CN104480420A - 钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金 - Google Patents

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Abstract

本发明钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，其特征在于：该合金中按质量百分比含有3％～15％的铝，0.4％～4％的镁，0.03％～0.3％的混合稀土铈和镧，0.01％～0.1％的钛，0.001％～0.05％的硼，其余为锌。其中铅，铁，镉等杂质总和不大于质量百分数的0.01％。按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。

Description

钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金
技术领域
本发明涉及金属镀层技术领域，特别是涉及到钢丝热浸镀用的高耐蚀锌基合金。
背景技术
钢丝广泛应用于电力、通讯、渔业、农业、坡岸防护等基础设施行业。在这些应用场合下，尤其是在工业污染环境和高盐含量的沿海地区，钢丝的腐蚀问题相当突出，使用寿命很短。目前，我国每年钢丝生产总量的10％被腐蚀，防腐蚀和提高使用寿命的问题迫在眉睫。为了提高钢丝的耐腐蚀性，提高使用寿命，钢丝需要通过各种方式在其表面涂上一层涂层或镀层。其中，应用最广泛、最经济的一种钢丝表面处理方式是钢丝热浸镀锌。经过热浸镀锌后的钢丝称之为镀锌钢丝，其耐腐蚀性相对于裸露钢丝，得以大大提高。
工业的发展带来的环境腐蚀，镀锌钢丝的耐腐蚀性能已经不能满足要求，如电力输电线路所用的架空地线用镀锌钢丝，使用寿命只有十几年，不能满足工程设计三十年的使用要求。因此迫切需要发展更高耐蚀性的合金镀层，用于钢丝热浸镀，以提高钢丝的使用寿命。
为了提高钢丝的耐腐蚀性，以延长产品的使用寿命，国内外相继开发了几种合金镀层。上世纪80年代国际铅锌研究组织(ILZRO)开发、研制，由法国Fical公司生产的锌-5％铝-混合稀土合金镀层(国际注册商标GALFAN)，是金属纯锌镀层的升级换代产品，其耐蚀性为纯锌的1～2倍，目前在国际上应用的比较广泛。本世纪初锌-10％铝-混合稀土合金镀层也得到了发展，耐蚀性为纯锌的2～3倍。在日本已有制造商能够提供锌-10％铝-混合稀土合金镀层钢丝，国内有少量单位对其进行开发研究。
尽管上述几种合金镀层的耐蚀性相对于纯锌镀层，都有所提高。但是其耐蚀性目前还满足不了部分重要基础设施设计寿命60～80年的要求，如大型桥梁用钢丝斜拉索。在某些特殊环境下也达不到使用寿命要求，如渔业捕捞用钢丝。尤其在高氯离子含量的应用场合下，如远海海洋工程，沿海工业设施以及西部盐碱地区，上述合金镀层的抗氯离子侵蚀性能不足，使用寿命往往达不到重要工程的设计寿命要求。同时，钢丝在使用过程中经常进行绞制、弯曲、缠绕等加工，镀层合金也必须满足一定加工性要求。
发明内容
本发明为了克服高氯离子含量的应用环境下，普通的镀层合金耐腐蚀性能不足，限制镀层钢丝应用范围的问题，提供了一种高耐蚀锌基镀层合金，使得抗氯离子侵蚀能力得以提高，从而提高在高氯离子环境下的耐腐蚀性能。
所述一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，其特征在于：该合金中按质量百分比含有3％～15％的铝，0.4％～4％的镁，0.03％～0.3％的混合稀土铈和镧，0.01％～0.1％的钛，0.001％～0.05％的硼，其余为锌。该合金中铅，铁，镉等杂质总和不大于质量百分数的0.01％。
本发明的有益效果是：提供了高耐蚀锌基镀层合金，其耐蚀性相较于上述合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性，从而提高镀层钢丝的使用寿命，从而扩大钢丝应用领域。同时，本发明提供的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例详细描述本发明提供的技术方案。
本发明所述的一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，其特征在于：该合金中按质量百分比含有3％～15％的铝，0.4％～4％的镁，0.03％～0.3％的混合稀土铈和镧，0.01％～0.1％的钛，0.001％～0.05％的硼，其余为锌。该合金中铅，铁，镉等杂质总和不大于质量百分数的0.01％。
