CN106756699A - 一种结构钢两步镀zam合金的方法 - Google Patents

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吴长军
范赛林
苏旭平
刘亚
涂浩
王建华
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
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Abstract

本发明涉及一种结构钢两步镀ZAM合金的方法。该方法依次包括脱脂、水洗、酸洗、水洗、助镀、烘干、预热浸镀纯锌、热浸镀镀ZAM合金、冷却。其特征在于工件经常规批量热浸镀锌的方法进行前处理后，于430～470℃的纯锌浴中浸镀2～30 s后取出，然后再于并排放置的430～470℃的ZAM合金浴浸镀5～120 s，获得的合金镀层表面质量优良、厚度均匀、机械性能优良、耐蚀性为普通纯锌镀层的10～20倍的ZAM合金镀层。克服了结构钢热浸镀纯锌时的硅反应性和单镀ZAM合金镀层表面质量差的问题，避免使用不稳定的助镀剂。在获得同样的工件寿命条件下，可降低镀层厚度，缩短热镀时间，降低生产成本。且该方法工艺稳定、镀层质量和厚度容易控制。

Description

一种结构钢两步镀ZAM合金的方法
技术领域
本发明属于热浸镀技术领域，具体涉及一种结构钢两步镀ZAM合金的方法。
技术背景
热浸镀锌是一种有效的钢铁表面防护方法。批量热浸镀锌是将表面经清洗、活化后的钢铁浸于液态锌中，通过铁锌之间的反应扩散在钢铁表面生成铁锌金属间化合物层的过程。热浸镀纯锌镀层包括金属间化合物层和自由锌层，它在空气中生成保护性氧化膜，隔离了钢铁材料与腐蚀环境的接触，并利用锌对钢铁的牺牲性阳极保护的特性，对钢铁材料起到保护作用。但是，结构钢件中存在的硅在热浸镀锌时会产生硅反应性，导致镀层超厚、表面灰暗、耐蚀性差。
ZAM合金是由日本日新钢铁有限公司开发的成分为Zn-6%Al-3%Mg的高耐蚀性合金镀层。ZAM合金镀层主要由富Zn相、富Al相及Zn/Al/MgZn2三元共晶共同组成。镀层表面晶粒尺寸细小，Mg在表面富集，Al主要分布在枝晶间隙处。在加速腐蚀测试中，ZAM的抗腐蚀性能为镀纯锌钢板的10～20倍，是Zn-5%Al合金镀锌钢板的5～8倍，具有极端腐蚀性环境的抵御能力。而且ZAM合金层较硬，抗刮擦和重复摩擦能力很好。ZAM镀层产品还是资源节约型、环境友好型产品。
但是，用常规批量热浸镀锌方法进行热浸镀ZAM合金时，由于合金中含有较高含量的Al和Mg会与助镀剂发生反应，导致漏镀、镀层表面质量很差的问题。虽然国内外一些学者尝试开发新型助镀剂，但是，这些公开的助镀剂不稳定，很难在结构钢件上获得表面质量优良的ZAM合金镀层，因此，ZAM合金镀层尚未在结构钢中得到应用。通过在结构钢件中先预镀纯锌再浸镀ZAM合金，不仅可有效抑制结构钢镀纯锌时的硅反应性，还能获得表面质量优良、耐蚀性更好的ZAM合金镀层，并改善镀层组织，获得优良的综合机械性能。
目前还没有在结构钢上先预镀纯锌再浸镀ZAM合金的研究报道和公开专利。
发明内容
本专利通过对比实验研究了浸镀温度、预镀纯锌时间和浸镀ZAM合金时间对镀层组织及耐蚀性的影响，优化两步镀工艺，获得了一种结构钢两步镀ZAM合金的方法。
本专利的目的在于提供一种结构钢两步镀ZAM合金的方法，结构钢件经脱脂、水洗、酸洗、水洗、助镀、烘干处理后，于430～470℃的纯锌浴中浸镀2～30 s后取出，再置于并排放置的430～470℃的ZAM合金浴浸镀5～120 s，最后水冷。
镀前助镀处理时使用传统的氯化锌和氯化氨水溶液为助镀剂。
所述ZAM合金浴中， Al含量的重量百分比为5～7%，Mg含量的重量百分比为2～4%，余量为锌。
使用本专利发明的方法对结构钢进行浸镀时，可获得镀层厚度可控、无硅反应性、表面质量优良、耐蚀性好的ZAM合金镀层。
用该方法获得的镀层截面组织中，靠近基体的为Fe2Al5Znx相，外层为ZAM合金液的凝固组织，中间存在Fe2Al5Znx与液相的混合层。而且随着浸镀时间的延长，合金层的厚度生长很慢。
