CN103924123A

CN103924123A - 一种低铝热浸镀Zn-Al-Mg-Si合金及其制备方法

Info

Publication number: CN103924123A
Application number: CN201410055643.6A
Authority: CN
Inventors: 贺志荣; 刘继拓
Original assignee: Shaanxi University of Technology
Current assignee: Shaanxi University of Technology
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2014-07-16

Abstract

本发明公开了一种低铝热浸镀Zn-A1-Mg-Si合金及其制备方法，该合金各组元成分按质量百分含量计，其中Al0.5-2.0％、Mg0.5-2.5％、Si0-0.5％，余量为Zn。制备方法如下：将石墨坩埚放入电阻炉中预热到暗红色，将Zn块放置石墨坩埚中，并撒上盐类覆盖剂，然后升温至680℃-700℃，先后分别将Mg块、Al块和Al-Si中间合金压入锌液中，待Mg块、A1块和Al-Si中间合金完全熔化后，将合金液在充分搅拌中随炉冷却至450℃捞渣，使用已预热的钢模进行浇注。通过向锌液中添加少量A1、Mg、Si等合金元素，可得到组织细小的热浸镀锌合金镀层，有利于提高镀层表面质量和耐腐蚀性能；该热浸镀锌合金制备工艺简单，易于推广生产。

Description

一种低铝热浸镀Zn-Al-Mg-Si合金及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁材料防腐蚀技术领域，涉及一种低铝热浸镀Zn-A1-Mg-Si合金及其制备方法。

背景技术

金属锌的电极电位低于铁，锌的金属活性相对较高，常作为牺牲阳极镀锌层对钢铁进行保护。目前，热浸镀锌以其耐腐蚀性能最好、经济效益最佳而被广泛应用。纯锌镀层具有优良的牺牲阳极保护阴极作用，但防腐蚀周期短，已不能满足人们对热浸镀锌层性能需求。许多科技工作者对热浸镀锌进行了大量的研究，发现向锌液中添加A1、Mg、Si、RE等有益合金元素可提高镀层耐腐蚀性能，研制多元热浸镀锌合金将是热浸镀锌领域发展的必然趋势。

在锌液中加A1后，锌液表面光亮，锌灰、废渣和锌耗减少，镀层耐蚀性提高。此外，锌液中加Al后，Al和Fe原子亲和力较强，在浸镀初期，钢基表面优先生成Fe-A1金属间化合物，该化合物对Fe-Zn相生长有抑制作用，使合金镀层变薄。随着锌液中Al含量增加，合金镀层中会相继生成稳定的Fe2A15、FeA13化合物相，镀层中ζ、δ和Г相会逐渐消失。

在锌液中加Mg后，镀层中会形成Zn2Mg脆硬相，其余Mg原子主要分布于晶界上，二者均会阻碍晶界迁移，细化镀层组织。在含少量A1的锌合金中加入Mg，镀层会形成Zn-Zn2Mg二元共晶组织和Zn-A1-Zn2Mg三元共晶组织，亦可细化镀层组织。

国外对热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层有广泛研究，已开发出了Zn-0.2A1-0.5Mg、Zn-5A1-0.1Mg和Zn-6A1-3Mg等多种热浸镀Zn-A1-Mg系合金镀层。

通过分析国外已开发出的Zn-A1-Mg热浸镀合金并结合中国专利检索结果知：在关于热浸镀Zn-A1-Mg系合金的研究论文和专利中，合金中Al含量普遍大于5％，而在Al含量小于5％的合金中，Mg含量往往是微量的。有关在低铝的锌合金液中通过添加Mg和Si进而制备热浸镀锌合金尚未见报道，因此，研制低铝热浸镀Zn-A1-Mg-Si合金镀层，对获得具有自主知识产权的新型热浸镀锌合金具有重要理论和实际意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种低铝热浸镀Zn-A1-Mg-Si合金及其制备方法，其中，高熔点合金元素Si通过中间合金方式加入，这些合金元素的添加，可细化镀层显微组织，提高镀层性能。

