CN104498851A - 一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法和添加剂 - Google Patents

一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法和添加剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法和添加剂，所述方法包括：在钢材热浸镀铝或铝合金时，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和/或混合稀土，其中，混合稀土包括Ce和La。利用本发明的方法，能够减少钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层表面针孔漏镀缺陷。

Description

一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法和添加剂
技术领域
本发明涉及一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法和添加剂，更具体地说，涉及一种能够减少钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层表面针孔漏镀缺陷的在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法和在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层时使用的添加剂。
背景技术
在国民经济各部门中，被大量使用的镀层钢材制件主要是镀锌钢材。然而，有许多部门，如石油化工、煤化工、燃气换热工业、船舶工业、硫酸制造工业以及化肥工业，在不能使用碳钢材料及镀锌钢材的情况下，大量使用了含有高镍铬的合金钢材。由于这种钢材价格昂贵，因此镀铝钢材及铝合金镀层钢材是其理想的代用品，国内其应用愈来愈广泛。
钢材热浸镀铝或铝合金时，对钢材的前处理工艺要求极其苛刻，这是因为在进入镀锅前，对钢材表面清洁度要求极其严格，这样才能保证铝液或铝合金液对钢材表面充分的浸润，最终钢材从镀锅出来后形成的镀层平滑光亮，无漏镀。
然而，在大量的工业实践条件下，发现钢材表面即使清洁非常干净，表面形成的镀层还是会有大量的针孔状漏镀。由于铝在钢材表面不具备牺牲阳极防护能力，因此这些针孔漏镀会迅速成为腐蚀的起源地，最终造成整个镀层失效。钢铁制件在热镀铝或铝合金时，表面镀层容易出现针孔状漏镀造成了大量不合格产品，增加了制造商成本，限制了这一镀层产品在相关领域的推广应用。
本发明的目的是为了解决钢铁制件热镀铝或铝合金时产生针孔漏镀的问题，提出了一种解决方法。
发明内容
为了克服热镀铝或铝合金时产生针孔漏镀的问题，本发明的一方面涉及一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法，其特征在于在钢材热浸镀铝或铝合金时，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和/或混合稀土，其中，混合稀土包括Ce和La。
根据本发明的一方面，金属钠的添加量占铝或铝合金熔体的质量分数可为：0.002％～0.04％。优选地，金属钠的添加量占铝或铝合金熔体的质量分数可为0.02％。
根据本发明的一方面，混合稀土的添加量占铝或铝合金熔体的质量分数可为：0.03％～0.3％。优选地，混合稀土的添加量占铝或铝合金熔体的质量分数可为0.1％。
根据本发明的一方面，Ce和La的质量比可为1：25至2：1。
本发明的另一方面涉及一种用于在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的添加剂，其特征在于所述添加剂在热浸镀铝或镀铝合金时被添加到铝或铝合金熔体中，包括金属钠和/或混合稀土，其中，混合稀土包括Ce和La。
根据本发明的一方面，所述添加剂中金属钠的质量分数为：0.6-57.1％，混合稀土的质量分数为：42.9-99.4％。
根据本发明的一方面，所述添加剂中钠的质量分数为：16.7％，混合稀土的质量分数为：83.3％。
根据本发明的一方面，Ce和La的质量比可为1：25至2：1。
根据本发明的方法以及添加剂可以用于下述铝或铝合金熔体：商业纯铝、铝硅合金、Galvalume合金、Galfan合金、Zn-23％Al-0.2％Si合金或Zn-10％Al合金。然而本发明不限于此，其也可以用于其它铝或铝合金熔体。
具体实施方式
下面将参照本发明的具体实施方式来更详细地描述本发明，然而，本发明可以以许多不同的形式来实施例，而不局限于下面所阐述的实施例。相反，提供下面的实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并将把本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
根据本发明的示例性实施例，一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法可以包括下述步骤：在钢材热浸镀铝或铝合金时，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和/或混合稀土，其中，混合稀土包括Ce和La。
根据本发明的示例性实施例的方法可以用于普通的钢材热浸镀铝或铝合金工艺。因此，为了简要起见，将省略与现有技术中的方法和步骤相同的方法和步骤的描述。
根据一个实施例，在添加金属钠时，金属钠的添加量占铝或铝合金熔体的质量分数为：0.002％～0.04％。优选地，金属钠的添加量占铝或铝合金熔体的质量分数为0.02％。
根据一个实施例，在添加混合稀土时，混合稀土的添加量占铝或铝合金熔体的质量分数为：0.03％～0.3％。优选地，混合稀土的添加量占铝或铝合金熔体的质量分数为0.1％。
金属钠与混合稀土的添加顺序可以不受限制。例如，可以先添加金属钠，再添加混合稀土。另一方面，也可以先添加混合稀土，再添加金属钠。根据本发明的一个实施例，金属钠可以与混合稀土一起添加。
