CN110205574A - 一种批量热浸镀用助镀剂及其应用方法 - Google Patents

一种批量热浸镀用助镀剂及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及钢铁材料表面镀覆工艺技术领域，特别涉及一种批量热浸镀锌铝镁合金用助镀剂及其使用方法。所述助镀剂包括助镀剂A和助镀剂B，其中助镀剂A由以下重量百分数的各原料组成：ZnCl2 40％‑45％、CaCl2 5‑15％、壬基酚聚氧乙烯醚1％‑3％、其余为水，盐酸调pH为4.0‑4.5；其中助镀剂B由以下重量百分数的各原料组成：NH4Cl 15％‑20％，SnCl2 8％‑12％、聚乙烯吡咯烷酮0.5％‑1％、马来酸酐0.5％‑1.0％、木质素磺酸钠1％‑2％、其余为水、盐酸调pH为4.6‑4.8。本发明提供了一种可以使钢铁材料基体与镀层结合度高、镀层光洁度好、可进行工业化推广生产的助镀剂及其助镀方法。

Description

一种批量热浸镀用助镀剂及其应用方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料表面镀覆工艺技术领域，特别涉及一种批量热浸镀用助镀剂及其应用方法。
背景技术
目前我国批量热浸镀锌技术的现状表现为：总体产量大，重经验轻理论，技术落后（缺少理论支撑，部分企业甚至没有技术人员），污染严重（三废排放严重，尤其是氨氮排放严重超标）。有着300多年历史的热浸镀锌至今仍属于污染行业、技术落后行业，甚至有的地区将其归类为夕阳产业、落后淘汰产业。锌铝镁等合金是目前全球研究的热点之一，但是没有合适的助镀剂，目前锌铝镁主要应用于连续镀，在实际生产中还很少应用于钢结构的批量热浸镀。
助镀剂的研究一直跟随合金镀层的研究但滞后于合金镀层的研究，锌铝、锌铝镁、铝合金成功应用于钢结构批量热浸镀的主要瓶颈就是适用的助镀剂及助镀工艺的开发。对于铝含量较高的热浸镀锌铝合金及锌铝镁合金，传统的助镀剂中氯化铵分解与铝反应生成AlCl3，AlCl3气体不仅会使被镀钢材局部难镀覆，其表面出现镀层不 连续(漏镀)现象，而且会使合金液中的铝损耗增大，导致合金液和镀层中的铝含量降低；或者所产生的锌颗粒粘附在镀层表面，影响镀层质量。
公开号为CN105648377A的专利公开的助镀剂配方中不含氯化铵，可以有效降低环境污染，但是该助镀剂中的ZnCl2等氯化物，在工作浸入熔融合金时分解并与熔融合金中的Al反应生成AlCl3是不可避免的，虽然其分解反应不像NH4Cl那样剧烈，但依然会使表面出现镀层不连续(漏镀)现象。而且该专利仅适用于镁含量处于2%-6%的锌铝镁合金镀层的热浸镀，当镁含量超过6%时，镀层表面粗糙，当镁含量低于2%时，镀层的耐腐蚀性能不理想。
目前钢结构批量法热浸锌铝镁合金仍难以达到满意的效果，依然存在漏镀、镀层与钢铁材料基体间结合强度差、助镀剂效能时间短等缺陷，而解决以上缺陷的瓶颈问题是开发适用的助镀剂及助镀工艺，因此开发适合于钢结构批量法热浸镀锌铝合金的助镀剂研究具有良好的经济效益和社会效益。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种适用于热浸镀锌铝镁合金的助镀剂，所述助镀剂效果优异、环保、可以使钢铁材料基体与镀层结合度高。
