CN110331357A - 一种对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法 - Google Patents

一种对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法 Download PDF

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Abstract

一种对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，属于钢材表面处理技术领域，该方法先配置锌合金镀液(98.8％～99.85％Zn、0.1％～1％Mn、0～0.1％Y、0～0.08％Ce、0～0.05％Cu)，将表面预处理好的中空式钢材(如圆管、方管)以0.002～0.015m/s的速率，镀件与锌合金镀液呈10～15°浸入锌合金镀液中，浸镀温度为430～550℃，浸镀时间为0.5～10min，再将镀件以0.002～0.015m/s的速率，镀件与锌合金镀液呈10～15°从锌合金镀液中提出，空停1～10min后进行水冷，最终获得色彩均匀单一、表面光洁度好、无杂色出现的黄色、紫色、蓝色、草绿色、砂石色等多种色彩镀层。该工艺，具有工艺简单、易于控制、工艺性强、成本低廉等特点，具有广泛的工业推广前景。

Description

一种对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法
技术领域
本发明属于钢材表面处理技术领域，具体涉及一种对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法。
背景技术
热镀锌是目前世界上应用最广、也最为经济有效的钢铁防腐措施，涉及电力建设、交通运输和家电家具等多个行业领域，由于其应用领域的多样性，因此镀锌层的耐蚀耐候等防护性能和良好的装饰性都是人们所关注所研究的重点。
现有的钢材着色技术主要有彩涂技术、彩色钝化技术等，工业上对于钢材着色技术应用最为广泛的是彩涂技术，其要应用于钢带及钢板上，对于一些规格多样、结构复杂的钢材的彩涂只能通过喷漆或刷漆的方式进行。
彩涂技术主要以冷轧钢板和镀锌钢板为基板，经表面预处理(脱脂、化学转化处理)、辊涂、烘烤和冷却固化等操作，一般采用“一涂一烘”或“二涂二烘”，在钢铁基体表面形成底漆层、面漆层和背漆层等多层有机涂层，该彩涂工序中一般为独立生产线，需要专业辊涂烘烤设备。故彩涂技术工序繁琐复杂(如图1所示)，且成本昂贵。除此之外，若是以冷轧钢板为基板，钢板的耐蚀性仅仅依靠表面的有机涂层来防护，耐蚀性将远低于镀锌钢板；若以镀锌钢板为基板的话，热浸镀锌层会引起漆层脂肪酸逐渐分解，形成油性物质，引起锌脂肪酸的形成，大大降低了涂层与基板的附着力，漆层极易剥落，从而失去对钢板的保护。
彩色钝化技术是一种化学转化膜处理方法，在热镀或电镀工艺后，将表面活化状态的的锌层变为钝化状态，从而使金属溶解变缓，提高镀件的耐蚀性。与此同时，彩色钝化处理后的镀件可获得一定色彩的钝化层，如黑色、军绿色、黄色和蓝白色钝化层等，可以满足市场大部分的颜色需求，与未处理的镀锌件相比，具有较好的防护性和装饰性。彩色钝化技术一般采用铬酸盐溶液进行钝化，六价铬钝化工艺稳定、成本较低、膜层外观鲜丽，能有效地抑制损伤部位锌层的腐蚀，具有较好的耐蚀性。但六价铬酸盐会对于人体产生一定的毒性，对人体造成极大的损伤，已被限制使用。
随之替代为三价铬钝化和无铬钝化，三价铬在许多方面具有六价铬钝化相似的性质，且毒性仅为六价铬酸盐的1％。无铬钝化采用有钛盐、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐、稀土金属等进行钝化处理，具备绿色环保的优点。无论是三价铬钝化或是无铬钝化，产生的膜层结合力均较差，钝化层较薄，一般为50～800nm左右，易变得蓬松且易剥落。膜层耐蚀性较差。钝化处理工艺复杂繁琐，其工艺流程图见图2，处理过程中会产生大量的废水废液，对环境产生较大的污染。
除以上应用较为广泛的彩涂技术和彩色钝化技术，国内学者也曾提出过彩色热镀锌技术，彩色热镀锌技术是在传统的热镀锌工艺基础上，改变镀液合金成分，在锌液中添加少量呈色元素，相应调控浸镀温度及浸镀时间等工艺参数，获得彩色的镀层。彩色镀层的耐候性较强，镀层与钢铁基体是一种冶金结合状态，故镀层与基体间的结合力较强，镀层附着力好，制备工艺中，不会产生含铬等污染物，绿色环保，因为制备工艺中不添加其他工序，在热镀锌生产过程中便直接获得所需色彩，省去了后续繁琐的着色工艺，故极大地幅度提高工作效率及减少大量的成本。
在二十世纪九十年代末，国内首次出现彩色热镀锌技术的相关报告，华南理工大学进行了部分镀液成分和热镀锌工艺试验，选出Zn-Ti-Ni和Zn-Mn-Cu两种镀液成分，在一定浸镀温度下，可以获得表面光滑、成色均匀鲜艳的彩虹、金黄、紫、蓝色镀层，且镀层的耐蚀性优于传统热镀锌，二十一世纪初，东北大学更加系统的展开Zn-Ti和Zn-Mn二元及Zn-Ti-Mn三元合金镀液试验，通过对Mn量及Ti量的控制，能够粗略的获得金黄，亮紫，紫，黄，暗红等多种颜色镀层。
尽管彩色热镀锌技术具备工艺简单、生产周期短、成本低廉，所获镀层耐蚀性好等特点，但目前技术中所获的彩色镀层的不易控制，所获镀层的色彩均匀度较低，绿色、蓝色、黄色等色彩的工艺窗口范围窄，易出现杂色等现象，所获得镀层装饰性较差。以草绿色为例，文献中得到的草绿色镀层温度高于560℃，浸镀温度过高，极大的加速了锌液的损耗，且在此温度内出现草绿色范围极窄，所得草绿色的均匀度低，存在其他杂乱的颜色，对镀层的装饰效果产生极大的影响。
目前所有关于彩色热镀锌技术的报告，仅限钢板上进行试验，并未对中空式钢材(如圆管、方管等钢材)进行彩色热镀锌研究，对于中空式钢材的彩色热镀锌技术也未曾有准确的工艺参数指导生产，故工厂至今未开展彩色热镀锌技术的使用及推广。
并且，随着研究的深入，中空式钢材着色技术，存在以下问题：
一、彩色涂覆技术仅限于钢板进行着色，对于中空式钢材的彩涂着色，主要是通过刷漆或喷涂的方式进行，且涂料与镀锌钢铁基体会形成油性物质，大大降低涂层与基体的附着力，易导致涂层剥落等缺陷，在长时间光照条件下，有机涂层易发生分解，导致涂层褪色，粉化等缺陷。除此之外，彩色涂覆技术需要经过多项繁琐工序和专业的大型彩涂设备，成本昂贵，若通过刷漆等机械化程度较低的方式进行彩涂，将耗费大量人力，工作效率极低。
