CN118064818A - 一种耐腐热浸镀锌钢材及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明钢材制备技术领域，具体地说是一种耐腐热浸镀锌钢材及其制备工艺。一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺，包括以下步骤：钢材的微生物助镀处理；助镀钢材的热浸镀锌；钝化剂的制备及热浸镀锌钢材的耐腐处理。本发明通过为喷涂在预处理钢材表面的嗜盐菌创造出适宜的生长环境，促进嗜盐菌的代谢活动释放酸、醇有机物，对预处理钢材表面进行活化，增加后续热浸镀锌过程镀层的附着力，并且嗜盐菌能够促进助镀剂培养液中金属离子的聚集，代谢产生的聚羟基丁酸酯还能在嗜盐菌的作用下与ZnCl2和NH4Cl盐膜结合，从而形成更加致密稳定的盐膜，避免盐膜的吸潮以及分解现象，提高了后续的热浸镀锌的效果，制得的耐腐热浸镀锌钢材具有优异的耐腐蚀性。
Description
技术领域
本发明钢材制备技术领域，具体地说是一种耐腐热浸镀锌钢材及其制备工艺。
背景技术
热浸镀锌钢材是指将表面清洗、活化后的钢材浸入熔融锌液中，通过铁锌之间的反应扩散，在钢材表面生成铁锌合金层，从而得到的具有一定耐腐蚀性能的钢铁材料，其中热浸镀锌工艺对钢材的耐腐蚀性能起着决定性作用。
热浸镀锌有两种不同的工艺操作方法，即连续热浸镀锌和批量热浸镀锌，而批量热浸镀锌又分为干法镀锌和湿法镀锌，市场上现有的大部分热镀锌钢材都采用干法批量镀锌进行生产，其主要工艺流程依次为脱脂、水洗、酸洗、除锈、水洗、溶剂助镀、烘干、热浸镀锌，其中溶剂助镀对后续的热浸镀锌质量有着重要作用。
现有的溶剂助镀工艺通常是将钢材浸入主要成分为ZnCl2和NH4Cl水溶液的助镀剂中，在钢材表面形成一层ZnCl2和NH4Cl盐膜，其中ZnCl2盐膜容易吸潮，在热浸镀锌时吸潮的ZnCl2盐膜容易发生爆锌现象，从而影响钢材的质量，而NH4Cl盐膜的热稳定性差，容易在助镀时发生分解，影响后续的热浸镀锌的效果，所制得的热浸镀锌钢材耐腐蚀性能较差。
发明内容
为了解决上述技术缺陷，本发明研究出一种能在助镀工艺时避免盐膜吸潮和分解，具有优异耐腐蚀性能的耐腐热浸镀锌钢材及其制备方法。
一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺，包括以下步骤：
S1：钢材的微生物助镀处理
对嗜盐菌进行活化得到活化菌种，取ZnCl2、NaCl、葡萄糖、酵母提取物、K2HPO4·3H2O、NH4Cl、MgSO4、NiCl2和Na2SO4溶解在蒸馏水中，得到助镀剂培养液，将钢材进行碱洗和酸洗后用去离子水冲洗，得到预处理钢材，再在预处理钢材表面喷涂活化菌种，然后依次浸没在助镀剂培养液和乙醇溶液中，干燥后得到助镀钢材；
S2：助镀钢材的热浸镀锌
将Zn块和Al粉通过中间合金法制得Zn-Al中间合金，Zn块和Co粉通过中间合金法制得Zn-Co中间合金，将Zn块、Zn-Al中间合金和Zn-Co中间合金一起进行熔化，得到合金熔体，降温后加入In并搅拌均匀，得到合金镀浴，保持温度将助镀钢材浸入合金镀浴中，取出后淬火，得到热浸镀锌钢材；
S3：钝化剂的制备及热浸镀锌钢材的耐腐处理