本发明的另一发明目的是提供了上述助镀剂的应用方法，应用所述助镀剂的热浸镀锌铝镁合金镀层可控、光洁度好，耐腐蚀能力强。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种批量热浸镀用助镀剂，所述助镀剂包括助镀剂A和助镀剂B，其中助镀剂A由以下重量百分数的各原料组成：ZnCl2 40％-45％、CaCl2 5-15％、壬基酚聚氧乙烯醚1％-3％、其余为水，盐酸调pH为4.0-4.5；
其中助镀剂B由以下重量百分数的各原料组成：NH4Cl 15％-20％，SnCl2 8％-12％、马来酸酐0.5％-1％、木质素磺酸钠1％-2％、其余为水、盐酸调pH为4.6-4.8。
一种上述批量热浸镀用助镀剂在热浸镀锌铝镁合金中的应用。
优选地，所述锌铝镁合金中含有质量2-35%的铝、0.3-10%的镁、余量为锌。
优选地，上述助镀剂热浸镀锌铝镁合金的方法为：
（1）钢铁材料基体经脱脂、酸洗、碱洗流程后浸入42-48℃助镀剂A中静置30-40秒，助镀剂A中的氯化锌和基体表面的铁反应，生成氯化铁进入溶液中；
（2）将步骤（1）处理的钢铁材料基体从助镀剂A中取出在100-110℃烘干110-150秒；
（3）将步骤（2）制备的钢铁材料基体浸入85-90℃助镀剂B中静置60-90秒；助镀剂B中的马来酸酐 木质素磺酸钠、SnCl2和NH4Cl协同作用，使氯化铵在降低浓度下和浸镀液快速反应，既保证了不会生成AlCl3,也不会受热分解产生的NH3和HCl气体烟尘。
（4）将步骤（3）制备的钢铁材料基体从助镀剂B中取出自然干燥120-150秒；
（5）将步骤（4）制备的钢铁构件基体在锌铝镁合金液中进行浸镀。
优选地，步骤（1）所述的钢铁材料基体以5-8m/min的速度浸入助镀剂A；步骤（3）所述的钢铁材料基体以16-18m/min的速度浸入助镀剂B。
优选地，步骤（5）所述的钢铁材料基体以22-25m/min的速度浸入锌铝镁合金液中热浸镀0.2-0.30min。
有益效果
（1）本发明先使用助镀剂A处理后再使用助镀剂B，既可以得到洁净的钢材料基体表面，又能有效避免钢材料二次氧化，经过所述助镀剂处理的钢铁材料基体界面张力大，提高了钢铁材料基体表面活性，降低合金溶液的表面张力，可改善助镀效果，防止漏镀，减少了锌渣产生，提高了镀层质量。
（2）本发明采用两步助镀，第一步助镀A过程可以彻底清除钢铁材料基体的残留铁盐、氧化物等杂质，提高钢铁材料基体表面的浸润能力；第二步助镀过程的氯化铵浓度低反应快速，既不会与浸镀液中的Al发生反应生成AlCl3,也不会受热分解而产生的NH3和HCl气体烟尘，而且经过助镀剂A处理的钢铁材料基体快速浸入助镀剂B中,助镀剂B在接触锌铝镁浸镀液后发生反应生成的氢气产生巨大的冲击力净化了钢铁材料基体表面，既避免了氯化铵对环境的污染又有效降低了氯离子和铝反应生成AlCl3，
（3）本发明的助镀剂配方可以满足质量2-25%的铝、0.3-10%的镁、余量为锌的锌铝镁合金，应用范围广，经过该方法处理的热浸镀锌铝镁合金耐腐蚀性能强，适用于在中腐蚀环境下使用，尤其适用于在强电场、雷击等电磁场环境中。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
实施例1
热浸镀锌-2％铝-10％镁合金镀剂配方，所述助镀剂包括助镀剂A和助镀剂B，其中助镀剂A由以下重量百分数的各原料组成：ZnCl2 40％、CaCl2 15％、壬基酚聚氧乙烯醚1%，其余为水，盐酸调pH为4.0；
