CN109385557A - 多元合金、其溶液制备方法以及铁塔塔材表面镀层工艺 - Google Patents

多元合金、其溶液制备方法以及铁塔塔材表面镀层工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于涉及一种多元合金，尤其涉及一种铁制品用高耐蚀热浸多元合金，该铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法，以及采用了该多元合金来对铁塔塔材表面进行镀层的工艺。铁制品用高耐蚀热浸多元合金，由以下质量百分比的原料组成：铝0.02%‑0.06%；锡0.002%‑0.007%；镍0.18%‑0.22%；铋0.09%‑0.11%；余量为锌。本铁制品用高耐蚀热浸多元合金，减少了镀件色差及灰暗镀层的产生，镀件表面光亮均匀，极大地提升了镀锌质量，克服了传统镀锌行业塔材镀锌层漏镀大、色泽灰暗、锌层附着性差、厚度不均匀等质量缺陷问题；改善了锌层性能，增强了镀层的耐蚀性能。

Description

多元合金、其溶液制备方法以及铁塔塔材表面镀层工艺
技术领域
本发明涉及一种多元合金，尤其涉及一种铁制品用高耐蚀热浸多元合金，该铁制品用高耐蚀热浸多元合金的溶液的制备方法，以及采用了该多元合金来对铁塔塔材表面进行镀层的工艺。
背景技术
材料的自然环境腐蚀是缓慢自发进行的不可逆过程，是导致电网关键部件材料在长期正常运行条件下失效的主要原因之一。材料的腐蚀类型多种多样，金属材料最普遍存在的腐蚀类型是大气腐蚀。
输电线路铁塔长期在野外运行，长年累月会导致不同部位的不同部件（如架空导地线、绝缘子、金具、杆塔、基础和接地装置等）产生腐蚀破坏。当腐蚀对构件材料性能的削弱积累到一定程度，或出现冰雪、台风等极端天气时，将导致输变电设备及构件的突发性失效，极大地影响输电线路的安全运行。同时，随着全球气候的逐渐恶化和我国工业快速发展造成的工业污染，电网设备和构件材料服役条件日趋苛刻，严重影响了输变电系统设施的长期运行，与此同时环境腐蚀导致金属材料失效引发的事故频率呈逐年上升趋势。
目前，输电线路铁塔材料主要选用镀锌钢，热浸镀锌工业化程度高、维护成本较低，且耐腐蚀效果好，在输电线路铁塔结构上大量使用。然而，铁塔热镀锌时，即使在镀锌工艺合理、稳定的情况下，因塔材钢基体的化学成分硅等元素以及原材料冶炼扎制过程中某些因素的影响，使其有害元素偏析，热镀锌时会发生圣德林（Sandelin）效应，经常造成镀锌层色泽灰暗、锌层附着性差、厚度不均匀等质量缺陷。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种减少了铁质镀件色差及灰暗镀层的产生，镀件表面光亮均匀，镀层质量好且耐蚀性能好的热浸多元合金。
本发明还提供了一种减少了铁塔塔材色差及灰暗镀层的产生，铁塔塔材表面光亮均匀，镀层质量好且耐蚀性能好的镀层工艺。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案：
铁制品用高耐蚀热浸多元合金，由以下质量百分比的原料组成：
铝 0.02%-0.06%；
锡 0.002%-0.007%；
镍 0.18%-0.22%；
铋 0.09%-0.11%；
余量为锌。
优选的，铁制品用高耐蚀热浸多元合金，由以下质量百分比的原料组成：
铝 0.025%-0.05%；
锡 0.003%-0.006%；
镍 0.19%-0.21%；
铋 0.095%-0.105%；
余量为锌。
优选的，铁制品用高耐蚀热浸多元合金，由以下质量百分比的原料组成：
铝 0.025%-0.05%；
锡 0.003%-0.006%；
镍 0.2%；
铋 0.1%；
余量为锌。
本发明的有益效果为：按照上述原料及质量配比的铁制品用高耐蚀热浸多元合金，减少了镀件色差及灰暗镀层的产生，镀件表面光亮均匀，极大地提升了镀锌质量，克服了传统镀锌行业塔材镀锌层漏镀大、色泽灰暗、锌层附着性差、厚度不均匀等质量缺陷问题；改善了锌层性能，增强了镀层的耐蚀性能，相当于纯锌的2倍。
本发明还提供了一种铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法，包括如下步骤：
a、准备好上述的多元合金原料；
b、将步骤a中准备的多元合金原料熔融，即得到铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液；
优选的，所述步骤a中，准备的多元合金原料均需干燥至表面无水。
优选的，所述步骤b中，先锌熔融，并确保锌溶液的深度≥30-40cm，然后将铝、锡、镍和铋置于锌溶液液面下方30-40cm处进行熔融。
优选的，所述步骤b中，所述铝、锡、镍和铋按照质量比例均匀多次添加。
本发明的有益效果：1、本发明中的多元合金进行熔融时，先将锌熔融，再将铝、锡、镍和铋添加进锌溶液液面下方30-40cm处，并采用按质量比例多次添加，提高了锌溶液的流动性，从而使得镀在铁塔塔材表面的锌的总量减少，大大降低了锌的消耗量。
2、由于合金元素与锌的熔点相差较大，若直接将纯金属加入到锌液中很难熔解，甚至可能造成浮渣增多等情况；本发明中向锌液内加入铝、锡、镍和铋时，均需干燥至表面无水后再浸在锌液液面下30-40cm处熔化，使得合金融化容易得多，且浮渣的量也不会增多。
