CN116516215B - 一种锌铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锌铝合金及其制备方法和应用，属于锌铝合金技术领域。所述锌铝合金的化学成分按质量百分比计，包括：Al8～18％、Cu0.7～1.5％、Ti0.05～0.1％和B0.05～0.1％，余量为锌及不可避免的杂质。本发明提供的锌铝合金组织成分稳定，合金元素偏析少，采用此种锌铝合金对钢板进行热浸镀时，镀层流动性好；同时，镀层的耐蚀性优于普通镀锌钢板，可广泛应用于钢管、钢丝等热浸镀领域。

Description

一种锌铝合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及锌铝合金技术领域，特别涉及一种锌铝合金及其制备方法和应用。
背景技术
钢铁材料热浸镀锌是目前钢铁材料主要的防腐蚀手段，但随着产品耐蚀性的增加和特定高腐蚀区域的需求，普通的热镀锌钢材无法完全满足使用需求，可实现更高耐蚀性的合金镀层开发成为行业的开发热点。如Zn-5％Al-RE合金可大幅提高镀层的耐蚀性，这是由于Zn-5％Al可形成共晶组织，在一些钢管和结构件镀锌领域得到推广和应用。但是当镀层中的Al含量超过5％后，容易形成过共晶组织，镀层的组织成分控制和性能稳定性无法获得保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锌铝合金及其制备方法和应用，所述锌铝合金为高铝含量锌铝合金，提高铝含量可以形成锌铝共晶组织，进而提高热浸镀后镀层的耐蚀性，本发明通过合理的元素调整及配比，使得锌铝合金组织成分稳定，元素偏析少，以其制备的镀层流动性好，耐腐蚀性能佳。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明技术方案之一：提供一种锌铝合金，其化学成分按质量百分比计，包括：Al8～18％、Cu0.7～1.5％、Ti0.05～0.1％和B0.05～0.1％，余量为锌及不可避免的杂质。
本发明技术方案之二：提供一种上述锌铝合金的制备方法，包括以下步骤：将锌锭加热熔融，然后加入计算量的Al、Cu、Ti和B，搅拌至熔液混合均匀，再进行精炼、除渣，捞渣后浇铸，制得所述锌铝合金。
优选地，所述锌锭加热熔融的温度为700～720℃。
优选地，所述精炼和所述除渣在温度550～560℃下进行。
优选地，所述捞渣和所述浇铸在温度470～490℃下进行。
本发明技术方案之三：提供一种上述锌铝合金在锌铝合金镀层中的应用。
优选地，所述锌铝合金镀层的制备方法为热浸镀。
更优选的，所述热浸镀的镀液温度为470～500℃，浸镀时间为5～20s。
本发明的有益技术效果如下：
本发明通过特定含量的Cu元素的加入并分散均匀，可显著提高镀锌层的耐大气腐蚀性。但锌液中加铜时，会使锌液熔点提高，从而使镀锌温度也相应提高；同时合金镀层的附着性和塑性也随之下降。
在添加Cu元素的同时，添加一定含量的Ti和B元素，一方面可以细化合金和后续热浸镀后形成的镀层的晶粒，使合金与镀层的组织结构分散稳定，减少合金元素偏析现象，同时改善合金添加Cu元素热浸镀后镀层的附着性和塑性下降，细化晶粒后的合金组织热浸镀时由于镀液的粘度下降也具有优异的流动性。
本发明获得的锌铝合金组织成分稳定，合金元素偏析少，采用此种锌铝合金对钢板进行热浸镀时，镀液流动性好；同时，镀层的耐蚀性优于普通镀锌钢板，可广泛应用于钢管、钢丝等热浸镀领域。
附图说明
图1为本发明实施例3制备的锌铝合金的形貌图。
图2为本发明实施例3制备的锌铝合金镀层的形貌图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
1、一种锌铝合金，合金化学成分按重量百分比计为：Al8％，Cu0.7％，Ti0.05％，B0.05％，余量为锌及不可避免的杂质。
2、该锌铝合金的生产方法为：将锌锭在感应炉内加热至700℃，加入纯铝锭、纯铜块、铝钛合金块(Al-10Ti)和铝硼合金块(Al-5B)，熔化溶解吸收后搅拌熔液使各成分均匀分布达到设计的合金成分比例，避免合金元素的偏析，此后将熔液降温至550℃，加入精炼剂进行精炼，再加入除渣剂进行除渣，最后将熔液温度降至470℃进行捞渣与浇铸成合金锭。
