CN107641781B - 一种清洁的热浸镀锌合金方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清洁的热浸镀锌合金方法，包括抛丸除锈工艺，浸涂助镀剂工艺、烘干工艺、热浸镀锌合金工艺、水冷却工艺、涂封闭剂工艺；其中，所述抛丸除锈工艺为：基于待除锈热镀工件表面在抛丸热区中均匀分布，通过上下对称分布的抛丸器，在离心力的作用下，将抛丸器内的混合钢丸抛射到待除锈热镀工件表面，撞击使待除锈热镀工件表面得铁锈被剥离下来。本发明避免了传统热镀锌工艺大量使用碱、酸、铬酸钝化液及其相应的漂洗工艺，无任何污水和污泥需要处理，无污染气体排放、无污水处理和排放、无固体废物处理和排放，基本实现零排放，不造成新的环境污染。

Description

一种清洁的热浸镀锌合金方法

技术领域

本发明属于热浸镀锌合金领域，具体涉及一种抛丸除锈、浸涂助镀剂、烘干、热浸镀锌合金、涂封闭剂工艺。

背景技术

现有热浸镀锌、铝工艺主要包含化学碱洗除油、化学酸洗除锈、热浸镀锌及其铬酸钝化等。其中碱洗除油大多在Na₂CO₃、NaOH、Na₃PO₄组成的溶液80℃环境下进行；酸洗除锈主要在HCl、H₂SO₄和缓蚀剂组成的溶液中进行，锌层钝化多在铬酸溶液中进行。

该工艺的主要问题是：碱洗使空气中含有碱性盐蒸汽，酸洗除锈工艺使空气中含有大量挥发性酸性气体；其次大量漂洗水中含有碱、酸和盐、六价铬、酸洗污泥等，给水处理带来极大困难，存在严重环境污染问题，很难彻底解决，与环境保护不相溶的，属于国家限制性产业。

热浸镀锌、铝及其二元合金属于传统技术，近年发展锌铝镁三元合金的热镀工艺，具有防腐蚀能力强，固-气态转换温度高，减少锌蒸汽，有利于环境保护。国外现有专利如日本日新制钢Zn-6％Al-3％Mg，日本新日铁Zn-11％Al-3％Mg-0.2％Si，印度塔塔Zn-1.6％Al-1.6％Mg，奥地利Zn-2％Al-2％Mg，德国Zn-1～2％Al-1～2％Mg，卢森堡Zn-3.5％Al-3％Mg合金热镀工艺。CN201310679429.3公布了3-9％Al、0.03-0.09％Mg、0.01-0.15％稀土的ZnAlMg合金热镀工艺。CN201310398305.8发明了1-15％Al、1-5％Mg、其中Al/Mg≥1的ZnAlMg合金热镀工艺。CN201410789435.9专利发明25-55％Al、3-6％Mg、0.2-2％Ce的ZnAlMg合金热镀工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种清洁的热浸镀锌合金方法，以满足热浸镀工艺对除锈质量的要求，彻底解决传统热浸镀工艺中碱洗除油、酸洗除锈、钝化及其漂洗水的污染。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种清洁的热浸镀锌合金方法，包括抛丸除锈工艺，浸涂助镀剂工艺、烘干工艺、热浸镀锌合金工艺、水冷却工艺、涂封闭剂工艺；

其中，所述抛丸除锈工艺为：基于待除锈热镀工件表面在抛丸热区中均匀分布，通过上下对称分布的抛丸器，在离心力的作用下，将抛丸器内的混合钢丸抛射到待除锈热镀工件表面，撞击使待除锈热镀工件表面的铁锈被剥离下来。

所述抛丸除锈工艺中，钢丸循环使用；剥离下来的铁锈灰尘由除尘器收集。

所述抛丸器设置为上下两排，每排包括2～5个抛丸器，上排最左边的抛丸器为左旋转，上排最右边抛丸器为右旋转，下排最左边抛丸器为右旋转，下排最右边抛丸器为左旋转，其它的抛丸器旋转方向任意；待除锈热镀工件位于上下两排的抛丸器的抛射热区覆盖范围内。

所述混合钢丸为淬火轴承钢球面钢丸、淬火高碳钢丝切段、淬火轴承钢棱角钢砂按重量比65:25:10混合；其中，淬火轴承钢球面钢丸的直径为0.6～1.0mm，淬火高碳钢丝切段的直径为0.6～1.0mm、长度为0.6～1.0mm，淬火轴承钢棱角钢砂的长度为0.6～1.0mm。

