CN117802438A - 一种锌铝镁镀层、锌铝镁镀层钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种锌铝镁镀层、锌铝镁镀层钢板及其制备方法，所述锌铝镁镀层的化学成分包括：Al、Mg、Mn以及Zn；其中，所述Mn的重量含量为0.5～5％，所述Mn的重量含量与所述Al的重量含量的比值为≥0.5。锌铝镁镀层在晶界析出的Al8Mn5相，以及在晶界和纯锌相中同时析出的六方晶系的Al0.8Mn相，这些相的析出使组织结构变细，而且Mn溶于基体中形成的固溶体，能够降低金属间化合物与基体间的电位差，可以提高基体的抗腐蚀性，使得锌铝镁镀层钢板具有优异的耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本申请涉及涂镀技术领域，尤其涉及一种锌铝镁镀层、锌铝镁镀层钢板及其制备方法。
背景技术
热浸镀锌技术是提高钢板耐腐蚀性能的重要方法之一，Zn-Al-Mg系镀锌层因其优良耐蚀性能，尤其是在切削刃口处的优异耐蚀性能而受到越来越多的关注。此外，Zn-Al-Mg合金镀层的显微硬度、抗划伤性等力学性能也超过了其他种类的合金镀层，但是统Zn-Al-Mg镀层的耐腐蚀性难以满足更多用户的需求。
因此，亟需进一步提高传统Zn-Al-Mg镀层的耐腐蚀性。
发明内容
本申请提供了一种锌铝镁镀层、锌铝镁镀层钢板及其制备方法，以解决现有锌铝镁镀层钢板耐腐蚀性不足的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种锌铝镁镀层，所述锌铝镁镀层的化学成分包括：
Al、Mg、Mn以及Zn；其中，
所述Mn的重量含量为0.5～5％，所述Mn的重量含量与所述Al的重量含量的比值为≥0.5。
可选的，所述Mg的重量含量为0.8～3％，所述Al的重量含量为0.8～3％；
且所述Al的重量含量与所述Mg的重量含量的比值≤3。
可选的，所述锌铝镁镀层表面的Al0.8Mn化合物的体积分数为≥10％。
可选的，所述锌铝镁镀层的显微组织包括共晶组织，所述共晶组织的面积分数为≥25％。
可选的，所述锌铝镁镀层的显微组织包括纯锌相组织，所述纯锌相组织的晶粒尺寸<50μm。
第二方面，本申请提供了一种锌铝镁镀层钢板，所述锌铝镁镀层钢板包括钢基体以及附着于所述钢基体至少部分表面的第一方面任意一项实施例所述的锌铝镁镀层。
第三方面，本申请提供了一种制备第二方面任意一项实施例所述的锌铝镁镀层钢板的方法，所述方法包括：
对钢板进行退火，控制所述退火的温度，得到钢基体；
采用锌铝镁熔液对所述钢基体进行热浸镀，控制所述锌铝镁熔液的温度，得到锌铝镁镀层钢板。
可选的，所述锌铝镁熔液的温度为460～560℃。
可选的，所述热浸镀的时间为50～70s。
可选的，所述退火的温度为720～740℃。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的该锌铝镁镀层，在传统的Zn、Al、Mg三元合金的基础上，在镀层中添加的Mn，析出了六方晶系的Al0.8Mn，并且弥散分布在纯锌相当中，从而有助于镀层耐蚀性能的提升。同时由于锰的电化学电位比锌的负电化学电位相对更高，因此，含Mn的锌铝镁镀层比传统的锌铝镁镀层具有更好的耐蚀性。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种锌铝镁镀层的显微组织图；
图2为本申请实施例提供的一种制备锌铝镁镀层的方法；
图3为本申请实施例提供的一种实施例1与对比例3锌铝镁镀层的电化学曲线对比图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
第一方面，本申请提供了一种锌铝镁镀层，请参见图1，所述锌铝镁镀层的化学成分包括：
Al、Mg、Mn以及Zn；其中，
所述Mn的重量含量为0.5～5％，所述Mn的重量含量与所述Al的重量含量的比值为≥0.5。
