CN108396179A - 一种铝材热浸镀锌用节能型含Hf和In的锌合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝材热浸镀锌用节能型含Hf和In的锌合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:0.4‑1.0wt.%,Hf:0.4‑0.8wt.%,In:0.6‑1.2wt.%,Ge：2.0‑3.0wt.%，Nb:0.5‑1.0wt.%,Sb:1.0‑1.5wt.%,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

一种铝材热浸镀锌用节能型含Hf和In的锌合金

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

由于锌在潮湿的空气中，表面能生成一种很致密的碳酸锌薄膜，这种薄膜能有效保护内部不再受到腐蚀。并且当某种原因使镀层发生破坏而露出不太大的基体时，锌与合金基体形成微电池，使紧固件基体成为阴极而受到保护。因而，镀锌材料用途很广，现在已广泛应用于车辆制造业、建筑业、园林业、机电工业等。

热镀锌也叫热浸镀锌，是将除锈后的合金件浸入融化的锌液中，使合金件表面附着锌层，从而起到防腐的目的。热浸锌层是将工件浸入液态锌中，从而在工件表面制备出锌合金极其化合物的保护层。这是一种有效的金属防腐方式，主要用于各行业的金属结构设施上。具有较厚致密的纯锌层覆盖在合金件表面上，它可以避免合金件基体与任何腐蚀溶液的接触，保护合金件紧固件基体免受腐蚀。由于结合牢固，具有很强的耐磨性；由于锌具有良好的延展性，其合金层与铝铁基体附着牢固，因此热镀锌可进行冷冲、轧制、拉丝、弯曲等各种成型工序，不损伤镀层；此外，合金件热浸镀锌后，相当于一次退火处理，能有效改善合金件的机械性能，消除合金件成型焊接时的应力，有利于对合金件进行车削加工。

冷镀锌也叫电镀锌，是利用电解设备将管件经过除油、酸洗、后放入成分为锌盐的溶液中，并连接电解设备的负极，在管件的对面放置锌版，连接在电解设备的正极接通电源，利用电流从正极向负极的定向移动就会在管件上沉积一层锌。冷镀锌生产速度慢，厚度较薄，通常只有3-15微米，耐腐蚀性差，一般几个月就会锈蚀。

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400-500度大气条件下使用的一种铝材热浸镀锌用节能型含Hf和In的锌合金。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：

一种铝材热浸镀锌用节能型含Hf和In的锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ca: 0.4-1.0wt.%,Hf:0.4-0.8wt.%,In:0.6-1.2wt.%,Ge：2.0-3.0wt.%，Nb:0.5-1.0wt.%,Sb:1.0-1.5wt.%,余量为锌。

上述铝材热浸镀锌用节能型含Hf和In的锌合金的制备方法，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400-500度，热浸时间为20-30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400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400-600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。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400-500度，热浸时间为20-30秒。而普通热浸镀锌的在该温度段的热浸时间为40-60秒。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，由于热浸时间大大缩短，因而对节能来说效果非常明显。

实施方式

实施例1

一种铝材热浸镀锌用节能型含Hf和In的锌合金。按重量百分比计，该材料的化学成分为：Ca: 0.8wt.%,Hf:0.5wt.%,In:0.6wt.%,Ge：2.5wt.%，Nb:0.6wt.%,Sb:1.2wt.%,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400-500度，热浸时间为20-30秒。

本合金具有极低的熔点，在温度高于400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400-600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。本合金的最优化热浸镀锌工作条件为：热浸镀锌的工作温度为400-500度，热浸时间为20-30秒。而普通热浸镀锌的在该温度段的热浸时间为40-60秒。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，由于热浸时间大大缩短，因而对节能来说效果非常明显。

实施例2

一种铝材热浸镀锌用节能型含Hf和In的锌合金。按重量百分比计，该材料的化学成分为：Ca: 0.4wt.%,Hf:0.4wt.%,In:0.6wt.%,Ge：2.5wt.%，Nb:0.8wt.%,Sb:1.2wt.%,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400-500度，热浸时间为40-60秒。

本合金具有极低的熔点，在温度高于400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400-600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。本合金的最优化热浸镀锌工作条件为：热浸镀锌的工作温度为400-500度，热浸时间为20-30秒。而普通热浸镀锌的在该温度段的热浸时间为40-60秒。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，由于热浸时间大大缩短，因而对节能来说效果非常明显。

实施例3

一种铝材热浸镀锌用节能型含Hf和In的锌合金。按重量百分比计，该材料的化学成分为：Ca: 0.5wt.%,Hf:0.5wt.%,In:0.8wt.%,Ge：2.5wt.%，Nb:0.8wt.%,Sb:1.2wt.%,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400-500度，热浸时间为40-60秒。

本合金具有极低的熔点，在温度高于400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400-600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。本合金的最优化热浸镀锌工作条件为：热浸镀锌的工作温度为400-500度，热浸时间为20-30秒。而普通热浸镀锌的在该温度段的热浸时间为40-60秒。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，由于热浸时间大大缩短，因而对节能来说效果非常明显。

Claims (3)

1.一种铝材热浸镀锌用节能型含Hf和In的锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ca: 0.4-1.0wt.%,Hf:0.4-0.8wt.%,In:0.6-1.2wt.%,Ge：2.0-3.0wt.%，Nb:0.5-1.0wt.%,Sb:1.0-1.5wt.%,余量为锌。

2.根据权利要求1所述一种铝材热浸镀锌用节能型含Hf和In的锌合金，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所述一种铝材热浸镀锌用节能型含Hf和In的锌合金，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400-500度，热浸时间为20-30秒。