CN108220685A - 节能型铝材用热浸镀锌耐腐蚀含Pd和Ge锌合金 - Google Patents

节能型铝材用热浸镀锌耐腐蚀含Pd和Ge锌合金 Download PDF

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Abstract

本发明公开了节能型铝材用热浸镀锌耐腐蚀含Pd和Ge锌合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ba:0.5‑0.8wt.%,Pd:0.2‑0.4wt.%,Ge:0.8‑1.5wt.%,Mn：1.0‑2.0wt.%，Ti:0.5‑1.0wt.%,Sn:1.5‑2.0wt.%,余量为锌。本发明有助于开发高品质铝材热浸镀锌用锌合金，对于提升我国自主研发精品新材料，并占领国际市场具有促进作用。

Description

节能型铝材用热浸镀锌耐腐蚀含Pd和Ge锌合金
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种锌合金。
背景技术
众所周之，金属材料的腐蚀问题遍及国民经济和人民生活中的各个领域。腐蚀给人类带来了巨大的经济损失和危害。据不完全统计，全世界每年因腐蚀而损耗的金属高达2.3亿吨，这个数字约占当年钢产量的30%左右。据发达国家的统计，因腐蚀造成的经济损失约占当年国民生产总值的1-5%。我国的金属腐蚀问题也相当严重，每年因腐蚀所造成的经济损失约占国民经济生产总值的4%，而由腐蚀带来的间接损失更是难以估算。长期以来，人们一直在寻求各种方法降低腐蚀的危害。由于腐蚀都始于金属表面，所以采用表面工程技术进行表面改性已成为材料科学最活跃的前沿领域之一。
由于锌的标准电极电位负于铁，因此在水和潮湿的空气中镀锌层具有牺牲阳极保护钢基的作用，从而可以大大的延长钢材的使用寿命。在工业上常用的镀锌层有热浸镀锌、电镀锌、机械镀锌和热喷涂（镀）锌等，其中热镀锌约占镀锌总量的95%，热镀锌用锌量在世界范围内占锌产量的40%，在中国约占锌产量的30%左右。
随着工业的发展，热镀锌产品已经运用到很多领域，热镀锌的优点在于防腐年限长久，适应环境广泛一直是很受欢迎的防腐处理方法。被广泛运用与电力铁塔、通信铁塔、铁路、公路防护、路灯杆、船用构件、建筑钢结构构件、变电站附属设施、轻工业等。
热镀锌的优点: 1) 处理费用低：热浸镀锌防锈的费用要比其他漆料涂层的费用低；2) 持久耐用：在郊区环境下，标准的热镀锌防锈厚度可保持30年以上而不必修补；在市区或近海区域，标准的热镀锌防锈层则可保持20年而不必修补；3) 可靠性好：镀锌层与钢材间是冶金结合，成为钢表面的一部份，因此镀层的持久性较为可靠；4) 镀层的韧性强：镀锌层形成一种特别的冶金结构，这种结构能承受在运送及使用时受到机械损伤；5) 全面性保护：镀件的每一部分都能镀上锌，即使在凹陷处、尖角及隐藏处都能受到全面保护；6) 省时省力：镀锌过程要比其他的涂层施工法更快捷，并且可避免安装后在工地上涂刷所需的时间。
世界上每年因腐蚀而报废的铝材占铝材年产量的三分之一，因此，节约铝材关键是解决铝材腐蚀问题。热镀锌在腐蚀环境中可以形成致密的薄膜，对铝基体都起到保护作用。经热镀锌后，铝材的使用寿命明显延长。此外，如果在镀锌铝材表面进行钝化处理，还能提高镀锌层的使用寿命，改善镀锌层的表面光泽，增强涂层与基体的结合力。
现阶段国内热浸镀锌领域存在着一些问题，行业整体发展大而不强，还不具备和世界同行业发达国家抗衡的能力，普通产品产能过剩，高端产品依赖进口。工业规模达到世界较大，整体装备和部分技术接近或达到国际先进水平，整体装备工艺技术整体落后，生产效率低，资源能源消耗大。热浸镀锌开发领域落后，不仅仅是热处理加工的基础问题，还和行业上下游息息相关，整体工业落后使得我们的热浸镀锌体系序列开发产生影响。
虽然我国铝材冶炼和加工具有很大的资源优势，但目前绝大多数的铝材没有采用有效的保护方法。故在开发周期、设计质量及其所实现的工艺质量等方面较难保证，使得企业亦无法在竞争激烈的市场中获得更大的突破。开发铝材用高品质热浸镀锌用锌合金对于提升我国自主研发精品新材料，占领国际精品新材料市场具有促进作用。对传统热浸镀锌进行底层性质的创新和优化，对整个热浸镀锌行业及其技术的发展与提升具有积极的意义。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在300-400度大气条件下使用的节能型铝材用热浸镀锌耐腐蚀含Pd和Ge锌合金。该方法具有生产成本低，便于大规模生产的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
节能型铝材用热浸镀锌耐腐蚀含Pd和Ge锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ba: 0.5-0.8wt.%,Pd:0.2-0.4wt.%,Ge:0.8-1.5wt.%,Mn：1.0-2.0wt.%，Ti:0.5-1.0wt.%,Sn:1.5-2.0wt.%,余量为锌。
