CN104611614A - 一种新型合金锌锭以及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种新型合金锌锭，按重量百分比计：铝5％～55％,硅0.1％～1.8％,镍0.01%～5%，铼0.01%～0.5%，镧铈混合稀土0.001％～0.7％,余量为锌。制备方法包括以下步骤：按上述百分比对合金元素进行配比；金属放进熔炼炉，升温至700℃～800℃，进行搅拌，捣渣,使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，30～90分钟以后在降温至600℃～700℃再次进行搅拌除渣；采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注锭每分钟在2～4分钟左右，浇注完毕后快速揉皮；当合金液中心温度下降到450℃～480℃左右时，观察上表面未凝区域直径在200mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量；起模和物表处理。本发明具有能够防止严重的局部腐蚀,同时减缓红锈的产生，能够提高镀层表面的耐磨性和耐蚀性的特点。
Description
技术领域
本发明涉及金属合金技术领域，特别涉及一种新型合金锭以及制备方法。
背景技术
随着科学技术和现代工业的飞速发展, 人们对防护性镀层的要求越来越高, 作为钢铁薄带的锌镀层已难以满足现代要求。近年来，随着对钢铁产品耐蚀性和外观质量的要求越来越高，在热镀锌领域开发了许多锌合金镀层。其中研究最多、成果最突出的就是锌铝合金镀层的研究。镀铝锌是目前全球应用最广泛的防止钢铁材料腐蚀的有效方法。这种镀层结合了铝的耐蚀性和锌的电化学保护作用，因此得到广泛的关注。但随着环境中酸雨和风沙侵蚀的日益加重,不仅对镀锌层的耐蚀性提出了更高的要求。
70 年代以来, 热镀工作者为寻找高耐蚀性镀层作了大量的研究工作, 取得了一定进展, 其中最实际且技术上可以选用的是合金热镀, 研究发现锌铝镍合金镀层具有良好的耐蚀性,且还具有很好的价格防护性比。研究锌镍铝等合金镀层的盐雾腐蚀行为, 结果表明, 含镍的镀层不仅红锈出现时间长, 红锈扩展慢, 而且出现腐蚀增重。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够防止严重的局部腐蚀, 同时减缓红锈的产生，能够提高镀层表面的耐磨性，耐热性高以及表面的美观颜色分布均匀，还能一定程度的增强镀层的耐蚀性能,对减薄镀层厚度节省锌液质量也能起到很好作用的新型合金锭以及制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种新型合金锌锭，其特征在于合金锭中包括锌、铝、镍、硅和铼元素,合金锭中按重量百分比计：铝5％～55％,硅0.1％～1.8％,镍0.01%～5%，铼0.01%～0.5%，镧铈混合稀土0.001％～0.7％,余量为锌。
所述合金锭中按重量百分比计：铝30％,硅1％,镍0.3%，铼0.3％，镧铈混合稀土0.55％，余量为锌。
一种新型合金锌锭的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）配料：按质量百份比对合金元素进行配比：铝5％～55％,硅0.1％～1.8％,镍0.01%～5%，铼0.01%～0.5%，镧铈混合稀土0.001％～0.7％,余量为锌；其中镍金属元素取镍含量为5％的镍锌合金锭作为原料之一。
（2）熔炼：把配比好的金属放进熔炼炉，升温至700℃～800℃，进行搅拌，捣渣,使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，30～90分钟以后在降温至600℃～700℃再次进行搅拌除渣, 然后再炉口取样，实验室化验成分是否均匀。
（3）浇注：采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注时间不宜过快，否则易产生气泡，夹渣，裂纹等不量现象。浇注锭每分钟在2～4分钟左右，浇注完毕后快速揉皮。
（4）冷却：当合金液中心温度下降到450℃～480℃左右时，观察上表面未凝区域直径在200mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可。
（5）起模和物表处理：在起模的过程中检查合金锭是否有毛刺，飞边，缩孔，裂纹，缩松，浮渣。
所述熔炼步骤中：把配比好的金属放进熔炼炉，升温至750℃，进行搅拌，捣渣,使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，60分钟以后在降温至650℃再次进行搅拌除渣, 然后再炉口取样，实验室化验成分是否均匀。
所述浇注步骤中：采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注时间不宜过快，否则易产生气泡，夹渣，裂纹等不量现象。浇注锭每分钟在3分钟左右，浇注完毕后快速揉皮。
