CN106319424A - 一种电弧喷涂用锌铜钛合金丝材及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电弧喷涂用锌铜钛合金丝材及其制备工艺，属于金属合金和电弧喷涂技术领域；本锌铜钛合金丝材的各组分及其重量百分数为：Ti+Cu≤0.65%，余量为Zn，通过如下工艺制备：制备中间合金；锌铜钛合金熔炼、浇铸；铸棒表面处理；铸棒预挤压前热处理；预挤压；拉拔成丝；有益效果是锌铜钛合金丝材制备条件要求高、成本适中、综合力学性能及自身耐蚀性较好，并且电弧喷涂锌铜钛合金丝材形成的金属涂层，具有涂层致密、孔隙率低、与基体结合强度高、耐蚀性好等优点，可广泛应用于钢结构的腐蚀防护，延长钢结构工程服役寿命，降低钢结构全寿命的防腐成本。

Description

一种电弧喷涂用锌铜钛合金丝材及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种电弧喷涂用金属丝材及其制备工艺，具体涉及一种电弧喷涂用锌铜钛合金丝材及其制备工艺，属于金属合金和电弧喷涂技术领域。

背景技术

电弧喷涂技术在国内2000年左右兴起的一种热喷涂技术，应用领域非常广泛。电弧喷涂技术是钢结构防腐蚀最有效的工艺技术之一，采用该技术在钢结构表面形成金属涂层，并对涂层进行封孔及重防腐涂装，有效地延长钢结构件的使用寿命。

目前，广泛应用于防腐领域的电弧喷涂金属丝材有锌丝、铝丝及锌铝合金丝，但是现有这些丝材，在使用过程中存在以下不足，如表a所示。

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综合以上分析，为了获得更优异的涂层性能，使电弧喷涂技术能应用在更多的领域，适用不同工况的防腐、耐磨及其他性能要求，研发新型丝材是电弧喷涂技术大力推广的一个方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电弧喷涂用锌铜钛合金丝材及其制备工艺，制得的锌铜钛合金丝材具有优异的电化学腐蚀性能，且形成的电弧喷涂金属涂层具有优异的附着力、良好的耐腐蚀性能，防腐寿命可达到40-50年，能够有效地延长钢结构的使用年限。

为了实现上述目的，本发明提供一种电弧喷涂用锌铜钛合金丝材，采用混炼法制备而成锌铜钛合金丝材，各组分及其重量百分数：Ti+Cu≤0.65%，其余为Zn，其中Ti纯度＞99.2%，Cu纯度＞99.9%，Zn纯度＞99.9%；

优选的，本发明锌铜钛合金丝材各组分的重量百分数为：Cu为0.1-0.45%，Ti为0.04-0.2%，余量为锌。

优选的，本发明锌铜钛合金丝材各组分的重量百分数为：Cu为0.2-0.4%,Ti为0.04-0.2%，余量为锌。

本发明又提供一种上述电弧喷涂用锌铜钛合金丝材的制备工艺，制备出丝材合金成分稳定、氧化夹杂含量少、表观缺陷低，包括以下步骤：

（1）制备中间合金：先按上述锌铜钛合金丝材各组分及其重量百分数进行配料，然后在电阻熔炉中进行熔炼，制备Zn-Ti中间合金、Zn-Cu中间合金；

（2）锌铜钛合金熔炼：先将部分锌锭放入熔炉，熔炼坩埚为高纯石墨坩埚，采用高纯氩气为保护气体，通电升温至420℃-450℃，待锌锭融化成锌液（先熔化锌锭的30%），逐步添加锌锭，直至所有锌锭熔化，去除锌液表面的氧化皮和其他杂质，继续通电升温至1000℃-1500℃，依次添加Zn-Ti中间合金和Zn-Cu中间合金，待合金完全熔化并充分搅拌均匀至熔清，静置0.5h -2h，木碳作覆盖剂；

（3）锌铜钛合金浇铸：合金熔炼完毕，在浇铸前，取样检测实际化学成分，待检测成分合格后，在400℃-600℃时扒渣浇铸，将锌铜钛液浇铸成棒状，规格为Φ80-Φ150mm；