上述节能型铝材用热浸镀锌耐腐蚀含Pd和Ge锌合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到500-600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为10-20m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行铝材的防腐蚀涂层处理；其中，热浸镀锌的工作温度为300-400度，热浸时间为30-60秒。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明专利的锌合金具有极低的熔点，在温度高于300度后熔体表面氧化生成致密的氧化膜和氮化膜，有效阻止锌蒸汽向大气中的挥。该锌合金在300-600温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态锌合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的氧化和挥发。
（2）镀层的厚度和质量与锌液温度，浸镀时间有密切的关系。若锌液温度太低不仅镀层厚度较小，而且镀层质量较差。若温度太高，将会引起合金层的快速成长，随后合金层又熔入锌液中造成试样镀层厚度下降，同时使镀层的脆性增加。而且铝的溶解速率增大等原因，降低了锌液的质量。浸镀时间太短锌液和基体未充分反应，随着时间的上升镀层厚度才逐渐增加。但浸镀时间太长生成的合金层又熔入锌液造成试样镀层厚度下降。这些复杂的影响因素使得设计热浸镀锌最优化的工艺参数不是一件容易的事情。
（3）本专利提出的最优化热浸镀锌工作条件为：热浸镀锌的工作温度为300-400度，热浸时间为30-60秒。而普通热浸镀锌的工作温度为400-600度。该加工工艺制备的铝表面热浸镀锌层，具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。此外，由于热浸温度大大降低，因而对节能来说效果非常明显。该材料在海洋性环境下腐蚀速度为2.5×10-4mm/年。因而该热浸镀锌的铝材在海洋性环境下可以安全工作30年以上而没有明显的腐蚀现象发生,相比而言普通的热浸镀锌在海洋性工作环境下使用寿命一般为20年。
实施方式
实施例1
节能型铝材用热浸镀锌耐腐蚀含Pd和Ge锌合金。按重量百分比计，该材料的化学成分为：Ba: 0.5wt.%,Pd:0.2wt.%,Ge:0.8wt.%,Mn：1.0wt.%，Ti:0.8wt.%,Sn:1.6wt.%,余量为锌。制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到550度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在550度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为14m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行铝材的防腐蚀涂层处理；热浸镀锌的工作温度为300-400度，热浸时间为30-60秒。
本发明专利的锌合金具有极低的熔点，在温度高于300度后熔体表面氧化生成致密的氧化膜和氮化膜，有效阻止锌蒸汽向大气中的挥。该锌合金在300-600温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态锌合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的氧化和挥发。本专利提出的最优化热浸镀锌工作条件为：热浸镀锌的工作温度为300-400度，热浸时间为30-60秒。而普通热浸镀锌的工作温度为400-600度。该加工工艺制备的铝表面热浸镀锌层，具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。此外，由于热浸温度大大降低，因而对节能来说效果非常明显。该材料在海洋性环境下腐蚀速度为2.5×10-4mm/年。因而该热浸镀锌的铝材在海洋性环境下可以安全工作30年以上而没有明显的腐蚀现象发生,相比而言普通的热浸镀锌在海洋性工作环境下使用寿命一般为20年。
实施例2
