CN108456810A - 新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al‑Ba‑Er铝合金。按照重量百分比,该合金的成分为:Na:0.1‑0.2wt.%,Nb:0.4‑0.6wt.%,Ba:0.2‑0.3wt.%,Ge:1.0‑2.0wt.%,Y:0.2‑0.3wt.%,Er:0.1‑0.2wt.%,P:0.1‑0.2wt.%，余量为铝。该专利解决了目前我国热浸镀铝合金领域技术落后的现状，通过技术创新和优化设计突破制约我国高端领域用热浸镀铝钢板生产技术与装备发展瓶颈。在不久的将来，该材料必将在更多的领域得到更为广泛的应用。

Description

新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铝合金。

背景技术

钢铁的腐蚀，是指钢铁和周围介质接触时发生化学或电化学作用而引起的一种破坏现象。钢铁腐蚀给生产生活带来很多不便，造成了巨大的经济损失。全世界每年因为钢铁腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的6倍。我国因钢铁腐蚀造成的损失占国民生产总值的4%左右，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年产量的25%-30%。

热浸镀锌是使熔融锌与铁基体反应而产生合金层，从而使基体和镀层二者相结合。当镀锌钢丝表面完好时，只发生锌的腐蚀，由于锌腐蚀的产物对锌有较好的保护作用，所以腐蚀速度非常慢，寿命是未镀锌钢丝的15-30倍。使用中表面发生划伤，或其它原因使镀层遭到局部破坏，钢丝从伤口处暴露在环境之中，锌与钢丝中的铁在潮湿的环境中组成了原电池，由于锌的标准电极电位只有-1.05V，低于铁的-0.036V，因而锌作为阳极被氧化，而铁作为阴极得到保护。锌腐蚀以后的生成物很致密，反应速度很慢，也就是说总体的耐腐蚀性能大幅度提高。热镀锌具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。热镀锌钢管基体与熔融的镀液发生复杂的物理、化学反应，形成耐腐蚀的结构紧密的锌铁合金层。合金层与纯锌层、钢管基体融为一体。故其耐腐蚀能力强。

随着对热镀锌产品内在质量、外观质量、使用质量的要求不断提高，传统的热浸镀锌已经不能完全满足现有的日益严重的环境腐蚀需要。目前而言，更具有防腐能力的热浸镀合金体系是铝合金。铝镀层不仅具有光洁的表面和良好的耐蚀性，同时具有良好的耐高温氧化、耐磨及对光和热的反射性能。铝镀层不但是很好的阻挡层，且表面又为致密的氧化铝薄膜所覆盖，呈现出一种钝化状态。镀层在含硫化物、氨、水分和灰尘的大气中有很好的耐蚀性能。在海洋大气中等含有氯化物的环境中，镀层因其表面氧化膜受到溶解而会对钢铁基体产生电化学保护时。铝的浸镀温度一般在700-780度，所生成的镀层是双层结构，外层是铝层，内层是铁-铝金属间化合物，镀层与基体成冶金结合，结合强度高。由于铝的性质比较活拨，极易氧化，因此热浸镀难度较大。目前世界上只有少数国家掌握这种技术，并且进行大工业化生产。

目前我国钢铁工业在品种、质量、成本、服务和劳动生产率方面与世界先进水平仍存在一定差距，面对日趋激烈的国际国内市场竞争，必须加快结构调整步伐，这不仅是我国冶金工业生存与发展的需要，也是当今世界冶金工业的发展趋势。通过技术创新、优化设计、精密制造以及国外技术合作，突破制约我国热浸镀铝生产技术与装备发展瓶颈。同时探讨热浸镀铝技术发展在国民经济可持续发展、节约能源、矿产方面的重要意义和前景。通过先进的材料学设计是解决热浸镀合金在热浸镀生产过程中重大问题的解决方向之一。可以预计,新型的热浸镀合金能解决如上的工业难题,在不久的将来该类材料必将在更多的使用领域得的广阔的应用。

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700-780度大气条件下使用的新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金。按重量百分比计，合金的组成为Na:0.1-0.2wt.%,Nb:0.4-0.6wt.%,Ba:0.2-0.3wt.%,Ge:1.0-2.0wt.%,Y:0.2-0.3wt.%,Er:0.1-0.2wt.%,P:0.1-0.2wt.%，余量为铝。

