CN111485189B - 一种热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极合金镀层及其制备方法 - Google Patents

一种热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极合金镀层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢材防腐蚀表面工程领域，具体涉及一种热浸镀Al‑Mg‑Si‑Er‑In阳极合金镀层及其制备方法，按元素重量百分比，该阳极合金镀层成分为Mg：0.5‑5％，Si：0.3‑10％，Er：0.1‑2％，In：0.01‑0.3％，其余为Al和不可避免的杂质。制备方法为：先对钢材表面进行助镀处理；再配制浸镀Al‑Mg‑Si‑Er‑In合金溶液；最后对钢材进行热浸镀。本发明热浸镀铝合金镀层的原料材来源广泛，制造成本低，得到了具有耐蚀性强、结合力强、表面质量好、耐热性能和加工性好等多种优点于一身的优质热浸镀用铝合金镀层材料，能有效地改善钢材镀层的阳极牺牲保护能力。

Description

一种热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极合金镀层及其制备方法
技术领域
本发明属于钢材防腐蚀表面工程领域，涉及钢材的热浸镀铝技术，具体涉及一种热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极合金镀层及其制备方法。
背景技术
锌及锌合金镀层因其对基体钢的牺牲能力强而得到广泛应用，由于全世界每年热浸镀用锌消耗量达到锌金属总产量的70％以上，造成锌资源短缺的形势越来越严峻，但锌在地壳中的平均含量仅为0.004％，其储备量仅够使用22年，即使把全世界的锌都用来做镀层材料，也远远不能满足钢铁热浸镀的需要，这种情况在中国尤其突出。开发可替代锌的钢铁热浸镀用新材料，是世界和中国技术经济发展的必然趋势和要求，而最有希望作为代锌的牺牲材料是铝。
热浸镀铝虽对钢材基体具有一定的防护能力，但铝为自钝化材料，在与钢材接触时电偶腐蚀比较突出，对基体钢的牺牲能力不足，极大的阻碍了热浸镀铝技术的发展。
发明内容
为了解决现有技术中热浸镀铝存在的不足，可以通过添加合金元素来破坏铝表面的钝化层，使得铝牺牲阳极镀层电位更负，改善其微观组织和表面活性，通过镀层阳极溶解来减少基体钢材的腐蚀。
本发明的目的在于针对热浸镀铝镀层对于基体钢防腐蚀能力缺陷，克服现有热浸镀铝镀层牺牲阳极保护能力的不足，增强铝镀层的保护能力，降低热浸镀成本，提高镀层组织的均匀性，提供一种热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极镀层及其制备方法。本发明的热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极镀层具有低廉的成本和优异的阳极牺牲能力，该热浸镀铝牺牲阳极对钢材成本降低和应用推广具有十分重要的意义，可以成为钢材防腐蚀的一种重要手段。
本发明提供的阳极合金镀层按元素重量百分比，其组成为Mg：0.5-5％，Si：0.3-10％，Er：0.1-2％，In：0.01-0.3％，其余为Al和不可避免的杂质。
本发明还提供了一种热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极镀层的制备方法，包括如下步骤：
(1)对钢材进行助镀处理
清除钢材表面氧化膜后，在60-80℃的10％NaOH水溶液中除油并用清水冲洗，然后在60-80℃5％的硫酸溶液中除锈，并用清水冲洗，在助镀水溶液中进行助镀处理，浸泡十分钟后取出，吹干待镀；
其中，助镀水溶液包含质量百分比1-3％ZnCl2，5-10％NH4Cl，0.5-2％NaF，0.2-1％NaCl。
(2)浸镀Al-Mg-Si-Er-In合金溶液的配制(质量百分比含量)，将纯铝完全熔化并保温700-800℃，依次加入Al-Si中间合金，控制合金溶液中Si含量：
0.3-10％，加入Al-Er中间合金，控制合金溶液中Er含量：0.1-2％，加入Al-In中间合金，控制合金溶液中In含量：0.01-0.3％，加入纯Mg，控制合金中Mg含量：
0.5-5.0％，之后加入干燥的铝合金精炼剂除气除渣，搅拌均匀静置2小时待用；
其中，纯铝和纯镁中铝和镁的质量百分比均大于99.99％；Al-Si中间合金中Si的质量百分比为20％；Al-Er中间合金中Er的质量百分比10％。Al-In中间合金中In的质量百分比1％。
Al-20％Si中间合金为市售AlSi20中间合金；
Al-10％Er中间合金为市售Al-Er10中间合金；
Al-1％In中间合金采用质量百分比大于99.99的纯Al和纯In，按照质量百分比配置后在真空电弧炉熔炼。
