CN112962044B - 一种热镀锌抗氧化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于热镀锌技术领域，提供了一种热镀锌抗氧化剂，包括以下按照重量份的元素：镓6‑10份、铟1‑5份、铈35‑55份、钛15‑35份和载体60‑80份。本发明还提供了一种所述的热镀锌抗氧化剂的制备方法，通过硅、硼复合制成抗氧化剂载体，再向载体中加入镓、铟、铈和钛，制得热镀锌抗氧化剂，从而有效避免镀锌溶液发生氧化，减少资源消耗，有效提高热镀锌工件的抗氧化性能，使镀锌产品品质细化，提升其机械强度、塑性和韧性，改善镀锌工件镀层分布，提升产品表面光泽度。
Description
技术领域
本发明涉及热镀锌技术领域，尤其涉及一种热镀锌抗氧化剂及其制备方法。
背景技术
工业中应用最广泛的钢铁材料，在大气、海水、土壤及建筑材料等环境中使用时，均会发生不同程度的腐蚀。为了保证钢铁制品的正常使用，延长其使用寿命，钢铁的防腐蚀保护技术一直受到人们的普遍重视。
热浸镀锌是延缓钢铁材料环境腐蚀的最有效手段之一，热镀锌是使熔融金属与铁基体反应而产生合金层，从而使基体和镀层二者相结合。热镀锌是先将钢铁制件进行酸洗，为了去除钢铁制件表面的氧化铁，酸洗后，通过氯化铵或氯化锌水溶液或氯化铵和氯化锌混合水溶液槽中进行清洗，然后送入热浸镀槽中。热镀锌具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。将表面经清洗、活化后的钢铁制品浸于熔融的锌液中，通过铁锌之间的反应和扩散，在钢铁制品表面镀覆附着性良好的锌合金镀层。与其他金属防护方法相比，热浸镀锌工艺在镀层的物理屏障与电化学保护相结合的保护特性上，镀层与基体的结合强度上、镀层的致密性、耐久性、免维护性和经济性及其对制品形状与尺寸的适应性上，具有无可比拟的优势。目前热浸镀锌产品主要有钢板、钢带、钢丝、钢管等，其中热浸镀锌钢板所占比例最大。长期以来，热浸镀锌工艺因其低廉的施镀成本，优良的保护特性和漂亮的外观而备受人们的青睐，广泛应用于汽车、建筑、家电、化工、机械、石油、冶金、轻工、交通、电力、航空和海洋工程等领域。
在热镀锌过程中，熔融状态的锌液在高温下其表面容易迅速被氧化，从而产生大量的氧化渣，造成资源的浪费，并且产生的氧化锌会在镀层生长之前附着在镀件表面，进而使镀件产生质量缺陷，降低了镀层与基体的表面结合力，使热镀产品的质量不能得到保障，特别是在连续热镀钢丝的生产过程中，由于钢丝在熔融的锌液中快速连续穿过，使得熔融的锌液更容易被氧化，表面产生大量的氧化渣，浪费资源的同时降低了热镀锌产品的质量。
为了有效抑制熔融锌液被氧化，目前在热镀锌工艺中采用单独添加少量铝、锡或镍的方法来改善镀锌件的质量，但是其抗氧化效果仍不够理想，镀锌产品表面还是不够光亮，而且耐锈蚀性能较差。
发明内容
本发明实施例提供一种热镀锌抗氧化剂，旨在向硅、硼复合的载体中加入镓、铟、铈和钛，从而制得热镀锌抗氧化剂，可以有效提高热镀锌工件的抗氧化性能，使镀锌产品品质细化，提升其机械强度、塑性和韧性，改善镀锌工件镀层分布，提升产品表面光泽度。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种热镀锌抗氧化剂，包括以下按照重量份的元素：
镓6-10份、铟1-5份、铈35-55份、钛15-35份和载体60-80份。
进一步地，所述载体包括硅和硼。
进一步地，所述硅和硼的质量比为(10-40)：1。
进一步地，所述硅和硼的质量比为25：1。
本发明还提供了一种如上所述的热镀锌抗氧化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将硅和硼按质量比混合，制得载体；
2)将载体加热熔融，同时向熔融载体中加入对应重量份的镓、铟、铈和钛，获得抗氧化剂粗品；
3)将抗氧化剂粗品搅拌除渣，制得所述热镀锌抗氧化剂。
进一步地，所述步骤2)中载体加热熔融温度为2100-2200℃。
进一步地，所述步骤3)中搅拌除渣过程中，通入氮气进行隔绝保护。
进一步地，所述氮气压力为0.3-0.5MPa。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过硅、硼复合制成抗氧化剂载体，再向载体中加入镓、铟、铈和钛，制得热镀锌抗氧化剂，从而有效避免镀锌溶液发生氧化，减少资源消耗，有效提高热镀锌工件的抗氧化性能，使镀锌产品品质细化，提升其机械强度、塑性和韧性，改善镀锌工件镀层分布，提升产品表面光泽度。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
镓、铟、铈和钛可与氧相结合可以生成致密的氧化膜，从而将锌液与空气隔绝，避免锌液被氧化，同时还可以降低锌合金的熔点，增加锌液的流动性，使镀锌层分布更加均匀细致，提升镀锌工件表面的光泽度；
硅和硼的加入可以降低熔融锌液的高温损耗，避免资源浪费。
具体地，本发明实施例提供了一种热镀锌抗氧化剂，包括以下按照重量份的元素：
镓6-10份、铟1-5份、铈35-55份、钛15-35份和载体60-80份。
本发明实施例中，所述载体包括硅和硼。
本发明实施例中，所述硅和硼的质量比为(10-40)：1。
本发明实施例中，所述硅和硼的质量比为25：1。
本发明实施例还提供了一种如上所述的热镀锌抗氧化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将硅和硼按质量比混合，制得载体；
2)将载体加热熔融，同时向熔融载体中加入对应重量份的镓、铟、铈和钛，获得抗氧化剂粗品；
3)将抗氧化剂粗品搅拌除渣，制得所述热镀锌抗氧化剂。
本发明实施例中，所述步骤2)中载体加热熔融温度为2100-2200℃。
本发明实施例中，所述步骤3)中搅拌除渣过程中，通入氮气进行隔绝保护。
本发明实施例中，所述氮气压力为0.3-0.5MPa。
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案和技术效果做进一步的说明。
实施例1
将硅和硼按质量比10:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入6g镓、1g铟、35g铈和15g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例2
将硅和硼按质量比15:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入6g镓、1g铟、35g铈和15g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例3
将硅和硼按质量比20:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入6g镓、1g铟、35g铈和15g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例4
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入6g镓、1g铟、35g铈和15g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例5
将硅和硼按质量比30:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入6g镓、1g铟、35g铈和15g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例6
将硅和硼按质量比35:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入6g镓、1g铟、35g铈和15g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例7
将硅和硼按质量比40:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入6g镓、1g铟、35g铈和15g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例8