本发明的示例性实施例中的混合稀土包括Ce和La，其中，Ce和La的质量比可以是1：25至2：1。
在本发明的示例性实施例中，铝或铝合金熔体可以包括商业纯铝、铝硅合金、Galvalume(55％Al-43.4％Zn-1.6％Si)合金、Galfan(Zn-5％Al)合金、Zn-23％Al-0.2％Si合金或Zn-10％Al合金。然而本发明不限于此，本发明的方法可以用于其它铝或铝合金熔体。
根据本发明的另一示例性实施例，一种用于在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的添加剂，其特征在于所述添加剂在热浸镀铝或镀铝合金时被添加到铝或铝合金熔体中，所述添加剂包括金属钠和/或混合稀土，其中，混合稀土包括Ce和La。
根据本发明的一个实施例，所述添加剂中金属钠的质量分数为：0.6-57.1％，混合稀土的质量分数为：42.9-99.4％。优选地，所述添加剂中钠的质量分数为：16.7％，混合稀土的质量分数为：83.3％。
不期望受理论的限制，但在热浸镀铝或镀铝合金的过程中，产生针孔漏镀的原因可能有：第一，铝或铝合金熔液中存在大量的氧化物颗粒。钢材热浸镀铝或铝合金时热镀锌不同的是，铝的熔点高，因此热镀铝或含铝合金时，镀液温度一般在500～750℃之间。这样高的温度下，铝的活性非常高，与空气中的氧气反应形成氧化物，因而热镀铝液或铝合金液中存在一定量的氧化物颗粒。第二，铝的特性之一是在高温下容易吸收溶解氢气。在镀层凝固时，溶解的氢气被释放出来，因此会形成针孔。尤其在高温高湿度条件下，这一现象会更为明显。
利用本发明的上述实施例，在镀铝或镀铝合金时，当利用本发明的方法添加金属钠和/或混合稀土或者添加根据本发明的添加剂时，能够清除铝或铝合金熔液中悬浮的氧化物颗粒，并且能够在熔液表面形成保护层，阻碍铝形成氧化物。同时，还能够起到净化熔液、提高熔液在钢材表面浸润性的作用。因此，能够克服热镀铝或铝合金时产生针孔漏镀的问题。
下面将参照更具体的示例来更详细地说明本发明。
示例1
一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法，其中，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和混合稀土元素中的一种或两种，其加入量占铝或铝合金熔体的质量分数：
混合稀土(Ce+La)：0.03％；
其余为不可避免的杂质。
上述铝或铝合金熔体包括但不限于商业纯铝、铝硅(Al-Si)合金、Galvalume(55％Al-43.4％Zn-1.6％Si)合金、Galfan(Zn-5％Al)合金、Zn-23％Al-0.2％Si合金、Zn-10％Al合金。
示例2
一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法，其中，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和混合稀土元素中的一种或两种，其加入量占铝或铝合金熔体的质量分数：
金属钠：0.002％；
其余为不可避免的杂质。
上述铝或铝合金熔体包括但不限于商业纯铝、铝硅(Al-Si)合金、Galvalume(55％Al-43.4％Zn-1.6％Si)合金、Galfan(Zn-5％Al)合金、Zn-23％Al-0.2％Si合金、Zn-10％Al合金。
示例3
一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法，其中，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和混合稀土元素中的一种或两种，其加入量占铝或铝合金熔体的质量分数：
混合稀土(Ce+La)：0.3％；
其余为不可避免的杂质。
上述铝或铝合金熔体包括但不限于商业纯铝、铝硅(Al-Si)合金、Galvalume(55％Al-43.4％Zn-1.6％Si)合金、Galfan(Zn-5％Al)合金、Zn-23％Al-0.2％Si合金、Zn-10％Al合金。
示例4
一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法，其中，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和混合稀土元素中的一种或两种，其加入量占铝或铝合金熔体的质量分数：
金属钠：0.04％；
其余为不可避免的杂质。
上述铝或铝合金熔体包括但不限于商业纯铝、铝硅(Al-Si)合金、Galvalume(55％Al-43.4％Zn-1.6％Si)合金、Galfan(Zn-5％Al)合金、Zn-23％Al-0.2％Si合金、Zn-10％Al合金。
示例5
一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法，其中，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和混合稀土元素中的一种或两种，其加入量占铝或铝合金熔体的质量分数：
混合稀土(Ce+La)：0.05％；
金属钠：0.002％；
其余为不可避免的杂质。
上述铝或铝合金熔体包括但不限于商业纯铝、铝硅(Al-Si)合金、Galvalume(55％Al-43.4％Zn-1.6％Si)合金、Galfan(Zn-5％Al)合金、Zn-23％Al-0.2％Si合金、Zn-10％Al合金。
示例6
一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法，其中，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和混合稀土元素中的一种或两种，其加入量占铝或铝合金熔体的质量分数：
混合稀土(Ce+La)：0.05％；
金属钠：0.004％；
其余为不可避免的杂质。
上述铝或铝合金熔体包括但不限于商业纯铝、铝硅(Al-Si)合金、Galvalume(55％Al-43.4％Zn-1.6％Si)合金、Galfan(Zn-5％Al)合金、Zn-23％Al-0.2％Si合金、Zn-10％Al合金。