所述浸涂助镀液工艺为：对经过抛丸除锈后的工件直接浸涂助镀液；

其中，按照质量百分比，所述助镀液的组成为：10～20％的ZnCl₂、0.5～1.0％的AlCl₃、0.25～0.5％的MgCl₂、0.25～0.5％的LiCl、5～10％的C₂H₅OH、2.5～5.0％的NH₄Cl，其余为去离子水；

浸涂助镀液时的温度为40～60℃，时间为40～70s。

所述烘干工艺是在浸涂助镀液工艺后立即进行烘干处理；其采用电加热或其它加热方式的烘干方式，加热温度60～90℃。

所述热浸镀锌合金工艺所用的热浸镀锌合金按照质量百分比，其组成为：2.5～4.5％的Al，1.5～2.5％的Mg,0.1～0.2％的Ce或La，0.3～1.0％的In或Bi，余量为Zn；

所述热浸镀锌合金工艺的条件为：工作温度680～710℃，热镀锌合金坩埚上方设置通风和水冷除烟措施，热镀锌合金工件出锅后立即经气刀喷吹，去除零件表面多余的锌合金液和浮渣。

所述气刀由压缩空气通过单个或联排圆形喷嘴喷射形成，喷嘴喷射气体与工件表面之间呈15～45°夹角，喷嘴直径≤1mm，压缩气体压力为1.0～3.0Mpa。

经热浸镀锌合金工艺后的工件，直接浸入循环水池进行冷却，循环水仅对工件进行冷却，无可溶性物质进入循环水中，循环水不需排放、循环使用。

采用封闭剂浸涂热镀锌合金工件表面；所述封闭剂为异辛基三乙氧基硅氧烷溶液，由异辛基三氯硅烷与无水乙醇按摩尔比1:2.8～4.0混合经酯化反应、回流反应，经减压蒸馏和中和反应得到。

本发明的有益效果是：本发明清洁的热浸镀锌合金方法中，采取抛丸除锈工艺，主要工作原理是采用离心力将钢丸加速喷射到工件表面，高速撞击使钢铁表面铁锈被剥离下来，钢丸循环使用，锈蚀灰尘由除尘器收集。整个除锈过程无挥发物、无废水等污染物排放；热浸镀锌合金工艺中，铝、镁、铈或镧、铟或铋的加入能够提高纯锌金属的抗腐蚀性能，合金的固-气态转化温度高于纯锌，减少传统热镀锌金属气态挥发，降低污染物挥发；热镀锌合金坩埚上方设置通风和水冷除烟措施，高温的含锌合金蒸汽遇水雾冷却为金属细粉尘被收集使用，避免排放至大气中，实现无排放；涂封闭剂工艺中，采用异辛基三乙氧基硅氧烷封闭液浸涂热镀锌合金表面，对提高锌表面耐腐蚀提供帮助，代替含铬钝化，无污染排放。

综上，本发明避免了传统热镀锌工艺大量使用碱、酸、铬酸钝化液及其相应的漂洗工艺，无任何污水和污泥需要处理，无污染气体排放、无污水处理和排放、无固体废物处理和排放，基本实现零排放，不造成新的环境污染。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为抛丸除锈工艺的原理图；

图中，1-抛丸器，2-抛丸丸料射线轨迹，3-待除锈热镀工件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种清洁的热浸镀锌合金方法，包括抛丸除锈工艺，浸涂助镀剂工艺、烘干工艺、热浸镀锌合金工艺、水冷却工艺、涂封闭剂工艺；

其中，如图2所示，抛丸除锈工艺为：基于待除锈热镀工件表面在抛丸热区中均匀分布，通过上下对称分布的抛丸器，在离心力的作用下，将抛丸器内的混合钢丸抛射到待除锈热镀工件表面，撞击使待除锈热镀工件表面的铁锈被剥离下来。

抛丸除锈工艺中，钢丸循环使用；剥离下来的铁锈灰尘由除尘器收集。

抛丸器设置为上下两排，每排包括2～5个抛丸器，上排最左边的抛丸器为左旋转，上排最右边抛丸器为右旋转，下排最左边抛丸器为右旋转，下排最右边抛丸器为左旋转，其它的抛丸器旋转方向任意；待除锈热镀工件位于上下两排的抛丸器的抛射热区覆盖范围内，获得整体均匀除锈效果。