将蓖麻油基聚酰胺、烷基三甲氧基硅烷、环氧乳液、氟锆酸钠、硫酸锌和蒸馏水混合置于容器中，搅拌均匀后得到钝化剂，调节钝化剂的pH后将热浸镀锌钢材浸没在钝化剂中，取出后烘干，得到耐腐热浸镀锌钢材。
进一步地，步骤S1钢材的微生物助镀处理，包括以下步骤：
S1.1：取5-6重量份的酵母提取物、8-10重量份的胰蛋白胨、55-60重量份的NaCl和0.001-0.002重量份的抗生素溶解在950-1000重量份的蒸馏水中，得到混合溶液，调节混合溶液pH为8.5-9，然后置于灭菌箱中以121-125℃的温度灭菌18-20分钟，得到LB培养基，将嗜盐菌接种至LB培养基中，然后置于温控摇床中，调节温度为35-37℃，转速为220-250rpm进行10-12小时的摇瓶发酵，得到活化菌种；
S1.2：取35-40重量份的ZnCl2、20-25重量份的NaCl、18-20重量份的葡萄糖、2-3重量份的酵母提取物、8-10重量份的K2HPO4·3H2O、15-20重量份的NH4Cl、0.8-1重量份的MgSO4、0.8-1重量份的NiCl2和0.4-0.5重量份的Na2SO4溶解在950-1000重量份的蒸馏水中，得到助镀剂培养液；
S1.3：将钢材浸没在碱洗液中以55-60℃的温度碱洗4-5分钟，然后浸没在酸洗液中在室温下酸洗25-30分钟，再用去离子水冲洗2-3次，得到预处理钢材，在预处理钢材表面通过喷涂法均匀喷涂步骤S1.1制得的活化菌种，然后浸没在助镀剂培养液中，调节温度为35-37℃，静置24-30小时，再置于浓度为70-75%的乙醇溶液中浸泡2-3分钟，然后置于鼓风干燥箱中以121-125℃的温度干燥1-2小时，得到助镀钢材。
进一步地，步骤S2助镀钢材的热浸镀锌，包括以下步骤：
S2.1：将Zn块置于电弧真空熔炼炉中进行加热，待Zn块完全熔化时升温至650-660℃，加入5-5.5wt%的Al粉，保温2-2.5小时，然后降温至500-550℃，搅拌均匀后保温1-1.5小时，得到合金液Ⅰ，迅速倒掉合金液Ⅰ表面的杂质，然后将合金液Ⅰ倒入模具中铸成小锭，得到Zn-Al中间合金，继续将Zn块置于电弧真空熔炼炉中进行加热，待Zn块完全熔化时升温至950-1000℃，加入2-2.5wt%的Co粉，保温2-2.5小时，然后在搅拌的同时自然冷却至580-600℃，保温1-1.5小时，得到合金液Ⅱ，迅速倒掉合金液Ⅱ表面的杂质，然后将合金液Ⅱ倒入模具中铸成小锭，得到Zn-Co中间合金；
S2.2：将Zn块、Zn-Al中间合金和Zn-Co中间合金以1：（0.1-0.15）：（0.08-0.1）的质量比置于电弧真空熔炼炉中，调节温度为650-700℃进行熔化，得到合金熔体，降温至480-500℃后加入0.6-0.8wt%的In，保温2-3小时并搅拌均匀，得到合金镀浴，保持温度为480-500℃，拨开合金镀浴表面的氧化层后将助镀钢材浸入合金镀浴中，持续60-80秒，将助镀钢材取出后淬火得到热浸镀锌钢材。
进一步地，步骤S3钝化剂的制备及热浸镀锌钢材的耐腐处理，包括以下步骤：
S3.1：将蓖麻油基聚酰胺、烷基三甲氧基硅烷、环氧乳液、氟锆酸钠、硫酸锌和蒸馏水以1：（10-12）：（3-6）：（6-8）：（4-6）：（160-180）的质量比混合置于容器中，搅拌均匀后得到钝化剂；