示例7
一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法，其中，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和混合稀土元素中的一种或两种，其加入量占铝或铝合金熔体的质量分数：
混合稀土(Ce+La)：0.1％；
金属钠：0.004％；
其余为不可避免的杂质。
上述铝或铝合金熔体包括但不限于商业纯铝、铝硅(Al-Si)合金、Galvalume(55％Al-43.4％Zn-1.6％Si)合金、Galfan(Zn-5％Al)合金、Zn-23％Al-0.2％Si合金、Zn-10％Al合金。
示例8
一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法，其中，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和混合稀土元素中的一种或两种，其加入量占铝或铝合金熔体的质量分数：
混合稀土(Ce+La)：0.1％；
金属钠：0.02％；
其余为不可避免的杂质。
上述铝或铝合金熔体包括但不限于商业纯铝、铝硅(Al-Si)合金、Galvalume(55％Al-43.4％Zn-1.6％Si)合金、Galfan(Zn-5％Al)合金、Zn-23％Al-0.2％Si合金、Zn-10％Al合金。
示例9
一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法，其中，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和混合稀土元素中的一种或两种，其加入量占铝或铝合金熔体的质量分数：
混合稀土(Ce+La)：0.2％；
金属钠：0.03％；
其余为不可避免的杂质。
上述铝或铝合金熔体包括但不限于商业纯铝、铝硅(Al-Si)合金、Galvalume(55％Al-43.4％Zn-1.6％Si)合金、Galfan(Zn-5％Al)合金、Zn-23％Al-0.2％Si合金、Zn-10％Al合金。
示例10
一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法，其中，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和混合稀土元素中的一种或两种，其加入量占铝或铝合金熔体的质量分数：
混合稀土(Ce+La)：0.3％；
金属钠：0.04％；
其余为不可避免的杂质。
上述铝或铝合金熔体包括但不限于商业纯铝、铝硅(Al-Si)合金、Galvalume(55％Al-43.4％Zn-1.6％Si)合金、Galfan(Zn-5％Al)合金、Zn-23％Al-0.2％Si合金、Zn-10％Al合金。
对比示例
一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法，其中，将钢铁制件直接浸入到铝或铝合金熔体中，所述铝或铝合金熔体包括但不限于商业纯铝、铝硅(Al-Si)合金、Galvalume(55％Al-43.4％Zn-1.6％Si)合金、Galfan(Zn-5％Al)合金、Zn-23％Al-0.2Si合金、Zn-10％Al合金。
对上述示例以及对比示例所得的镀铝或镀铝合金钢铁制件进行测试，以观察其表面出现针孔漏镀的情况，并将结果记录在下面的表1中。
表1：
针孔漏镀数量(个/m2)
示例1 12
示例2 18
示例3 16
示例4 10
示例5 8
示例6 10
示例7 10
示例8 4
示例9 8
示例10 6
对比示例 42
通过表1可见，通过使用本发明的方法，可以显著减少钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层表面针孔漏镀缺陷。因此能够提高产品质量，提高产品良率，促进该镀层产品在相关行业的应用。
虽然已经结合特定的实施例描述了本发明，然而本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些示例性实施例进行形式和细节上的各种改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的方法，其特征在于在钢材热浸镀铝或铝合金时，向铝或铝合金熔体中添加金属钠和/或混合稀土，其中，混合稀土包括Ce和La。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，金属钠的添加量占铝或铝合金熔体的质量分数为：0.002％～0.04％。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，金属钠的添加量占铝或铝合金熔体的质量分数为0.02％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，混合稀土的添加量占铝或铝合金熔体的质量分数为：0.03％～0.3％。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，混合稀土的添加量占铝或铝合金熔体的质量分数为0.1％。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，Ce和La的质量比为1：25至2：1。
7.一种用于在钢铁制件表面镀铝层、镀铝合金层的添加剂，其特征在于所述添加剂在热浸镀铝或镀铝合金时被添加到铝或铝合金熔体中，包括金属钠和/或混合稀土，其中，混合稀土包括Ce和La。
8.如权利要求7所述的添加剂，特征在于，所述添加剂中金属钠的质量分数为：0.6-57.1％，混合稀土的质量分数为：42.9-99.4％。
9.如权利要求8所述的添加剂，其特征在于，所述添加剂中钠的质量分数为：16.7％，混合稀土的质量分数为：83.3％。
10.如权利要求7所述的添加剂，其特征在于，Ce和La的质量比为1：25至2：1。
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