其中助镀剂B由以下重量百分数的各原料组成NH4Cl 20％、SnCl2 8％、马来酸酐0.5％、木质素磺酸钠2％、其余为水、盐酸调pH为4.6。
利用所述助镀剂热浸镀锌铝镁合金的方法为：
（1）钢铁材料基体经脱脂、酸洗、碱洗流程后，以5m/min的速度浸入42℃助镀剂助镀剂A中静置30秒；
（2）将步骤（1）处理的钢铁材料基体从助镀剂A中取出在100℃烘干110秒；
（3）将步骤（2）制备的钢铁材料基体以16m/min的速度浸入助镀剂B浸入85℃助镀剂B中静置60秒；
（4）将步骤（3）制备的钢铁材料基体从助镀剂B中取出自然干燥120秒；
（5）将步骤（4）制备的钢铁构件基体以12m/min的速度浸入锌铝镁合金液中热浸镀0.20min。
实施例2
热浸镀锌-25％铝-0.3％镁合金镀剂配方，所述助镀剂包括助镀剂A和助镀剂B，其中助镀剂A由以下重量百分数的各原料组成：ZnCl2 45％、CaCl2 5％、壬基酚聚氧乙烯醚3％，其余为水，盐酸调pH为4.5；
其中助镀剂B由以下重量百分数的各原料组成NH4Cl15％、SnCl212％、马来酸酐1％、木质素磺酸钠1％、其余为水、盐酸调pH为4.8。
利用所述助镀剂热浸镀锌铝镁合金的方法为：
（1）钢铁材料基体经脱脂、酸洗、碱洗流程后，以8m/min的速度浸入48℃助镀剂A中静置40秒；
（2）将步骤（1）处理的钢铁材料基体从助镀剂A中取出在110℃烘干150秒；
（3）将步骤（2）制备的钢铁材料基体以18m/min的速度浸入助镀剂B浸入90℃助镀剂B中静置90秒；
（4）将步骤（3）制备的钢铁材料基体从助镀剂B中取出自然干燥150秒；
（5）将步骤（4）制备的钢铁构件基体以15m/min的速度浸入锌铝镁合金液中热浸镀0.30min。
实施例3
热浸镀锌-22％铝-2％镁合金镀剂配方，所述助镀剂包括助镀剂A和助镀剂B，其中助镀剂A由以下重量百分数的各原料组成：
ZnCl2 42％、CaCl2 10％、壬基酚聚氧乙烯醚2％、其余为水，盐酸调pH为4.2；
其中助镀剂B由以下重量百分数的各原料组成NH4Cl18％、SnCl210％、马来酸酐0.8％、木质素磺酸钠1.5％、其余为水、盐酸调pH为4.7。
利用所述助镀剂热浸镀锌铝镁合金的方法为：
（1）钢铁材料基体经脱脂、酸洗、碱洗流程后，以6m/min的速度浸入46℃助镀剂A中静置40秒；
（2）将步骤（1）处理的钢铁材料基体从助镀剂A中取出在105℃烘干120秒；
（3）将步骤（2）制备的钢铁材料基体以17m/min的速度浸入助镀剂B浸入88℃助镀剂B中静置70秒；
（4）将步骤（3）制备的钢铁材料基体从助镀剂B中取出自然干燥130秒；
（5）将步骤（4）制备的钢铁构件基体以13m/min的速度浸入锌铝镁合金液中热浸镀0.25min。
实施例4
热浸镀锌-8％铝-6％镁合金镀剂配方，所述助镀剂包括助镀剂A和助镀剂B，其中助镀剂A由以下重量百分数的各原料组成,：ZnCl2 40％、CaCl210％、壬基酚聚氧乙烯醚2.2％，其余为水，盐酸调pH为4.0；
其中助镀剂B由以下重量百分数的各原料组成NH4Cl 20％、SnCl210％、马来酸酐0.6%、木质素磺酸钠1.8％、其余为水、盐酸调pH为4.8。
利用所述助镀剂热浸镀锌铝镁合金的方法为：
（1）钢铁材料基体经脱脂、酸洗、碱洗流程后，以6m/min的速度浸入46℃助镀剂A中静置40秒；