S3.2：将钝化剂置于钝化槽中，调节钝化剂的pH为2-3，然后将热浸镀锌钢材浸没在钝化剂中，静置2-3分钟，取出后置于烘干箱中，以38-40℃的温度烘干，得到耐腐热浸镀锌钢材。
进一步地，步骤S1.1中的抗生素具体为氨苄青霉素。
进一步地，步骤S1.3中钢材的成分组成以质量百分数计由下述成分构成：0.2%-0.3%的Mn、0.028%-0.03%的C、0.03%-0.05%的Si、0.001%-0.1%的P、0.01%-0.1%的Al、0.01%-0.05%的Cr、0.001%-0.1%的Ti和0.008%-0.01%的S，其余成分为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，步骤S1.3中的碱洗液组成为浓度100-150g/L的NaOH和浓度1-3g/L的烷基磺酸钠，酸洗液成分为质量分数为15-18%的盐酸和浓度为2-3g/L的乌洛托品。
进一步地，步骤S2.2中的淬火操作具体为将助镀钢材从合金镀浴中取出后快速置于去离子水中，使其温度降至20-40℃。
进一步地，步骤S3.2中调节钝化剂pH的方法为加入氨水直到钝化剂pH为3-5。
一种耐腐热浸镀锌钢材，其由上述一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺制备得到。
有益效果是：1、本发明先通过将嗜盐菌接种至LB培养基中进行活化，然后通过配制助镀剂培养液，再将活化菌种涂覆在预处理钢材表面并浸没在助镀剂培养液中，助镀剂培养液中的ZnCl2、NH4Cl和NiCl2不仅能够直接参与到对预处理钢材的助镀过程中，在表面形成ZnCl2和NH4Cl盐膜，还能配合葡萄糖、酵母提取物、NaCl等物质为嗜盐菌创造出适宜的生长环境，促进嗜盐菌的代谢活动释放酸、醇有机物，对预处理钢材表面进行活化，增加后续热浸镀锌过程镀层的附着力，并且嗜盐菌能够促进助镀剂培养液中金属离子的聚集，代谢产生的聚羟基丁酸酯还能在嗜盐菌的作用下与ZnCl2和NH4Cl盐膜结合，从而形成更加致密稳定的盐膜，避免盐膜的吸潮以及分解现象，提高了后续的热浸镀锌的效果，在助镀钢材表面生成附着力强且致密的锌合金膜，综上所述，大幅提升了热浸镀锌钢材的耐腐性能，制得的耐腐热浸镀锌钢材具有优异的耐腐蚀性。
2、本发明通过制备Zn-Al中间合金以及Zn-Co中间合金，然后与Zn块一起进行熔炼，再直接加入In，从而在传统锌浴中引入In、Co和Al元素，Al在其中能够减少In和Co的氧化，从而使Co更好地在镀锌层中形成微小的Co-Zn合金相，而In由于其良好的表面活性，可以与Co-Zn合金相结合从而细化Co-Zn合金相晶粒并减小锌镀层厚度，有效抑制钢材中杂质Si与铁的反应，镀层的均匀性和表面平整度增加，提高了耐腐热浸镀锌钢材的耐腐蚀性能。
3、本发明通过将蓖麻油基聚酰胺、烷基三甲氧基硅烷、环氧乳液、氟锆酸钠、硫酸锌和蒸馏水混合制备钝化剂，其中烷基三甲氧基硅烷提供硅烷基，联合作为有机树脂的环氧乳液，与氟锆酸钠在交联剂蓖麻油基聚酰胺和成膜促进剂硫酸锌的作用下在热浸镀锌钢材表面形成耐腐蚀的钝化膜，钝化剂制备所用材料环保安全，配置工艺简单，进一步提高了耐腐热浸镀锌钢材的耐腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明的实施例所采用的耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种耐腐热浸镀锌钢材及其制备工艺，如图1所示，包括以下步骤：