3、一种锌铝合金镀层，所述镀层采用前述的锌铝合金热浸镀获得，镀层化学成分为按重量百分比计：Al8％，Cu0.7％，Ti0.05％，B0.05％，余量为锌及不可避免的杂质。合金镀层钢材采用本领域常用的热浸镀工艺，具体工艺流程如下：碱洗(5wt.％的NaOH溶液)→水洗→热盐酸除锈(盐酸浓度15wt.％，温度40℃)→2道水清洗→粘助镀溶剂(所用助剂为ZnCl2、NH4Cl)→烘干处理(180℃，20s)→热镀合金→氮气抹拭→冷却，镀液温度470℃，热浸镀时间5s。
实施例2
1、一种新型锌铝合金，合金化学成分按重量百分比计：Al18％，Cu1.5％，Ti0.1％，B0.1％，余量为锌及不可避免的杂质。
2、该锌铝合金的生产方法为：将锌锭在感应炉内加热至720℃，加入纯铝锭、纯铜块、铝钛合金块(Al-10Ti)和铝硼合金块(Al-3B)，熔化溶解吸收后搅拌熔液使各成分均匀分布，避免合金元素的偏析，此后将熔液降温至560℃，加入精炼剂进行精炼，再加入除渣剂进行除渣，最后将熔液温度降至490℃进行捞渣与浇铸成合金锭。
3、一种锌铝合金镀层，所述镀层采用前述的锌铝合金热浸镀获得，镀层化学成分为按重量百分比计：Al18％，Cu1.5％，Ti0.1％，B0.1％，余量为锌及不可避免的杂质。合金镀层钢材采用本领域常用的热浸镀工艺，具体工艺流程如下：碱洗(5wt.％的NaOH溶液)→水洗→热盐酸除锈(盐酸浓度15wt.％，温度40℃)→2道水清洗→粘助镀溶剂(所用助剂为ZnCl2、NH4Cl)→烘干处理(180℃，20s)→热镀合金→氮气抹拭→冷却，镀液温度500℃，热浸镀时间20s。
实施例3
1、一种新型锌铝合金，合金化学成分按重量百分比计：Al10％，Cu1.0％，Ti0.08％，B0.08％，余量为锌及不可避免的杂质。
2、该锌铝合金的生产方法为：将锌锭在感应炉内加热至710℃，加入纯铝锭、纯铜块、铝钛合金块(Al-10Ti)和铝硼合金块(Al-3B)，搅拌熔液使各成分均匀分布，避免合金元素的偏析，此后将熔液降温至550℃，加入精炼剂进行精炼，再加入除渣剂进行除渣，最后将熔液温度降至480℃进行捞渣与浇铸成合金锭。
3、一种锌铝合金镀层，所述镀层采用前述的锌铝合金热浸镀获得，镀层化学成分为按重量百分比计：Al10％，Cu1.0％，Ti0.08％，B0.08％，余量为锌及不可避免的杂质。合金镀层钢材采用本领域常用的热浸镀工艺，具体工艺流程如下：碱洗(5wt.％的NaOH溶液)→水洗→热盐酸除锈(盐酸浓度15wt.％，温度40℃)→2道水清洗→粘助镀溶剂(所用助剂为ZnCl2、NH4Cl)→烘干处理(180℃，20s)→热镀合金→氮气抹拭→冷却，镀液温度480℃，热浸镀时间10s。
实施例3制备的锌铝合金的形貌图见图1。
从图1中能够看出，锌铝合金的组织均匀稳定，成分稳定，合金元素偏析少。
实施例3制备的锌铝合金镀层的形貌图见图2。
从图2中能够看出，采用此种锌铝合金对钢板进行热浸镀时，镀液流动性好，热浸镀后镀层和其中的合金层厚度均较均匀。
对比例1
1、一种锌铝合金，合金化学成分按重量百分比计：Al8％，余量为锌及不可避免的杂质。
2、该合金的生产方法为：将锌锭在感应炉内加热至700℃，加入纯铝锭，搅拌熔液使各成分均匀分布，此后将熔液降温至550℃，加入精炼剂进行精炼，再加入除渣剂进行除渣，最后将熔液温度降至470℃进行捞渣与浇铸成合金锭。
3、一种锌铝合金镀层，所述镀层采用前述的锌铝合金热浸镀获得，镀层化学成分为按重量百分比计：Al8％，余量为锌及不可避免的杂质。合金镀层钢材采用本领域常用的热浸镀工艺，具体工艺流程如下：碱洗(5wt.％的NaOH溶液)→水洗→热盐酸除锈(盐酸浓度15wt.％，温度40℃)→2道水清洗→粘助镀溶剂(所用助剂为ZnCl2、NH4Cl)→烘干处理(180℃，20s)→热镀合金→氮气抹拭→冷却，镀液温度470℃，热浸镀时间5s。
对比例2
1、一种锌铝合金，合金化学成分按重量百分比计：Al8％，Cu0.7％，余量为锌及不可避免的杂质。
2、该合金的生产方法为：将锌锭在感应炉内加热至700℃，加入纯铝锭和纯铜块，搅拌熔液使各成分均匀分布，此后将熔液降温至550℃，加入精炼剂进行精炼，再加入除渣剂进行除渣，最后将熔液温度降至470℃进行捞渣与浇铸成合金锭。
3、一种锌铝合金镀层，所述镀层采用前述的锌铝合金热浸镀获得，镀层化学成分为按重量百分比计：Al8％，Cu0.7％，余量为锌及不可避免的杂质。合金镀层钢材采用本领域常用的热浸镀工艺，具体工艺流程如下：碱洗(5wt.％的NaOH溶液)→水洗→热盐酸除锈(盐酸浓度15wt.％，温度40℃)→2道水清洗→粘助镀溶剂(所用助剂为ZnCl2、NH4Cl)→烘干处理(180℃，20s)→热镀合金→氮气抹拭→冷却，镀液温度470℃，热浸镀时间5s。