混合钢丸为淬火轴承钢球面钢丸、淬火高碳钢丝切段、淬火轴承钢棱角钢砂按重量比65:25:10混合；其中，淬火轴承钢球面钢丸的直径为0.6～1.0mm，淬火高碳钢丝切段的直径为0.6～1.0mm、长度为0.6～1.0mm，淬火轴承钢棱角钢砂的长度为0.6～1.0mm。混合钢丸高速撞击工件实现除锈目的，棱角钢砂和钢丝切段保持除锈表面具有一定尖角貌纹几何形状，和表面25～60μm的粗糙度，有利于提高锌合金镀层结合力。

浸涂助镀液工艺为：对经过抛丸除锈后的工件直接浸涂助镀液；

其中，按照质量百分比，所述助镀液的组成为：10～20％的ZnCl₂、0.5～1.0％的AlCl₃、0.25～0.5％的MgCl₂、0.25～0.5％的LiCl、5～10％的C₂H₅OH、2.5～5.0％的NH₄Cl，其余为去离子水；

浸涂助镀液时的温度为40～60℃，时间为40～70s。

烘干工艺是在浸涂助镀液工艺后立即进行烘干处理；其采用电加热或其它加热方式的烘干方式，加热温度60～90℃。

热浸镀锌合金工艺所用的热浸镀锌合金按照质量百分比，其组成为：2.5～4.5％的Al，1.5～2.5％的Mg,0.1～0.2％的Ce或La，0.3～1.0％的In或Bi，余量为Zn；

热浸镀锌合金工艺的条件为：工作温度680～710℃，热镀锌合金坩埚上方设置通风和水冷除烟措施，高温的含锌合金蒸汽遇水雾冷却为金属细粉尘被收集使用，避免排放至大气中，实现无排放；热镀锌合金工件出锅后立即经气刀喷吹，去除零件表面多余的锌合金液和浮渣。

气刀由压缩空气通过单个或联排圆形喷嘴喷射形成，喷嘴喷射气体与工件表面之间呈15～45°夹角，喷嘴直径≤1mm，压缩气体压力为1.0～3.0Mpa。

经热浸镀锌合金工艺后的工件，直接浸入循环水池进行冷却，循环水仅对工件进行冷却，无可溶性物质进入循环水中，循环水不需排放、循环使用。

采用封闭剂浸涂工件表面；所述封闭剂为异辛基三乙氧基硅氧烷溶液，由异辛基三氯硅烷与无水乙醇按摩尔比1:2.8～4.0混合经酯化反应、回流反应，经减压蒸馏和中和反应得到，其反应原理如下：

C₈H₁₇SiCl₃+3C₂H₅OH→C₈H₁₇Si(OC₂H₅)₃+3HCl

具体的，一个封闭剂制备实例为：将异辛基三氯硅烷按1.0ml/min速度加入无水乙醇，异辛基三氯硅烷与无水乙醇按摩尔比1:3.2，在70℃条件下酯化回流反应，升温至115℃，在-0.09Mpa下减压蒸馏经4h，加入吡啶中和反应使产物呈中性后过滤后，得到异辛基三乙氧基硅氧烷溶液。

下面结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1：按照本发明工艺流程，抛丸除去钢铁构件表面锈蚀产物，混合钢丸为直径0.6～1.0mm淬火轴承钢球面钢丸、直径0.8mm长度1.0mm淬火T8钢丝切段、颗粒尺寸0.6～1.0mm淬火轴承钢棱角钢砂按重量比65:25:10混合。除锈后表面呈尖角貌纹几何形状，和表面25～60μm的粗糙度。

抛丸除锈后的工件浸涂助镀液，按照质量百分比，助镀液成分组成为20％的ZnCl₂、0.9％的AlCl₃、0.5％的MgCl₂、0.25％的LiCl、9％的C₂H₅OH、4％的NH₄Cl，其余为去离子水，温度60℃，浸镀时间60s。

浸涂后立即进行烘干处理，烘干采用电加热的方式，加热温度60℃。

烘干后进行热浸镀锌合金工艺，按照质量百分比，热浸镀锌合金成分为：2.5％的Al，2.0％的Mg，0.1％的Ce，0.8％的In，余量为Zn；热镀锌合金工作温度680℃，压缩气体压力为1.2Mpa气刀与工件表面呈25°喷吹热镀锌合金构件，获得洁净的热浸镀锌合金表面。随后工件进入循环水冷却和干燥。