（4）铸棒表面处理：待铸棒完全冷却至室温，保证芯部与表面温度一致，去除表面氧化皮，等待挤压处理；

（5）预挤压前热处理：将铸棒放入真空保温炉中，升温至200℃-300℃、保温10h -15h，以达到均匀化的目的；

（6）预挤压：铸棒经挤压机挤压至Φ5-Φ8㎜丝材，将预挤压材料再次放入热处理炉中退火处理；

（7）拉拔成丝：将Φ5-Φ8㎜丝材经拉丝生产设备3-5次拉拔，拉拔后丝材规格为Φ2-Φ4㎜。

钛元素固溶在锌基体中，使得锌铜钛合金的晶粒更加细化，避免高温条件下晶粒过快粗化长大；铜元素在锌铜钛合金基体中弥散分布，起到很好的强化作用，有效地提高了合金的强度。同时添加铜、钛元素，优化锌基合金内部金属晶体结构，避免晶间腐蚀发生，提高合金组织耐腐蚀性能，改善合金的物理机械性能。

采用现有电弧喷涂技术，对经喷砂处理达到Sa3级以上要求的钢结构表面电弧喷涂锌铜钛合金丝，并对其进行附着力、孔隙率测量及耐盐雾试验，检测结果表明：与基体的结合强度≥6.5MPa，涂层孔隙率＜2%，2400h中性耐盐雾试验，金属涂层无红色锈蚀，表面无起泡现象发生。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本发明制备的锌铜钛合金丝材具有优异的电化学腐蚀性能，形成的锌铜钛合金涂层与基体结合强度高、涂层孔隙率低、耐蚀性能好，防腐寿命可达40-50年，延长钢结构工程服役寿命，降低钢结构全寿命防腐成本。

（2）锌铜钛合金丝材具有良好的物理机械性能，满足在现有电弧喷涂设备上使用要求。

（3）本发明提出的锌铜钛合金丝材制备工艺，解决了合金成分偏析、氧化夹杂缺陷多的问题，且制备出的锌铜钛合金丝材具有表面质量好，硬度适中，并满足电弧喷涂施工的要求。

（4）锌铜钛合金丝材产品成本适中，适合规模化生产，具有大力推广的前景。

有益效果是：本锌铜钛合金丝材制备条件要求高、成本适中、综合力学性能良好、自身耐蚀性好；电弧喷涂丝材形成的锌铜钛合金涂层，具有涂层致密、孔隙率低、与基体结合强度高、耐蚀性好等优点，延长钢结构工程服役寿命，可广泛应用于钢结构的腐蚀防护。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

本发明电弧喷涂用锌铜钛合金丝材，采用混炼法制备，各组分及其重量百分数如下：Ti+Cu≤0.65%，余量为Zn，其中Ti纯度＞99.2%，Cu纯度＞99.9%，Zn纯度＞99.9%。实施例1至实施例5制备本丝材的具体成分及其重量百分数如表1所示。

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实施例1至实施例5所提供的锌铜钛合金丝材的制备工艺，包括以下具体步骤：

（1）制备中间合金：按表1的重量百分数进行配料，然后在电阻熔炉中进行熔炼，制备Zn-Ti中间合金、Zn-Cu中间合金；

（2）锌铜钛合金熔炼：先将部分锌锭放入熔炉，熔炼坩埚为高纯石墨坩埚，采用高纯氩气为保护气体，通电升温至420℃-450℃，待锌锭融化成锌液（先熔化锌锭的30%），逐步添加锌锭，直至所有锌锭熔化，去除锌液表面的氧化皮和其他杂质，继续通电升温至1000℃-1500℃，依次添加Zn-Ti中间合金和Zn-Cu中间合金，待合金完全熔化并充分搅拌均匀至熔清，静置0.5h -2h，木碳作覆盖剂；

（3）锌铜钛合金浇铸：合金熔炼完毕，在浇铸前，取样检测实际化学成分，待成分检测合格后，于400℃-600℃时扒渣浇铸，将锌铜钛液浇铸成棒状，规格为Φ80-Φ150mm；