在本申请实施例中，锰是第三大过渡元素，也是一种脱硫剂，它也能提高钢的强度和韧性。锰在电化学上比锌和铁更负。因此，与Zn一样，Mn也可以为铁和钢提供牺牲保护。添加锰已被证明可成功提高电沉积和PVD工艺所开发涂层的耐腐蚀性，其中锰对提高镀锌层性能的有益作用已得到证实。Zn-Mn镀层比Zn镀层具有更好的耐腐蚀性，这归因于锰的电化学电位比锌的负电化学电位相对更高。锰溶于基体中形成固溶体时，降低了金属间化合物与基体间的电位差，可提高基体的抗腐蚀性。随着Mn含量的添加，室温下形成的化合物为Al8Mn5、Al0.8Mn。合金的熔点和各相的析出温度呈提升趋势。因此，添加Mn的Zn-Al-Mg涂层比Zn-Al-Mg涂层具有更好的耐腐蚀性能。当Mn元素的质量百分比过高时，会生成单质Mn。耐腐蚀性会随着Mn含量的增加而降低。而当Mn含量过低时，并不能在合金组织中发现Al-Mn相的析出。具体地，上述Mn的重量含量可以为0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、4.5％、5.0％等。
并且，当Mn含量较低时，Mn元素与所述Al元素的含量的比值过低时，Mn元素溶于固溶体中，虽然由于固溶强化增加了合金的强度，但是合金的塑性和韧性会减低，并且由于没有Al-Mn金属化合物的析出，晶粒比较粗大，耐蚀性得不到提高。具体地，上述Mn的重量含量与所述Al的重量含量的比值可以为0.5、0.6、0.7、0.8、1.0等。
在一些实施方式中，所述Mg的重量含量为0.8～3％，所述Al的重量含量为0.8～3％；
且所述Al的重量含量与所述Mg的重量含量的比值≤3。
在本申请实施例中，加入Mg后可以提高镀层质量，降低锌耗。在Zn-Al合金中添加Mg可以起到细化晶粒，使镀层组织结构均匀，并强化晶界的作用。还可以促进致密而绝缘性好的Zn5(OH)8Cl2·H2O的形成；抑制阴极反应；抑制无保护性产物ZnO的形成。Mg的加入，会在合金镀层表面生成MgO，MgO能填充到镀层的腐蚀裂缝中，阻止其进一步腐烛，使Zn-Mg合金镀层具有自修复功能，因此耐烛性得以提高。Zn-Al镀层中加入Mg可以抑制对镀层没有保护性的Zn4CO3(OH)6·H2O和ZnO等腐蚀产物的形成。向镀层中添加Mg可以抑制Zn(OH)2向ZnO转化。盐雾试验中，镀层内加镁能促进ZnCl24·Zn(OH)2的生成，此生成物能控制液体中的溶解氧的扩散，抑制晶间腐蚀，使颗粒细化，渡层光亮。但当Mg含量较高时，可能导致镀层有崩皮、脱落现象，并易产生黑锈。具体地，上述Mg的重量含量可以为0.8％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％等。
Al作为镀锌层最常用的合金元素，它的加入可以明显降低镀锌层的耐腐烛性，经试验Zn-5％Al镀层的腐烛速度是纯锌渡层的57.8％，大大降低了腐蚀速度；Al的加入还可以提高锌液的流动性，减小镀层厚度，降低锌耗，节约成本；还有提高镀层光亮度的作用；但是Al含量过高，可能会给镀锌操作带来困难。具体地，上述Al的重量含量可以为0.8％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％等。
并因为在Zn-Al-Mg合金中，随着Mg含量的增加，合金的耐腐蚀性能先增大后减小，因为Mg比较活泼，容易被氧化，同时镀层组织也发生了改变。具体地，上述Al的重量含量与Mg的重量含量的比值可以为3、2.8、2.6、2.4、2.2、2等。
在一些实施方式中，所述锌铝镁镀层表面的Al0.8Mn化合物的体积分数为≥10％。
在本申请实施例中，Al0.8Mn相使组织结构变细，结合Mn溶于基体中形成的固溶体，能够降低金属间化合物与基体间的电位差，可以提高基体的抗腐蚀性，使得锌铝镁镀层钢板具有优异的耐腐蚀性能。具体地，上述锌铝镁镀层表面的Al0.8Mn化合物的体积分数可以为10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％等。
在一些实施方式中，所述锌铝镁镀层的显微组织包括共晶组织，所述共晶组织的面积分数为≥25％。
