CN108004493B - 一种铝锌硅锆热浸镀合金及其浸镀工艺 - Google Patents

一种铝锌硅锆热浸镀合金及其浸镀工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属材料防腐技术领域，具体涉及一种铝锌硅锆热浸镀合金及其浸镀工艺。该热浸镀合金具体组分的质量百分比如下：铝53.2‑55.7wt%、锌42.8‑44.3wt%、硅1.35‑1.55wt%、锆0.30‑2.0wt%。本发明可以有效提高镀层耐腐蚀性，根据实验，耐腐蚀性大约可提高2倍。本发明可细化镀层晶粒，提高表面质量，使表面更加光洁，锌花更加细小，得到均匀而致密的镀层结构，减少漏镀，从而有效提高镀层的耐蚀性和加工性能。

Description

一种铝锌硅锆热浸镀合金及其浸镀工艺
技术领域
本发明属于金属材料防腐技术领域，具体涉及一种用于钢铁材料表面防腐蚀的铝锌硅锆热浸镀合金及其浸镀工艺。
背景技术
随着社会对高性能耐腐蚀金属材料需求的增大，金属材料的耐腐蚀标准被不断提高，热镀铝及热镀锌镀层工艺逐渐无法满足一些特殊条件下的服役要求。A155Zn43.5Si1.5镀层综合了热镀铝和热镀锌的优点，具有表面平整、光泽亮丽、晶纹规则、锌花均匀、良好的耐热性与耐腐蚀性等特点，并得到大面积的推广应用。A155Zn43.5Si1.5镀层组织由富铝的树枝晶、填充在富铝树枝晶间的铝-锌共晶相、针状富硅相、合金层四个部分组成。富铝树枝晶是镀层结构的主体，占镀层体积的80% 左右，对镀层的组织结构起决定性作用；其次，是树枝晶间隙的铝-锌球团状共晶，占20%左右，也对镀层组织结构有一定影响。这样的结构特征，赋予了A155Zn43.5Si1.5镀层良好的耐腐蚀性。然而，随着人们对材料防腐蚀需求的提高，迫切期望开发出一些耐腐蚀性更好的金属涂镀材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以增强钢铁材料表面耐腐蚀性的铝锌硅锆热浸镀合金。
本发明还提供了一种利用上述铝锌硅锆热浸镀合金的浸镀工艺。
本发明具体采用以下技术方案：
本发明提供了一种铝锌硅锆热浸镀合金，其特征在于，具体组分的质量百分比如下：铝 53.2-55.7wt%、锌 42.8-44.3wt%、硅1.35-1.55wt%、锆 0.30-2.0wt%。
本发明还提供了一种利用上述铝锌硅锆热浸镀合金的浸镀工艺，包括下列步骤：
（1）将熔炉温度升高到90-120℃，将按比例配置好的铝锌硅铸锭和铝锆合金锭加入熔炉，将炉温升高到720℃保温两小时，然后降温到600℃保温两小时待用；
（2）将钢板进行超声清洗去除表面杂质；用碱液清洗钢板，除去表面油渍，然后用水清洗钢板15秒钟，去掉表面残渣及碱液；
（3）然后用酸液清洗钢板，直至钢板表面无铁锈；用水清洗钢板，去掉表面残渣及酸液；
（4）将清洗干净的钢板用温度为70-80℃的助镀液助镀钢板3-5分钟，将助镀后的钢板烘干，烘干温度约120℃，三分钟；
（5）将烘干后的钢板浸入盛有热浸镀液的熔炉中浸镀，将热浸镀后的钢板淬火冷却即可。
进一步的，步骤（2）中，所述碱液为70-80℃的体积浓度为15%的NaOH溶液。
进一步的，步骤（3）中，所述酸液为体积浓度为15%的HCl溶液。
进一步的，步骤（4）中，所述助镀液每L是由以下重量的原料组成：200gNH4Cl、150gZnCl2、100gSnCl2及余量水。
进一步的，步骤（4）中，所述烘干的温度为120℃，烘干时间为3min。
本发明所用锆为5%锆加95%铝的合金锭，所用铝锌硅为A155Zn43.5Si1.5 合金锭。
本发明提供的热浸镀液中，铝形成了富铝的树枝状晶体，在整个镀层中形成了微细的网络骨架，富铝奠定了镀层具有较良好的耐蚀性能和耐热氧化性能，枝晶间的网隙可以滞留腐蚀所产生的产物膜，形成有一定保护作用的保护膜；锌能够形成富锌的共晶组织，提供阳极保护作用；通过添加锆，能够增加镀液流动性，细化镀层组织结构。
本发明的有益效果是：
（1）本发明可以有效提高镀层耐腐蚀性，根据实验，耐腐蚀性大约可提高2倍。
（2）本发明可细化镀层晶粒，提高表面质量，使表面更加光洁，锌花更加细小，得到均匀而致密的镀层结构，减少漏镀，从而有效提高镀层的耐蚀性和加工性能。
附图说明
图1为实施例1和实施例2制备的样品空白组的扫描电镜图片（SEM）。
图2为实施例1制备的加入0.5%Zr的样品的扫描电镜图片（SEM）。
图3为实施例2制备的加入1.0%Zr的样品的扫描电镜图片（SEM）。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1
一种铝锌硅锆热浸镀合金，组成为：A154.7Zn43.3Si1.5Zr0.5。
制备方法如下：
（1）将熔炉温度升高到120℃，将按比例配置好的A155Zn43.5Si1.5 合金锭和铝锆合金锭加入熔炉，将炉温升高到720℃保温两小时，然后降温到600℃保温两小时待用；
（2）将钢板进行超声清洗去除表面杂质；用70-80℃的浓度为15%的NaOH溶液清洗钢板，除去表面油渍，然后用水清洗钢板15秒钟，去掉表面残渣及碱液；
（3）然后用体积浓度为15%的HCl溶液清洗钢板，直至钢板表面无铁锈；用水清洗钢板，去掉表面残渣及酸液；
（4）将清洗干净的钢板用温度为70-80℃的助镀液助镀钢板3-5分钟，将助镀后的钢板在120℃下烘干3min，烘干温度约120℃，三分钟；
所述助镀液每L是由以下重量的原料组成：200gNH4Cl、150gZnCl2、100gSnCl2及余量水；
（5）将烘干后的钢板浸入盛有热浸镀液的熔炉中浸镀，将热浸镀后的钢板淬火冷却即可。
盐雾试验步骤如下：
（1）将镀液母料切割成长度50mm，厚度5mm的薄板待用。
（2）盐雾实验前称量样品质量。
（3）将试验样品均匀摆放，保证相同实验条件。
（4）试验条件设置，实验温度35℃，饱和温度47℃，实验时间96小时，喷雾时间5760分钟。
（5）实验后样品外观及处理。
（6）实验样品白锈清洗。
（7）称量清理后样品的质量。
（8）计算损失百分比。
（9）取10mm×10mm×5mm试样抛光。
（10）用扫描电子显微镜观察式样表面形貌。
盐雾试验的具体结果见表1。
表1
盐雾实验前质量/g 盐雾实验后质量/g 质量差/g 质量损失百分比/%
空白组 55.5694 55.5483 0.0211 0.03797
0.5%Zr 51.2748 51.2736 0.0012 0.00234
从表1盐雾实施结果中可以看出，加入0.5wt%Zr时，腐蚀的失重有效减少，说明镀层在盐雾情况下耐腐蚀性得到较好提高，晶间腐蚀腐蚀减弱，说明晶粒更细小，也即镀层组织得到细化。
由图1和图2 400倍扫描电镜下观察的结果也可以加以证明。
实施例2
一种铝锌硅锆热浸镀合金，组成为：A154.5Zn43Si1.5Zr1。
制备方法同实施例1。
盐雾试验方法同实施例1。
盐雾试验的具体结果见表2。
表2
盐雾实验前质量/g 盐雾实验后质量/g 质量差/g 质量损失百分比/%
空白组 55.5694 55.5483 0.0211 0.03797
1.0%Zr 61.3195 61.3092 0.0103 0.01679
根据盐雾实施结果，加入1.0wt%Zr时，腐蚀的失重有效减少，说明镀层在盐雾情况下耐腐蚀性得到较好提高，晶间腐蚀腐蚀减弱，说明晶粒更细小，也即镀层组织得到细化。
由图3400倍扫描电镜下观察的结果也可以加以证明。
实施例3
一种铝锌硅锆热浸镀合金，组成为：A154.2Zn42.8Si1.5Zr1.5。
制备方法同实施例1。
盐雾试验方法同实施例1。
盐雾试验的具体结果见表3。
表3
盐雾实验前质量/g 盐雾实验后质量/g 质量差/g 质量损失百分比/%
空白组 55.5694 55.5483 0.0211 0.03797
1.5%Zr 36.8383 36.8307 0.00760 0.02063
从表1盐雾实施结果中可以看出，加入1.5wt%Zr时，腐蚀的失重有效减少，说明镀层在盐雾情况下耐腐蚀性得到较好提高，晶间腐蚀腐蚀减弱，说明晶粒更细小，也即镀层组织得到细化。
同时，发明人经过大量实验发现，当Zr的添加量大于2%或小于0.3%时，其耐腐蚀性能较本发明所提供的添加量的范围降低。