上述新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金的制备方法，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700-800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700-800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。该铸锭可以当做热浸镀原料用于后续工序的薄板热浸镀处理，其中热浸镀的工作温度为700-780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）在当前国内外的家电、建材、汽车等领域内，对热镀铝合金钢板需求量越来越大。但是大部分厂商仍在生产和使用传统的热镀锌钢板。这种产品存在很多缺陷，使用寿命短(10年左右)，机械加工性能差，镀层因拉伸应变造成损伤，特别是在高于室温的条件下，镀层与基体结合处易脆化，易氧化生成鳞皮，抗疲劳性能差，在弯曲数次后产生龟裂，出现镀层脱皮现象。本专利申请保护的新型热浸镀用铝合金可以完全克服以上问题，是一种新颖材料。其特征是高温条件下抗氧化，抗生产鳞皮，能防基本脆化，使用寿命是热镀锌3-6倍，弯曲试验无涂层、龟裂、脱皮、镀层与钢基结合力强。

（2）该产品合金成分均匀、无偏析、组织微密、无氧化夹杂及气孔，抗晶间腐蚀能力强，故镀覆钢板后具有更强耐蚀性，特别是在高温条件下。在315度下经高温氧化168小时表面不褪色，不发生钢脆现象，更具有良好的冷弯成形性能及焊接性能，表面美观。该材料经过成分和结构优化后，能有效减少浮渣和镀层厚度，提高镀层的表而质量。解决了原热浸镀钢板寿命短，安全性能低，不易加工等问题，成为建筑、家用电器、汽车交通等领域内理想材料。特别是在高温和腐蚀条件下使用，具有更广阔的市场。

（3）使用该热浸镀铝板材，可以大幅度节约用户目前在许多领域使用的锌涂层为275g/m²的薄热浸镀锌板带的总成本。可以用于建筑业，还可以用于大型商业和民用建筑的通风管线系统等，以及应用于汽车业。相比传统的锌涂层，该合金涂层具有很好的耐腐蚀性能，因而可以降低金属涂层的重量，同时还改进涂层板带的性能。该合金的腐蚀电位与热浸镀锌层基本相同，但其腐蚀电流仅是传统锌合金镀层的0.3-0.4。镀层厚度减薄，毛刺、流痕减少，后续加工量变小，工作效率提高。使用该合金可在改善镀件表面质量的同时，达到降低镀层厚度、提高镀层的力学性能和防腐蚀性能的目的。

具体实施方式

实施例1

一种新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金。按重量百分比计，合金的组成为Na:0.1wt.%,Nb:0.4wt.%,Ba:0.2wt.%,Ge:1.0wt.%,Y:0.2wt.%,Er:0.1wt.%,P:0.1wt.%，余量为铝。上述新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金的制备方法，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700-800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700-800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。该铸锭可以当做热浸镀原料用于后续工序的薄板热浸镀处理，其中热浸镀的工作温度为700-780度，热浸时间为30-60秒。

相对于传统的热浸镀锌或者锌铝合金，本专利提供了一种新型的热浸镀用铝合金。该产品合金成分均匀、无偏析、组织微密、无氧化夹杂及气孔，抗晶间腐蚀能力强，故镀覆钢板后具有更强耐蚀性，特别是在高温条件下。在315度下经高温氧化168小时表面不褪色，不发生钢脆现象，更具有良好的冷弯成形性能及焊接性能，表面美观。该材料经过成分和结构优化后，能有效减少浮渣和镀层厚度，提高镀层的表而质量。使用该热浸镀铝板材，可以大幅度节约用户目前在许多领域使用的锌涂层为275g/m²的薄热浸镀锌板带的总成本。相比传统的锌涂层，该合金涂层具有很好的耐腐蚀性能，因而可以降低金属涂层的重量，同时还改进涂层板带的性能。该合金的腐蚀电位与热浸镀锌层基本相同，但其腐蚀电流仅是传统锌合金镀层的0.3-0.4。镀层厚度减薄，毛刺、流痕减少，后续加工量变小，工作效率提高。使用该合金可在改善镀件表面质量的同时，达到降低镀层厚度、提高镀层的力学性能和防腐蚀性能的目的。