本发明的技术方案是以锌为主要元素的锌基合金，在其中添加次要元素铝、镁、混合稀土以及少量的微合金化元素钛、硼。上述各元素在合金镀层中的主要作用和功能如下：
锌在电化学腐蚀过程中，其腐蚀电位比铁低，处于阳极，钢丝处于阴极。具有良好的牺牲阳极防护作用，因此以锌为主要元素的锌基镀层合金，能够很好的保护钢丝不被腐蚀。
锌基合金中的铝在空气中能够形成一层非常稳定的氧化铝膜，对腐蚀环境进行物理隔离，提高镀层合金的耐蚀性。同时，氧化铝膜具有自愈合功能，在受到破坏后能够迅速形成一层新的氧化铝膜。同时锌基合金中添加铝，能够提高锌基合金的流动性，改善镀液的性能。
镁在锌基合金中，尤其在含铝的锌基合金中具有优异的抗氯离子侵蚀性能，能大幅度提高合金镀层在高氯离子环境下的耐腐蚀性能。同时，镁的腐蚀产物致密严实，能进一步提高耐蚀性。
混合稀土元素能改善镀液的流动性，净化镀液，同时能够细化晶粒和改善晶间腐蚀性。
钛元素活性高，易钝化，能在表面形成致密氧化膜，有利于提高镀层耐蚀性。
硼元素在锌基合金中，主要起到细化晶粒和组织的作用，减少镀层中间层厚度，提高合金镀层的延展性和韧性。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
钢丝热浸镀上述镀层合金的基本工艺为：
第一步 钢丝放线；
第二步 钢丝进行热处理和表面清洗处理，使钢丝获得合适的力学性能和清洁的表面；
第三步 钢丝进行热浸镀上述高耐蚀锌基镀层合金。热浸镀高耐蚀锌基镀层合金有两种方法：(1)先热浸镀纯锌，再热浸镀高耐蚀锌基镀层合金，即双镀法。(2)气体还原法热镀高耐蚀锌基镀层合金。
第四步 采用气体吹扫或电磁场抹拭进行镀层厚度控制；
第五步 钢丝收线。
以下通过具体实施方式，详细描述本发明的具体实施方式。本发明所提出的实施例仅用于解释本发明的实施而不能用于解释是对本发明的限制。
实施例1
一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，该合金中按重量百分比包含有3％的铝(Al)，0.4％的镁(Mg)，0.03％的混合稀土铈和镧(Ce+La)，0.01％的钛(Ti)，0.001％的硼(B)，铅，铁，镉(Pb，Fe，Cd)等杂质总和不大于0.01％，其余为锌(Zn)。
将上述高耐蚀锌基镀层合金在热浸镀锅中熔化，镀液温度保持在470～500℃之间，最优化镀液温度在475～485℃之间。热浸镀时间在2秒到20秒之间。按工艺生产热浸镀钢丝。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
实施例2
一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，该合金中按重量百分比包含有5％的铝(Al)，0.5％的镁(Mg)，0.03％的混合稀土铈和镧(Ce+La)，0.02％的钛(Ti)，0.005％的硼(B)，铅，铁，镉(Pb，Fe，Cd)等杂质总和不大于0.01％，其余为锌(Zn)。
将上述高耐蚀锌基镀层合金在热浸镀锅中熔化，镀液温度保持在470～500℃之间，最优化镀液温度在475～485℃之间。热浸镀时间在2秒到20秒之间。按工艺生产热浸镀钢丝。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
实施例3
一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，该合金中按重量百分比包含有6％的铝(Al)，0.5％的镁(Mg)，0.05％的混合稀土铈和镧(Ce+La)，0.02％的钛(Ti)，0.008％的硼(B)，铅，铁，镉(Pb，Fe，Cd)等杂质总和不大于0.01％，其余为锌(Zn)。
将上述高耐蚀锌基镀层合金在热浸镀锅中熔化，镀液温度保持在470～500℃之间，最优化镀液温度在475～485℃之间。热浸镀时间在2秒到20秒之间。按工艺生产热浸镀钢丝。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
实施例4
一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，该合金中按重量百分比包含有10％的铝(Al)，0.5％的镁(Mg)，0.08％的混合稀土铈和镧(Ce+La)，0.03％的钛(Ti)，0.008％的硼(B)，铅，铁，镉(Pb，Fe，Cd)等杂质总和不大于0.01％，其余为锌(Zn)。