本发明还提供了一种铁塔塔材表面镀层工艺，包括如下步骤：
（1）按照上述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法制备好铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液，并使得该铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的温度为430℃-440℃；
（2）将铁搭塔材浸入步骤（1）中的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液40-300秒后取出，得成品。
锡元素：锡元素不仅可获得美丽的锌花，而且还可降低热镀锌液的熔点。因为锡对铁的浸蚀速度只有锌对铁的一半左右，加锡后热镀锌液粘度会增加，因此镀锌层的厚度也会增加。研究表明：当热镀锌液中Sn超过1.00%时又可使镀层变薄；当加Sn高于0.30%时，锡聚集在锌的晶粒界面形成锌-锡的共析体，引起局部微电池，腐蚀后生成坑洞，增加镀层的腐蚀速度，耐腐蚀能力下降。
镍元素：在锌液中加入一定量的镍后，可以有效抑制试样表面硅的活性，提高镀件的外观质量，减少镀层超厚而粘附性差的现象（镀层δ为80-90μm），起到节省锌的效果。研究发现：热镀锌液中镍在0.10%-0.25%时，其减薄镀层和细化晶粒的效果比较明显，尤其是在A1为0.03%的合金镀层中添加0.20%Ni后，锌合金镀层的综合性能最佳。同时，当热镀锌液中Ni过低减薄镀层作用不明显，Ni过高会生成较多的锌渣，必须控制镍元素的添加量，使镀层达到最佳效果。
铝元素：铝是热镀锌溶液中最常添加的元素之一。在低熔点的共晶熔体中，Al对钢基在熔体中生成Fe-Zn合金层反应有很强的阻滞作用，由于在钢基表面生成致密的Fe-Al金属间化合物（Fe2A15、FeAl`），抑制Fe-Zn合金层的生长。A1富集于钢基和热镀锌层的界面上，不仅能阻滞Fe-Zn合金层的反应，还能防止界面产生裂纹。富铝相能促进富锌相的成核能力，共晶相中富铝相与富锌相交错的层状组织能使加工成型性比其它镀层更好。A1还可以使镀层光泽明显提高，因为Al和O2的亲和力比Zn和O2大，所以在镀层表面生成了一层A12O3的保护膜，防止镀层表面的氧化，Al还能提高热镀锌液的流动性，降低镀层厚度等。
铋元素：热镀锌液中加入Bi后可提高热镀锌液流动性，使镀件表面的液态锌能够更好地回流，但并不能抑制活性钢的异常生长。铋的加入不影响镀层的形貌，但可以减薄镀层，铋主要聚集在η相和ζ相的上部，由于铋的电位比锌负，因此铋的聚集会加速镀层的腐蚀。研究发现：当热镀锌液中有0.10%Bi和0.025%-0.05%A1时，可获得平滑均匀并有良好光泽的镀层，可减少锌灰及锌渣，降低锌耗。
本发明的有益效果为：
1、采用了上述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液，减少了铁塔塔材色差及灰暗镀层的产生，铁塔塔材表面光亮均匀，极大地提升了镀锌质量，克服了传统镀锌行业铁塔塔材镀层漏镀大、色泽灰暗、镀层附着性差、厚度不均匀等质量缺陷问题。
2、上述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金，能改善镀层性能和增强镀层的耐蚀性能，相当于纯锌的2倍。
3、本发明中的铝、锡、镍和铋添加进锌溶液时，采用按质量比例多次添加，提高了锌溶液的流动性，从而使得镀在铁塔塔材表面的锌的总量减少，大大降低了锌的消耗量。
4、由于合金元素与锌的熔点相差较大，若直接将纯金属加入到锌液中很难熔解，甚至可能造成浮渣增多等情况；本发明中向锌液内加入铝、锡、镍和铋时，均需干燥至表面无水后再浸在锌液液面下30-40cm处熔化，使得合金融化容易得多，且浮渣的量也不会增多。
具体实施方式
应理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文（如实施例）中具体描述的各技术特征之间都可以相互组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种铁制品用高耐蚀热浸多元合金，由以下质量百分比的原料组成：
铝 0.02%；
锡 0.002%；
镍 0.18%；
铋 0.09%；
余量为锌。
实施例2
铁制品用高耐蚀热浸多元合金，由以下质量百分比的原料组成：
铝 0.06%；
锡 0.007%；
镍 0.22%；
铋 0.11%；
余量为锌。
实施例3
一种铁制品用高耐蚀热浸多元合金，由以下质量百分比的原料组成：
铝 0.025%；
锡 0.003%；
镍 0.19%；
铋 0.095%；
余量为锌。
实施例4
一种铁制品用高耐蚀热浸多元合金，由以下质量百分比的原料组成：
铝 0.05%；
锡 0.006%；
镍 0.21%；
铋 0.105%；
余量为锌。
实施例5
一种铁制品用高耐蚀热浸多元合金，由以下质量百分比的原料组成：
铝 0.025%-0.05%；