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入8g镓、1g铟、35g铈和15g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例9
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入10g镓、1g铟、35g铈和15g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例10
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入6g镓、3g铟、35g铈和15g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例11
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入6g镓、5g铟、35g铈和15g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例12
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入6g镓、1g铟、45g铈和15g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例13
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入6g镓、1g铟、55g铈和15g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例14
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入6g镓、1g铟、35g铈和25g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例15
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入6g镓、1g铟、35g铈和35g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例16
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取60g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入8g镓、3g铟、45g铈和25g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例17
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取70g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入8g镓、3g铟、45g铈和25g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
实施例18
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取80g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入8g镓、3g铟、45g铈和25g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
对照组
取市售普通抗氧化剂。
将实施例1～18以及对照组中的抗氧化剂分别加入到等量熔融锌液中，对工件进行镀锌处理后，将镀锌工件置于800℃炉体内进行抗氧化性能测试，测试时间2h，并对测试后镀锌工件的氧化失重率进行统计，氧化失重率越低，表明其抗氧化性能越好，具体结果如下表1所示：
表1
由表1可知，本发明所制的抗氧化剂相比市售普通抗氧化剂具有更加优异的抗氧化性能，其中添加有实施例17所制的抗氧化剂的熔融锌液处理的镀锌工件氧化失重率最低，其抗氧化性能最好。
进一步地，本发明以实施例17的制备步骤作为基础，对元素镓和铟进行单因子缺失对比实验，实验结果发现缺失不同因子，最终制得的抗氧化剂的抗氧化性能也具有一定程度的差异，具体见以下对比例。
对比例1
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取70g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入3g铟、45g铈和25g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
对比例2
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取70g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入8g镓、45g铈和25g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
对比例3
将硅和硼按质量比25:1混合，制得载体；取70g载体，将载体投入真空炼炉中加热至2100℃，使其熔融，再向熔融载体中加入45g铈和25g钛，获得抗氧化剂粗品；将抗氧化剂粗品搅拌除渣，同时通入0.4MPa氮气进行隔绝保护，制得所述热镀锌抗氧化剂。
将对比例1～3中的抗氧化剂分别加入到等量熔融锌液中，对工件进行镀锌处理后，将镀锌工件置于800℃炉体内进行抗氧化性能测试，测试时间2h，并对测试后镀锌工件的氧化失重率进行统计，氧化失重率越低，表明其抗氧化性能越好，具体结果如下表2所示：
表2
从表2可知，使用本发明制得的热镀锌抗氧化剂，与单独添加元素镓和单独添加元素铟相比，其抗氧化性能具有较大提升。
总的来说，本发明通过硅、硼复合制成抗氧化剂载体，再向载体中加入镓、铟、铈和钛，制得热镀锌抗氧化剂，从而有效避免镀锌溶液发生氧化，减少资源消耗，有效提高热镀锌工件的抗氧化性能，使镀锌产品品质细化，提升其机械强度、塑性和韧性，改善镀锌工件镀层分布，提升产品表面光泽度。
需要说明的是，本发明实施例以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种热镀锌抗氧化剂，其特征在于，包括以下按照重量份的元素：
镓6-10份、铟1-5份、铈35-55份、钛15-35份和载体60-80份；所述载体包括硅和硼；所述硅和硼的质量比为（10-40）：1。
2.根据权利要求1所述的热镀锌抗氧化剂，其特征在于，包括以下按照重量份的元素：
镓7-9份、铟2-4份、铈40-50份和钛20-30份和载体65-75份。
3.根据权利要求1所述的热镀锌抗氧化剂，其特征在于，包括以下按照重量份的元素：
镓8份、铟3份、铈45份和钛25份和载体70份。
4.根据权利要求1所述的热镀锌抗氧化剂，其特征在于，所述硅和硼的质量比为25：1。
5.一种如权利要求1～4任一所述的热镀锌抗氧化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将硅和硼按质量比混合，制得载体；
2）将载体加热熔融，同时向熔融载体中加入对应重量份的镓、铟、铈和钛，获得抗氧化剂粗品；
3）将抗氧化剂粗品搅拌除渣，制得所述热镀锌抗氧化剂。
6.根据权利要求5所述的热镀锌抗氧化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中载体加热熔融温度为2100-2200℃。
7.根据权利要求5所述的热镀锌抗氧化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中搅拌除渣过程中，通入氮气进行隔绝保护。
8.根据权利要求7所述的热镀锌抗氧化剂的制备方法，其特征在于，所述氮气压力为0.3-0.5MPa。
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2021
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