将上述高耐蚀锌基镀层合金在热浸镀锅中熔化，镀液温度保持在470～500℃之间，最优化镀液温度在475～485℃之间。热浸镀时间在2秒到20秒之间。按工艺生产热浸镀钢丝。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
实施例5
一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，该合金中按重量百分比包含有10％的铝(Al)，1％的镁(Mg)，0.1％的混合稀土铈和镧(Ce+La)，0.03％的钛(Ti)，0.008％的硼(B)，铅，铁，镉(Pb，Fe，Cd)等杂质总和不大于0.01％，其余为锌(Zn)。
将上述高耐蚀锌基镀层合金在热浸镀锅中熔化，镀液温度保持在470～500℃之间，最优化镀液温度在475～485℃之间。热浸镀时间在2秒到20秒之间。按工艺生产热浸镀钢丝。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
实施例6
一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，该合金中按重量百分比包含有10％的铝(Al)，1.5％的镁(Mg)，0.1％的混合稀土铈和镧(Ce+La)，0.03％的钛(Ti)，0.008％的硼(B)，铅，铁，镉(Pb，Fe，Cd)等杂质总和不大于0.01％，其余为锌(Zn)。
将上述高耐蚀锌基镀层合金在热浸镀锅中熔化，镀液温度保持在470～500℃之间，最优化镀液温度在475～485℃之间。热浸镀时间在2秒到20秒之间。按工艺生产热浸镀钢丝。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
实施例7
一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，该合金中按重量百分比包含有10％的铝(Al)，2％的镁(Mg)，0.1％的混合稀土铈和镧(Ce+La)，0.03％的钛(Ti)，0.008％的硼(B)，铅，铁，镉(Pb，Fe，Cd)等杂质总和不大于0.01％，其余为锌(Zn)。
将上述高耐蚀锌基镀层合金在热浸镀锅中熔化，镀液温度保持在470～500℃之间，最优化镀液温度在475～485℃之间。热浸镀时间在2秒到20秒之间。按工艺生产热浸镀钢丝。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
实施例8
一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，该合金中按重量百分比包含有10％的铝(Al)，3％的镁(Mg)，0.1％的混合稀土铈和镧(Ce+La)，0.03％的钛(Ti)，0.008％的硼(B)，铅，铁，镉(Pb，Fe，Cd)等杂质总和不大于0.01％，其余为锌(Zn)。
将上述高耐蚀锌基镀层合金在热浸镀锅中熔化，镀液温度保持在470～500℃之间，最优化镀液温度在475～485℃之间。热浸镀时间在2秒到20秒之间。按工艺生产热浸镀钢丝。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
实施例9
一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，该合金中按重量百分比包含有10％的铝(Al)，3％的镁(Mg)，0.1％的混合稀土铈和镧(Ce+La)，0.05％的钛(Ti)，0.01％的硼(B)，铅，铁，镉(Pb，Fe，Cd)等杂质总和不大于0.01％，其余为锌(Zn)。
将上述高耐蚀锌基镀层合金在热浸镀锅中熔化，镀液温度保持在470～500℃之间，最优化镀液温度在475～485℃之间。热浸镀时间在2秒到20秒之间。按工艺生产热浸镀钢丝。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
实施例10
一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，该合金中按重量百分比包含有的12％铝(Al)，3％的镁(Mg)，0.1％的混合稀土铈和镧(Ce+La)，0.08％的钛(Ti)，0.02％的硼(B)，铅，铁，镉(Pb，Fe，Cd)等杂质总和不大于0.01％，其余为锌(Zn)。