锡 0.003%-0.006%；
镍 0.2%；
铋 0.1%；
余量为锌。
实施例6
一种铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法，包括如下步骤：
a、准备好如实施例1所述的多元合金原料，清洗干净后，干燥至表面无水；
b、先将步骤a中的锌熔融，并确保锌溶液的深度≥30-40cm，然后将铝、锡、镍和铋按照质量比例均匀多次添加于锌溶液液面下方30-40cm处进行熔融，得到铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液。
实施例7
一种铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法，包括如下步骤：
a、准备好如实施例2所述的多元合金原料，清洗干净后，干燥至表面无水；
b、先将步骤a中的锌熔融，并确保锌溶液的深度≥30-40cm，然后将铝、锡、镍和铋按照质量比例均匀多次添加于锌溶液液面下方30-40cm处进行熔融，得到铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液。
实施例8
一种铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法，包括如下步骤：
a、准备好如实施例3所述的多元合金原料，清洗干净后，干燥至表面无水；
b、先将步骤a中的锌熔融，并确保锌溶液的深度≥30-40cm，然后将铝、锡、镍和铋按照质量比例均匀多次添加于锌溶液液面下方30-40cm处进行熔融，得到铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液。
实施例9
一种铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法，包括如下步骤：
a、准备好如实施例4所述的多元合金原料，清洗干净后，干燥至表面无水；
b、先将步骤a中的锌熔融，并确保锌溶液的深度≥30-40cm，然后将铝、锡、镍和铋按照质量比例均匀多次添加于锌溶液液面下方30-40cm处进行熔融，得到铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液。
实施例10
一种铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法，包括如下步骤：
a、准备好如实施例5所述的多元合金原料，清洗干净后，干燥至表面无水；
b、先将步骤a中的锌熔融，并确保锌溶液的深度≥30-40cm，然后将铝、锡、镍和铋按照质量比例均匀多次添加于锌溶液液面下方30-40cm处进行熔融，得到铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液。
实施例11
一种铁塔塔材表面镀层工艺，包括如下步骤：
（1）按照实施例6所述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法制备好铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液，并使得该铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的温度为430℃-440℃；
（2）将铁搭塔材浸入步骤（1）中的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液40-300秒后取出，得成品。
实施例12
一种铁塔塔材表面镀层工艺，包括如下步骤：
（1）按照实施例7所述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法制备好铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液，并使得该铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的温度为430℃-440℃；
（2）将铁搭塔材浸入步骤（1）中的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液40-300秒后取出，得成品。
实施例13
一种铁塔塔材表面镀层工艺，包括如下步骤：
（1）按照实施例8所述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法制备好铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液，并使得该铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的温度为430℃-440℃；
（2）将铁搭塔材浸入步骤（1）中的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液40-300秒后取出，得成品。
实施例14
一种铁塔塔材表面镀层工艺，包括如下步骤：
