3)镀件助镀处理后,在140℃温度下烘烤60s;
4)将上诉配方在600℃条件下熔融,得到合金镀液。按步骤3处理后,待镀件表面光洁且白时立即将部件放入上述配方所制的镀液中。控制合金镀液温度为500℃条件下,浸镀20s,立即将试样提出合金镀液进行空冷即得产品。
其中步骤2)助镀液的配制:将450gZnCl2,15gNaCl,20gMgCl2,加入1升水中,搅拌均匀,直到各组分全部溶解。
采用本实施例的合金锌锭配方的合金浸镀液,镀件为工业生产的未热镀铁塔用角钢,镀层厚度12μm;中性盐雾腐蚀试验,以第一锈点时间作为考核标准,耐腐蚀性较工业螺栓镀层提高约18倍,工业螺栓纯锌镀层第一锈点出现时间为10h,本实施例的合金镀层的第一锈点出现时间为180h,大幅度提高盐雾环境下的耐蚀性能。