S1：钢材的微生物助镀处理
S1.1：取5重量份的酵母提取物、8重量份的胰蛋白胨、55重量份的NaCl和0.001重量份的氨苄青霉素溶解在950重量份的蒸馏水中，得到混合溶液，调节混合溶液pH为8.5，然后置于灭菌箱中以121℃的温度灭菌18分钟，得到LB培养基，将嗜盐菌接种至LB培养基中，然后置于温控摇床中，调节温度为35℃，转速为220rpm进行10小时的摇瓶发酵，得到活化菌种；
S1.2：取35重量份的ZnCl2、20重量份的NaCl、18重量份的葡萄糖、2重量份的酵母提取物、8重量份的K2HPO4·3H2O、15重量份的NH4Cl、0.8重量份的MgSO4、0.8重量份的NiCl2和0.4重量份的Na2SO4溶解在950重量份的蒸馏水中，得到助镀剂培养液；
S1.3：将钢材浸没在浓度100g/L的NaOH和浓度1g/L的烷基磺酸钠组成的碱洗液中以55℃的温度碱洗4分钟，其中钢材的成分组成以质量百分数计由0.2%的Mn、0.028%的C、0.03%的Si、0.001%的P、0.01%的Al、0.01%的Cr、0.001%的Ti和0.008%的S，其余成分为Fe和不可避免的杂质构成，然后浸没在质量分数为15%的盐酸和浓度为2g/L的乌洛托品组成的酸洗液中在室温下酸洗25分钟，再用去离子水冲洗2次，得到预处理钢材，在预处理钢材表面通过喷涂法均匀喷涂步骤S1.1制得的活化菌种，然后浸没在助镀剂培养液中，调节温度为35℃，静置24小时，再置于浓度为70%的乙醇溶液中浸泡2分钟，然后置于鼓风干燥箱中以121℃的温度干燥1小时，得到助镀钢材。
S2：助镀钢材的热浸镀锌
S2.1：将Zn块置于电弧真空熔炼炉中进行加热，待Zn块完全熔化时升温至650℃，加入5wt%的Al粉，保温2小时，然后降温至500℃，搅拌均匀后保温1小时，得到合金液Ⅰ，迅速倒掉合金液Ⅰ表面的杂质，然后将合金液Ⅰ倒入模具中铸成小锭，得到Zn-Al中间合金，继续将Zn块置于电弧真空熔炼炉中进行加热，待Zn块完全熔化时升温至950℃，加入2wt%的Co粉，保温2小时，然后在搅拌的同时自然冷却至580℃，保温1小时，得到合金液Ⅱ，迅速倒掉合金液Ⅱ表面的杂质，然后将合金液Ⅱ倒入模具中铸成小锭，得到Zn-Co中间合金；
S2.2：将Zn块、Zn-Al中间合金和Zn-Co中间合金以1：0.1：0.08的质量比置于电弧真空熔炼炉中，调节温度为650℃进行熔化，得到合金熔体，降温至480℃后加入0.6wt%的In，保温2小时并搅拌均匀，得到合金镀浴，保持温度为480℃，拨开合金镀浴表面的氧化层后将助镀钢材浸入合金镀浴中，持续60秒，将助镀钢材从合金镀浴中取出后快速置于去离子水中，使其温度降至20℃，得到热浸镀锌钢材。
S3：钝化剂的制备及热浸镀锌钢材的耐腐处理
S3.1：将蓖麻油基聚酰胺、烷基三甲氧基硅烷、环氧乳液、氟锆酸钠、硫酸锌和蒸馏水以1：10：3：6：4：160的质量比混合置于容器中，搅拌均匀后得到钝化剂；