二、彩色钝化技术可以获得部分色彩，但是色彩一般较浅，主要依靠铬酸盐进行钝化，钝化处理工序繁琐，且在处理工程中会产生大量的废水废渣等含铬离子的污染物，所得镀层极薄，一般仅为50～800nm厚，钝化膜的耐热性、耐磨性及耐蚀性均较差，与基体的结合力较弱，在运输过程中极易产生破损、剥落等现象。
三、现有的彩色热镀锌工艺仅停留在薄钢板上获得黄色、蓝色、紫色等少数几种色彩镀层，且获得色彩的温度范围要求高，工艺性差，所得镀层色彩均匀度较低，镀件表面易出现其他杂色，这是因为传统彩色热镀锌工艺中Mn、Ti等呈色元素氧化较快，故某一色彩工艺窗口范围窄，多为红、黄、蓝绿等混合色，色彩质量差，无法准确获得颜色均一、色彩稳定的某一单色镀层。
四、彩色热镀锌技术并未针对中空式钢材的结构特点(如壁厚、形状等)进行过试验研究，也并未有相关的工艺参数进行指导中空式钢材的彩色热镀锌。
发明内容
针对目前中空式钢材表面着色技术的问题，本发明提供了一种对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，该方法通过控制彩色热镀锌工艺中的镀液成分、浸镀时间、浸镀温度、浸入速率、浸入角、提出速率、提出角等主要工艺参数，并结合表面预处理、浸镀操作和冷却处理方式，最终在中空式钢材表面获得镀层性能良好、装饰性强的彩色镀层。该彩色热镀锌工艺是对中空式钢材(如圆管、方管等钢材)进行彩色热镀，特定元素配比的彩色热镀锌镀液和准确的工艺参数，获得的镀层厚度均匀、色彩均匀度高、耐蚀性及耐候性好，镀层与基体附着力强，镀层耐蚀性与耐候性强于彩涂技术，镀层附着性和耐磨性强于彩色钝化技术，其得到的彩色镀层，色彩均匀度远高于原有的彩色热镀锌技术。该中空式钢材的彩色热镀锌工艺，具有工艺简单、易于控制、工艺性强、成本低廉等特点，具有广泛的工业推广前景。
本发明的一种对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，具体包括以下步骤：
步骤1：制备彩色热镀锌镀液
向熔化后的锌熔液中，加入中间合金，得到彩色热镀锌镀液；
其中，彩色热镀锌镀液中，含有的元素及各个元素的质量百分比分别为：Zn为98.8％～99.85％，Mn为0.1％～1％，Y为0～0.1％，Ce为0～0.08％，Cu为0～0.05％，余量为不可避免的杂质，其中，Y和Ce的质量百分数总和范围在0.02％～0.15％；
步骤2：镀件表面预处理
(1)对中空式钢材进行碱洗除油，得到碱洗除油后的镀件；
(2)将碱洗除油后的镀件进行酸洗，得到酸洗后的镀件；
(3)40～80℃下，将酸洗后的镀件浸泡在助镀剂中，进行助镀1～5min，取出，用120～150℃干燥热空气进行烘干，得到助镀后的镀件；其中，助镀剂为质量浓度为10％～30％的氯化锌铵水溶液，按摩尔比，ZnCl2:NH4Cl＝(1～3)：(1～3)；
步骤3：热浸镀操作
(1)将助镀后的镀件固定在升降装置中，使助镀后的镀件以0.002～0.015m/s的浸入速率，与彩色热镀锌镀液接触，并且使助镀后的镀件与彩色热镀锌镀液的液面呈10～15°浸入角浸入彩色热镀锌镀液后，维持彩色热镀锌镀液的浸镀温度为430～550℃，浸镀时间为0.5～10min后，得到浸镀后的镀件；
(2)将浸镀后的镀件以0.002～0.015m/s的提出速率，与新鲜彩色热镀锌镀液呈10～15°的提出角取出，置于空气中冷却1～10min，再进行水冷，得到彩色热镀锌后的中空式钢材。
所述的步骤1中，所述的中间合金，根据金属二元相图及元素特点，具体成分为Zn-Mn中间合金、Zn-Y中间合金、Zn-Ce中间合金；其中，Zn-Mn中间合金中，Mn的质量百分含量为4.0％～5.5％，Zn-Y中间合金中，Y的质量百分含量为1％～2％，Zn-Ce中间合金中，Ce的质量百分含量为1％～2％。
所述的步骤1中，所述的彩色热镀锌镀液的制备工艺，包括以下步骤：
I：中间合金配制
按照彩色热镀锌镀液的元素组成，配制中间合金；具体为：
(1)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至540～560℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Mn，并控制温度在540～560℃，当Mn完全熔于锌液中，充分搅拌，保温10～20min，浇铸于模具中，得到Mn的质量百分含量为4.0％～5.5％的Zn-Mn中间合金；
(2)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至560～580℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Y，并控制温度在560～580℃，当Y完全熔于锌液中，充分搅拌，保温10～20min，浇铸于模具中，得到Y的质量百分含量为1％～2％的Zn-Y中间合金；
(3)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至520～540℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Ce，并控制温度在520～540℃，当Ce完全熔于锌液中，充分搅拌，保温10～20min，浇铸于模具中，得到Ce的质量百分含量为1％～2％的Zn-Ce中间合金；
II：彩色热镀锌镀液配制
将锌锭放入熔炼设备中，随炉加热并稳定至490～510℃保温，得到熔融锌液；
根据彩色热镀锌镀液的成分，计算出所需中间合金的质量，将配制好的中间合金加入熔融锌液中，搅拌使中间合金充分熔化，静置3～5min，得到彩色热镀锌镀液。
所述的彩色热镀锌镀液中，配制中间合金的目的在于，所述的Mn熔点远远大于Zn熔点，难以采用纯金属配制彩色热镀锌镀液，并且采用纯金属直接配制彩色热镀锌镀液，会因为熔融过程中，Mn的氧化烧损，从而含量不准确，因此，采用中间合金的方式加入Mn。
所述的Y熔点远远大于Zn熔点，难以采用纯金属配制彩色热镀锌镀液，并且采用纯金属直接配制彩色热镀锌镀液，会因为熔融过程中，Y的烧损，从而含量不准确，因此，采用中间合金的方式加入Y。
所述的Ce，其具有强氧化性，采用纯金属进行配制彩色热镀锌镀液时，容易造成较大烧损，成分配比不易控制，因此，综上所述，Mn、Y、Ce均需采用中间合金配制，再加入熔融锌液中，配制彩色热镀锌镀液。
所述的步骤I(1)中，加入Mn时，采用压勺将Mn快速压入锌液中，并充分搅拌，其原因是：Mn为不规则的片状锰，易浮于熔体表面，因此采用压勺压入并搅拌。
