CN113564507B - 一种热镀锌低温镀液及其制法和应用 - Google Patents

一种热镀锌低温镀液及其制法和应用 Download PDF

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Abstract

一种热镀锌低温镀液及其制法和应用，属于材料表面处理领域。该热镀锌低温镀液含有的成分及其质量百分比为：Mg 2～4％，Bi 2.8％～5.8％，Sn 0～2.2％，Sb 0～1.8％，余量为Zn及不可避免的杂质。热镀锌低温镀液采用分段加热模式制备，以制备的热镀锌低温镀液对镁合金、铝合金或钢材镀件进行热镀锌，先将镀件进行除油，低浓度硝酸活化后，再进行垂直浸镀，浸镀过程中，镀液温度为360～390℃，浸镀0.1～3min，取出后，先空冷后水冷，得到热镀锌的镀件。通过该方法浸镀，能够大幅提高镀件的耐蚀性，并极大减少的燃烧成本，提高了能源效率，此外，该工艺方法不需要预镀中间层，操作简便，工作效率高，绿色环保。

Description

一种热镀锌低温镀液及其制法和应用
技术领域
本发明属于材料表面处理技术领域，具体涉及一种热镀锌低温镀液及其制法和应用。
背景技术
镁合金密度小、比强度和比刚度高，兼具良好的阻尼减振性、电磁屏蔽性和机械加工性能等。基于上述优点，镁合金在航空航天、汽车行业、电子工业等领域具有广阔的应用前景。但与此同时，镁合金也存在着明显的不足之处，尤其是较差的耐蚀性，极大影响和限制了其相关产业的发展。因此，为了解决镁合金的腐蚀问题，扩大镁合金的应用范围，表面处理技术仍需深入研究。
目前可用于提高镁合金耐蚀性的表面处理主要包括：阳极氧化、有机涂层、气相沉积、离子注入、电镀和化学镀等。但以上方法均存在一定的局限性，如阳极氧化所得膜层的均匀性较差，且膜层是一种脆性陶瓷材料；有机涂层在较强的腐蚀环境或高温作用下对基体的保护效果有限，在燃烧时会释放有毒气体；气相沉积的设备昂贵，不利于大规模工业生产；离子注入的成本较高，获得的改性层厚度较薄；电镀和化学镀受到镁合金高电化学活性(氧化倾向)的限制，形成的镀层较为疏松。
热浸镀是一种利用固液反应形成镀层的金属防护方法，在工业上已得到广泛应用。与其它的表面处理相比，热浸镀工艺简单、生产效率高，制备所得镀层较厚，镀层与基体呈冶金结合，附着力良好，镀层致密，防护效果好。但该工艺目前主要以钢铁材料为基体，极少针对其他金属(如镁合金)进行热镀锌工艺研究，其主要原因为基体材料的种类对于热镀锌工艺条件影响显著，而传统的热镀锌工艺仅仅是针对钢铁适用，而对其他基体材料则无法获得镀层。以钢铁与镁合金为例，钢材的熔点一般高于1500℃，而镁合金的熔点一般为650℃，且镁合金远比铁活泼。因此，镁合金的热镀锌工艺研究存在极大的难题与挑战，热镀锌镀液的选择，镀件表面预处理方式，浸镀工艺参数的制定和后冷却处理方式等问题均未得到解决。
目前有学者通过预先制备中间镀层，如预先电镀镍、铜等，最终在镁合金表面获得镀锌层，但此种工艺繁琐，在电镀过程产生大量的废液，包括碱式碳酸镍或硫酸镍，次亚磷酸钠或硼氢化钠、柠檬酸钠或醋酸钠，氢氟酸或氟化氢铵，焦磷酸铜和氢氟酸等，这些废液将对环境产生严重的化学污染。此外，所采用的浸镀温度均在430℃以上，而热镀锌所使用的锌锅容量均较大，含锌量高达百吨以上，燃烧成本极大，能源效率低。若能在保证镀液流动性和镀层质量的前提下，降低浸镀温度，能够极大程度节省成本，减少资源浪费。
发明内容
针对目前镁合金耐蚀性不足及现有镁合金热镀锌工艺中的问题，本发明提供了一种热镀锌低温镀液及其制法和应用，该方法提供了一种特殊成分的Zn-Mg-Bi-Sn-Sb热镀锌低温镀液，并针对镁合金热镀锌的工艺特点，将其用于镁合金热镀锌工艺，其采用特定的表面预处理，60～100g/L碳酸钠除油，2％～4％硝酸浸泡5～20min，浸镀温度为360～390℃，浸镀时间为0.1～3min，冷却速率为12～70℃/s，在远低于常规热镀锌工艺中的浸镀温度下获得镀层性能优良的镁合金热镀锌层，能够大幅提高镁合金的耐蚀性，并极大减少的燃烧成本，提高了能源效率，此外，该工艺方法不需要预镀中间层，还可以用于铝合金和钢铁等材料的热镀工艺，操作简便，工作效率高，无需使用大量的化学制品，绿色环保，减少了对环境的污染，具有广泛的推广前景。
