CN108396197A - 抗脱落耐挥发紧固件热浸镀锌用Ba-Hf-V锌合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了抗脱落耐挥发紧固件热浸镀锌用Ba‑Hf‑V锌合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为:Ba:0.2‑0.4wt.%,Sc:0.1‑0.2wt.%,Hf:0.4‑0.5wt.%,Sn:1.0‑3.0wt.%,Al:4.0‑6.0wt.%,V:0.2‑0.3wt.%，余量为锌。该材料用于螺栓的热浸镀锌处理，可以在320‑340度的温度下于10‑15秒之内在螺栓表面镀上均匀的热浸镀锌层。由于减少了加工温度和时间，螺栓的力学性能降低并不明显。具有提高生产效率，节约成本的作用。

Description

抗脱落耐挥发紧固件热浸镀锌用Ba-Hf-V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

钢铁由于其自身热力学性质的不稳定，会在大气、海洋或其它介质中发生不同程度的腐蚀。世界上每年因腐蚀造成的钢铁材料占世界钢铁总产量的20%左右。因此，腐蚀问题一直是各国政府及相关部门和科研人员高度关注的难题。针对腐蚀产生了热镀锌工艺。由于镀层金属与基体金属间有良好的结合力，并具有很好的耐蚀性、装饰性和加工成型性，热镀锌被广泛应用于建材、冶金、电力、汽车、交通等国民经济各个领域。

热镀锌也叫热浸锌和热浸镀锌。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。是将除锈后的钢件浸入445℃左右融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，从而起到防腐的目的。热镀锌是由较古老的热镀方法发展而来的，自从1836年法国把热镀锌应用于工业以来，已经有一百四十年的历史了。

热浸镀锌具有一系列的优点：镀锌层的硬度值比钢材还大，故其抗冲击及抗磨耗性均相当良好。在边角区，锌层往往比其它地方还厚，且有良好的韧性及抗磨耗性。即使因受很大的机械伤害或其它原因。造成一小部份的锌层脱落，将铁基裸露，此时，周围锌层就会发挥牺牲阳极的功能，来保护此处钢铁，使其不受侵蚀。锌层在大气中的消耗是非常缓慢的，约为钢铁腐蚀速率的1/17-1/18，其寿命远超过其它任何涂层。

至今为止，热镀锌仍是钢材防蚀方法中应用最普遍的、最有效的工艺措施。在建筑工业中,用于各类工业及民用建筑的轻钢龙骨、建筑层面板、瓦楞板、卷帘门等。在家电和轻工业方面，用于各类家用电器的外壳和底板。在汽车工业中，用于汽车车体的、外壳、内板、底板等。我国大力发展电力、交通、通讯、能源和城市基础建设。随着建筑、家电、汽车工业的强劲发展，我国镀锌行业面临前所未有的机遇和巨大的市场。

由于紧固件尺寸较小，形状不规则、有的还需要螺纹配合，所以传统热浸镀锌也存在如下明显的缺陷：⑴镀后螺纹拧合困难。热浸镀锌后余锌粘留在螺纹中不容易去除干净，而且锌层厚薄不均匀，影响了螺纹件的配合。⑵热浸镀锌操作温度高，会降低高强度紧固件的机械强度。8.8级螺栓经热浸镀锌后部分螺纹的强度低于标准要求；9.8级以上的螺栓经热浸镀锌后的强度基本上无法达到要求。⑶工作环境差，污染严重。紧固件热浸镀锌过程是在高温下进行，锌液表面的挥发和氧化加剧。锌的挥发不仅增加了非正常锌耗，而且污染了环境。由于锌液表面被氧化产生的氧化锌导热系数小，覆盖在锌液表面相当一个隔热层，使表面的热量进一步向下传导更加困难，导致能耗加大，整个工作环境的气氛恶劣。

热浸镀锌技术虽然存在多种缺陷，但因为其镀层厚、结合强度好、长期腐效果佳。在电力、通讯、交通部门一直受到推崇。随着我国电力、交通的大发展，必将促进紧固件热浸锌的发展；所以研制新型热浸镀锌用材料，改进紧固件热浸镀锌工艺，提高紧固件热浸镀锌镀层质量是十分重要的。

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320-340度大气条件下使用的抗脱落耐挥发紧固件热浸镀锌用Ba-Hf-V锌合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抗脱落耐挥发紧固件热浸镀锌用Ba-Hf-V锌合金。按重量百分比计，合金的组成为：Ba:0.2-0.4wt.%,Sc:0.1-0.2wt.%,Hf:0.4-0.5wt.%,Sn:1.0-3.0wt.%,Al:4.0-6.0wt.%,V:0.2-0.3wt.%，余量为锌。该锌合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-2.0wt.%左右。

上述抗脱落耐挥发紧固件热浸镀锌用Ba-Hf-V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氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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5-8m/min。该铸锭可以当做螺栓热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对螺栓进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）该锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能，可以达到在400-800度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）该材料用于螺栓的热浸镀锌的温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。相比较而言，传统的热浸镀锌温度为360-450度，热浸时间为30-60秒。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。同时，由于降低了热浸时间，在单位时间内将入炉量提高了3倍以上。有效地提高了螺栓热浸镀锌的生产效率。

（3）当该合金用于上加热式热浸镀锌时,在表面会形成厚度为0.01-0.05mm的氧化层。这些构成会有效地降低锌的进一步挥发和氧化。因为氧化层厚度的极大降低,上加热时锌液内部的温度会更加均匀,镀锌层的质量会明显的提高。整体而言,采用本专利的合金,锌的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右,而一般热浸镀锌的锌非正常消耗量可以达到40wt.% 。

