CN107142438A - 一种热镀锌抗氧化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种热镀锌抗氧化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热镀锌抗氧化剂及其制备方法和应用，该热镀锌抗氧化剂按质量份由以下组分组成：锌95‑98份；铪2‑5份；稀土元素0.5‑1份。本发明提供的热镀锌抗氧化剂应用于热镀锌中，可有效抑制锌液的氧化，提高锌锭利用率，降低了生产成本；同时能够增加锌液的流动性，改善镀锌层的润湿性能，使锌液在镀件表面均匀平整的铺展开，提高了镀层的均匀性，有效的消除了针眼、漏镀等情况，使其获得更好的表面质量。具有良好经济效益和广阔的应用前景。

Description

一种热镀锌抗氧化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及热浸镀领域，具体涉及一种热镀锌抗氧化剂及其制备方法和应用。
背景技术
热镀锌也称热浸镀锌，是钢铁构件浸入熔融的锌液中获得金属覆盖层的一种方法，热镀锌技术是一种简单有效的钢铁防护工艺，在钢铁防护上应用极为广泛。近年来，随着我国经济的迅猛发展，尤其是建筑行业、汽车行业、交通运输业的发展，钢材热镀锌产品的市场需求量大大增加，市场对钢材热镀锌产品的质量提出了更高的要求。
熔融状态的锌液在高温下表面迅速被氧化，产生大量的氧化渣，造成资源的浪费，同时妨碍操作，加大了工作量。并且产生的氧化锌会在镀层生长之前附着在镀件表面，进而使镀件产生质量缺陷，尤其降低了镀层与基体的表面结合力，使热镀产品的质量不能得到保障。特别是在连续热镀钢丝的生产过程中，由于钢丝在熔融的锌液中快速连续穿过，类似于不断在锌液中搅拌，使得熔融的锌液更容易被氧化，表面产生大量的氧化渣，浪费资源的同时降低了热镀锌产品的质量。
目前在热镀锌领域尚没有改善锌液的抗氧化性能的方法，只是在使用galfan热镀(锌-5％铝-稀土合金)时，能够略微改善锌液的抗氧化能力，但是改善效果有限。因此需要开发新的、效果更好的热镀锌抗氧化剂。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种热镀锌抗氧化剂及其制备方法和应用，可有效抑制锌液的氧化，改善镀锌层的润湿性能，提高镀件的表面质量。
第一方面，本发明提供了一种热镀锌抗氧化剂，所述热镀锌抗氧化剂按质量份由以下组分组成：锌95-98份；铪2-5份；稀土元素0.5-1份。
铪是一种高温性能突出的金属，其与氧相结合可以生成致密的氧化铪，浮于锌液表面，使锌液与空气隔绝，从而保护锌液避免被氧化；另一方面，微量的铪元素和稀土元素能够降低锌合金的熔点，增加锌液的流动性，同时能够改善镀锌层的润湿性能，使锌液在镀件表面均匀平整的铺展开，提高了镀层的均匀性，使其获得更好的表面质量。
根据本发明，按质量份计，所述热镀锌抗氧化剂中锌的含量为95-98份，例如可以是95份、95.5份、96份、96.5份、97份、97.5份或98份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，按质量份计，所述热镀锌抗氧化剂中铪的含量为2-5份，例如可以是2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或5份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，按质量份计，所述热镀锌抗氧化剂中稀土元素的含量为0.5-1份，例如可以是0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或1份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
作为优选的技术方案，所述热镀锌抗氧化剂按质量份由以下组分组成：锌95-97份；铪3-5份；稀土元素0.5-0.8份。
作为进一步优选的技术方案，所述热镀锌抗氧化剂按质量份由以下组分组成：锌96份；铪3.5份；稀土元素0.5份。