所述的步骤I(2)中，加入Y时，采用压勺将Y压入锌液中，并充分搅拌，其原因为：由于Y密度(4.47g/cm3)<Zn的密度(7.14g/cm3)，加入锌液后Y易浮于液面，难以下沉，因此采用压勺压入并搅拌。
所述的步骤I中，制备中间合金过程中，向锌液中加入相应的元素(Mn、Y、Ce中的一种)时，采用压勺将相应的元素快速压入锌液中，并充分搅拌，其原因是，使相应的元素完全浸没在锌液中，加速相应的元素和锌液的熔化反应，同时避免与氧气过度接触，产生过多烧损。
所述的Zn为纯度99.995wt.％的不规则形状的锌块，所述的Y为纯度为99.9wt.％的不规则块状Y，所述的Ce为纯度99.9wt.％的不规则块状Ce，所述的Mn为纯度99.7wt.％的1～10mm的不规则片状电解锰。
所述的彩色热镀锌镀液的制备工艺，其制备的彩色热镀锌镀液成分稳定，后期热浸镀后，得到的色彩稳定。
所述的步骤2(1)中，所述的中空式钢材包含各种管类钢材，具体为圆管、方钢、空心六角钢。
所述的步骤2(1)中，所述的镀件进行碱洗除油，其方法为：将镀件浸泡在NaOH水溶液中，在50～70℃进行碱洗除油20～40min，取出，用清水清洗至中性，得到除油后的镀件。
所述的步骤2(1)中，所述的NaOH水溶液优选质量浓度为5％～10％的NaOH水溶液，其作用在于去除中空式钢材上的油污。
所述的步骤2(2)中，所述的酸洗，其方法为：将碱洗除油后的镀件置于质量浓度为15％～20％的盐酸水溶液中，室温下浸泡酸洗20～30min，取出，用清水清洗至中性，得到酸洗后的镀件；
所述的步骤2(2)中，所述的酸洗，其目的在于去除中空式钢材上的氧化物，且酸洗时间为20～30min，保证去除氧化物的基础上，并且保证避免对中空式钢材的过度腐蚀。
所述的步骤2(3)中，所述的助镀剂用于对镀件进行助镀活化，对镀件更好的润湿，便于后续彩色热镀锌镀液涂覆在镀件上，避免漏镀等缺陷。
所述的步骤2(3)中，所述的烘干，其目的是为了去除镀件上的水分，避免后续彩色热镀锌镀液进行热镀浸过程中，发生爆液等现象，影响镀层表面光洁。
所述的步骤3(1)中，所述的以0.002～0.015m/s的浸入速率，与彩色热镀锌镀液接触，其是为了避免钢材浸没端与未浸没端发生色彩不均现象，应尽量减小两端的浸镀时间差异，但是浸入速度过快会导致助镀剂与彩色热镀锌镀液反应加剧，发生爆液现象而导致漏镀等缺陷，因此采用0.002～0.015m/s的浸入速率。
所述的步骤3中，所述的浸入速率和提出速率，是由于不同厚度的中空式钢材具有不同的工艺特点，具体为：
1)薄钢材镀件较薄，钢材热容量较小，浸入时，中空式钢材短时间吸收大量热量，加速与热锌液镀液反应，从热锌液镀液提出后钢材迅速冷却，镀层色彩变化速率较快。为避免浸没端和未浸没端因加热、冷却时间的不同而导致镀层色彩不均等现象，薄钢材需采用较快的浸入速率和提出速率，才能获得颜色稳定均一的彩色镀层。
2)厚钢材热容量较大，浸入时需要吸收大量的热，若浸入速率过快，则会导致镀件吸热不足，镀件表面迅速形成凝固锌层，阻碍镀件表面助镀剂与彩色热镀锌镀液反应，影响热浸镀效果，若提出速率过快，镀件晃动剧烈，锌液流动方向不一致，从而导致镀层厚度不均，出现部分区域锌液滞留等缺陷，厚钢材需采用较慢的浸入速率和提出速率，才能获得颜色稳定均一的彩色镀层。
所述的步骤3(1)中，所述的浸入速率，根据中空式钢材壁厚的不同，采用不同的提出速率，其浸入速率与壁厚关系满足方程：
v1＝-0.00074d+0.01537，0.5mm≤d＜10mm
v1＝-0.0003d+0.011，d≥10mm
其中，v1为浸入速率，单位为m/s，其结果精确到小数点后三位；d为中空式钢材壁厚，单位为mm，其精确到小数点后一位；
当中空式钢材壁厚d范围为0.5mm≤d＜10mm，浸入速率与壁厚关系满足方程v1＝-0.00074d+0.01537；
当中空式钢材壁厚d范围为≥10mm，浸入速率与壁厚关系满足v1＝-0.0003d+0.011。
如d为0.5mm，则浸入速率v1采用0.015m/s，d为10mm，浸入速率v1采用0.080m/s，d为30mm，浸入速率v1采用0.002m/s。
所述的步骤3(1)中，采用10～15°的浸入角浸入彩色热镀锌镀液，避免浸入时中空式钢材大面积接触彩色热镀锌镀液，严重爆液，影响镀层质量。热浸镀过程中，覆有助镀剂的镀件与彩色热镀锌镀液充分反应，产生大量废气废渣，10～15°的浸入角使废气废渣顺利排出，而不积压于镀件上，钢材壁厚与浸入角或提出角的关系式满足：
其中，d为中空式钢材的壁厚，单位为mm，本关系式适用于，0.5mm≤d≤30mm；为浸入角或提出角，单位为°，其结果精确到个位。
所述的步骤3(1)中，所述的彩色热镀锌镀液的温度为430～550℃，其不同厚度与不同温度共同作用下影响着镀层的色彩效果，在相同钢材厚度下，随着温度的升高，中空式钢材的彩色热镀层的颜色为黄色、紫色、蓝色、草绿色、砂石色。在相同浸镀温度下，钢材厚度越高，彩色镀层的色彩分别呈现黄色、紫色、蓝色、草绿色、砂石色。两者对镀层具有相同的影响规律。
所述的步骤3(1)中，浸镀时间为0.5～10min，由于镀件壁厚不同，镀件受热充分需要时间，其浸镀时间与中空式钢材的壁厚关系满足方程：
t＝0.5 d＜1mm
t＝0.2+0.325d 1mm≤d≤30mm
其中d为中空式钢材壁厚，单位为mm；t为所需浸镀时间，单位为min，精确到小数点后一位。
所述的步骤3(2)中，在浸镀后的镀件，取出前，将彩色热镀锌镀液表面形成的氧化渣去除，避免氧化渣残留在镀件表面，影响浸镀效果，产生漏镀、色彩不均等问题。
所述的步骤3中，在热浸镀过程中，还可以持续向彩色热镀锌镀液表面喷吹惰性保护气体，直至浸镀后的镀件取出。
所述的步骤3(2)中，将彩色热镀锌镀液表面形成的氧化渣去除，其目的是避免氧化渣残留在镀件表面，影响浸镀效果，产生漏镀、色彩不均等问题。
所述的步骤3(2)中，所述的提出速率，根据中空式钢材壁厚的不同，采用不同的提出速率；提出速率与壁厚关系满足方程：
v2＝-0.00074d+0.01537，0.5mm≤d＜10mm
v2＝-0.0003d+0.011，d≥10mm
其中v2为提出速率，单位为m/s，其结果精确到小数点后三位；d为中空式钢材壁厚，单位为mm，其精确到小数点后一位；
当中空式钢材壁厚d范围为0.5mm≤d＜10mm，提出速率与壁厚关系满足v2＝-0.00074d+0.01537；
当中空式钢材壁厚d范围为≥10mm，提出速率与壁厚关系满足v2＝-0.0003d+0.011。
