CN110747422B - 一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层，其原料配比为：Al含量为3‑9wt%，Mg含量为0.03‑0.09wt%，Pb含量为0.1‑0.3 wt%，Bi含量为0.1‑0.2 wt%，稀土含量为0.05‑0.15wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为10‑20：3‑5：1。相比于现有技术，综合性能大大提高，中性盐雾试验4800h后外观评级为9‑10级，浸锡试验的上锡面积均大于95%，表明本发明的合金镀层具有优异的耐腐蚀性能和焊接性能。

Description

一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层

技术领域

本发明涉及紧固件表面处理技术领域，尤其涉及一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层。

背景技术

材料与周围环境发生化学电化学反应后被破坏的现象是材料腐蚀。材料腐蚀遍及国民经济的各个领域，给国民经济带来巨大损失。搞好材料的防腐蚀工作，己不是单纯的技术问题，而是关系到保护资源、节约能源、节省材料、保护环境、保证正常生产和人身安全、发展新技术等一系列的重大社会和经济问题。

紧固件作为一种通用基础件，其可靠性对主机工作性能和结构安全性起着重要作用。在电力行业，输电线路铁塔和金具连接设施都大量使用紧固件，因此紧固件的质量好坏直接关系到电网运行的安全和稳定。

在热镀材料中应用最为广泛的金属是锌，随着新兴工业和科技的发展以及环境污染的日趋严重，以往的纯锌镀层制品在耐蚀性能、机械性能等方面已远不能满足要求，所以，锌基合金镀层成为热镀工业的主要发展方向和内容。其中，新耐蚀镀锌层开发是镀锌工业中最重要的发展方向之一。目前，提高镀层耐蚀性能的主要方法是通过在锌液中添加合金元素的方法，热浸镀过程中在钢铁紧固件表面沉积一层合金镀层。合金镀层的耐腐蚀性能优于纯锌镀层，从而提高热浸镀合金镀层紧固件的耐腐蚀寿命，使其满足输变电工程全寿命周期建设的要求。近几年来，耐蚀性能优异的镀锌层主要有Zn-Al、Zn-Al-Mg等系列，日本日新制钢公司的高耐蚀新型Zn-Al-Mg合金镀层，耐蚀性为纯锌镀层的10倍，为Galfan合金镀层的5倍。

目前，现有技术已经公开了一些合金镀层的技术方案，例如申请公布号CN104711502 A的中国专利申请，公开了一种耐蚀锌铝镁稀土合金镀层及其制备和热浸镀方法，耐蚀锌铝镁稀土合金镀层的原料配比为：Al3-9wt%，Mg0.03-0.09wt%，稀土0.01-0.15wt%，余量为锌。其中稀土为镧、铈或镨。各种原料混合经过合金熔融步骤制备成熔融合金，该镀液的流动性好，对钢基具有良好的浸润性；经过表面预处理的钢材在制备好的熔融合金进行热浸镀后，表面就镀上了耐蚀锌铝镁稀土合金镀层，该镀层表面平整光滑，具有优良的防腐蚀性能。但是，该锌铝镁稀土合金镀层的焊接性能存在不足，还有进一步提高的空间。因此，在现有的合金镀层基础上进行改进和创新，不仅要提高合金镀层的耐腐蚀性能，同时还要提高焊接性能，从而获得综合性能更优异的合金镀层。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种耐腐蚀性能和焊接性能更优异的合金镀层。具体地，本发明采用如下技术方案：

一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层，其原料配比为：Al含量为3-9wt%，Mg含量为0.03-0.09wt%，Pb含量为0.1-0.3 wt%，Bi含量为0.1-0.2 wt%，稀土含量为0.05-0.15wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为10-20：3-5：1。