一种热镀锌低温镀液，其含有的成分及各个成分的质量百分比为：Mg为2～4％，Bi为2.8％～5.8％，Sn为0～2.2％，Sb为0～1.8％，余量为Zn及不可避免的杂质。
一种热镀锌低温镀液的制备方法，采用分段加热模式，具体包括以下步骤：
(1)根据热镀锌低温镀液成分称量金属锌、金属镁、金属铋、金属锡和金属锑；
(2)将金属锌随炉加热，直至其全部熔化，得到熔化的锌液；
(3)将炉温保持在420～430℃，向熔化的锌液中，加入预热的金属镁，充分搅拌混合均匀，得到Zn-Mg熔液；
(4)将炉温降低至380～390℃，加入金属铋、金属锡和金属锑，充分搅拌混合均匀，炉温保持在360～380℃，得到热镀锌低温镀液。
所述的步骤(1)中，金属锌优选为锌锭，金属锌的质量纯度≥99.995％，金属镁的质量纯度≥99.95％，金属铋优选为铋颗粒，金属铋的质量纯度≥99.99％，金属锡的质量纯度≥99.97％，金属锑的质量纯度≥99.99％。
所述的步骤(2)中，锌锭全部熔化的温度优选为420～430℃。
所述的步骤(3)中，预热的金属镁的预热温度为100～300℃，预热时间为5～10s。
本发明的热镀锌低温镀液，用于镁合金、铝合金和钢铁材料的热镀锌工艺，特别适用于对镁合金热镀锌。
一种镁合金热镀锌的方法，采用上述热镀锌低温镀液，包括以下步骤：
步骤1：镁合金镀件表面预处理
(1)将镁合金镀件进行除油、水洗、沥干水分后，得到除油后的镁合金镀件；
(2)采用质量浓度百分数为2～4％的硝酸对除油后的镁合金镀件进行活化，晾干后，得到预处理的镁合金镀件；
步骤2：热浸镀
(1)将预处理的镁合金镀件，垂直浸入热镀锌低温镀液中，浸镀过程中，镀液温度为360～390℃，浸镀0.1～3min，取出，得到浸镀后的镁合金镀件；
(2)将浸镀后的镁合金镀件在空气中停留5～30s，水冷，控制镀层的冷却速率为12～70℃/s，得到热镀锌的镁合金镀件。
在步骤1的(1)中，除油采用的除油溶剂为质量浓度为60～100g/L的碳酸钠。
在步骤1的(1)中，除油为将镁合金镀件浸入除油溶剂中，室温浸泡3～5min。
在步骤1的(2)中，活化时间为5～20min。
在步骤2的(1)中，取出为，将浸镀后的镁合金镀件从热镀锌低温镀液垂直取出，其中，浸入速率和取出速率相等，优选为0.08～0.12m/s。
在步骤2的(1)中，浸镀后的镁合金镀件取出前使用刮板将热镀锌低温镀液的氧化渣去除，露出纯净新鲜的锌液面，避免氧化渣残留在镀件表面，影响浸镀效果，造成漏镀等问题。
在步骤2的(1)中，浸镀过程中镀液温度根据镀件的特点，采用不同的温度。
采用上述镁合金热镀锌的方法，得到的热镀锌的镁合金镀件，其低频阻抗值达到非热镀锌的镁合金的8.5～135倍，说明耐蚀性得到大幅提升。
本发明的热镀锌低温镀液，其成分组成和各个成分的质量百分比处于Zn-Mg-Bi-Sn-Sb合金的共晶点，其凝固过程中形成的Mg2Zn11、MgZn2、Mg3Bi2、Mg2Sn和Mg3Sb2均匀分布在镀层合金中，故镀层组织均匀致密。该成分下处于该多元合金的共晶点附近，合金液相点较低，镀件可在360～390℃完成热浸镀操作，其温度远低于现有热镀锌工艺的浸镀温度。
本发明的热镀锌低温镀液的制备方法，采用分段加热模式，其针对特殊的镀液成分而设定三级温度，有效提高镀液成分的稳定性，避免性质活泼且易氧化的镁和低熔点的Bi、Sn等元素在恒温加热下产生的损耗和能源浪费。添加Mg前的镀液温度进行限定420～430℃。温度过高，Mg极易氧化烧损，且造成不必要的能源浪费。加入镁后，应将炉温控制在380～390℃，较低则会出现镀液凝固，较高则会造成镁的快速烧损，造成成分偏差过大。