如d为0.5mm，提出速率v2采用0.015m/s，d为10mm，提出速率v2采用0.080m/s，d为30mm，提出速率v2采用0.002m/s。
所述的步骤3(2)中，所述的0.002～0.015m/s的提出速率，根据中空式钢材的厚度采用不同的提出速率，由于钢材厚薄不一，钢材较厚，蓄热能力较强，钢材的冷却速率较慢，采用较慢的提出速率，提出端与浸没端的冷却速率差异不会太大，镀层色彩的均匀程度较好；钢材较薄，蓄热能力较弱，钢材表面冷却速率较快，需采用快速的提出速率，减少提出段与浸没端的温度差异，从而获得均匀度好的彩色镀层。
所述的步骤3(2)中，热镀的镀件与镀锌镀液的液面呈10～15°提出角提出，其目的是为了让滞留在中空式钢材的彩色热镀锌镀液加速下流，防止多余的彩色热镀锌镀液滞留在中空式钢材上，产生厚度不均、锌瘤等缺陷，若提出角较大，则会造成钢材两端高低差较大，易造成两端浸镀及炉口停留时间差异较大，氧化程度不一致，导致色彩不均现象。
所述的步骤3(2)中，所述的空气中冷却1～10min，在进行水冷的冷却方式，其控制钢材的空停时间，镀层色彩充分变化，影响彩色镀层的变色程度，从而获得色彩稳定、表面光洁度好、无杂色出现的的某一特定单色镀层。
本发明的一种对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，其有益效果在于：
1、本发明针对中空式钢材的结构特点，提出了一种彩色热镀锌技术，其工艺简单，成本低廉，生产效率高，能够获得黄色、紫色、蓝色、草绿色、砂石色等色彩均一、色彩易于控制、镀层表面光洁度好、不易出现杂色的单色镀层，该彩色镀层耐蚀性、耐候性均优于现有的彩涂技术及钝化技术，彩色镀层的均匀度远高于原有的彩色热镀锌技术，色彩均一稳定，工艺参数易于控制，某一特定色彩镀层工艺范围窗口宽，获得高质量的单色镀层的成品率极高，且适用于各种形状、壁厚的中空式钢材。
2、本发明提供的彩色热镀锌技术相较于已有的彩色热镀锌技术，具有较宽的色彩工艺参数窗口范围，能够在不同的工艺条件下，均能对中空式钢材进行彩色热镀，因此获得高质量的彩色镀层的成品率高，所获得彩色镀层均匀度高，色彩均一稳定，耐蚀性、耐候性和表面光洁度均优于彩色涂覆技术、彩色钝化技术，色彩均匀度远高于已有的彩色热镀锌镀层，具有准确的工艺参数能够获得从绿色、砂石色、黄色、蓝色、紫色等色彩镀层。
3、本发明在传统热镀锌工艺中，改变了镀液的组成成分，主要以Mn、Y、Ce、为主要呈色元素，通过加入0～0.05％的Cu，改善镀液的流动性，通过控制浸镀温度、浸镀时间、浸入速率、浸入角、提出速率、提出角及冷却方式等各项工艺参数，可获得均匀稳定某一特定单色的彩色镀层，如黄色、紫色、蓝色、草绿色、砂石色等各种纯色镀层，不出现其他杂色，镀层表面光洁度好，镀层色彩持久性强，镀层耐蚀性与耐候性均优越于彩涂板，色彩均匀度远远高于现有的彩色热镀锌技术，具有稳定的工艺参数指导工业生产，适合大规模的推广。
4、本发明利用加入Y、Ce氧化性较强的稀土元素，既可作为呈色元素，加深色彩的饱和度，又在镀液成分中起到预先氧化作用，一定程度上延缓了Mn元素的氧化呈色，减缓色彩变化速率，扩展各个色彩的工艺参数窗口扩宽，从而使得某一色彩的停留时间延长，较易控制的获得色彩均一稳定、无杂色出现的彩色镀层。
5、本发明中的彩色热镀锌镀液，Y和Ce的质量百分数总和范围在0.02％～0.15％，其主要目的是，防止稀土元素过多，同时要保证呈色稀土元素的含量，因为稀土元素过多对色彩的饱和度加深效果并不显著，反而会降低镀层的耐蚀性能，而Y、Ce的含量较少，镀层色彩的饱和度则较低，呈色效果较差。
本发明的彩色热镀锌镀液中，加入0～0.05％Cu，明显增大了彩色镀液的流动性，减少滞留镀件的锌液，获得良好的浸镀效果，所获镀层厚度均匀，色彩均一稳定，无漏镀、锌瘤等缺陷。
6、本发明中，不同厚度的中空式钢材钢材采用不同的浸入速率和提出速率，由于钢材壁厚不同，吸热放热速率不同，镀层色彩变化速率随之不同。为避免浸没端和非浸没端因加热、冷却程度的不同而导致镀层色彩不均等现象，薄壁钢材需采用较快的浸入速率和提出速率，较短的浸镀时间，厚壁钢材需采用较慢的浸入速率和提出速率，较长的浸镀时间。
7、本发明结合镀件浸镀后的冷却方式，利用空停1～10min后水冷的处理方式，镀层与氧气接触，镀层色彩充分变化，结合钢材的厚度特点采取的浸入速率、浸入角、浸镀时间、提出速率、提出角等工艺参数，最后获得色彩均匀稳定、表面光洁度好、无杂色出现、耐蚀性及耐候性、镀层光洁度均较好的黄色、紫色、蓝色、草绿色、砂石色等彩色镀层。
8、本发明所提供的工艺方法可适用于不同厚度及宽度的多种复杂结构的中空式钢材，如圆管、方管、空心六角钢等各种中空式钢材。
9、本发明所获得的各种色彩镀层具有工艺窗口范围大，易于控制工艺参数，准确地得到高质量的彩色镀层，不掺杂其他色彩，所获得的彩色镀层均匀度高，色彩均一稳定，表面光洁度好，能够获得无杂色出现的黄色、紫色、蓝色、草绿色、砂石色等多种色彩的单色镀层，也可获得灰绿、黄绿、黄紫等几种色彩的多色镀层。
10、本发明所获得彩色镀层色彩的持久性与耐牢度均优于普通彩涂板，且强紫外线照射下不易发生老化现象。
11、本发明的方法先配置锌合金镀液(98.8％～99.85％Zn、0.1％～1％Mn、0～0.1％Y、0～0.08％Ce、0～0.05％Cu)，将表面预处理好的中空式钢材(如圆管、方管)以0.002～0.015m/s的速率，镀件与锌合金镀液呈10～15°浸入锌合金镀液中，浸镀温度为430～550℃，浸镀时间为0.5～10min，再将镀件以0.002～0.015m/s的速率，镀件与锌合金镀液呈10～15°从锌合金镀液中提出，空停1～10min后进行水冷，最终获得色彩均匀单一、表面光洁度好、无杂色出现的黄色、紫色、蓝色、草绿色、砂石色等多种色彩镀层。该工艺，具有工艺简单、易于控制、工艺性强、成本低廉等特点，具有广泛的工业推广前景。
附图说明
图1为目前彩涂板技术的工艺流程图；
图2为镀锌钝化流程图；
图3是对比例中的对中空式钢材进行彩涂的工艺流程示意图；
图4是本发明的实施例的对中空式钢材进行彩色热镀锌的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
对壁厚为0.5mm圆管钢材进行彩色热镀锌的方法，其工艺流程示意图见图4。其中，圆管钢材尺寸为DN20×0.5×100mm，首先制备出Zn-Mn中间合金、Zn-Y中间合金、Zn-Ce中间合金，再将制备好的中间合金用于制备特殊彩色热镀锌镀液，对镀件表面进行预处理，最后进行热镀锌操作，具体操作步骤如下：