所述冷却步骤中：当合金液中心温度下降到469℃左右时，观察上表面未凝区域直径在200mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可。
所述冷却步骤中：当合金液中心温度下降到469℃左右时，观察上表面未凝区域直径在180mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可。
本发明所述的一种新型合金锌锭以及制备方法具有能够防止严重的局部腐蚀, 同时减缓红锈的产生，能够提高镀层表面的耐磨性，耐热性高以及表面的美观颜色分布均匀，还能一定程度的增强镀层的耐蚀性能,对减薄镀层厚度节省锌液质量也能起到很好作用的特点。
具体实施方式
一种新型合金锌锭，其特征在于合金锭中包括锌、铝、镍、硅和铼元素,合金锭中按重量百分比计：铝5％～55％,硅0.1％～1.8％,镍0.01%～5%，铼0.01%～0.5%，镧铈混合稀土0.001％～0.7％,余量为锌。
所述合金锭中按重量百分比计：铝30％,硅1％,镍0.3%，铼0.3％，镧铈混合稀土0.55％，余量为锌。
一种新型合金锌锭的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）配料：按质量百份比对合金元素进行配比：铝5％～55％,硅0.1％～1.8％,镍0.01%～5%，铼0.01%～0.5%，镧铈混合稀土0.001％～0.7％,余量为锌；其中镍金属元素取镍含量为5％的镍锌合金锭作为原料之一。
（2）熔炼：把配比好的金属放进熔炼炉，升温至700℃～800℃，进行搅拌，捣渣,使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，30～90分钟以后在降温至600℃～700℃再次进行搅拌除渣, 然后再炉口取样，实验室化验成分是否均匀。
（3）浇注：采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注时间不宜过快，否则易产生气泡，夹渣，裂纹等不量现象。浇注锭每分钟在2～4分钟左右，浇注完毕后快速揉皮。
（4）冷却：当合金液中心温度下降到450℃～480℃左右时，观察上表面未凝区域直径在200mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可。
（5）起模和物表处理：在起模的过程中检查合金锭是否有毛刺，飞边，缩孔，裂纹，缩松，浮渣。
所述熔炼步骤中：把配比好的金属放进熔炼炉，升温至750℃，进行搅拌，捣渣,使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，60分钟以后在降温至650℃再次进行搅拌除渣, 然后再炉口取样，实验室化验成分是否均匀。
所述浇注步骤中：采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注时间不宜过快，否则易产生气泡，夹渣，裂纹等不量现象。浇注锭每分钟在3分钟左右，浇注完毕后快速揉皮。
所述冷却步骤中：当合金液中心温度下降到469℃左右时，观察上表面未凝区域直径在200mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可。
所述冷却步骤中：当合金液中心温度下降到469℃左右时，观察上表面未凝区域直径在180mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可。
具体实施时，
一种新型合金锌锭，其特征在于合金锭中包括锌、铝、镍、硅和铼元素,合金锭中按重量百分比计：铝5％～55％,硅0.1％～1.8％,镍0.01%～5%，铼0.01%～0.5%，镧铈混合稀土0.001％～0.7％,余量为锌。
经SEM、EPMA、AES 和XRD分析表明, 锌镍铝等合金的高耐蚀性和腐蚀增重与生成粘附力强且绝缘性好的腐蚀产物ZnCl2# 4Zn( OH ) 2和2ZnCO3#3Zn(OH)2有关，腐蚀产物还密积堵塞了镀层在腐蚀过程中生成的大量贯穿镀层的微裂纹，腐蚀进展缓慢；镍的存在有利于Zn(OH)2向ZnO转化，镍可有效稳定Zn(OH)2，使其难以转变为ZnO, ZnO由Zn(OH)2或ZnCl2#4Zn(OH)2水解生成的, 是n型半导体, 而ZnO 的电导率大于Zn(OH)2的电导率，不能有效地抑制腐蚀电流，因而镀锌层腐蚀速率较快。其次锌镍铝等合金镀层在腐蚀过程中产生大量均匀、致密的微裂纹使表面的腐蚀电流分散，防止严重的局部腐蚀，从而减缓红锈的产生。由于锌镍铝等镀层C相的电位比铁更负, 在腐蚀介质中铁为阴极,C相为牺牲阳极。大量微裂纹的出现虽能分散腐蚀电流，但阴极总面积增大，阳极腐蚀总电流并不减少，腐蚀速率不会因此减少。由于腐蚀产物绝缘性好且粘附性强，裂纹底部很快被腐蚀产物堵塞，导致裂纹横向扩展缓慢，一直保持较小的腐蚀速率, 所以微裂纹的产生对镀层的耐腐蚀性影响不大。
同时采用上述的配比能够达到更好的效果，不仅能够减缓红绣的产生，也能够增强其耐腐蚀性能。
合金锭中按重量百分比计最优选为：铝30％,硅1％,镍0.3%，铼0.3％，镧铈混合稀土0.55％，余量为锌。采用这样的配比能够使得效果达到最好，红绣的产生速度达到最慢，同时耐腐蚀性能能够达到最低。