（4）该材料在对螺栓进行热浸镀锌后，镀层的厚度维持在50微米左右。在随后和螺母进行配合紧固时，热浸镀锌层可以经历30-60%的变形而不会发生明显的脱落。因而，该镀层除了具有极其优异的结合强度外，还具有优秀的变形塑性。

（5）该热浸镀锌合金用于高强度螺栓的热浸镀锌时，由于减少了热浸温度和热浸时间，螺栓的力学性能降低并不明显。因而对于多个工业领域具有重要意义。可以预计，该类合金的产业化可以获得极大的经济和社会效益。在不久的将来，随着更多工程应用领域拓展，该类新型合金必将在更多的热浸镀锌中得到广泛应用。

具体实施方式

实施例1

一种在320-340度使用抗脱落耐挥发紧固件热浸镀锌用Ba-Hf-V锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ba:0.2wt.%,Sc:0.1wt.%,Hf:0.4wt.%,Sn:1.0wt.%,Al:4.0wt.%,V:0.2wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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5-8m/min。该铸锭可以当做螺栓热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对螺栓进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。

该材料用于螺栓的热浸镀锌的温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。相比较而言，传统的热浸镀锌温度为360-450度，热浸时间为30-60秒。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。同时，由于降低了热浸时间，在单位时间内将入炉量提高了3倍以上。有效地提高了螺栓热浸镀锌的生产效率。整体而言,采用本专利的合金,锌的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右,而一般热浸镀锌的锌非正常消耗量可以达到40wt.% 。该材料在对螺栓进行热浸镀锌后，镀层的厚度维持在50微米左右。在随后和螺母进行配合紧固时，热浸镀锌层可以经历30-60%的变形而不会发生明显的脱落。因而，该镀层除了具有极其优异的结合强度外，还具有优秀的变形塑性。该热浸镀锌合金用于高强度螺栓的热浸镀锌时，由于减少了热浸温度和热浸时间，螺栓的力学性能降低并不明显。因而对于多个工业领域具有重要意义。

实施例2

一种在320-340度使用抗脱落耐挥发紧固件热浸镀锌用Ba-Hf-V锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ba: 0.4wt.%,Sc: 0.2wt.%,Hf:0.5wt.%,Sn:3.0wt.%,Al:6.0wt.%,V:0.3wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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5-8m/min。该铸锭可以当做螺栓热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对螺栓进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。

该材料用于螺栓的热浸镀锌的温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。相比较而言，传统的热浸镀锌温度为360-450度，热浸时间为30-60秒。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。同时，由于降低了热浸时间，在单位时间内将入炉量提高了3倍以上。有效地提高了螺栓热浸镀锌的生产效率。整体而言,采用本专利的合金,锌的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右,而一般热浸镀锌的锌非正常消耗量可以达到40wt.% 。该材料在对螺栓进行热浸镀锌后，镀层的厚度维持在50微米左右。在随后和螺母进行配合紧固时，热浸镀锌层可以经历30-60%的变形而不会发生明显的脱落。因而，该镀层除了具有极其优异的结合强度外，还具有优秀的变形塑性。该热浸镀锌合金用于高强度螺栓的热浸镀锌时，由于减少了热浸温度和热浸时间，螺栓的力学性能降低并不明显。因而对于多个工业领域具有重要意义。

实施例3

一种在320-340度使用抗脱落耐挥发紧固件热浸镀锌用Ba-Hf-V锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ba:0.3wt.%,Sc:0.1wt.%,Hf:0.4wt.%,Sn:1.5wt.%,Al:4.8wt.%,V:0.2wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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5-8m/min。该铸锭可以当做螺栓热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对螺栓进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。

该材料用于螺栓的热浸镀锌的温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。相比较而言，传统的热浸镀锌温度为360-450度，热浸时间为30-60秒。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。同时，由于降低了热浸时间，在单位时间内将入炉量提高了3倍以上。有效地提高了螺栓热浸镀锌的生产效率。整体而言,采用本专利的合金,锌的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右,而一般热浸镀锌的锌非正常消耗量可以达到40wt.% 。该材料在对螺栓进行热浸镀锌后，镀层的厚度维持在50微米左右。在随后和螺母进行配合紧固时，热浸镀锌层可以经历30-60%的变形而不会发生明显的脱落。因而，该镀层除了具有极其优异的结合强度外，还具有优秀的变形塑性。该热浸镀锌合金用于高强度螺栓的热浸镀锌时，由于减少了热浸温度和热浸时间，螺栓的力学性能降低并不明显。因而对于多个工业领域具有重要意义。

Claims (3)

1.一种抗脱落耐挥发紧固件热浸镀锌用Ba-Hf-V锌合金；按照重量百分比,该合金的成分为:Ba:0.2-0.4wt.%,Sc:0.1-0.2wt.%,Hf:0.4-0.5wt.%,Sn:1.0-3.0wt.%,Al:4.0-6.0wt.%,V:0.2-0.3wt.% ,余量为锌。

2.根据权利要求1所述抗脱落耐挥发紧固件热浸镀锌用Ba-Hf-V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5-8m/min。

3.根据权利要求1所述抗脱落耐挥发紧固件热浸镀锌用Ba-Hf-V锌合金，其特征在于包含如下加工步骤：该铸锭可以当做螺栓热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对螺栓进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。