优选地，一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

在紧固件表面进行热浸镀获得所述合金镀层的方法，包括如下步骤：

（1）合金熔融：将锌加热至650-750℃，镁、铅、铋用铝片包裹压制成块状压入锌液中，在650-750℃温度下保持2h，过程中每隔20min 用石英棒进行搅拌；待充分熔融后，加热至850-880℃，将稀土压入熔池底部，850-880℃温度下保持1h，将温度降低到650-700℃待用；

（2）紧固件预处理：将紧固件在10wt% 的NaOH 碱液中50℃保持3-5min进行碱洗除油；然后取出用清水清洗；接着用10wt% 的盐酸溶液酸洗3min除锈；再用清水清洗；使用助镀剂在80℃助镀1-2min；然后105℃下2min将紧固件烘干；

（3）热浸镀：步骤（2）预处理后的紧固件置入步骤（1）制备的熔融合金中，浸镀温度为650-700℃，浸镀时间为10-20s。

其中，步骤（2）中助镀剂的成份包括：浓度为250-280g/L 的ZnCl₂，浓度为40-60g/L 的NH₄Cl，浓度为40-60g/L 的AlCl₃，浓度为30-50g/L 的LiCl，浓度为4-8g/L的乳化剂OP-10，以及溶剂水。

相比于现有技术，本发明的有益效果是：综合性能大大提高，耐腐蚀性能和焊接性能均更加优异。其中，中性盐雾试验4800h后外观评级为9-10级，浸锡试验的上锡面积均大于95%，表明本发明的合金镀层具有优异的耐腐蚀性能和焊接性能，使得经过本发明合金涂层处理后的紧固件具有更广的应用前景。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1：

一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

在紧固件表面进行热浸镀获得所述合金镀层的方法，包括如下步骤：

（1）合金熔融：将锌加热至750℃，镁、铅、铋用铝片包裹压制成块状压入锌液中，在750℃温度下保持2h，过程中每隔20min用石英棒进行搅拌；待充分熔融后，加热至850℃，将稀土压入熔池底部，850℃温度下保持1h，将温度降低到700℃待用；

（2）紧固件预处理：将紧固件在10wt% 的NaOH 碱液中50℃保持5min进行碱洗除油；然后取出用清水清洗；接着用10wt% 的盐酸溶液酸洗3min除锈；再用清水清洗；使用助镀剂在80℃助镀1min；然后105℃下2min将紧固件烘干；

（3）热浸镀：步骤（2）预处理后的紧固件置入步骤（1）制备的熔融合金中，浸镀温度为700℃，浸镀时间为20s。

其中，步骤（2）中助镀剂的成份包括：浓度为250g/L 的ZnCl₂，浓度为50g/L 的NH₄Cl，浓度为50g/L 的AlCl₃，浓度为30g/L 的LiCl，浓度为8g/L的乳化剂OP-10，以及溶剂水。

实施例2：

一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层，其原料配比为：Al含量为3wt%，Mg含量为0.09wt%，Pb含量为0.1wt%，Bi含量为0.2wt%，稀土含量为0.05wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为10：5：1。

在紧固件表面进行热浸镀获得所述合金镀层的方法同实施例1。

实施例3：

一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层，其原料配比为：Al含量为9wt%，Mg含量为0.03wt%，Pb含量为0.3wt%，Bi含量为0.1wt%，稀土含量为0.15wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为20：3：1。

在紧固件表面进行热浸镀获得所述合金镀层的方法同实施例1。

对比例1：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

对比例1与实施例1的不同点在于，不含铅和铋。

对比例2：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.35wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

对比例2与实施例1的不同点在于，不含铋，铅含量为实施例1铅和铋的含量之和。

对比例3：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Bi含量为0.35wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

对比例3与实施例1的不同点在于，不含铅，铋含量为实施例1铅和铋的含量之和。

对比例4：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.05wt%，Bi含量为0.3wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

对比例4与实施例1的不同点在于，铅含量小于0.1wt%，铋含量大于0.2wt%，且铅和铋的含量之和与实施例1相同。

对比例5：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.33wt%，Bi含量为0.02wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