本发明的有益效果为：
（1）本发明工艺稳定、镀层质量容易控制。使用该方法可克服结构钢热浸镀纯锌时的硅反应性和单镀ZAM合金镀层表面质量很差的问题，避免使用不稳定的助镀剂，提供一种热镀工艺简单、镀层质量好的ZAM合金镀层的方法。
（2）在获得同样的工件寿命条件下，可降低镀层厚度，缩短浸镀时间，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明的两步镀ZAM合金的工艺流程；
图2 为Q195钢预镀10s纯锌后再于ZAM合金浴中浸镀10s、20s和60s后的镀层显微组织；
图3 为Q195钢预镀10s纯锌后再于ZAM合金浴中浸镀10～120s后合金层厚度的变化；
图4为 Q195钢预镀5s纯锌后再于ZAM合金浴中浸镀10s、20s和90s后的镀层显微组织。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行进一步说明。优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
实施例1
首先将两个分别装有纯锌和ZAM合金（Zn-6 wt.%Al-3 wt.%Mg）的坩埚放入井式炉中加热至450℃并保持恒温。
Q195结构钢件经表面清理→70～90℃的15%NaOH溶液脱脂→水洗→10～15%盐酸溶液酸洗→水洗→70～90℃的200 g/L的重量比为1.2：1的NH4Cl-ZnCl2水溶液中助镀→烘干处理后，先浸入450℃的纯锌浴中预镀10 s，取出后再置于450℃的ZAM合金浴中浸镀10s、20s、30s、60s和90s，最后取出水冷。
预镀10s再浸镀10s、20s和60s后的镀层截面组织如图2所示。经扫描电镜-能谱仪分析发现，靠近钢基体的为溶解有一定量Zn的Fe2Al5Znx相，外层为ZAM合金液的凝固组织，在这两层中间为Fe2Al5Znx与液相的混合层。靠近钢基体形成了韧性的Fe2Al5Znx过渡层取代了疏松脆性的δ相，使镀层过渡层的厚度大大减薄，过渡层的韧性得到提升，镀层的结合力、韧性、抗扭折性都优于热浸镀锌过渡层。
图3为预镀10s后再浸镀不同时间镀层中Fe2Al5Znx与液相的混合层的厚度变化。可以看出，Fe2Al5Znx与液相混合金层随浸镀时间的增加变化很小。因此，即使浸镀120 s的ZAM合金，混合层的厚度也在12 μm以下。因此，只需控制浸镀后表面附着的合金液，即可控制镀层的总厚度，不存在硅反应性现象。
实施例2
同实施例1基本相同，不同之处在于： Q195钢经前处理后，先在450℃的纯锌浴中预镀5s后，取出后再置于450℃的ZAM合金浴中浸镀10 s、20s、30s、60s和90s，最后取出水冷。
得到的镀层截面组织如图4所示。其镀层组织与预镀10s时十分相似。因此，进行短时间的浸镀也可获得质量较好的镀层，从而提高生产效率，降低生产成本。

Claims (5)

1.一种结构钢两步镀ZAM合金的方法，其特征在于：结构钢件经脱脂、水洗、酸洗、水洗、助镀、烘干处理后，先在纯锌浴中浸镀，取出后，然后再置于并排放置的ZAM合金浴中浸镀，然后水冷得到产品。
2.根据权利要求1 所述的结构钢两步镀ZAM合金的方法，其特征在于：镀前助镀处理时使用传统的氯化锌和氯化氨水溶液为助镀剂。
3.根据权利要求1 所述的结构钢两步镀ZAM合金的方法，其特征在于：所述ZAM合金浴中， Al含量的重量百分比为5～7%，Mg含量的重量百分比为2～4%，余量为锌。
4.根据权利要求1 所述的结构钢两步镀ZAM合金的方法，其特征在于：所述纯锌浴中浸镀时，浸镀温度为430～470℃，时间为2～30s。
5.根据权利要求1 所述的结构钢两步镀ZAM合金的方法，其特征在于：所述ZAM合金浴中浸镀时，浸镀温度为430～470℃，时间为5～120s。
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