干燥的工件件浸入异辛基三乙氧基硅氧烷溶液进行封闭处理，随后自然风干干燥。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种清洁的热浸镀锌合金方法，其特征在于：包括抛丸除锈工艺，浸涂助镀剂工艺、烘干工艺、热浸镀锌合金工艺、水冷却工艺、涂封闭剂工艺；

其中，所述抛丸除锈工艺为：基于待除锈热镀工件表面在抛丸热区中均匀分布，通过上下对称分布的抛丸器，在离心力的作用下，将抛丸器内的混合钢丸抛射到待除锈热镀工件表面，撞击使待除锈热镀工件表面的铁锈被剥离下来；

所述涂封闭剂工艺为：采用封闭剂浸涂工件表面；所述封闭剂为异辛基三乙氧基硅氧烷溶液，由异辛基三氯硅烷与无水乙醇按摩尔比1:2.8～4.0混合经酯化反应、回流反应，经减压蒸馏和中和反应得到。

2.根据权利要求1所述的清洁的热浸镀锌合金方法，其特征在于：所述抛丸除锈工艺中，钢丸循环使用；剥离下来的铁锈灰尘由除尘器收集。

3.根据权利要求1所述的清洁的热浸镀锌合金方法，其特征在于：所述抛丸器设置为上下两排，每排包括2～5个抛丸器，上排最左边的抛丸器为逆时针旋转，上排最右边抛丸器为顺时针旋转，下排最左边抛丸器为顺时针旋转，下排最右边抛丸器为逆时针旋转，其它的抛丸器旋转方向任意；待除锈热镀工件位于上下两排的抛丸器的抛射热区覆盖范围内。

4.根据权利要求1所述的清洁的热浸镀锌合金方法，其特征在于：所述混合钢丸为淬火轴承钢球面钢丸、淬火高碳钢丝切段、淬火轴承钢棱角钢砂按重量比65:25:10混合；其中，淬火轴承钢球面钢丸的直径为0.6～1.0mm，淬火高碳钢丝切段的直径为0.6～1.0mm、长度为0.6～1.0mm，淬火轴承钢棱角钢砂的长度为0.6～1.0mm。

5.根据权利要求1所述的清洁的热浸镀锌合金方法，其特征在于：所述浸涂助镀液工艺为：对经过抛丸除锈后的工件直接浸涂助镀液；

其中，按照质量百分比，所述助镀液的组成为：10～20%的ZnCl₂、0.5～1.0%的AlCl₃、0.25～0.5%的MgCl₂、0.25～0.5%的LiCl、5～10%的C₂H₅OH、2.5～5.0%的NH₄Cl，其余为去离子水；

浸涂助镀液时的温度为40～60℃，时间为40～70s。

6.根据权利要求1所述的清洁的热浸镀锌合金方法，其特征在于：所述烘干工艺是在浸涂助镀液工艺后立即进行烘干处理；其采用电加热或其它加热方式的烘干方式，加热温度60～90℃。

7.根据权利要求1所述的清洁的热浸镀锌合金方法，其特征在于：所述热浸镀锌合金工艺所用的热浸镀锌合金按照质量百分比，其组成为：2.5～4.5%的Al，1.5～2.5%的Mg,0.1～0.2%的Ce或La，0.3～1.0%的In或Bi，余量为Zn；

所述热浸镀锌合金工艺的条件为：工作温度680～710℃，热镀锌合金坩埚上方设置通风和水冷除烟措施，热镀锌合金工件出锅后立即经气刀喷吹，去除零件表面多余的锌合金液和浮渣。

8.根据权利要求7所述的清洁的热浸镀锌合金方法，其特征在于：所述气刀由压缩空气通过单个或联排圆形喷嘴喷射形成，喷嘴喷射气体与工件表面之间呈15～45°夹角，喷嘴直径≤1mm，压缩气体压力为1.0～3.0Mpa。

9.根据权利要求1所述的清洁的热浸镀锌合金方法，其特征在于：所述水冷却工艺为：经热浸镀锌合金工艺后的工件，直接浸入循环水池进行冷却，循环水仅对工件进行冷却，无可溶性物质进入循环水中，循环水不需排放、循环使用。