本发明的镁合金热镀锌的方法中，在对镁合金进行预处理时，采用质量浓度为2～4％硝酸对镁合金进行活化助镀，镁合金不易产生严重的腐蚀，且硝酸与镁反应在镁合金表面生成硝酸镁，有效隔绝镀件与氧气的接触，防止进一步的氧化，而在熔体中硝酸镁又能快速熔化，活化镀件表面，能够减小镁基体表面张力，增强镁基体与热镀锌低温镀液的浸润作用，促进镀件与镀液的扩散反应，便于镀液能够更好涂覆于镀件上，避免漏镀。
本发明的镁合金热镀锌的方法中，对活化后镀件进行晾干为了除去镀件上的水分，避免浸镀过程中发生爆液等现象，影响镀层质量。
本发明的镁合金热镀锌的方法中，采用的热镀锌低温镀液温度保持在360～390℃，且镀液流动性好，镀液表面光泽，此温度远低于常规热镀锌温度440～550℃。并且浸镀时间为0.1～3min，能够高效的完成镁合金的浸镀实验，大幅提高工艺效率。
本发明的镁合金热镀锌的方法中，预处理的镁合金镀件与热镀锌低温镀液表面呈90°浸入镀液，减小镀液表面氧化膜挂附在镀件上，从而增强镀件与镀液间扩散反应，提高了镀件和镀层的结合强度。
本发明的镁合金热镀锌的方法中，浸镀后的镁合金镀件从热镀锌低温镀液取出后，在空气中停留5～30s后水冷，通过控制镀层的冷却速率在12～70℃/s，从而控制镀层的生长过程，较大的冷却速率能够细化Zn-Mg-Bi-Sn-Sb镀层的晶粒组织，且抑制Mg2Zn11、MgZn2、Mg3Bi2、Mg2Sn和Mg3Sb2等相的粗大生长，所得各相结构致密、分布均匀，大幅提高镀层的耐蚀性，避免较大的冷却速率而导致镀层未完全结合，其微观组织如图1所示。但过大的冷却速率会导致镀层尚未形成有效的冶金结合，其原因主要为镁基体与锌合金两者间热膨胀系数不同，较大的冷却速率会导致镀层与基体间由于收缩不一致而产生的应力集中，从而导致镀层的结合性能差。
本发明的镁合金热镀锌的方法中，经过处理后，可在低温下对镁合金进行热镀锌工艺，成功在镁合金表面获得均匀的锌合金镀层。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
(1)本发明采用的特殊镀液成分处于合金共晶成分附近，合金液相点较低，镀件可在360～390℃完成热浸镀操作，其温度远低于现有热镀锌工艺的浸镀温度；
(2)本发明在镁合金通过热浸镀的方式制备出锌合金镀层，大幅提高镁合金的耐蚀性，且Zn合金和Mg基体产生冶金结合，镀层结合性好，附着力强，
(3)本发明采用非预镀中间层方式，节省了大量预镀工序，减少大量化学药品的使用，减少了污染，绿色环保，工艺简单、成本低廉、便于推广。
(4)本发明不仅在适用于镁合金的低温热镀锌工艺，还可以用于铝合金和钢铁等材料的热镀工艺，不仅能够提高材料的耐蚀性，为双金属复合材料的界面结合制备提供新工艺。除了提高耐蚀性外，镁合金、铝合金和钢铁表面镀锌能够改善双金属材料复合板材缺陷，例如镁合金与铝合金的复合板材中，镁和铝的相互扩散会形成Mg17Al12等脆相，从而导致材料的裂纹和失效，而镁合金、铝合金表面通过热镀锌，获得冶金结合的锌合金层，在后续复合过程中，镀上的锌层能够有效阻隔镁铝复合板材中的镁铝扩散，提高了材料的力学性能。
附图说明
图1为本发明实施例中镀层的微观组织SEM图；
图2为本发明实施例中电化学阻抗图谱；
图3为对比例3中高浓度硝酸腐蚀后的镁基体；
图4为对比例3中高浓度硝酸腐蚀镀层的缺陷；
图5为对比例5下镀层的结合情况。
具体实施方式
下面结合工艺实例及附图对本发明做进一步说明。
以下实施例，除非特殊说明，采用的设备和原料均为市购，其中，采用的金属锌的质量纯度为99.995％，金属镁的质量纯度为99.95％，金属铋的质量纯度为99.99％。
实施例1
对尺寸50×30×2mm的镁合金进行低温热镀锌，具体步骤如下：