（1）按照实施例9所述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法制备好铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液，并使得该铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的温度为430℃-440℃；
（2）将铁搭塔材浸入步骤（1）中的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液40-300秒后取出，得成品。
实施例15
一种铁塔塔材表面镀层工艺，包括如下步骤：
（1）按照实施例10所述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法制备好铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液，并使得该铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的温度为430℃-440℃；
（2）将铁搭塔材浸入步骤（1）中的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液40-300秒后取出，得成品。
对比实施例16
一种铁塔塔材表面镀层工艺，包括如下步骤：
a、准备好锌原料，然后干燥至表面无水；
b、先将步骤a中的锌熔融，得温度为430℃-440℃的镀层锌溶液；
c、将铁搭塔材浸入步骤b中的镀层锌溶液40-300秒后取出，得成品。
分别将实施例11~15及对比实施例16中的成品标记为产品1~6，并随机从产品1~6中各选取10块，然后对各类产品的外形及耐腐蚀性能进行检测，结果如下表：
由上表可知，采用本发明所提供的铁制品用高耐蚀热浸多元合金来对铁搭塔材进行表面镀层时，所得到的镀层的外观及性能都大大提高。
以上内容仅仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依照本发明的思路，在具体实施例方式及其应用范围上均会有所改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.铁制品用高耐蚀热浸多元合金，其特征在于，由以下质量百分比的原料组成：
铝 0.02%-0.06%；
锡 0.002%-0.007%；
镍 0.18%-0.22%；
铋 0.09%-0.11%；
余量为锌。
2.根据权利要求1所述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金，其特征在于，由以下质量百分比的原料组成：
铝 0.025%-0.05%；
锡 0.003%-0.006%；
镍 0.19%-0.21%；
铋 0.095%-0.105%；
余量为锌。
3.根据权利要求2所述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金，其特征在于，由以下质量百分比的原料组成：
铝 0.025%-0.05%；
锡 0.003%-0.006%；
镍 0.2%；
铋 0.1%；
余量为锌。
4.一种铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、准备好如权利要求1~3任一项所述的多元合金原料；
b、将步骤a中准备的多元合金原料熔融，即得到铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液。
5.根据权利要求4所述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，准备的多元合金原料均需干燥至表面无水。
6.根据权利要求4所述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，先将锌熔融，并确保锌溶液的深度≥30-40cm，然后将铝、锡、镍和铋置于锌溶液液面下方30-40cm处进行熔融。
7.根据权利要求6所述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，所述铝、锡、镍和铋按照质量比例均匀多次添加。
8.铁塔塔材表面镀层工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按照如权利要求4~8任一项所述的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的制备方法制备好铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液，并使得该铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液的温度为430℃-440℃；将铁搭塔材浸入步骤（1）中的铁制品用高耐蚀热浸多元合金溶液40-300秒后取出，得成品。
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