步骤1，制备Zn-Mn中间合金、Zn-Y中间合金、Zn-Ce中间合金
(1)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至540℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Mn，并控制温度在540℃，当Mn完全熔于锌液中，充分搅拌，保温10min，浇铸于模具中，得到Zn-Mn(5.2wt.％Mn)中间合金；
(2)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至560℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Y，并控制温度在560℃，当Y完全熔于锌液中，充分搅拌，保温10min，浇铸于模具中，得到Zn-Y(2wt.％Y)中间合金；
(3)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至520℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Ce，并控制温度在520℃，当Ce完全熔于锌液中，充分搅拌，保温10min，浇铸于模具中，得到Zn-Ce(1.6wt.％Ce)中间合金。
步骤1制备的中间合金成分和收得率如下表1。
表1中间合金的成分组成及收得率
步骤2，制备彩色热镀锌镀液
(1)将锌锭随炉加热并稳定至490～510℃保温熔化后，根据彩色热镀锌镀液的成分，加入预先制备好的中间合金，搅拌使中间合金充分熔化，静置5min，制得彩色热镀锌镀液；
(2)使制备后的彩色热镀锌镀液中，其元素和元素质量百分配比满足Zn含量98.8％，Mn含量1％、Y含量0.1％、Ce含量0.05％、Cu含量0.05％。
步骤2，镀件表面预处理
(1)将壁厚为0.5mm圆管钢材浸泡于50℃，5wt.％的NaOH溶液浸泡20min进行碱洗除油，浸泡后取出，并用清水清洗至中性，得到碱洗除油后的镀件；
(2)将碱洗除油后的镀件浸泡于室温下，质量浓度为15％盐酸溶液浸泡20min进行酸洗，浸泡后取出，并用清水清洗至中性，得到酸洗后的镀件；
(3)将酸洗后的镀件浸泡于40℃，质量浓度为10％的氯化锌铵溶液(ZnCl2:NH4Cl＝1:1)进行助镀1min，助镀后至于120℃的干燥空气中进行烘干，得到助镀后的镀件。
步骤3，热浸镀操作
(1)将助镀后的镀件固定于升降装置；
(2)助镀后的镀件以0.015m/s的浸入速率，与彩色热镀锌镀液接触，并且使助镀后的镀件与彩色热镀锌镀液的液面呈15°的倾斜角为浸入角，浸入彩色热镀锌镀液，浸镀温度控制在550℃，浸镀时间为0.5min，得到浸镀后的镀件；
(3)浸镀后的镀件取出前使用刮板将彩色热镀锌镀液的氧化渣去除，露出纯净新鲜的锌液面；
(4)浸镀后的镀件以0.015m/s的提出速率，浸镀后的镀件与彩色热镀锌镀液的液面呈15°的倾斜角作为提出角，取出，置于空气中冷却1min再进行水冷，得到彩色热镀锌后的中空式钢材。
实施例1中厚度为0.5mm的圆管钢材在550℃的温度下浸镀0.5min，之后镀液中取出，在空气中冷却1min，镀层颜色发生变化，最终获得稳定的砂石色镀层。其浸镀层色彩均一，表面光洁度好，无杂色出现，镀层耐蚀性及耐候性强，镀层与基体附着力强，不易脱落。
实施例2
对壁厚为5mm圆管钢材进行彩色热镀锌的方法，其中，圆管钢材尺寸为DN50×5×100mm，首先，制备出Zn-Mn中间合金、Zn-Y中间合金、Zn-Ce中间合金，再将制备好的中间合金用于制备特殊彩色热镀锌镀液，对镀件表面进行预处理，最后进行热浸镀操作，具体操作步骤如下：
步骤1，制备Zn-Mn中间合金、Zn-Y中间合金、Zn-Ce中间合金
(1)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至550℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Mn，并控制温度在550℃，当Mn完全熔于锌液中，充分搅拌，保温15min，浇铸于模具中，得到Zn-Mn(5.1wt.％Mn)中间合金；
(2)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至570℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Y，并控制温度在570℃，当Y完全熔于锌液中，充分搅拌，保温15min，浇铸于模具中，得到Zn-Y(1.0wt.％Y)中间合金；
(3)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至530℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Ce，并控制温度在530℃，当Ce完全熔于锌液中，充分搅拌，保温15min，浇铸于模具中，得到Zn-Ce(1.0wt.％Ce)中间合金。
步骤1制备的中间合金成分和收得率如下表2。
表2中间合金的成分组成及收得率
步骤2，制备彩色热镀锌镀液
(1)将锌锭熔化后，加入预先制备好的中间合金，搅拌使中间合金充分熔化，静置4min；
(2)使制备后的彩色热镀锌镀液中，其元素和元素质量百分配比满足Zn含量99.3％，Mn含量0.5％、Y含量0.05％、Ce含量0.03％、Cu含量0％，余量为杂质。
步骤2，镀件表面预处理
(1)将壁厚为5mm圆管钢材浸泡于55℃，6wt.％的NaOH溶液浸泡30min进行碱洗除油，浸泡后取出，并用清水清洗至中性，得到碱洗除油后的镀件；
(2)将碱洗除油后的镀件浸泡于室温下，质量浓度为20％盐酸溶液浸泡30min进行酸洗，浸泡后取出，并用清水清洗至中性，得到酸洗后的镀件；
(3)将酸洗后的镀件浸泡于50℃，质量浓度为15％的氯化锌铵溶液(ZnCl2:NH4Cl＝1:3)进行助镀2min，助镀后至于130℃的干燥空气中进行烘干，得到助镀后的镀件。
步骤3，热浸镀操作
(1)将助镀后的镀件固定于升降装置；
(2)助镀后的镀件以0.012m/s的浸入速率，与彩色热镀锌镀液接触，并且使助镀后的镀件与彩色热镀锌镀液的液面呈14°的倾斜角作为浸入角，浸入彩色热镀锌镀液，浸镀温度控制在520℃，浸镀时间为1.8min，得到浸镀后的镀件；
(3)浸镀后的镀件取出前使用刮板将彩色热镀锌镀液的氧化渣去除，露出纯净新鲜的锌液面；