步骤一：制备特殊成分的热镀锌低温镀液
步骤1：根据镁合金热镀锌的特点，选择了特殊镀液成分的热镀锌低温镀液，其成分由以下质量百分比的元素组成：Zn 91.19％、Bi 5.8％、Mg 3％，余量为不可避免的杂质。
步骤2：制备热镀锌低温镀液
采用分段加热模式制备热镀锌低温镀液。第一阶段：采用坩埚式电阻熔炼，将纯锌锭放入坩埚中，将锌锭随炉加热至420℃，待其全部熔化，得到锌液并保温；第二阶段：向锌液加入预热至100℃的纯金属镁，并下压，使其在液面下熔化，充分搅拌使混合均匀后，炉温降至380～390℃；第三阶段：加入纯金属Bi粒，充分搅拌后降温至360℃，获得Zn-Mg-Bi合金镀液。
步骤二：镁合金低温热镀锌
所述的镁合金低温热镀锌的工艺方法，按以下步骤进行：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用60g/L碳酸钠对镁合金进行除油，得到除油后的镀件；
(2)采用4％硝酸对镁合金进行活化5min，取出后，放置于室温下晾干。
步骤2：热浸镀操作
(1)将预处理后的镀件，垂直浸入热镀锌低温镀液中，镀液温度保持在360℃，浸镀0.1min后取出；
(2)将浸镀后的镀件在空气中停留5s后水冷，冷却速率为70℃/s，得到热镀锌的镁合金镀件。
对热镀锌的镁合金镀件进行检测，其镀层的微观结构组织SEM图如图1所示，从图1可以看出镀层与基体紧密结合，无裂缝缩孔等缺陷，说明镀层的结合性较好。
得到的镀层的耐蚀性良好，具体通过CHI604E型电化学工作站对镀层耐蚀性进行交流阻抗测试，所得结果如图2所示。
实施例2
对尺寸10×10×50mm的镁合金进行低温热镀锌，具体步骤如下：
步骤一：制备特殊成分的热镀锌低温镀液
步骤1：选择了特殊镀液成分的热镀锌低温镀液，其成分由以下质量百分比的元素组成：Zn 95.19％、Bi 2.8％、Mg 2％，余量为不可避免的杂质。
步骤2：制备热镀锌低温镀液
采用分段加热模式制备热镀锌低温镀液。第一阶段：将锌锭随炉加热至420℃，待其全部熔化；第二阶段：加入预热至200℃的纯金属镁，并下压，使其在液面下熔化，充分搅拌使混合均匀后，炉温降至380～390℃；第三阶段：加入纯金属Bi粒，充分搅拌后保持在370℃，获得Zn-Mg-Bi合金镀液。
步骤二：镁合金低温热镀锌
所述的镁合金低温热镀锌的工艺方法，按以下步骤进行：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用100g/L碳酸钠对镁合金进行除油，得到除油后的镀件；
(2)采用2％硝酸对镁合金进行活化20min，取出后，放置于室温下晾干。
步骤2：热浸镀操作
(1)将预处理后的镀件，垂直浸入热镀锌低温镀液中，镀液温度保持在370℃之间，浸镀0.2min后取出；
(2)将浸镀后的镀件在空气中停留15s后水冷，冷却速率为24℃/s得到热镀锌的镁合金镀件。
得到的镀层的耐蚀性良好，具体通过CHI604E型电化学工作站对镀层耐蚀性进行交流阻抗测试，所得结果如图2所示。
实施例3
对尺寸50×40×10mm的镁合金进行低温热镀锌，具体步骤如下：
步骤一：制备特殊成分的热镀锌低温镀液
步骤1：选择了特殊镀液成分的热镀锌低温镀液，其成分由以下质量百分比的元素组成：Zn 91.2％、Bi 5.8％、Mg 3％。
步骤2：制备热镀锌低温镀液
采用分段加热模式制备热镀锌低温镀液。第一阶段：将锌锭随炉加热至420℃，待其全部熔化；第二阶段：加入预热至温度为300℃的纯金属镁，充分搅拌使混合均匀后，炉温降至380～390℃；第三阶段：加入纯金属Bi粒，充分搅拌后保持在380℃，获得Zn-Mg-Bi合金镀液。
步骤二：镁合金低温热镀锌
所述的镁合金低温热镀锌的工艺方法，按以下步骤进行：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用80g/L碳酸钠对镁合金进行除油，得到除油后的镀件；