实施例2

一种新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金。按重量百分比计，合金的组成为Na:0.2wt.%,Nb:0.6wt.%,Ba:0.3wt.%,Ge:2.0wt.%,Y:0.3wt.%,Er:0.2wt.%,P:0.2wt.%，余量为铝。上述新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金的制备方法，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700-800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700-800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。该铸锭可以当做热浸镀原料用于后续工序的薄板热浸镀处理，其中热浸镀的工作温度为700-780度，热浸时间为30-60秒。

相对于传统的热浸镀锌或者锌铝合金，本专利提供了一种新型的热浸镀用铝合金。该产品合金成分均匀、无偏析、组织微密、无氧化夹杂及气孔，抗晶间腐蚀能力强，故镀覆钢板后具有更强耐蚀性，特别是在高温条件下。在315度下经高温氧化168小时表面不褪色，不发生钢脆现象，更具有良好的冷弯成形性能及焊接性能，表面美观。该材料经过成分和结构优化后，能有效减少浮渣和镀层厚度，提高镀层的表而质量。使用该热浸镀铝板材，可以大幅度节约用户目前在许多领域使用的锌涂层为275g/m²的薄热浸镀锌板带的总成本。相比传统的锌涂层，该合金涂层具有很好的耐腐蚀性能，因而可以降低金属涂层的重量，同时还改进涂层板带的性能。该合金的腐蚀电位与热浸镀锌层基本相同，但其腐蚀电流仅是传统锌合金镀层的0.3-0.4。镀层厚度减薄，毛刺、流痕减少，后续加工量变小，工作效率提高。使用该合金可在改善镀件表面质量的同时，达到降低镀层厚度、提高镀层的力学性能和防腐蚀性能的目的。

实施例3

一种新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金。按重量百分比计，合金的组成为Na:0.1wt.%,Nb:0.5wt.%,Ba:0.2wt.%,Ge:1.5wt.%,Y:0.2wt.%,Er:0.1wt.%,P:0.1wt.%，余量为铝。上述新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金的制备方法，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700-800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700-800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。该铸锭可以当做热浸镀原料用于后续工序的薄板热浸镀处理，其中热浸镀的工作温度为700-780度，热浸时间为30-60秒。

相对于传统的热浸镀锌或者锌铝合金，本专利提供了一种新型的热浸镀用铝合金。该产品合金成分均匀、无偏析、组织微密、无氧化夹杂及气孔，抗晶间腐蚀能力强，故镀覆钢板后具有更强耐蚀性，特别是在高温条件下。在315度下经高温氧化168小时表面不褪色，不发生钢脆现象，更具有良好的冷弯成形性能及焊接性能，表面美观。该材料经过成分和结构优化后，能有效减少浮渣和镀层厚度，提高镀层的表而质量。使用该热浸镀铝板材，可以大幅度节约用户目前在许多领域使用的锌涂层为275g/m²的薄热浸镀锌板带的总成本。相比传统的锌涂层，该合金涂层具有很好的耐腐蚀性能，因而可以降低金属涂层的重量，同时还改进涂层板带的性能。该合金的腐蚀电位与热浸镀锌层基本相同，但其腐蚀电流仅是传统锌合金镀层的0.3-0.4。镀层厚度减薄，毛刺、流痕减少，后续加工量变小，工作效率提高。使用该合金可在改善镀件表面质量的同时，达到降低镀层厚度、提高镀层的力学性能和防腐蚀性能的目的。

Claims (3)

1.一种新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金；按照重量百分比,该合金的成分为: Na:0.1-0.2wt.%,Nb:0.4-0.6wt.%,Ba:0.2-0.3wt.%,Ge:1.0-2.0wt.%,Y:0.2-0.3wt.%,Er:0.1-0.2wt.%,P:0.1-0.2wt.%，余量为铝。

2.权利要求1所述新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金，其特征在于包括如下冶炼步骤：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700-800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700-800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.据权利要求1所述新型耐腐蚀低反应性热浸镀用Al-Ba-Er铝合金，其特征在于包含如下使用步骤：该铸锭可以当做热浸镀原料用于后续工序的薄板热浸镀处理，其中热浸镀的工作温度为700-780度，热浸时间为30-60秒。