纯镁采用不锈钢钟罩压入铝液中，减少Mg的损耗。
铝合金精炼剂为市售。
(3)钢材进行热浸镀铝，将步骤(1)中处理后的钢材置于步骤(2)中Al-Mg-Si-Er-In合金溶液中，铝合金镀液温度为650-720℃，浸镀时间为1-5分钟，取出后水冷。
钢材浸入铝合金溶液前进行500-700℃预热处理。
有益效果：本发明的热浸镀铝合金阳极镀层的原材料来源广泛，制造成本低。镀铝液中添加的硅提高了镀铝液的流动性和降低热浸镀铝的温度,并降低镀铝液中的氧化物杂质含量，用于热浸镀铝工艺中，进而提高了被镀工件与镀层之间的粘附性，控制镀层内层Fe-Al的界面反应，改善镀层内层铁铝化合物层的不均匀性，有利于镀层与基体钢的结合，镀层具有表面质量好、耐热性能和加工性能好等优点。
镀铝液中添加的镁可以降低镀层的腐蚀电位，Mg与Si形成Mg2Si阳极相，提高镀层合金的阳极牺牲能力，添加的Er可形成Al3Er阳极偏析相，改善了合金的溶解状态。添加微量的In元素也是铝基阳极镀层重要的活化元素，在铝镀层中以富In偏析相的形式存在，降低镀层的负电性，提高铝基阳极镀层的电流效率，能有效地改善钢材镀层的阳极牺牲保护能力，增强了钢材的耐腐蚀性能。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
附图说明
图1实施例1中Al-Mg-Si-Er-In镀层横截面整体形貌；
图2实施例1中Al-Mg-Si-Er-In镀层横截面分布简图；
图3实施例1中Al-Mg-Si-Er-In镀层极化曲线图。
图4实施例4中Al-Mg-Si镀层横截面形貌；
图5实施例5中添加0.1％In和对比实施例1未添加In的镀层的极化曲线图。
具体实施方式
实施例1
一种热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极镀层及其制备方法，包括如下步骤：
提供20钢，采用砂纸打磨清除钢材表面氧化膜后，在70℃的10％NaOH水溶液中除油并用清水冲洗，然后在70℃的5％硫酸溶液中除锈，并用清水冲洗，在2％ZnCl2+10％NH4Cl+1％NaF+0.5％NaCl的水溶液中进行助镀处理，浸泡十分钟后取出吹干。将纯铝3450g完全熔化并保温780℃，加入Al-20％Si中间合金750g，Al-10％Er中间合金250g，加入Al-1％In中间合金500g，加入纯Mg 50g，除气除渣后，控制镀液温度为700℃，将助镀处理的20钢置于配制的Al-1Mg-3Si-0.5Er-0.1In合金溶液中浸镀，浸镀时间为1分钟，匀速取出后水冷。Al-Mg-Si-Er-In阳极镀层横截面整体形貌和分布简图，见附图1和附图2，图3为镀层极化曲线图。
实施例2
一种热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极镀层及其制备方法，包括如下步骤：
提供Q420钢，采用砂纸打磨清除钢材表面氧化膜后，在70℃的10％NaOH水溶液中除油并用清水冲洗，然后在70℃的5％硫酸溶液中除锈，并用清水冲洗，在2％ZnCl2+10％NH4Cl+1％NaF+0.5％NaCl的水溶液中进行助镀处理，浸泡十分钟后取出吹干。将纯铝1460g完全熔化并保温800℃，加入Al-20％Si中间合金3000g，Al-10％Er中间合金500g，加入Al-1％In中间合金300g，加入纯Mg 240g，除气除渣后，控制镀液温度为680℃,将助镀处理的Q420钢置于配制的Al-4Mg-10Si-1Er-0.05In合金溶液中浸镀，浸镀时间为5分钟，匀速取出后水冷。
实施例3
一种热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极镀层及其制备方法，包括如下步骤：
提供45CrNiMoV钢，采用砂纸打磨清除钢材表面氧化膜后，在70℃的10％NaOH水溶液中除油并用清水冲洗，然后在70℃的5％硫酸溶液中除锈，并用清水冲洗，在2％ZnCl2+10％NH4Cl+1％NaF+0.5％NaCl的水溶液中进行助镀处理，浸泡十分钟后取出吹干。将纯铝2850g完全熔化并保温800℃，加入Al-20％Si中间合金1250g，Al-10％Er中间合金250g，加入Al-1％In中间合金500g，加入纯Mg150g，除气除渣后，控制镀液温度为680℃,将助镀处理的45CrNiMoV钢置于配制的Al-3Mg-5Si-0.5Er-0.01In合金溶液中浸镀，浸镀时间为3分钟，匀速取出后水冷。
实施例4
一种热浸镀Al-Mg-Si镀层及其制备方法，包括如下步骤：