(2)采用3％硝酸对镁合金进行活化15min，取出后，放置于室温下晾干。
步骤2：热浸镀操作
(1)将预处理后的镀件，垂直浸入热镀锌低温镀液中，镀液温度保持在380℃之间，浸镀1min后取出；
(2)将浸镀后的镀件在空气中停留20s后水冷，冷却速率为18℃/s，得到热镀锌的镁合金镀件。
得到的镀层的耐蚀性良好，具体通过CHI604E型电化学工作站对镀层耐蚀性进行交流阻抗测试，所得结果如图2所示。
实施例4
对尺寸50×50×20mm的镁合金进行低温热镀锌，具体步骤如下：
步骤一：制备特殊成分的热镀锌低温镀液
步骤1：选择了特殊镀液成分的热镀锌低温镀液，其成分由以下质量百分比的元素组成：Zn 90.2％、Bi 5.8％、Mg 4％。
步骤2：制备热镀锌低温镀液
采用分段加热模式制备热镀锌低温镀液。第一阶段：将锌锭随炉加热至420℃，待其全部熔化；第二阶段：加入预热至200℃的纯金属镁，充分搅拌使混合均匀后，炉温降至380～390℃；第三阶段：加入纯金属Bi粒，充分搅拌后保持在380℃，获得Zn-Mg-Bi合金镀液。
步骤二：镁合金低温热镀锌
所述的镁合金低温热镀锌的工艺方法，按以下步骤进行：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用80g/L碳酸钠对镁合金进行除油，得到除油后的镀件；
(2)采用2％硝酸对镁合金进行活化20min，取出后，放置于室温下晾干。
步骤2：热浸镀操作
(1)将预处理后的镀件，垂直浸入热镀锌低温镀液中，镀液温度保持在390℃之间，浸镀3min后取出；
(2)将浸镀后的镀件在空气中停留30s后水冷，冷却速率为12℃/s，得到热镀锌的镁合金镀件。
得到的镀层的耐蚀性良好，具体通过CHI604E型电化学工作站对镀层耐蚀性进行交流阻抗测试，所得结果如图2所示。
通过图2中，对基体和实施例1～4的测试，根据镀件的所获低频阻抗值能够直接反应镀层的耐蚀性好坏，低频阻抗值越大，对腐蚀的阻碍作用越强，镀层耐蚀性越好，说明经过本发明中热镀锌低温镀液对镁合金进行浸镀，能够明显提高镁合金基体的耐蚀性。比较后，热镀锌的镁合金镀件，其低频阻抗值达到非热镀锌的镁合金的8.5～135倍。
实施例5
对尺寸50×30×2mm的铝合金进行低温热镀锌，具体步骤如下：
步骤一：制备特殊成分的热镀锌低温镀液
步骤1：根据铝合金热镀锌的特点，选择了特殊镀液成分的热镀锌低温镀液，其成分由以下质量百分比的元素组成：Zn 86.19％、Mg 4％、Bi 5.8％、Sn 2.2％、Sb 1.8％，余量为不可避免的杂质。
步骤2：制备热镀锌低温镀液
采用分段加热模式制备热镀锌低温镀液。第一阶段：将锌锭随炉加热至420℃左右，待其全部熔化；第二阶段：加入预热好纯金属镁，充分搅拌使混合均匀后，炉温降至380～390℃；第三阶段：加入纯金属Bi、Sn和Sb，充分搅拌后降温至360℃，获得Zn-Mg-Bi-Sn-Sb合金镀液。
步骤二：铝合金低温热镀锌
所述的铝合金低温热镀锌的工艺方法，按以下步骤进行：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用60g/L碳酸钠对铝合金进行除油，得到除油后的镀件；
(2)采用4％硝酸对铝合金进行活化5min，取出后，放置于室温下晾干。
步骤2：热浸镀操作
(1)将预处理后的镀件，垂直浸入热镀锌低温镀液中，镀液温度保持在360℃，浸镀0.1min后取出；
(2)将浸镀后的镀件在空气中停留5s后水冷，冷却速率为70℃/s，得到热镀锌的铝合金镀件。
实施例6
对尺寸10×10×50mm的铝合金进行低温热镀锌，具体步骤如下：
步骤一：制备特殊成分的热镀锌低温镀液
步骤1：选择了特殊镀液成分的热镀锌低温镀液，其成分由以下质量百分比的元素组成：Zn 95％、Mg 2％、Bi 2.8％、Sb 0.19％，余量为不可避免的杂质。