（2）将步骤（1）处理的钢铁材料基体从助镀剂A中取出在105℃烘干120秒；
（3）将步骤（2）制备的钢铁材料基体以17m/min的速度浸入助镀剂B浸入88℃助镀剂B中静置70秒；
（4）将步骤（3）制备的钢铁材料基体从助镀剂B中取出自然干燥130秒；
（5）将步骤（4）制备的钢铁构件基体以13m/min的速度浸入锌铝镁合金液中热浸镀0.25min。
对比例1
热浸镀锌-2％铝-10％镁合金镀剂配方，所述助镀剂ZnCl2 40％、CaCl2 5％、壬基酚聚氧乙烯醚1%、NH4Cl 10％、SnCl2 8％、马来酸酐0.5%、木质素磺酸钠2％、其余为水，盐酸调pH为4.5；
利用所述助镀剂热浸镀锌铝镁合金的方法为：
（1）钢铁材料基体经脱脂、酸洗、碱洗流程后，以5m/min的速度浸入85℃助镀剂中静置60秒；
（2）将步骤（1）制备的钢铁材料基体从助镀剂B中取出自然干燥120秒；
（3）将步骤（2）制备的钢铁构件基体以12m/min的速度浸入锌铝镁合金液中热浸镀0.20min。该对比例在浸镀过程中会有白雾产生，污染环境。
对比例2
热浸镀锌-25％铝-0.3％镁合金镀剂配方，所述助镀剂包括助镀剂A和助镀剂B，其中助镀剂A由以下重量百分数的各原料组成：ZnCl2 45％、CaCl2 5％、壬基酚聚氧乙烯醚3％，其余为水，盐酸调pH为4.5；
其中助镀剂B由以下重量百分数的各原料组成NH4Cl15％，SnCl212％、马来酸酐1％、木质素磺酸钠1％、其余为水、盐酸调pH为4.8。
利用所述助镀剂热浸镀锌铝镁合金的方法为：
（1）钢铁材料基体经脱脂、酸洗、碱洗流程后，以20m/min的速度浸入65℃助镀剂A中静置40秒；
（2）将步骤（1）处理的钢铁材料基体从助镀剂A中取出在110℃烘干150秒；
（3）将步骤（2）制备的钢铁材料基体以5m/min的速度浸入助镀剂B浸入90℃助镀剂B中静置90秒；
（4）将步骤（3）制备的钢铁材料基体从助镀剂B中取出自然干燥150秒；
（5）将步骤（4）制备的钢铁构件基体以5m/min的速度浸入锌铝镁合金液中热浸镀0.30min。
对比例3
热浸镀锌-22％铝-2％镁合金镀剂配方，所述助镀剂包括助镀剂A和助镀剂B，其中助镀剂A由以下重量百分数的各原料组成：ZnCl2 42％、CaCl2 10％、其余为水，盐酸调pH为4.2；
其中助镀剂B由以下重量百分数的各原料组成NH4Cl18％，SnCl210％、马来酸酐0.8%、木质素磺酸钠1.5％、其余为水、盐酸调pH为4.7。
利用所述助镀剂热浸镀锌铝镁合金的方法为：
（1）钢铁材料基体经脱脂、酸洗、碱洗流程后，以6m/min的速度浸入46℃助镀剂A中静置40秒；
（2）将步骤（1）处理的钢铁材料基体从助镀剂A中取出在105℃烘干120秒；
（3）将步骤（2）制备的钢铁材料基体以17m/min的速度浸入助镀剂B浸入88℃助镀剂B中静置70秒；
（4）将步骤（3）制备的钢铁材料基体从助镀剂B中取出自然干燥130秒；
（5）将步骤（4）制备的钢铁构件基体以13m/min的速度浸入锌铝镁合金液中热浸镀1min。
对比例4
热浸镀锌-8％铝-4％镁合金镀剂配方，所述助镀剂包括助镀剂A和助镀剂B，其中助镀剂A由以下重量百分数的各原料组成：ZnCl2 40％、CaCl210％、壬基酚聚氧乙烯醚2％，其余为水，盐酸调pH为4.0；
其中助镀剂B由以下重量百分数的各原料组成ZnCl2 20％、SnCl210％、其余为水、盐酸调pH为4.8。