根据本发明，所述稀土元素为镧、铈、镨、钕、铥、钐或钇中的任意一种或至少两种的组合；例如可以是镧、铈、镨、钕、铥、钐或钇中的任意一种，典型但非限定的组合为：镧和铈；镨和钕；铥和钐；镧和钇；镧、铈和镨；钕、铥、钐和钇；镧、铈、镨、钕、铥、钐和钇等，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的热镀锌抗氧化剂的制备方法，所述方法为：将配方量的锌锭加热熔化，同时将配方量的金属铪加热熔化，然后向铪液中加入配方量的稀土元素，待稀土元素熔化后将二者的混合熔体加入锌液中，完全加入后立刻在液面铺满木炭，自然冷却至600℃-700℃出炉浇铸，得到热镀锌抗氧化剂。
根据本发明，所述锌锭加热熔化的温度为430-500℃，例如可以是430℃、450℃、470℃、480℃、500℃、540℃、560℃、580℃或600℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，所述金属铪加热熔化的温度为2250-2300℃，例如可以是2250℃、2255℃、2260℃、2265℃、2270℃、2275℃、2280℃、2285℃、2290℃、2295℃或2300℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，所述液面铺满木炭的厚度为15-18cm，例如可以是15cm、15.5cm、16cm、16.5cm、17cm、17.5cm或18cm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
由于锌的沸点为907℃，将温度大于2000℃的铪熔体加入锌液时，会导致局部的锌转化为蒸汽挥发，但是相较锌液而言，由于加入的铪熔体很少，故挥发量很少。为了进一步减少锌的挥发量，本发明选择在铪熔体加入锌液后，在液面立刻铺满木炭，加入的木炭在高温下会形成一氧化碳气氛，能够有效的阻止锌蒸汽的挥发，同时起到隔离空气的目的，有效保护锌液避免被氧化。
根据本发明，所述木炭的粒径为0.3-0.6cm，例如可以是0.3cm、0.35cm、0.4cm、0.45cm、0.5cm、0.55cm或0.6cm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
较小粒径的木炭有利于迅速产生一氧化碳保护性气氛，保护锌液。
作为优选的技术方案，本发明所述热镀锌抗氧化剂的制备方法为：将配方量的锌锭加热至430-500℃熔化，同时将配方量的金属铪加热至2250-2300℃熔化，然后向铪液中加入配方量的稀土元素，待稀土元素熔化后将二者的混合熔体加入锌液中，完全加入后立刻在液面铺满厚度为15-18cm的木炭，木炭的粒径为0.3-0.6cm，然后自然冷却至600℃-700℃出炉浇铸，得到热镀锌抗氧化剂。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的热镀锌抗氧化剂的应用，所述添加剂作为抗氧化剂应用于热镀锌中。
示例性的，将本发明制备的热镀锌抗氧化剂应用于热镀锌的具体操作为：将锌锭加热至500-600℃熔化，向其中加入热镀锌抗氧化剂，并在450-460℃下保温，将经过除锈、助镀处理后的待镀件浸入锌液进行热镀。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)可有效抑制锌液的氧化，提高锌锭利用率，降低了生产成本。
(2)增加锌液的流动性，同时能够改善镀锌层的润湿性能，使锌液在镀件表面均匀平整的铺展开，提高了镀层的均匀性，有效的消除了针眼、漏镀等情况，使其获得更好的表面质量。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明具体实施例部分提供了一种热镀锌抗氧化剂的制备方法，所述方法为：将配方量的锌锭加热熔化，同时将配方量的金属铪加热熔化，然后向铪液中加入配方量的稀土元素，待稀土元素熔化后将二者的混合熔体加入锌液中，完全加入后立刻在液面铺满木炭，自然冷却至600℃-700℃出炉浇铸，得到热镀锌抗氧化剂。
本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
采用真空感应熔炼炉为加热装置，将质量份为95份的锌锭装入石墨坩埚并加热至430℃熔化，同时将质量份为4.5份的金属铪装入具有石英外套的石墨熔炼坩埚加热至2250℃熔化，然后向铪液中加入质量份为0.5份的镧，待镧熔化后将铪液加入锌液，完全加入后立刻在液面铺满厚度为15cm的木炭，木炭的粒径为0.3cm。自然冷却至600℃出炉浇铸，得到热镀锌抗氧化剂。