提供20钢，采用砂纸打磨清除钢材表面氧化膜后，在70℃的10％NaOH水溶液中除油并用清水冲洗，然后在70℃的5％硫酸溶液中除锈，并用清水冲洗，在2％ZnCl2+10％NH4Cl+1％NaF+0.5％NaCl的水溶液中进行助镀处理，浸泡十分钟后取出吹干。将纯铝2200g完全熔化并保温800℃，加入Al-20％Si中间合金2250g，加入纯Mg550g，除气除渣后，控制镀液温度为680℃,将助镀处理的20钢置于配制的Al-11Mg-9Si合金溶液中浸镀，浸镀时间为2分钟，匀速取出后水冷。Al-11Mg-9Si镀层与基体20钢出现未结合情况，镀层横截面形貌见附图4。
实施例5
一种热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极镀层及其制备方法，包括如下步骤：
提供20钢，采用砂纸打磨清除钢材表面氧化膜后，在70℃的10％NaOH水溶液中除油并用清水冲洗，然后在70℃的5％硫酸溶液中除锈，并用清水冲洗，在2％ZnCl2+10％NH4Cl+1％NaF+0.5％NaCl的水溶液中进行助镀处理，浸泡十分钟后取出吹干。将纯铝3450g完全熔化并保温780℃，加入Al-20％Si中间合金750g，Al-10％Er中间合金250g，加入Al-1％In中间合金500g，加入纯Mg 50g，除气除渣后，控制镀液温度为700℃，将助镀处理的20钢置于配制的Al-1.5Mg-6Si-0.5Er-0.1In合金溶液中浸镀，浸镀时间为5分钟，匀速取出后水冷，获得Al-1.5Mg-6Si-0.5Er-0.1In镀层。
对照例1
参照实施例5，配置Al-1.5Mg-6Si-0.5Er合金溶液，控制镀液温度为700℃采用20钢浸镀5分钟，匀速取出后水冷，获得Al-1.5Mg-6Si-0.5Er镀层。
图5为添加0.1％In和未添加In的镀层的极化曲线图，由图可知，添加0.1％In的镀层自腐蚀电位降低，消除了镀层的钝化现象，提高了阳极镀层的阴极保护作用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极合金镀层，其特征在于：所述阳极合金镀层按元素重量百分比其组成为：Mg：0.5-5%，Si：0.3-10%，Er：0.1-2%，In：0.01-0.3%，其余为Al和不可避免的杂质；
热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极合金镀层的制备方法步骤如下：
（1）对钢材进行助镀处理
清除钢材表面氧化膜后，在10% NaOH水溶液中除油并用清水冲洗，然后在5%的硫酸溶液中除锈，并用清水冲洗，在助镀水溶液中进行助镀处理取出，吹干待镀；
（2）浸镀Al-Mg-Si-Er-In合金溶液的配制
将纯铝完全熔化并保温700-800℃，依次加入Al-Si中间合金，Al-Er中间合金，Al-In中间合金，纯Mg；之后加入干燥的铝合金精炼剂除气除渣，搅拌均匀静置2小时待用；
纯镁采用不锈钢钟罩压入铝液中，减少Mg的损耗；
（3）钢材进行热浸镀铝，将步骤（1）中处理后的钢材置于步骤（2）Al-Mg-Si-Er-In合金溶液中浸镀，取出后水冷；
浸镀时，铝合金镀液温度为650-720℃，浸镀时间为1-5分钟。
2.如权利要求1所述的热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极合金镀层，其特征在于：步骤（1）中在60-80℃的NaOH水溶液中除油；在60-80℃的硫酸溶液中除锈。
3.如权利要求1所述的热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极合金镀层，其特征在于：步骤（1）中助镀水溶液按照质量百分比包含1-3%的ZnCl2，5-10%的NH4Cl，0.5-2%的NaF，0.2-1%的NaCl；助镀处理的方法为在助镀水溶液中浸泡十分钟后取出。
4.如权利要求1所述的热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极合金镀层，其特征在于：步骤（2）中加入Al-Si中间合金，控制合金中Si含量：0.3-10%；加入Al-Er中间合金，控制合金中Er含量：0.1-2%；加入Al-In中间合金，控制合金中In含量：0.01-0.3%；加入纯Mg，控制合金中Mg含量：0.5-5.0%。
5.如权利要求1所述的热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极合金镀层，其特征在于：步骤（2）中纯铝和纯镁的纯度均大于99.99%；Al-Si中间合金中Si的质量百分比为20%；Al-Er中间合金中Er的质量百分比10%；Al-In中间合金中In的质量百分比1%；其中，Al-1%In中间合金采用质量百分比大于99.99的纯Al和纯In，按照质量百分比配置后在真空电弧炉熔炼。
6.如权利要求1所述的热浸镀Al-Mg-Si-Er-In阳极合金镀层，其特征在于：步骤（3）中钢材浸入铝合金溶液前进行500-700℃预热处理。
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