步骤2：制备热镀锌低温镀液
采用分段加热模式制备热镀锌低温镀液。第一阶段：将锌锭随炉加热至420℃左右，待其全部熔化；第二阶段：加入预热好纯金属镁，充分搅拌使混合均匀后，炉温降至380～390℃；第三阶段：加入纯金属Bi、Sb，充分搅拌后降温至360℃，获得Zn-Mg-Bi-Sb合金镀液。
步骤二：铝合金低温热镀锌
所述的铝合金低温热镀锌的工艺方法，按以下步骤进行：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用60g/L碳酸钠对铝合金进行除油，得到除油后的镀件；
(2)采用3％硝酸对铝合金进行活化20min，取出后，放置于室温下晾干。
步骤2：热浸镀操作
(1)将预处理后的镀件，垂直浸入热镀锌低温镀液中，镀液温度保持在360℃之间，浸镀0.5min后取出；
(2)将浸镀后的镀件在空气中停留15s后水冷，冷却速率为24℃/s得到热镀锌的铝合金镀件。
实施例7
对尺寸50×40×10mm的钢材进行低温热镀锌，具体步骤如下：
步骤一：制备特殊成分的热镀锌低温镀液
步骤1：选择了特殊镀液成分的热镀锌低温镀液，其成分为由以下质量百分比的元素组成：Zn 91.2％、Bi 5.8％、Mg 2％、Sn 1％。
步骤2：制备热镀锌低温镀液
采用分段加热模式制备热镀锌低温镀液。第一阶段：将锌锭随炉加热至420℃左右，待其全部熔化；第二阶段：加入预热好纯金属镁，充分搅拌使混合均匀后，炉温降至380～390℃；第三阶段：加入纯金属Bi、Sn，充分搅拌后降温至370℃，获得Zn-Mg-Bi-Sn合金镀液。
步骤二：钢材低温热镀锌
所述的钢材低温热镀锌的工艺方法，按以下步骤进行：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用100g/L碳酸钠对钢材进行除油，得到除油后的镀件；
(2)采用4％硝酸对钢材进行活化15min，取出后，放置于室温下晾干。
步骤2：热浸镀操作
(1)将预处理后的镀件，垂直浸入热镀锌低温镀液中，镀液温度保持在370℃之间，浸镀1min后取出；
(2)将浸镀后的镀件在空气中停留20s后水冷，冷却速率为18℃/s，得到热镀锌的钢材镀件。
实施例8
对尺寸50×50×20mm的钢材进行低温热镀锌，具体步骤如下：
步骤一：制备特殊成分的热镀锌低温镀液
步骤1：选择了特殊镀液成分的热镀锌低温镀液，其成分为由以下质量百分比的元素组成：Zn 90.2％、Bi 5.8％、Mg 3％、Sb 1％。
步骤2：制备热镀锌低温镀液
采用分段加热模式制备热镀锌低温镀液。第一阶段：将锌锭随炉加热至420℃左右，待其全部熔化；第二阶段：加入预热好纯金属镁，充分搅拌使混合均匀后，炉温降至380～390℃；第三阶段：加入纯金属Bi、Sb，充分搅拌后降温至370℃，获得Zn-Mg-Bi-Sb合金镀液。
步骤二：钢材低温热镀锌
所述的钢材低温热镀锌的工艺方法，按以下步骤进行：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用60g/L碳酸钠对钢材进行除油，得到除油后的镀件；
(2)采用4％硝酸对钢材进行活化20min，取出后，放置于室温下晾干。
步骤2：热浸镀操作
(1)将预处理后的镀件，垂直浸入热镀锌低温镀液中，镀液温度保持在370℃之间，浸镀3min后取出；
(2)将浸镀后的镀件在空气中停留30s后水冷，冷却速率为12℃/s，得到热浸镀后的钢材镀件。
实施例9
对尺寸50×50×20mm的镁合金进行低温热镀锌，并与铝合金进行轧制复合或挤压复合，具体步骤如下：
步骤一：制备特殊成分的热镀锌低温镀液
步骤1：选择了特殊镀液成分的热镀锌低温镀液，其成分为由以下质量百分比的元素组成：Zn 91.4％、Bi 3.6％、Mg 2％、Sn 2％、Sb 1％。
步骤2：制备热镀锌低温镀液