（4）铸棒表面处理：待铸棒完全冷却至室温，保证芯部与表面温度一致，去除表面氧化皮，等待挤压处理；

（5）预挤压前热处理：将铸棒放入真空保温炉中，升温至200℃-300℃，保温10h -15h；

（6）预挤压：铸棒经挤压机挤压至Φ5-Φ8㎜丝材，将预挤压材料再次放入热处理炉中进行热处理；

（7）拉拔成丝：将Φ5-Φ8㎜丝材经拉丝生产设备3-5次拉拔，拉拔后丝材规格为Φ2-Φ4㎜。

将实施例1至实施例5制备的锌铜钛合金丝材安装在江苏中矿大正表面工程技术有限公司研制的大功率二次雾化电弧喷涂设备（型号为DGL-600）上。DGL-600设备的最优施工参数为喷涂电压为27V、喷涂电流为200A、喷涂距离为250㎜。首先采用喷砂方法除去钢结构表面锈蚀产物，处理后钢结构表面清洁度应达到Sa3级以上、表面粗糙度应达到Rz60-100μm；然后对金属表面进行电弧喷涂，形成锌铜钛合金涂层，涂层厚度为50-260μm。具体的数据如下表2所示。

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对钢结构表面形成的锌铜钛合金涂层进行附着力、孔隙率测量及耐中性盐雾测试，检测结果为与基体的结合强度≥6.5Mpa，孔隙率＜2%，2400h耐中性盐雾测试，金属涂层表面无红色锈蚀、表面无起泡现象，预测可耐腐蚀年限为40-50年。

Claims (4)

1.一种电弧喷涂用锌铜钛合金丝材，其特征在于，采用混炼法制备而成锌铜钛合金丝材，各组分及其重量百分数为：Ti+Cu≤0.65%，余量为Zn，其中Ti纯度＞99.2%，Cu纯度＞99.9%，Zn纯度＞99.9%。

2.根据权利要求1所述的一种电弧喷涂用锌铜钛合金丝材，其特征在于，所述Cu的重量百分数：0.1-0.45%，Ti的重量百分数：0.04-0.2%。

3.根据权利要求2所述的一种电弧喷涂用锌铜钛合金丝材，其特征在于，所述Cu的重量百分数：0.2-0.4%，Ti的重量百分数：0.04-0.2%。

4.一种如权利要求1或2或3所述的一种电弧喷涂用锌铜钛合金丝材的制备工艺，包括以下具体步骤：

（1）制备中间合金：先按权利要求1或2或3所述的各组分及其重量百分数进行配料，然后在电阻熔炉中进行熔炼，制备Zn-Ti中间合金、Zn-Cu中间合金；

（2）锌铜钛合金熔炼：先将部分锌锭放入熔炉，熔炼坩埚为高纯石墨坩埚，采用高纯氩气为保护气体，通电升温至420℃-450℃，待锌锭融化成锌液，先熔化锌锭的30%，逐步添加锌锭，直至所有锌锭熔化，去除锌液表面的氧化皮和其他杂质，继续通电升温至1000℃-1500℃，依次添加Zn-Ti中间合金、Zn-Cu中间合金，待合金完全熔化并充分搅拌均匀至熔清，静置0.5 h -2h，木碳作覆盖剂；

（3）锌铜钛合金浇铸：合金熔炼完毕，在浇铸前，取样检测实际化学成分，待检测成分合格后，在400℃-600℃时扒渣浇铸，将锌铜钛液浇铸成棒状，规格为Φ80-Φ150mm；

（4）铸棒表面处理：待铸棒完全冷却至室温，保证芯部与表面温度一致，去除表面氧化皮，等待挤压处理；

（5）预挤压前热处理：将铸棒放入真空保温炉中，升温至200℃-300℃，保温10-15h，以达到均匀化的目的；

（6）预挤压：铸棒经挤压机挤压至Φ5-Φ8㎜丝材，将预挤压材料再次放入热处理炉中退火处理；

（7）拉拔成丝：将Φ5-Φ8㎜丝材经拉丝生产设备3-5次拉拔，拉拔后丝材规格为Φ2-Φ4㎜。