(4)浸镀后的镀件以0.012m/s的提出速率，浸镀后的镀件与彩色热镀锌镀液的液面呈14°的倾斜角作为提出角，取出，置于空气中冷却2min后，再进行水冷，得到彩色热镀锌后的中空式钢材。
实施例2中厚度为5mm的圆管钢材在520℃的温度下浸镀1.8min，之后镀液中取出，在空气中冷却2min后水冷处理，镀层颜色发生变化，最终获得稳定的草绿色镀层。其浸镀层色彩均一，表面光洁度好，无杂色出现，镀层耐蚀性及耐候性强，镀层与基体附着力强，不易脱落。
实施例3
对壁厚为10mm的方管钢材进行彩色热镀锌的方法，其中，方管钢材尺寸规格为80×60×10×100mm。首先，制备出Zn-Mn中间合金、Zn-Y中间合金、Zn-Ce中间合金，再将制备好的中间合金用于制备特殊彩色热镀锌镀液，对镀件表面进行预处理，最后进行热浸镀操作，具体操作步骤如下：
步骤1，制备Zn-Mn中间合金、Zn-Y中间合金、Zn-Ce中间合金
(1)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至555℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Mn，并控制温度在555℃，当Mn完全熔于锌液中，充分搅拌，保温20min，浇铸于模具中，得到Zn-Mn(4.9wt.％Mn)中间合金；
(2)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至577℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Y，并控制温度在577℃，当Y完全熔于锌液中，充分搅拌，保温20min，浇铸于模具中，得到Zn-Y(1.4wt.％Y)中间合金；
(3)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至535℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Ce，并控制温度在535℃，当Ce完全熔于锌液中，充分搅拌，保温20min，浇铸于模具中，得到Zn-Ce(2.0wt.％Ce)中间合金。
步骤1制备的中间合金成分和收得率如下表3。
表3中间合金的成分组成及收得率
步骤2，制备彩色热镀锌镀液
(1)将锌锭熔化后，加入预先制备好的中间合金，搅拌使中间合金充分熔化，静置4min；
(2)使制备后的彩色热镀锌镀液中，其元素和元素质量百分配比满足Zn含量99.4％，Mn含量0.5％、Y含量0％、Ce含量0.08％、Cu含量0.01％，余量为杂质。
步骤2，镀件表面预处理
(1)将壁厚为10mm的方管钢材镀件浸泡于60℃，8wt.％的NaOH溶液浸泡40min进行碱洗除油，浸泡后取出，并用清水清洗至中性，得到碱洗除油后的镀件；
(2)将碱洗除油后的镀件浸泡于室温下，质量浓度为20％盐酸溶液浸泡30min进行酸洗，浸泡后取出，并用清水清洗至中性，得到酸洗后的镀件；
(3)将酸洗后的镀件浸泡于60℃，质量浓度为20％的氯化锌铵溶液(ZnCl2:NH4Cl＝3:1)进行助镀3min，助镀后至于140℃的干燥空气中进行烘干，得到助镀后的镀件。
步骤3，热浸镀操作
(1)将助镀后的镀件固定于升降装置；
(2)助镀后的镀件以0.008m/s的浸入速率，与彩色热镀锌镀液接触，并且使助镀后的镀件与彩色热镀锌镀液的液面呈13°的倾斜角作为浸入角，浸入彩色热镀锌镀液，浸镀温度控制在490℃，浸镀时间为3.5min，得到浸镀后的镀件；
(3)浸镀后的镀件取出前使用刮板将彩色热镀锌镀液的氧化渣去除，露出纯净新鲜的锌液面；
(4)浸镀后的镀件以0.008m/s的提出速率，浸镀后的镀件与彩色热镀锌镀液的液面呈13°的倾斜角作为提出角，取出，置于空气中冷却4min后水冷，得到彩色热镀锌后的中空式钢材。
实施例3中厚度为10mm的方管钢材在490℃的温度下浸镀3.5min，之后镀液中取出，在空气中冷却4min后水冷处理，镀层颜色发生变化，最终获得稳定的蓝色镀层。其浸镀层色彩均一，表面光洁度好，无杂色出现，镀层耐蚀性及耐候性强，镀层与基体附着力强，不易脱落。
实施例4
对壁厚为20mm的方管钢材进行彩色热镀锌的方法，其中，方管钢材尺寸规格为80×60×20×100mm。首先制备出Zn-Mn中间合金、Zn-Y中间合金、Zn-Ce中间合金，再将制备好的中间合金用于制备特殊彩色热镀锌镀液，对镀件表面进行预处理，最后进行热浸镀操作，具体操作步骤如下：
步骤1，制备Zn-Mn中间合金、Zn-Y中间合金、Zn-Ce中间合金
(1)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至560℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Mn，并控制温度在560℃，当Mn完全熔于锌液中，充分搅拌，保温20min，浇铸于模具中，得到Zn-Mn(4.0wt.％Mn)中间合金；
(2)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至580℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Y，并控制温度在580℃，当Y完全熔于锌液中，充分搅拌，保温20min，浇铸于模具中，得到Zn-Y(1.1wt.％Y)中间合金；
(3)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至540℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Ce，并控制温度在540℃，当Ce完全熔于锌液中，充分搅拌，保温20min，浇铸于模具中，得到Zn-Ce(1.6wt.％Ce)中间合金。
步骤1制备的中间合金成分和收得率如下表4。
表4中间合金的成分组成及收得率
步骤2，制备彩色热镀锌镀液
(1)将锌锭熔化后，加入预先制备好的中间合金，搅拌使中间合金充分熔化，静置5min，制得彩色热镀锌镀液；
(2)使制备后的彩色热镀锌镀液中，其元素和元素质量百分配比满足Zn含量99.85％，Mn含量0.1％、Y含量0.02％、Ce含量0％、Cu含量0％，余量为杂质。
步骤2，镀件表面预处理
(1)将壁厚为20mm的方管钢材浸泡于70℃，10wt.％的NaOH溶液浸泡40min进行碱洗除油，浸泡后取出，并用清水清洗至中性，得到碱洗除油后的镀件；