Claims (4)

1.一种利用铝锌硅锆热浸镀合金的浸镀工艺，其特征在于，所述合金的具体组分的质量百分比如下：铝 53.2-55.7wt%、锌 42.8-44.3wt%、硅1.35-1.55wt%、锆 0.30-2.0wt%；
具体包括下列步骤：
（1）将熔炉温度升高到90-120℃，将按比例配置好的铝锌硅铸锭和铝锆合金锭加入熔炉，将炉温升高到720℃保温两小时，然后降温到600℃保温两小时待用；
（2）将钢板进行超声清洗去除表面杂质；用碱液清洗钢板，除去表面油渍，然后用水清洗钢板15秒钟，去掉表面残渣及碱液；
（3）然后用酸液清洗钢板，直至钢板表面无铁锈；用水清洗钢板，去掉表面残渣及酸液；
（4）将清洗干净的钢板用温度为70-80℃的助镀液助镀钢板3-5分钟，将助镀后的钢板烘干，烘干温度120℃，三分钟；
（5）将烘干后的钢板浸入盛有热浸镀液的熔炉中浸镀，将热浸镀后的钢板淬火冷却即可。
2.根据权利要求1所述的浸镀工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述碱液为70-80℃的体积浓度为15%的NaOH溶液。
3.根据权利要求1所述的浸镀工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述酸液为体积浓度为15%的HCl溶液。
4.根据权利要求1-3任一项所述的浸镀工艺，其特征在于，步骤（4）中，所述助镀液每L是由以下重量的原料组成：200gNH4Cl、150gZnCl2、100gSnCl2及余量水。
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