其具体技术方案为：

一种低铝热浸镀Zn-A1-Mg-Si合金，所述合金由Zn、Al、Mg、Si组成，按重量比计，其中Al0.5-2.0％、Mg0.5-2.5％、Si0-0.5％，余量为Zn。

优选地，所述合金由Zn、Al、Mg、Si组成，按重量比计，其中Al2％、Mg1.5％、Si0.15％，余量为Zn。

一种本发明所述低铝热浸镀Zn-Al-Mg-Si合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)按比例称量Zn块、Al块、Mg块和Al-Si中间合金；

(2)将石墨坩埚放入电阻炉中预热到暗红色，将Zn块放置石墨坩埚中，撒上盐类覆盖剂，然后升温至680℃-700℃；

(3)锌液升温至680℃-700℃并保温后，先后将Mg块和Al块分别压入锌液中，待Mg和Al熔化后充分搅拌形成均匀Zn-A1-Mg合金液；

(4)将Al-Si中间合金加入Zn-A1-Mg合金液中并搅拌均匀，形成Zn-A1-Mg-Si合金液；

(5)关闭电阻炉，Zn-A1-Mg-Si合金液随炉降温，在降温过程中，对合金液进行充分搅拌；

(6)随炉冷却至450℃进行捞渣，使用已预热的钢模进行浇注。

进一步优选：所述步骤(1)中的Zn块、Al块、Mg块均采用市售Zn锭、Al锭和Mg锭，Al-Si中间合金为Ai-20％Si合金。

进一步优选：所述步骤(2)中的盐类覆盖剂各组分含量按重量百分比为：LiCl15-25％、KCl50-60％、CaCl₂15-30％。

进一步优选：所述步骤(2)中的盐类覆盖剂各组分的纯度等级为分析纯。

进一步优选：所述步骤(2)中的盐类覆盖剂的配制过程：称量→研钵研磨，粒度小于2.0mm，混合均匀→120℃下烘干30min。

进一步优选：所述步骤(6)中的钢模在浇注前，在箱式电阻炉中于200℃预热60min。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：在制备低铝热浸镀Zn-A1-Mg-Si合金时，所使用的覆盖剂制备方法简单，熔点低，密度较小，熔融后流动性高，对锌合金液有精炼去渣作用；低铝热浸镀Zn-A1-Mg-Si合金在熔融状态下，表面清亮，锌耗少；低铝热浸镀Zn-A1-Mg-Si合金中添加适量Mg和Si后，可改善低铝热浸镀锌铝合金的显微组织和结构，Mg和Si元素主要分布在晶界，阻碍晶界迁移，使粗大富Zn相细化，组织更加均匀；使用该热浸镀合金后，有利于提高合金镀层的耐腐蚀性能和力学性能；该热浸镀锌合金制备工艺简单，易于推广生产。

附图说明

图1是热浸镀Zn-0.5A1-0.5Mg合金的光学显微组织照片；

图2是热浸镀Zn-2A1-1Mg合金的光学显微组织照片；

图3是热浸镀Zn-2A1-1.5Mg-0.15Si合金的光学显微组织照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

(1)按比例称量Zn块、Al块和Mg块，按质量百分含量计，合金的成分为：Al0.5％、Mg0.5％、Zn余量；

(2)覆盖剂组成，按质量百分含量为：LiCl20％、KCl55％、CaCl₂25％，称量后再研磨到粒度小于2.0mm，然后在温度为120℃的烘箱中干燥30min；

(3)将石墨坩埚放入电阻炉中预热到暗红色，将Zn块放置石墨坩埚中，并撒上盐类覆盖剂，然后升温至680℃-700℃；

(4)锌液升温至680℃-700℃进行保温，先后将Mg块和Al块分别压入锌液中，Mg和Al熔化后搅拌均匀形成Zn-Al-Mg合金液；

(5)待A1块和Mg块熔化后，关闭电阻炉，合金液随炉降温，在降温过程中，对锌合金液进行充分搅拌；

(6)随炉冷却至450℃进行捞渣，使用钢模进行浇注。

通过上述步骤得到的热浸镀Zn-0.5A1-0.5Mg合金的光学显微组织照片如图1所示。可以看出，该合金的基体上分布着树枝状的富Zn相，晶粒比较粗大；由图4可知，用ICP-AES法测出合金实际成分与理论成分相差很小，说明用该方法制备的合金成分含量准确。