(2)将碱洗除油后的镀件浸泡于室温下，质量浓度为20％盐酸溶液浸泡30min进行酸洗，浸泡后取出，并用清水清洗至中性，得到酸洗后的镀件；
(3)将酸洗后的镀件浸泡于80℃，质量浓度为30％的氯化锌铵溶液(ZnCl2:NH4Cl＝2:1)进行助镀5min，助镀后至于140℃的干燥空气中进行烘干，得到助镀后的镀件。
步骤3，热浸镀操作
(1)将助镀后的镀件固定于升降装置；
(2)助镀后的镀件以0.005m/s的速率，与彩色热镀锌镀液接触，并且使助镀后的镀件与彩色热镀锌镀液的液面呈12°的倾斜角为浸入角，浸入彩色热镀锌镀液，浸镀温度控制在460℃，浸镀时间为7min，得到浸镀后的镀件；
(3)浸镀后的镀件取出前使用刮板将彩色热镀锌镀液的氧化渣去除，露出纯净新鲜的锌液面；
(4)浸镀后的镀件以0.005m/s的提出速率，浸镀后的镀件与彩色热镀锌镀液的液面呈12°的倾斜角作为提出角，取出，置于空气中冷却7min后，再进行水冷，得到彩色热镀锌后的中空式钢材。
实施例4中厚度为20mm的方管钢材在460℃的温度下浸镀7min，之后镀液中取出，在空气中冷却7min后水冷处理，镀层颜色发生变化，最终获得稳定的紫色镀层。其浸镀层色彩均一，表面光洁度好，无杂色出现，镀层耐蚀性及耐候性强，镀层与基体附着力强，不易脱落。
实施例5
对壁厚为30mm的方管钢材进行彩色热镀锌的方法，其中，方管钢材尺寸规格为80×60×30×100mm。首先，制备出Zn-Mn中间合金、Zn-Y中间合金、Zn-Ce中间合金，再将制备好的中间合金用于制备特殊彩色热镀锌镀液，对镀件表面进行预处理，最后进行热浸镀操作，具体操作步骤如下：
步骤1，制备Zn-Mn中间合金、Zn-Y中间合金、Zn-Ce中间合金
(1)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至555℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Mn，并控制温度在555℃，当Mn完全熔于锌液中，充分搅拌，保温20min，浇铸于模具中，得到Zn-Mn(5.0wt.％Mn)中间合金；
(2)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至577℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Y，并控制温度在577℃，当Y完全熔于锌液中，充分搅拌，保温20min，浇铸于模具中，得到Zn-Y(1.2wt.％Y)中间合金；
(3)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至535℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Ce，并控制温度在535℃，当Ce完全熔于锌液中，充分搅拌，保温20min，浇铸于模具中，得到Zn-Ce(1.5wt.％Ce)中间合金。
步骤1制备的中间合金成分和收得率如下表5。
表5中间合金的成分组成及收得率
步骤2，制备彩色热镀锌镀液
(1)将锌锭熔化后，加入预先制备好的中间合金，搅拌使中间合金充分熔化，静置5min，制得彩色热镀锌镀液；
(2)使制备后的彩色热镀锌镀液中，其元素和元素质量百分配比满足Zn含量99.8％，Mn含量0.1％、Y含量0.05％、Ce含量0％、Cu含量0％，余量为杂质。
步骤2，镀件表面预处理
(1)将壁厚为30mm的方管钢材浸泡于70℃，10wt.％的NaOH溶液浸泡40min进行碱洗除油，浸泡后取出，并用清水清洗至中性，得到碱洗除油后的镀件；
(2)将碱洗除油后的镀件浸泡于室温下，质量浓度为20％盐酸溶液浸泡30min进行酸洗，浸泡后取出，并用清水清洗至中性，得到酸洗后的镀件；
(3)将酸洗后的镀件浸泡于80℃，质量浓度为30％的氯化锌铵溶液(ZnCl2:NH4Cl＝1:3)进行助镀5min，助镀后至于150℃的干燥空气中进行烘干，得到助镀后的镀件。
步骤3，热浸镀操作
(1)将助镀后的镀件固定于升降装置；
(2)助镀后的镀件以0.002m/s的浸入速率，与彩色热镀锌镀液接触，并且使助镀后的镀件与彩色热镀锌镀液的液面呈10°的倾斜角作为浸入角，浸入彩色热镀锌镀液，浸镀温度控制在430℃，浸镀时间为10min，得到浸镀后的镀件；
(3)浸镀后的镀件取出前使用刮板将彩色热镀锌镀液的氧化渣去除，露出纯净新鲜的锌液面；
(4)浸镀后的镀件以0.002m/s的提出速率，浸镀后的镀件与彩色热镀锌镀液的液面呈10°的倾斜角作为提出角，取出，置于空气中冷却10min后，再进行水冷，得到彩色热镀锌后的中空式钢材。
实施例5中厚度为30mm的方管钢材在430℃的温度下浸镀10min，之后镀液中取出，在空气中冷却10min后水冷处理，镀层颜色发生变化，最终获得稳定的黄色镀层。其浸镀层色彩均一，表面光洁度好，无杂色出现，镀层耐蚀性及耐候性强，镀层与基体附着力强，不易脱落。
对比例
一种中空式钢材进行彩涂的工艺方法，其工艺流程图见图3，具体包括以下步骤：
步骤1，对中空式钢材进行热镀锌：
对中空式钢材表面进行脱脂除锈方法进行预处理，处理后进行助镀后，进行热镀锌，获得热镀锌中空式钢材。此时的中空式钢材为常规的银白色钢材；
步骤2，初涂：
在热镀锌中空式钢材上涂覆底漆，并烘烤固化，烘烤温度为150℃，烘烤时间30s，得到涂有底漆的中空式钢材；
步骤3，精涂：
在涂有底漆的中空式钢材上面漆，并再次烘烤固化，其精涂烘烤温度为180℃，烘烤时间为40s，得到精涂后的中空式钢材；
步骤4，冷却
将精涂的中空式钢材冷却，得到彩涂中空式钢材。
本对比例中在对中空式钢材进行热镀锌之后，单独再对钢材进行彩涂工艺，增加了较多繁琐工序，同时也增大了成本，所获彩色涂层的抗老化性能较差，色彩持久性较低。

Claims (10)

1.一种对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：制备彩色热镀锌镀液
向熔化后的锌熔液中，加入中间合金，得到彩色热镀锌镀液；
其中，彩色热镀锌镀液中，含有的元素及各个元素的质量百分比分别为：Zn为98.8％～99.85％，Mn为0.1％～1％，Y为0～0.1％，Ce为0～0.08％，Cu为0～0.05％，余量为不可避免的杂质，其中，Y和Ce的质量百分数总和范围在0.02％～0.15％；
步骤2：镀件表面预处理
(1)对中空式钢材进行碱洗除油，得到碱洗除油后的镀件；
(2)将碱洗除油后的镀件进行酸洗，得到酸洗后的镀件；