一种新型合金锌锭的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）配料：按质量百份比对合金元素进行配比：铝5％～55％,硅0.1％～1.8％,镍0.01%～5%，铼0.01%～0.5%，镧铈混合稀土0.001％～0.7％,余量为锌；其中镍金属元素取镍含量为5％的镍锌合金锭作为原料之一。
（2）熔炼：把配比好的金属放进熔炼炉，升温至700℃～800℃，进行搅拌，捣渣,使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，30～90分钟以后在降温至600℃～700℃再次进行搅拌除渣, 然后再炉口取样，实验室化验成分是否均匀。
（3）浇注：采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注时间不宜过快，否则易产生气泡，夹渣，裂纹等不量现象。浇注锭每分钟在2～4分钟左右，浇注完毕后快速揉皮。
（4）冷却：当合金液中心温度下降到450℃～480℃左右时，观察上表面未凝区域直径在200mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可。
（5）起模和物表处理：在起模的过程中检查合金锭是否有毛刺，飞边，缩孔，裂纹，缩松，浮渣。
使用该热浸镀合金锌锭将大大降低镀层表面的粗糙度，增强锌液的流动性，对控制镀层重量起到良好的效果。在5%NaCl溶液腐蚀浸泡试验中，锌镍合金腐蚀产物致密，牢固附着于镀层之上，从而出现腐蚀增重，且腐蚀产物形成一层致密的保护膜，减缓了锌的溶出速度。在5%NaCl溶液中由交流阻抗测得锌铝镍合金的腐蚀反应电阻远远大于纯锌镀层的腐蚀反应电阻。由中性盐雾试验测得锌铝镍合金镀层的耐盐雾性能达到1000h，是相同厚度的纯锌镀层的4至5倍，其耐蚀性优于纯锌镀层，在钢铁表面是一种良好的防护性镀层。
所述熔炼步骤中：把配比好的金属放进熔炼炉，升温至750℃，进行搅拌，捣渣，使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，60分钟以后在降温至650℃再次进行搅拌除渣，然后再炉口取样，实验室化验成分是否均匀。
最优选的，在浇注步骤中：采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注时间不宜过快，否则易产生气泡，夹渣，裂纹等不量现象。浇注锭每分钟在3分钟左右，浇注完毕后快速揉皮。
最优选的，在冷却步骤中：当合金液中心温度下降到469℃左右时，观察上表面未凝区域直径在200mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可。
最优选的，在冷却步骤中：当合金液中心温度下降到469℃左右时，观察上表面未凝区域直径在180mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可。
实施例1
取铝5克，硅0.1克，镍0.01克，铼0.01克，镧铈混合稀土0.001克，高纯度锌94.879克，混合在一起放入坩埚进行真空熔炼，钛金属元素取钛含量为5％的钛锌合金锭作为原料之一；把配比好的金属放进熔炼炉，升温至700℃，进行搅拌，捣渣,使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，30分钟以后再降温至600℃再次进行搅拌除渣, 然后再炉口取样，实验室化验成分是否均匀；采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注时间不宜过快，否则易产生气泡，夹渣，裂纹等不量现象。浇注锭每次在2分钟，浇注完毕后快速揉皮；当合金液中心温度下降到450℃时，观察上表面未凝区域直径在200mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可；在起模的过程中检查合金锭是否有毛刺，飞边，缩孔，裂纹，缩松，浮渣。
本实施例制备的合金锌锭在后续的热镀锌过程中产生锌渣少，而且几乎无底渣，同时防止严重的局部腐蚀，从而减缓红锈的产生。最后成品后，镀锌件表面没有铝的偏析现象并且表面光洁度高更美观，并且镀层附着性和滑动性也优良；经热镀锌后得到的镀锌件在耐腐蚀性方面与普通镀锌件相比，本发明的耐盐雾性能达到1000小时(相同条件下普通热镀锌件的耐盐雾腐蚀时间为24小时～36小时)，大大提高了其耐腐蚀性能。
实施例2
取铝30克，硅1克，镍0.3克，铼0.3克，镧铈混合稀土0.55克，高纯度锌67.85克，混合在一起放入坩埚进行真空熔炼，钛金属元素取钛含量为5％的钛锌合金锭作为原料之一；把配比好的金属放进熔炼炉，升温至750℃，进行搅拌，捣渣,使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，60分钟以后再降温至650℃再次进行搅拌除渣, 然后再炉口取样，实验室化验成分是否均匀；采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注时间不宜过快，否则易产生气泡，夹渣，裂纹等不量现象。浇注锭每次在3分钟，浇注完毕后快速揉皮；当合金液中心温度下降到469℃时，观察上表面未凝区域直径在180mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可；在起模的过程中检查合金锭是否有毛刺，飞边，缩孔，裂纹，缩松，浮渣。