在本申请实施例中，共晶组织在镀层中主要包括二元共晶组织和三元共晶组织，共晶组织优先腐蚀，局部降低了pH值，从而保护了周围的基体，提高整体的耐蚀性。具体地，上述共晶组织的面积分数可以为25％、30％、35％、40％等。
在一些实施方式中，所述锌铝镁镀层的显微组织包括纯锌相组织，所述纯锌相组织的晶粒尺寸<50μm。
在本申请实施例中，纯锌相的尺寸过大，会形成大阴极小阳极的腐蚀回路，加快腐蚀速度。因此，要控制纯锌相的晶粒尺寸，才能形成小阴极小阳极的电路，降低了腐蚀的动力学，提高镀层的耐蚀性。具体地，上述纯锌相组织的晶粒尺寸可以为48μm、46μm、44μm、42μm、40μm等。
第二方面，本申请提供了一种锌铝镁镀层钢板，所述锌铝镁镀层钢板包括钢基体以及附着于所述钢基体至少部分表面的第一方面任意一项实施例所述的锌铝镁镀层。
在本申请实施例中，上述锌铝镁镀层钢板具有良好的耐腐蚀性能。
第三方面，本申请提供了一种制备第二方面任意一项实施例所述的锌铝镁镀层钢板的方法，请参见图2，所述方法包括：
S1、对钢板进行退火，控制所述退火的温度，得到钢基体；
在一些实施方式中，所述退火的温度为720～740℃。
在本申请实施例中，合适的退火的温度能够让钢板基材表面的轧制应力消失，消除表面扭曲的晶界，让钢板基材表面更加均匀，避免出现局部特别强和特别弱的化学活性点，便于后续更好地热浸镀。具体地，上述退火的温度可以为720℃、725℃、730℃、735℃、740℃等。此外，为了保证钢板表面质量，退火之前进行酸洗。
S2、采用锌铝镁熔液对所述钢基体进行热浸镀，控制所述锌铝镁熔液的温度，得到锌铝镁镀层钢板。
在一些实施方式中，所述锌铝镁熔液的温度为460～560℃。
在一些实施方式中，所述热浸镀的时间为50～70s。
在本申请实施例中，适宜的锌铝镁熔液的温度，使得Mn原子充分扩散溶解以保证合金样品的组织均匀性；适宜的热浸镀的时间，保证有充足的浸润时间。具体地，上述锌铝镁熔液的温度可以为460℃、470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃等，上述热浸镀的时间可以为50s、55s、60s、65s、70s等。
该制备锌铝镁镀层钢板的方法是基于上述铝镁镀层钢板来实现，该铝镁镀层钢板可参照上述实施例，由于该制备锌铝镁镀层钢板的方法采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
本申请实施例提供了一种锌铝镁镀层，其具体的化学成分和显微组织请参见图1。
表1锌铝镁镀层的化学成分和显微组织
基于上述锌铝镁镀层的化学成分，本申请实施例提供了一种锌铝镁镀层钢板及其制备方法，所述方法包括：
S11、对钢板进行退火，控制所述退火的温度，得到钢基体；
S21、采用锌铝镁熔液对所述钢基体进行热浸镀，控制所述锌铝镁熔液的温度，得到锌铝镁镀层钢板。具体的工艺参数请参见表2。
表2制备锌铝镁镀层钢板的工艺参数
对按上述实施例1～5和对比例1～3中的工艺参数制备得到的锌铝镁镀层钢板进行腐蚀评价。
腐蚀评价的方法是将镀锌钢板放入循环腐蚀试验箱中，进行18个周期循环腐蚀试验，循环腐蚀试验满足ISO1 1997-1:2017中附录A的要求，然后观察合金表面出红锈的时间，出红锈的时间越长，耐蚀性越好。同时进行塔菲尔极化曲线的测定，根据电化学理论，腐蚀电位和腐蚀电流是反映耐蚀性的主要因素。其中，腐蚀电位反映腐蚀反应的趋势和可能性，和腐蚀电流反映实际过程和腐蚀反应的动力学。其结果请参见表3。
表3锌铝镁镀层钢板的耐腐蚀性能测试结果
| 序号 | 自腐蚀电流μA | 自腐蚀电位V | 循环腐蚀实验出红锈时间h |
| 实施例1 | 0.223 | -1.119 | 720 |
| 实施例2 | 2.58 | -1.025 | 800 |
| 实施例3 | 4.07 | -1.023 | 840 |
| 实施例4 | 3.59 | -1.070 | 900 |
| 实施例5 | 2.69 | -1.117 | 930 |
| 对比例1 | 7.13 | -0.058 | 168 |
| 对比例2 | 18.76 | -0.089 | 150 |
| 对比例3 | 21.37 | -0.069 | 170 |