采用分段加热模式制备热镀锌低温镀液。第一阶段：将锌锭随炉加热至430℃，待其全部熔化；第二阶段：加入预热好纯金属镁，充分搅拌使混合均匀后，炉温降至380～390℃；第三阶段：加入纯金属Bi、Sn和Sb，充分搅拌后降温至370℃，获得Zn-Mg-Bi-Sn-Sb合金镀液。
步骤二：镁合金低温热镀锌
所述的镁合金低温热镀锌的工艺方法，按以下步骤进行：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用80g/L碳酸钠对镁合金进行除油，得到除油后的镀件；
(2)采用3％硝酸对镁合金进行活化20min，取出后，放置于室温下晾干。
步骤2：热浸镀操作
(1)将预处理后的镀件，垂直浸入热镀锌低温镀液中，镀液温度保持在370℃之间，浸镀2min后取出；
(2)将浸镀后的镀件在空气中停留30s后水冷，冷却速率为50℃/s，得到热浸镀后的镁合金镀件。通过与铝合金进行轧制复合，期间未出现脆裂等现象，经过检测，其并无出现脆相，镁-铝复合板材的力学性能有提高。
实施例10
对尺寸50×50×20mm的镁合金进行低温热镀锌，具体步骤如下：
步骤一：制备特殊成分的热镀锌低温镀液
步骤1：选择了特殊镀液成分的热镀锌低温镀液，其成分为由以下质量百分比的元素组成：Zn 92％、Bi 4％、Mg 2.2％、Sn 0.5％、Sb 1.2％，余量为不可避免的杂质。
步骤2：制备热镀锌低温镀液
采用分段加热模式制备热镀锌低温镀液。第一阶段：将锌锭随炉加热至420℃，待其全部熔化；第二阶段：加入预热好纯金属镁，充分搅拌使混合均匀后，炉温降至380～390℃；第三阶段：加入纯金属Bi、Sn和Sb，充分搅拌后降温至360℃，获得Zn-Mg-Bi-Sn-Sb合金镀液。
步骤二：镁合金低温热镀锌
所述的镁合金低温热镀锌的工艺方法，按以下步骤进行：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用60g/L碳酸钠对镁合金进行除油，得到除油后的镀件；
(2)采用4％硝酸对镁合金进行活化20min，取出后，放置于室温下晾干。
步骤2：热浸镀操作
(1)将预处理后的镀件，垂直浸入热镀锌低温镀液中，镀液温度保持在360℃之间，浸镀3min后取出；
(2)将浸镀后的镀件在空气中停留20s后水冷，冷却速率为20℃/s，得到热浸镀后的镁合金镀件。
对比例1
一种热镀锌镀液，其含有的成分及各个成分的质量百分比为：Bi为0.5％、Mg为6％，余量为Zn及不可避免的杂质。
因为该成分组成中，并没有处在Zn-Mg-Bi三元合金的共晶点，故该镀液的熔点高于400℃，故无法在360～390℃温度范围内实现低温热浸镀。
对比例2
一种热镀锌镀液的制备方法，采用分段加热模式制备热镀锌低温镀液。
第一阶段：将锌锭随炉加热至420℃，待其全部熔化，得到熔化的锌液；
第二阶段：加入预热好纯金属镁，充分搅拌使混合均匀后，得到Zn-Mg熔液；
第三阶段：向Zn-Mg熔液中加入纯金属Bi，Sn，Sb，充分搅拌后降温至370℃，获得Zn-Mg-Bi-Sn-Sb合金镀液。
因为，在此过程中，在第三阶段加入纯金属Bi，Sn，Sb之前并没有进行降温过程，则造成金属Mg、Bi、Sn的大量烧损，成分严重偏离合金的共晶成分点，镀液发生凝固，而无法实行后续热浸镀过程。
对比例3
步骤2中，采用常规预处理工艺，包括：采用60g/L碳酸钠碱洗除油，水洗后，沥干水分，在质量浓度为10％的硝酸对其进行处理5min，取出，后续和实施例1相同，采用该常规处理方式，因为采用的硝酸浓度高，因此，在这个过程中，镁合金表面发生严重腐蚀，基体的结构完整性被破化，且存在大量的不同深度的腐蚀坑，产生的腐蚀产物与氢气残留在镁合金基体表面与腐蚀细坑中，如附图3所示，导致镁合金无法与镀液发生良好的扩散反应，镀件与基体间存在着明显的孔洞和裂纹等缺陷，镀层耐蚀性差，如附图4所示。说明高浓度的硝酸多数用于去除镁合金表面的氧化物，本发明中所使用的低溶度的硝酸并非去除氧化镁，而是与其反应生成硝酸镁，硝酸镁能够有效隔绝氧气，防止镀件的氧化，在熔体中硝酸镁又能快速熔化，活化镀件表面，能够很好起到浸润作用，促进镀件与镀液的扩散反应。