本实施例制备的合金锌锭在后续的热镀锌过程中产生锌渣少，而且几乎无底渣，同时防止严重的局部腐蚀，从而减缓红锈的产生。最后成品后，镀锌件表面没有铝的偏析现象并且表面光洁度高更美观，并且镀层附着性和滑动性也优良；经热镀锌后得到的镀锌件在耐腐蚀性方面与普通镀锌件相比，本发明的耐盐雾性能达到1100小时(相同条件下普通热镀锌件的耐盐雾腐蚀时间为24小时～36小时)，大大提高了其耐腐蚀性能。
实施例3
取铝25克，硅0.5克，镍0.2克，铼0.2克，镧铈混合稀土0.4克，高纯度锌73.7克，混合在一起放入坩埚进行真空熔炼，钛金属元素取钛含量为5％的钛锌合金锭作为原料之一；把配比好的金属放进熔炼炉，升温至730℃，进行搅拌，捣渣,使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，40分钟以后再降温至620℃再次进行搅拌除渣, 然后再炉口取样，实验室化验成分是否均匀；采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注时间不宜过快，否则易产生气泡，夹渣，裂纹等不量现象。浇注锭每次在2分钟，浇注完毕后快速揉皮；当合金液中心温度下降到460℃时，观察上表面未凝区域直径在200mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可；在起模的过程中检查合金锭是否有毛刺，飞边，缩孔，裂纹，缩松，浮渣。
本实施例制备的合金锌锭在后续的热镀锌过程中产生锌渣少，而且几乎无底渣，同时防止严重的局部腐蚀，从而减缓红锈的产生。最后成品后，镀锌件表面没有铝的偏析现象并且表面光洁度高更美观，并且镀层附着性和滑动性也优良；经热镀锌后得到的镀锌件在耐腐蚀性方面与普通镀锌件相比，本发明的耐盐雾性能达到1000小时(相同条件下普通热镀锌件的耐盐雾腐蚀时间为24小时～36小时)，大大提高了其耐腐蚀性能。
实施例4
取铝40克，硅1.5克，镍4克，铼0.4克，镧铈混合稀土0.6克，高纯度锌53.5克，混合在一起放入坩埚进行真空熔炼，钛金属元素取钛含量为5％的钛锌合金锭作为原料之一；把配比好的金属放进熔炼炉，升温至770℃，进行搅拌，捣渣,使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，80分钟以后再降温至680℃再次进行搅拌除渣, 然后再炉口取样，实验室化验成分是否均匀；采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注时间不宜过快，否则易产生气泡，夹渣，裂纹等不量现象。浇注锭每次在3分钟，浇注完毕后快速揉皮；当合金液中心温度下降到475℃时，观察上表面未凝区域直径在200mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可；在起模的过程中检查合金锭是否有毛刺，飞边，缩孔，裂纹，缩松，浮渣。
本实施例制备的合金锌锭在后续的热镀锌过程中产生锌渣少，而且几乎无底渣，同时防止严重的局部腐蚀，从而减缓红锈的产生。最后成品后，镀锌件表面没有铝的偏析现象并且表面光洁度高更美观，并且镀层附着性和滑动性也优良；经热镀锌后得到的镀锌件在耐腐蚀性方面与普通镀锌件相比，本发明的耐盐雾性能达到1000小时(相同条件下普通热镀锌件的耐盐雾腐蚀时间为24小时～36小时)，大大提高了其耐腐蚀性能。
实施例5
取铝55克，硅1.8克，镍5克，铼0.5克，镧铈混合稀土0.7克，高纯度锌37克，混合在一起放入坩埚进行真空熔炼，钛金属元素取钛含量为5％的钛锌合金锭作为原料之一；把配比好的金属放进熔炼炉，升温至800℃，进行搅拌，捣渣,使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，90分钟以后再降温至700℃再次进行搅拌除渣, 然后再炉口取样，实验室化验成分是否均匀；采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注时间不宜过快，否则易产生气泡，夹渣，裂纹等不量现象。浇注锭每次在4分钟，浇注完毕后快速揉皮；当合金液中心温度下降到480℃时，观察上表面未凝区域直径在200mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可；在起模的过程中检查合金锭是否有毛刺，飞边，缩孔，裂纹，缩松，浮渣。