对比例5与实施例1的不同点在于，铅含量大于0.3wt%，铋含量小于0.1wt%，且铅和铋的含量之和与实施例1相同。

对比例6：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为1：1：1。

对比例6与实施例1的不同点在于，镧、铈和镨的质量比为1：1：1。

对比例7：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈的混合物，二者的质量比为15：5。

对比例7与实施例1的不同点在于，稀土为镧、铈的混合物，二者的质量比为15：5。

对比例8：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、镨的混合物，二者的质量比为15：1。

对比例8与实施例1的不同点在于，稀土为镧、镨的混合物，二者的质量比为15：1。

对比例9：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为铈、镨的混合物，二者的质量比为5：1。

对比例9与实施例1的不同点在于，稀土为铈、镨的混合物，二者的质量比为5：1。

对比例10：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Cd含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

对比例10与实施例1的不同点在于，用镉替换铅。

一、测试本发明实施例1-3和对比例1-10合金镀层的耐盐雾性能

采用实施例1-3和对比例1-10的合金镀层材料和热浸镀方法对材质为35CrMo、尺寸100mm×100mm×5mm的平板样品进行热浸镀处理，每组样品3件，将得到的合金镀层样品进行中性盐雾试验。具体试验方法参照GB/T10125-1997 标准，NaCl溶液浓度为5%，试样摆放角度为30°，盐雾试验箱温度35℃，试验时间为4800h。外观评级标准参照GB/T6461-2002，即测试工件镀层外观的腐蚀程度以数字评级表示。工件镀层腐蚀越严重，外观评级数越小；腐蚀越轻微，外观评级数越大，若镀层无出现腐蚀现象，则外观评级数为10。测试结果取平均值见表1。

表1

二、测试本发明实施例1-3和对比例1-10合金镀层的焊接性能

将处理后的35CrMo平板样品进行浸锡试验。浸锡试验条件为255±5℃浸纯锡，5±0.5s。以各个样品合金镀层的上锡面积对锡镀层的焊接性能进行评价，上锡面积越大，则焊接性能越好。测试结果见表2。

表2

通过测试结果可知，本发明实施例1-3得到的合金镀层，其上锡面积均大于95%，上锡非常优异，表明本发明的合金镀层具有优异的焊接性能；而对比例1-9合金镀层的上锡面积小于50% 或小于75%，分别显示为大面积拒焊和部分面积拒锡。

上述的实施例仅为本发明的优选实施例，不能以此来限定本发明的保护范围，因此，依本发明申请专利保护范围所作的等同变化，仍属本发明涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层，其特在在于，原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

2.一种在紧固件表面进行热浸镀获得权利要求1所述合金镀层的方法，其特在在于，包括如下步骤：

（1）合金熔融：将锌加热至750℃，镁、铅、铋用铝片包裹压制成块状压入锌液中，在750℃温度下保持2h，过程中每隔20min用石英棒进行搅拌；待充分熔融后，加热至850℃，将稀土压入熔池底部，850℃温度下保持1h，将温度降低到700℃待用；

（2）紧固件预处理：将紧固件在10wt% 的NaOH 碱液中50℃保持5min进行碱洗除油；然后取出用清水清洗；接着用10wt% 的盐酸溶液酸洗3min除锈；再用清水清洗；使用助镀剂在80℃助镀1min；然后105℃下2min将紧固件烘干；

（3）热浸镀：步骤（2）预处理后的紧固件置入步骤（1）制备的熔融合金中，浸镀温度为700℃，浸镀时间为20s；

其中，步骤（2）中助镀剂的成份包括：浓度为250g/L 的ZnCl₂，浓度为50g/L 的NH₄Cl，浓度为50g/L 的AlCl₃，浓度为30g/L 的LiCl，浓度为8g/L的乳化剂OP-10，以及溶剂水。