将上述高耐蚀锌基镀层合金在热浸镀锅中熔化，镀液温度保持在470～500℃之间，最优化镀液温度在475～485℃之间。热浸镀时间在2秒到20秒之间。按工艺生产热浸镀钢丝。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
实施例11
一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，该合金中按重量百分比包含有12％的铝(Al)，4％的镁(Mg)，0.1％的混合稀土铈和镧(Ce+La)，0.08％的钛(Ti)，0.03％的硼(B)，铅，铁，镉(Pb，Fe，Cd)等杂质总和不大于0.01％，其余为锌(Zn)。
将上述高耐蚀锌基镀层合金在热浸镀锅中熔化，镀液温度保持在470～500℃之间，最优化镀液温度在475～485℃之间。热浸镀时间在2秒到20秒之间。按工艺生产热浸镀钢丝。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
实施例12
一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，该合金中按重量百分比包含有的15％铝(Al)，4％的镁(Mg)，0.2％的混合稀土铈和镧(Ce+La)，0.1％的钛(Ti)，0.03％的硼(B)，铅，铁，镉(Pb，Fe，Cd)等杂质总和不大于0.01％，其余为锌(Zn)。
将上述高耐蚀锌基镀层合金在热浸镀锅中熔化，镀液温度保持在470～500℃之间，最优化镀液温度在475～485℃之间。热浸镀时间在2秒到20秒之间。按工艺生产热浸镀钢丝。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
实施例13
一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，该合金中按重量百分比包含有15％的铝(Al)，4％的镁(Mg)，0.3％的混合稀土铈和镧(Ce+La)，0.1％的钛(Ti)，0.05％的硼(B)，铅，铁，镉(Pb，Fe，Cd)等杂质总和不大于0.01％，其余为锌(Zn)。
将上述高耐蚀锌基镀层合金在热浸镀锅中熔化，镀液温度保持在470～500℃之间，最优化镀液温度在475～485℃之间。热浸镀时间在2秒到20秒之间。按工艺生产热浸镀钢丝。
按此方法生产的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求，耐蚀性相较于其他合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性。
本发明的有益效果是：提供了高耐蚀锌基镀层合金，其耐蚀性相较于上述合金镀层有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性，从而提高镀层钢丝的使用寿命，从而扩大钢丝应用领域。同时，本发明提供的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求。
高耐蚀锌基合金镀层钢丝与纯锌镀层钢丝耐蚀性比较，表1是体现耐腐蚀性的中性盐雾实验的比较。从表1可以看出，在相同的实验条件下，高耐蚀锌基合金镀层钢丝在中性盐雾的腐蚀下失重明显小于纯锌镀层钢丝在中性盐雾的腐蚀下失重，按本发明方法生产的高耐蚀锌基合金镀层钢丝耐蚀性有较大程度提高，尤其是提高了在高氯离子含量环境下的耐蚀性，从而提高镀层钢丝的使用寿命。
表1 高耐蚀锌基合金镀层钢丝与纯锌镀层钢丝耐蚀性比较
高耐蚀锌基合金镀层钢丝与纯锌镀层钢丝钢丝缠绕性对比，表2是体现延展性和韧性实验的比较。从表2可以看出，采用相同直径的钢丝，3倍钢丝直径紧密缠绕6圈后，纯锌镀层钢丝的镀层出现轻微裂纹，而高耐蚀锌基合金镀层钢丝的镀层无裂纹。实验说明，本发明提供的高耐蚀锌基镀层合金，具有较好的延展性和韧性，满足更加严苛的加工性要求。
表2 高耐蚀锌基合金镀层钢丝与纯锌镀层钢丝缠绕性对比

Claims (2)

1.一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，其特征在于该合金中按质量百分比含有：
3％～15％的铝，
0.4％～4％的镁，
0.03％～0.3％的混合稀土铈和镧，
0.01％～0.1％的钛，
0.001％～0.05％的硼，
其余为锌。
2.根据权利要求1所述的一种钢丝热浸镀用高耐蚀锌基合金，其特征在于该合金中铅，铁，镉等杂质总和不大于质量百分数的0.01％。
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