对比例3
1、一种锌铝合金，合金化学成分按重量百分比计：Al8％，Ti0.05％，B0.05％，余量为锌及不可避免的杂质。
2、该合金的生产方法为：将锌锭在感应炉内加热至700℃，加入纯铝锭、铝钛合金块(Al-10Ti)和铝硼合金块(Al-3B)，搅拌熔液使各成分均匀分布，此后将熔液降温至550℃，加入精炼剂进行精炼，再加入除渣剂进行除渣，最后将熔液温度降至470℃进行捞渣与浇铸成合金锭。
3、一种锌铝合金镀层，所述镀层采用前述的锌铝合金热浸镀获得，镀层化学成分为按重量百分比计：Al8％，Ti0.05％，B0.05％，余量为锌及不可避免的杂质。合金镀层钢材采用本领域常用的热浸镀工艺，具体工艺流程如下：碱洗(5wt.％的NaOH溶液)→水洗→热盐酸除锈(盐酸浓度15wt.％，温度40℃)→2道水清洗→粘助镀溶剂(所用助剂为ZnCl2、NH4Cl)→烘干处理(180℃，20s)→热镀合金→氮气抹拭→冷却，镀液温度470℃，热浸镀时间5s。
对比例4
1、一种Zn-5％Al-RE合金，化学成分为锌及不可避免的杂质。
2、一种Zn-5％Al-RE镀层，化学成分为锌及不可避免的杂质。镀层钢材采用本领域常用的热浸镀工艺，具体工艺流程如下：碱洗(5wt.％的NaOH溶液)→水洗→热盐酸除锈(盐酸浓度15wt.％，温度40℃)→2道水清洗→粘助镀溶剂(所用助剂为ZnCl2、NH4Cl)→烘干处理(180℃，20s)→热镀合金→氮气抹拭→冷却，镀液温度470℃，热浸镀时间5s。
评价试验
对实施例1-3和对比例1-4得到的锌铝合金进行分析，在合金锭上取20个不同位置的各2mm×2mm×2mm大小的合金分析其化学成分，统计合金中偏析现象发生概率，由此来评价本发明解决合金成分偏析问题的效果，统计结果见表1。
表1
由表1可知，实施例1-3的合金中出现成分偏析点的比例均远远小于对比例1-3，说明本发明中添加的合金元素可大大降低偏析的发生。Zn-5％Al-RE合金由于是共晶组织，其偏析较少。
对实施例1-3和对比例1-4得到的镀层钢板进行中性盐雾试验，中性盐雾试验按照GB/T10125-2012进行，测定镀层1000h中性盐雾试验后的镀层失重，由此来评价合金镀层钢板的耐腐蚀性能，测试结果见表2。
表2
镀层1000h中性盐雾试验后的镀层失重(g/m2)
实施例1 130
实施例2 80
实施例3 145
对比例1 240
对比例2 220
对比例3 230
对比例4 260
由表2可知，实施例1-3的镀层1000h中性盐雾试验后的镀层失重远远小于对比例1-4，说明本发明中添加的合金元素计制备方法生产的合金热浸镀后镀层的耐蚀性比Zn-5％Al-RE镀层和不添加Cu或Ti、B的合金镀层有大幅提升。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种锌铝合金，其特征在于，所述锌铝合金的化学成分按质量百分比计为：Al 18％，Cu 1.5％，Ti 0.1％，B 0.1％，余量为锌及不可避免的杂质。
2.权利要求1所述锌铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将锌锭加热熔融，然后加入计算量的Al、Cu、Ti和B，搅拌至熔液混合均匀，再进行精炼、除渣，捞渣后浇铸，制得所述锌铝合金。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述锌锭加热熔融的温度为700～720℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述精炼和所述除渣在温度550～560℃下进行。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述捞渣和所述浇铸在温度470～490℃下进行。
6.权利要求1所述锌铝合金在锌铝合金镀层中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述锌铝合金镀层的制备方法为热浸镀。
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