对比例4
步骤3中的(1)中，镁合金镀件以和镀液表面呈45°角，则在浸入过程中，镀层表面粘附镀液表面形成的氧化膜，从而阻碍浸镀过程中镀液与基体的扩散反应，镀层与基体存在明显的裂缝，镀层结合性差。
对比例5
步骤3的(2)中，空冷后，直接置于水中，水冷，并无对冷却速率进行控制，从而镀层的冷却速率达到200℃/s，因为过大的冷却速率会导致镀层尚未形成有效的冶金结合，镀层与基体表面存在明显的裂缝，如附图5所示，从而导致镀层的结合性能差。

Claims (10)

1.一种热镀锌低温镀液，其特征在于，所述的热镀锌低温镀液含有的成分及各个成分的质量百分比为：Mg为 2～4%，Bi为 2.8%～5.8%，Sn为0~2.2%，Sb为0~1.8%，余量为Zn及不可避免的杂质；
所述的热镀锌低温镀液的热浸镀温度为360~390℃。
2.权利要求1所述的热镀锌低温镀液的制备方法，其特征在于，采用分段加热模式，具体包括以下步骤：
(1)根据热镀锌低温镀液成分称量金属锌、金属镁、金属铋、金属锡和金属锑；
(2)将金属锌随炉加热，直至其全部熔化，得到熔化的锌液；
(3)将炉温保持在420~430℃，向熔化的锌液中，加入预热的金属镁，充分搅拌混合均匀，得到Zn-Mg熔液；
(4)将炉温降低至380~390℃，加入金属铋、金属锡和金属锑，充分搅拌混合均匀，炉温保持在360 ~380℃，得到热镀锌低温镀液。
3.根据权利要求2所述的热镀锌低温镀液的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，金属锌的质量纯度≥99.995%，金属镁的质量纯度≥99.95%，金属铋的质量纯度≥99.99%，金属锡的质量纯度≥99.97%，金属锑的质量纯度≥99.99%。
4.根据权利要求2所述的热镀锌低温镀液的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，预热的金属镁的预热温度为100~300℃，预热时间为5~10s。
5.权利要求1所述的热镀锌低温镀液，用于镁合金、铝合金和钢铁材料的热镀锌工艺。
6.一种镀件热镀锌的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的热镀锌低温镀液，包括以下步骤：
步骤1：镀件表面预处理
(1)将镀件进行除油、水洗、沥干水分后，得到除油后的镀件；
(2)采用质量浓度百分数为2~4%的硝酸对除油后的镀件进行活化，晾干，得到预处理的镀件；
步骤2：热浸镀
(1)将预处理的镀件，垂直浸入热镀锌低温镀液中，浸镀过程中，镀液温度为360~390℃，浸镀0.1~3min，取出，得到浸镀后的镀件；
(2)将浸镀后的镀件在空气中停留5~30s，水冷，控制镀层的冷却速率为12~70℃/s，得到热镀锌的镀件。
7.根据权利要求6所述的镀件热镀锌的方法，其特征在于，在步骤1的(1)中，除油采用的除油溶剂为质量浓度为60~100g/L的碳酸钠。
8.根据权利要求6所述的镀件热镀锌的方法，其特征在于，在步骤1的(2)中，活化时间为5~20min。
9.根据权利要求6所述的镀件热镀锌的方法，其特征在于，在步骤2的(1)中，取出为，将浸镀后的镀件从热镀锌低温镀液垂直取出，其中，浸入速率和取出速率相等，浸入速率为0.08~0.12m/s。
10.根据权利要求6所述的镀件热镀锌的方法，其特征在于，当镀件为镁合金时，制备的热镀锌的镁合金镀件，其低频阻抗值达到非热浸镀锌的镁合金的8.5~135倍。
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