本实施例制备的合金锌锭在后续的热镀锌过程中产生锌渣少，而且几乎无底渣，同时防止严重的局部腐蚀，从而减缓红锈的产生。最后成品后，镀锌件表面没有铝的偏析现象并且表面光洁度高更美观，并且镀层附着性和滑动性也优良；经热镀锌后得到的镀锌件在耐腐蚀性方面与普通镀锌件相比，本发明的耐盐雾性能达到1000小时(相同条件下普通热镀锌件的耐盐雾腐蚀时间为24小时～36小时)，大大提高了其耐腐蚀性能。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
综上所述，一种新型合金锌锭以及制备方法具有能够防止严重的局部腐蚀, 同时减缓红锈的产生，能够提高镀层表面的耐磨性，耐热性高以及表面的美观颜色分布均匀，还能一定程度的增强镀层的耐蚀性能,对减薄镀层厚度节省锌液质量也能起到很好作用的特点。
Claims (7)
1.一种新型合金锌锭，其特征在于：合金锭中包括锌、铝、镍、硅和铼元素,合金锭中按重量百分比计：铝5％～55％,硅0.1％～1.8％,镍0.01%～5%，铼0.01%～0.5%，镧铈混合稀土0.001％～0.7％,余量为锌。
2.根据权利要求1所述的一种新型合金锌锭，其特征在于：所述合金锭中按重量百分比计：铝30％,硅1％,镍0.3%，铼0.3％，镧铈混合稀土0.55％，余量为锌。
3.一种如权利要求1或2所述的新型合金锌锭的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）配料：按质量百份比对合金元素进行配比：铝5％～55％,硅0.1％～1.8％,镍0.01%～5%，铼0.01%～0.5%，镧铈混合稀土0.001％～0.7％,余量为锌；其中镍金属元素取镍含量为5％的镍锌合金锭作为原料之一；
（2）熔炼：把配比好的金属放进熔炼炉，升温至700℃～800℃，进行搅拌，捣渣,使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，30～90分钟以后在降温至600℃～700℃再次进行搅拌除渣, 然后再炉口取样，实验室化验成分是否均匀；
（3）浇注：采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注时间不宜过快，否则易产生气泡，夹渣，裂纹等不量现象，浇注锭每分钟在2～4分钟左右，浇注完毕后快速揉皮；
（4）冷却：当合金液中心温度下降到450℃～480℃左右时，观察上表面未凝区域直径在200mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可；
（5）起模和物表处理：在起模的过程中检查合金锭是否有毛刺，飞边，缩孔，裂纹，缩松，浮渣。
4.根据权利要求3所述的一种新型合金锌锭的制备方法，其特征在于：所述熔炼步骤中：把配比好的金属放进熔炼炉，升温至750℃，进行搅拌，捣渣,使各成分均匀合金化，避免铝的偏析，60分钟以后在降温至650℃再次进行搅拌除渣, 然后再炉口取样，实验室化验成分是否均匀。
5.根据权利要求3所述的一种新型合金锌锭的制备方法，其特征在于：所述浇注步骤中：采用移动式可移动锌溜槽浇注，浇注时间不宜过快，否则易产生气泡，夹渣，裂纹等不量现象，浇注锭每分钟在3分钟左右，浇注完毕后快速揉皮。
6.根据权利要求3至5之一所述的一种新型合金锌锭的制备方法，其特征在于：所述冷却步骤中：当合金液中心温度下降到469℃左右时，观察上表面未凝区域直径在200mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可。
7.根据权利要求6所述的一种新型合金锌锭的制备方法，其特征在于：所述冷却步骤中：当合金液中心温度下降到469℃左右时，观察上表面未凝区域直径在180mm以内缓慢洒水，并逐渐加大浇水量即可。
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Denomination of invention: A preparation method of zinc alloy ingot Effective date of registration: 20210528 Granted publication date: 20170426 Pledgee: Bank of Jiangsu Co.,Ltd. Jingjiang sub branch Pledgor: JINGJIANG XINZHOU ALLOY MATERIALS Co.,Ltd. Registration number: Y2021980004058 |
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Date of cancellation: 20220906 Granted publication date: 20170426 Pledgee: Bank of Jiangsu Co.,Ltd. Jingjiang sub branch Pledgor: JINGJIANG XINZHOU ALLOY MATERIALS CO.,LTD. Registration number: Y2021980004058 |
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