(3)40～80℃下，将酸洗后的镀件浸泡在助镀剂中，进行助镀1～5min，取出，用120～150℃干燥热空气进行烘干，得到助镀后的镀件；其中，助镀剂为质量浓度为10％～30％的氯化锌铵水溶液，按摩尔比，ZnCl2:NH4Cl＝(1～3)：(1～3)；
步骤3：热浸镀操作
(1)将助镀后的镀件固定在升降装置中，使助镀后的镀件以0.002～0.015m/s的浸入速率，与彩色热镀锌镀液接触，并且使助镀后的镀件与彩色热镀锌镀液的液面呈10～15°浸入角浸入彩色热镀锌镀液后，维持彩色热镀锌镀液的浸镀温度为430～550℃，浸镀时间为0.5～10min后，得到浸镀后的镀件；
(2)将浸镀后的镀件以0.002～0.015m/s的提出速率，与新鲜彩色热镀锌镀液呈10～15°的提出角取出，置于空气中冷却1～10min，再进行水冷，得到彩色热镀锌后的中空式钢材。
2.根据权利要求1所述的对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的中间合金，根据金属二元相图及元素特点，具体成分为Zn-Mn中间合金、Zn-Y中间合金、Zn-Ce中间合金；其中，Zn-Mn中间合金中，Mn的质量百分含量为4.0％～5.5％，Zn-Y中间合金中，Y的质量百分含量为1％～2％，Zn-Ce中间合金中，Ce的质量百分含量为1％～2％。
3.根据权利要求1所述的对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的彩色热镀锌镀液的制备工艺，包括以下步骤：
I：中间合金配制
按照彩色热镀锌镀液的元素组成，配制中间合金；具体为：
(1)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至540～560℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Mn，并控制温度在540～560℃，当Mn完全熔于锌液中，充分搅拌，保温10～20min，浇铸于模具中，得到Mn的质量百分含量为4.0％～5.5％的Zn-Mn中间合金；
(2)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至560～580℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Y，并控制温度在560～580℃，当Y完全熔于锌液中，充分搅拌，保温10～20min，浇铸于模具中，得到Y的质量百分含量为1％～2％的Zn-Y中间合金；
(3)先将锌锭置于熔炼设备中，随炉加热至520～540℃，待锌锭完全熔化后，得到锌液；向锌液中加入Ce，并控制温度在520～540℃，当Ce完全熔于锌液中，充分搅拌，保温10～20min，浇铸于模具中，得到Ce的质量百分含量为1％～2％的Zn-Ce中间合金；
II：彩色热镀锌镀液配制
将锌锭放入熔炼设备中，随炉加热并稳定至490～510℃保温，得到熔融锌液；
根据彩色热镀锌镀液的成分，计算出所需中间合金的质量，将配制好的中间合金加入熔融锌液中，搅拌使中间合金充分熔化，静置3～5min，得到彩色热镀锌镀液。
4.根据权利要求3所述的对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，其特征在于，所述的Zn为纯度99.995wt.％的不规则形状的锌块，所述的Y为纯度为99.9wt.％的不规则块状Y，所述的Ce为纯度99.9wt.％的不规则块状Ce，所述的Mn为纯度99.7wt.％的1～10mm的不规则片状电解锰。
5.根据权利要求1所述的对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，其特征在于，所述的步骤2(1)中，所述的镀件进行碱洗除油，其方法为：将镀件浸泡在NaOH水溶液中，在50～70℃进行碱洗除油20～40min，取出，用清水清洗至中性，得到除油后的镀件。
6.根据权利要求1所述的对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，其特征在于，所述的步骤2(2)中，所述的酸洗，其方法为：将碱洗除油后的镀件置于质量浓度为15％～20％的盐酸水溶液中，室温下浸泡酸洗20～30min，取出，用清水清洗至中性，得到酸洗后的镀件。
7.根据权利要求1所述的对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，其特征在于，所述的步骤3(1)中，所述的浸入速率，根据中空式钢材壁厚的不同，采用不同的提出速率，其浸入速率与壁厚关系满足方程：
v1＝-0.00074d+0.01537，0.5mm≤d＜10mm
v1＝-0.0003d+0.011，d≥10mm
其中，v1为浸入速率，单位为m/s，其结果精确到小数点后三位；d为中空式钢材壁厚，单位为mm，其精确到小数点后一位。
8.根据权利要求1所述的对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，其特征在于，所述的步骤3(1)中，钢材壁厚与浸入角或提出角的关系式满足：
其中，d为中空式钢材的壁厚，单位为mm，本关系式适用于，0.5mm≤d≤30mm；为浸入角或提出角，单位为°，其结果精确到个位。
9.根据权利要求1所述的对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，其特征在于，所述的步骤3(1)中，浸镀时间为0.5～10min，由于镀件壁厚不同，镀件受热充分需要时间，其浸镀时间与中空式钢材的壁厚关系满足方程：
t＝0.5 d＜1mm
t＝0.2+0.325d 1mm≤d≤30mm
其中d为中空式钢材壁厚，单位为mm；t为所需浸镀时间，单位为min，精确到小数点后一位。
10.根据权利要求1所述的对中空式钢材进行彩色热镀锌的方法，其特征在于，所述的步骤3(2)中，所述的提出速率，根据中空式钢材壁厚的不同，采用不同的提出速率；提出速率与壁厚关系满足方程：
v2＝-0.00074d+0.01537，0.5mm≤d＜10mm
v2＝-0.0003d+0.011，d≥10mm
其中v2为提出速率，单位为m/s，其结果精确到小数点后三位；d为中空式钢材壁厚，单位为mm，其精确到小数点后一位。
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