实施例2
采用真空感应熔炼炉为加热装置，将质量份为96份的锌锭装入石墨坩埚并加热至440℃熔化，同时将质量份为3份的金属铪装入具有石英外套的石墨熔炼坩埚加热至2280℃熔化，然后向铪液中加入质量份为1份的镧和钇(镧和钇为任意比例)，待镧和钇熔化后将铪液加入锌液，完全加入后立刻在液面铺满厚度为17cm的木炭，木炭的粒径为0.5cm。自然冷却至650℃出炉浇铸，得到热镀锌抗氧化剂。
实施例3
采用真空感应熔炼炉为加热装置，将质量份为97份的锌锭装入石墨坩埚并加热至500℃熔化，同时将质量份为2.2份的金属铪装入具有石英外套的石墨熔炼坩埚加热至2300℃熔化，然后向铪液中加入质量份为0.8份的铈，待铈熔化后将铪液加入锌液，完全加入后立刻在液面铺满厚度为18cm的木炭，木炭的粒径为0.4cm。自然冷却至700℃出炉浇铸，得到热镀锌抗氧化剂。
实施例4
采用真空感应熔炼炉为加热装置，将质量份为95份的锌锭装入石墨坩埚并加热至480℃熔化，同时将质量份为4份的金属铪装入具有石英外套的石墨熔炼坩埚加热至2260℃熔化，然后向铪液中加入质量份为1份的铈和铥(铈和铥为任意比例)，待铈和铥熔化后将铪液加入锌液，完全加入后立刻在液面铺满厚度为17cm的木炭，木炭的粒径为0.45cm。自然冷却至680℃出炉浇铸，得到热镀锌抗氧化剂。
实施例5
采用真空感应熔炼炉为加热装置，将质量份为96份的锌锭装入石墨坩埚并加热至450℃熔化，同时将质量份为3.5份的金属铪装入具有石英外套的石墨熔炼坩埚加热至2270℃熔化，然后向铪液中加入质量份为0.5份的铈，待镧和钇熔化后将铪液加入锌液，完全加入后立刻在液面铺满厚度为16.5cm的木炭，木炭的粒径为0.45cm。自然冷却至680℃出炉浇铸，得到热镀锌抗氧化剂。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种热镀锌抗氧化剂，其特征在于，所述热镀锌抗氧化剂按质量份由以下组分组成：锌95-98份；铪2-5份；稀土元素0.5-1份。
2.如权利要求1所述的热镀锌抗氧化剂，其特征在于，所述热镀锌抗氧化剂按质量份由以下组分组成：锌95-97份；铪3-5份；稀土元素0.5-0.8份。
3.如权利要求1或2所述的热镀锌抗氧化剂，其特征在于，所述热镀锌抗氧化剂按质量份由以下组分组成：锌96份；铪3.5份；稀土元素0.5份。
4.如权利要求1-3任一项所述的热镀锌抗氧化剂，其特征在于，所述稀土元素为镧、铈、镨、钕、铥、钐或钇中的任意一种或至少两种的组合。
5.如权利要求1-4任一项所述的热镀锌抗氧化剂的制备方法，其特征在于，所述方法为：将配方量的锌锭加热熔化，同时将配方量的金属铪加热熔化，然后向铪液中加入配方量的稀土元素，待稀土元素熔化后将二者的混合熔体加入锌液中，完全加入后立刻在液面铺满木炭，自然冷却至600℃-700℃出炉浇铸，得到热镀锌抗氧化剂。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述锌锭加热熔化的温度为430-500℃。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述金属铪加热熔化的温度为2250-2300℃。
8.如权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，所述液面铺满木炭的厚度为15-18cm；
优选地，所述木炭的粒径为0.3-0.6cm。
9.如权利要求5-8任一项所述的方法，其特征在于，所述方法为：将配方量的锌锭加热至430-500℃熔化，同时将配方量的金属铪加热至2250-2300℃熔化，然后向铪液中加入配方量的稀土元素，待稀土元素熔化后将二者的混合熔体加入锌液中，完全加入后立刻在液面铺满厚度为15-18cm的木炭，木炭的粒径为0.3-0.6cm，然后自然冷却至600℃-700℃出炉浇铸，得到热镀锌抗氧化剂。
10.如权利要求1-4任一项所述的热镀锌抗氧化剂的应用，其特征在于，所述添加剂作为抗氧化剂应用于热镀锌中。
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