实施例2

(1)按比例称量Zn块、A1块和Mg块，按质量百分含量计，合金的成分为：Al2％、Mg1％、Zn余量；

(2)覆盖剂组成成分，按质量百分含量为：LiCl20％、KCl55％、CaCl₂25％，称量后再研磨到粒度小于2.0mm，然后在温度为120℃的烘箱中干燥30min；

(4)锌液升温至680℃-700℃进行保温，先后将Mg块和Al块分别压入锌液中，Mg和Al熔化后搅拌均匀形成Zn-A1-Mg合金液；

(6)随炉冷却至450℃进行捞渣，使用钢模进行浇注。

通过上述步骤得到的热浸镀Zn-2Al-1Mg合金的光学显微组织照片如图2所示，可以看出，该合金的基体组织中存在Zn-Al-Zn2Mg三元共晶组织，基体上分布着树枝状的富Zn相，晶粒较Zn-0.5Al-0.5Mg合金细小；用ICP-AES法测出合金实际成分与理论成分相差很小，说明用该方法制备的合金成分含量准确。

实施例3

(1)按比例称重好Zn块、Al块、Mg块和Al-Si中间合金，按质量百分含量计，合金的成分为：Al2％、Mg1.5％、Si0.15％、Zn余量，相应的原材料的质量百分比为A11.4％、Mg1.5％、A1-20Si中间合金0.75％、Zn块余量；

(5)待Al块和Mg块熔化后加入A1-20Si中间合金，熔化并搅拌均匀；

(6)关闭电阻炉，合金液随炉降温，在降温过程中，对锌合金液进行充分搅拌；

(7)随炉冷却至450℃进行捞渣，使用钢模进行浇注。

通过上述步骤得到的热浸镀Zn-2A1-1.5Mg-0.15Si合金的光学显微组织照片如图3所示，该合金的基体组织中Zn-A1-Zn₂Mg三元共晶组织明显比Zn-2A1-1Mg合金多，在基体上分布着树枝状的富Zn相。可以看出，加入Si后，共晶组织变得更加致密，初晶相也变得更加细小；由表1可知，用ICP-AES法测出合金实际成分与理论成分相差很小，说明用该方法制备的合金成分含量准确。

表1三种热浸镀锌合金的ICP-AES分析报告

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种低铝热浸镀Zn-A1-Mg-Si合金，其特征在于，所述合金由Zn、Al、Mg、Si组成，按重量比计，其中Al0.5-2.0％、Mg0.5-2.5％、Si0-0.5％，余量为Zn。

2.根据权利要求1所述的低铝热浸镀Zn-A1-Mg-Si合金，其特征在于，所述合金由Zn、Al、Mg、Si组成，按重量比计，其中Al2％、Mg1.5％、Si0.15％，余量为Zn。

3.一种权利要求1所述低铝热浸镀Zn-A1-Mg-Si合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按比例称量Zn块、Al块、Mg块和Al-Si中间合金；

(6)随炉冷却至450℃进行捞渣，使用已预热的钢模进行浇注。

4.根据权利要求3所述的热浸镀锌基合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的Zn块、Al块、Mg块均采用市售Zn锭、Al锭和Mg锭，Al-Si中间合金为A1-20％Si合金。

5.根据权利要求3所述的热浸镀锌基合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的盐类覆盖剂各组分含量按重量百分比为：LiCl15-25％、KCl50-60％、CaCl₂15-30％。

6.根据权利要求3所述的热浸镀锌基合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的盐类覆盖剂各组分的纯度等级为分析纯。

7.根据权利要求3所述的热浸镀锌基合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的盐类覆盖剂的配制过程：称量→研钵研磨，粒度小于2.0mm，混合均匀→120℃下烘干30min。

8.根据权利要求3所述的热浸镀锌基合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中的钢模在浇注前，在箱式电阻炉中于200℃预热60min。