利用所述助镀剂热浸镀锌铝镁合金的方法为：
（1）钢铁材料基体经脱脂、酸洗、碱洗流程后，以6m/min的速度浸入46℃助镀剂A中静置40秒；
（2）将步骤（1）处理的钢铁材料基体从助镀剂A中取出在105℃烘干120秒；
（3）将步骤（2）制备的钢铁材料基体以17m/min的速度浸入助镀剂B浸入88℃助镀剂B中静置70秒；
（4）将步骤（3）制备的钢铁材料基体从助镀剂B中取出自然干燥130秒；
（5）将步骤（4）制备的钢铁构件基体以13m/min的速度浸入锌铝镁合金液中热浸镀0.25min。
本发明采用中性盐雾试验来评定锌铝镁稀土合金镀层的耐蚀性能，试验要求按照GB/T10125-2002进行，为了避免盐雾直接喷射到样品表面，试样上边缘与盐雾收集器顶端平行放入盐雾箱，每个种类镀层样品进行4个平行试验。具体试验条件，如下表1所示：
表1
实施例与对比例镀层厚度与中性盐雾出现红锈时间见表2所示：
表2
在钢铁材料基体热浸镀锌铝镁合金采用本发明所述助镀剂，镀层结构致密、无漏镀，能够形成锌铝镁三元共晶，且镀层与钢铁材料基体间结合度高。盐雾试验结果显示钢铁材料基体表面热浸镀锌铝镁合金镀层后出现锈点时间明显晚于对比例中热镀锌镀层。因此，具有锌铝镁合金镀层的钢铁材料基体拥有更优异的耐蚀性能，适合大规模工业生产。

Claims (6)

1.一种批量热浸镀锌铝镁合金用助镀剂，其特征在于，所述助镀剂包括助镀剂A和助镀剂B，其中助镀剂A由以下重量百分数的各原料组成：ZnCl2 40％-45％、CaCl2 5-15％、壬基酚聚氧乙烯醚1％-3％、其余为水，盐酸调pH为4.0-4.5；其中助镀剂B由以下重量百分数的各原料组成：NH4Cl 15％-20％，SnCl2 8％-12％、马来酸酐0.5％-1.0％、 木质素磺酸钠1％-2％、其余为水、盐酸调pH为4.6-4.8。
2.根据权利要求1所述的助镀剂，其特征在于，所述锌铝镁合金中含有质量2-35%的铝、0.3-6%的镁，余量为锌。
3.一种权利要求1或2所述的助镀剂在热浸锌铝镁合金中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，利用所述助镀剂热浸镀锌铝镁合金的方法为：
（1）将酸洗后的钢铁材料基体浸入42-48℃助镀剂A中静置30-40秒；
（2）将步骤（1）处理后的钢铁材料基体从助镀剂A中取出在100-110℃烘干110-150秒；
（3）将步骤（2）处理后的钢铁材料基体浸入85-90℃助镀剂B中静置60-90秒；
（4）将步骤（3）处理后的钢铁材料基体从助镀剂B中取出自然干燥120-150秒；
（5）将步骤（4）处理后的钢铁材料基体在锌铝镁合金液中进行浸镀。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，步骤（1）所述的钢铁材料基体以5-8m/min的速度浸入助镀剂A；步骤（3）所述的钢铁材料基体以16-18m/min的速度浸入助镀剂B。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，步骤（5）所述的钢铁材料基体以12-15m/min的速度浸入锌铝镁合金液中热浸镀0.20-0.30min。
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