节能型铝材用热浸镀锌耐腐蚀含Pd和Ge锌合金。按重量百分比计，该材料的化学成分为：Ba: 0.6wt.%,Pd:0.2wt.%,Ge:0.9wt.%,Mn：1.5wt.%，Ti:0.8wt.%,Sn:1.8wt.%,余量为锌。制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到550度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在550度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为14m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行铝材的防腐蚀涂层处理；热浸镀锌的工作温度为300-400度，热浸时间为30-60秒。
本发明专利的锌合金具有极低的熔点，在温度高于300度后熔体表面氧化生成致密的氧化膜和氮化膜，有效阻止锌蒸汽向大气中的挥。该锌合金在300-600温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态锌合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的氧化和挥发。本专利提出的最优化热浸镀锌工作条件为：热浸镀锌的工作温度为300-400度，热浸时间为30-60秒。而普通热浸镀锌的工作温度为400-600度。该加工工艺制备的铝表面热浸镀锌层，具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。此外，由于热浸温度大大降低，因而对节能来说效果非常明显。该材料在海洋性环境下腐蚀速度为2.5×10-4mm/年。因而该热浸镀锌的铝材在海洋性环境下可以安全工作30年以上而没有明显的腐蚀现象发生,相比而言普通的热浸镀锌在海洋性工作环境下使用寿命一般为20年。
实施例3
节能型铝材用热浸镀锌耐腐蚀含Pd和Ge锌合金。按重量百分比计，该材料的化学成分为：Ba: 0.6wt.%,Pd:0.3wt.%,Ge:0.9wt.%,Mn：1.5wt.%，Ti:0.8wt.%,Sn:1.6wt.%,余量为锌。制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到550度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在550度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为14m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行铝材的防腐蚀涂层处理；热浸镀锌的工作温度为300-400度，热浸时间为30-60秒。
本发明专利的锌合金具有极低的熔点，在温度高于300度后熔体表面氧化生成致密的氧化膜和氮化膜，有效阻止锌蒸汽向大气中的挥。该锌合金在300-600温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态锌合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的氧化和挥发。本专利提出的最优化热浸镀锌工作条件为：热浸镀锌的工作温度为300-400度，热浸时间为30-60秒。而普通热浸镀锌的工作温度为400-600度。该加工工艺制备的铝表面热浸镀锌层，具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。此外，由于热浸温度大大降低，因而对节能来说效果非常明显。该材料在海洋性环境下腐蚀速度为2.5×10-4mm/年。因而该热浸镀锌的铝材在海洋性环境下可以安全工作30年以上而没有明显的腐蚀现象发生,相比而言普通的热浸镀锌在海洋性工作环境下使用寿命一般为20年。

Claims (3)

1.节能型铝材用热浸镀锌耐腐蚀含Pd和Ge锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ba: 0.5-0.8wt.%,Pd:0.2-0.4wt.%,Ge:0.8-1.5wt.%,Mn：1.0-2.0wt.%，Ti:0.5-1.0wt.%,Sn:1.5-2.0wt.%,余量为锌。
2.根据权利要求1所述节能型铝材用热浸镀锌耐腐蚀含Pd和Ge锌合金，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到500-600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为10-20m/min。
3.根据权利要求1所述节能型铝材用热浸镀锌耐腐蚀含Pd和Ge锌合金，其特征在于包含如下使用步骤：该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行铝材的防腐蚀涂层处理；其中，热浸镀锌的工作温度为300-400度，热浸时间为30-60秒。
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