通过本申请实施例的优良耐蚀锌铝镁镀层钢板及其制备方法的制备方法，实施例1～5的防腐性能优于对比例1～3。
此外，请参见图1所示的实施例1提供的锌铝镁镀层的显微组织图，其常温组织分别由纯锌相、二元共晶组织(MgZn2/Mg2Zn11)以及析出相Al8Mn5组成，以及请参见图3所示的实施例1与对比例3锌铝镁镀层的电化学曲线对比图，表明本申请实施例的锌铝镁镀层钢板具有更优越的腐蚀性能，主要原因在于析出了六方晶系的Al0.8Mn，并且弥散分布在纯锌相当中，从而有助于镀层耐蚀性能的提升。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种锌铝镁镀层，其特征在于，所述锌铝镁镀层的化学成分包括：
Al、Mg、Mn以及Zn；其中，
所述Mn的重量含量为0.5～5％，所述Mn的重量含量与所述Al的重量含量的比值为≥0.5。
2.根据权利要求1所述的锌铝镁镀层，其特征在于，所述Mg的重量含量为0.8～3％，所述Al的重量含量为0.8～3％；
且所述Al的重量含量与所述Mg的重量含量的比值≤3。
3.根据权利要求1或2所述的锌铝镁镀层，其特征在于，所述锌铝镁镀层表面的Al0.8Mn化合物的体积分数为≥10％。
4.根据权利要求1或2所述的锌铝镁镀层，其特征在于，所述锌铝镁镀层的显微组织包括共晶组织，所述共晶组织的面积分数为≥25％。
5.根据权利要求1或2所述的锌铝镁镀层，其特征在于，所述锌铝镁镀层的显微组织包括纯锌相组织，所述纯锌相组织的晶粒尺寸<50μm。
6.一种锌铝镁镀层钢板，其特征在于，所述锌铝镁镀层钢板包括钢基体以及附着于所述钢基体至少部分表面的权利要求1～5任意一项所述的锌铝镁镀层。
7.一种制备权利要求6所述的锌铝镁镀层钢板的方法，其特征在于，所述方法包括：
对钢板进行退火，控制所述退火的温度，得到钢基体；
采用锌铝镁熔液对所述钢基体进行热浸镀，控制所述锌铝镁熔液的温度，得到锌铝镁镀层钢板。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述锌铝镁熔液的温度为460～560℃。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述热浸镀的时间为50～70s。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述退火的温度为720～740℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311856276.5A CN117802438A (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 一种锌铝镁镀层、锌铝镁镀层钢板及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311856276.5A CN117802438A (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 一种锌铝镁镀层、锌铝镁镀层钢板及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN117802438A true CN117802438A (zh) | 2024-04-02 |
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ID=90429686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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-
2023
- 2023-12-29 CN CN202311856276.5A patent/CN117802438A/zh active Pending
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