S3.2：将钝化剂置于钝化槽中，加入氨水直到钝化剂pH为2，然后将热浸镀锌钢材浸没在钝化剂中，静置2分钟，取出后置于烘干箱中，以38℃的温度烘干，得到耐腐热浸镀锌钢材。
实施例2
一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺，如图1所示，包括以下步骤：
S1：钢材的微生物助镀处理
S1.1：取6重量份的酵母提取物、10重量份的胰蛋白胨、60重量份的NaCl和0.002重量份的氨苄青霉素溶解在1000重量份的蒸馏水中，得到混合溶液，调节混合溶液pH为8.95，然后置于灭菌箱中以121℃的温度灭菌18分钟，得到LB培养基，将嗜盐菌接种至LB培养基中，然后置于温控摇床中，调节温度为35℃，转速为220rpm进行10小时的摇瓶发酵，得到活化菌种；
S1.2：取40重量份的ZnCl2、25重量份的NaCl、20重量份的葡萄糖、3重量份的酵母提取物、10重量份的K2HPO4·3H2O、20重量份的NH4Cl、1重量份的MgSO4、1重量份的NiCl2和0.5重量份的Na2SO4溶解在1000重量份的蒸馏水中，得到助镀剂培养液；
S1.3：将钢材浸没在浓度100g/L的NaOH和浓度1g/L的烷基磺酸钠组成的碱洗液中以55℃的温度碱洗4分钟，其中钢材的成分组成以质量百分数计由0.2%的Mn、0.028%的C、0.03%的Si、0.001%的P、0.01%的Al、0.01%的Cr、0.001%的Ti和0.008%的S，其余成分为Fe和不可避免的杂质构成，然后浸没在质量分数为15%的盐酸和浓度为2g/L的乌洛托品组成的酸洗液中在室温下酸洗25分钟，再用去离子水冲洗2次，得到预处理钢材，在预处理钢材表面通过喷涂法均匀喷涂步骤S1.1制得的活化菌种，然后浸没在助镀剂培养液中，调节温度为35℃，静置24小时，再置于浓度为70%的乙醇溶液中浸泡2分钟，然后置于鼓风干燥箱中以121℃的温度干燥1小时，得到助镀钢材。
S2：助镀钢材的热浸镀锌
S2.1：将Zn块置于电弧真空熔炼炉中进行加热，待Zn块完全熔化时升温至650℃，加入5wt%的Al粉，保温2小时，然后降温至500℃，搅拌均匀后保温1小时，得到合金液Ⅰ，迅速倒掉合金液Ⅰ表面的杂质，然后将合金液Ⅰ倒入模具中铸成小锭，得到Zn-Al中间合金，继续将Zn块置于电弧真空熔炼炉中进行加热，待Zn块完全熔化时升温至950℃，加入2wt%的Co粉，保温2小时，然后在搅拌的同时自然冷却至580℃，保温1小时，得到合金液Ⅱ，迅速倒掉合金液Ⅱ表面的杂质，然后将合金液Ⅱ倒入模具中铸成小锭，得到Zn-Co中间合金；
S2.2：将Zn块、Zn-Al中间合金和Zn-Co中间合金以1：0.15：0.1的质量比置于电弧真空熔炼炉中，调节温度为650℃进行熔化，得到合金熔体，降温至480℃后加入0.8wt%的In，保温2小时并搅拌均匀，得到合金镀浴，保持温度为480℃，拨开合金镀浴表面的氧化层后将助镀钢材浸入合金镀浴中，持续60秒，将助镀钢材从合金镀浴中取出后快速置于去离子水中，使其温度降至20℃，得到热浸镀锌钢材。
S3：钝化剂的制备及热浸镀锌钢材的耐腐处理
S3.1：将蓖麻油基聚酰胺、烷基三甲氧基硅烷、环氧乳液、氟锆酸钠、硫酸锌和蒸馏水以1：12：6：8：6：180的质量比混合置于容器中，搅拌均匀后得到钝化剂；
S3.2：将钝化剂置于钝化槽中，加入氨水直到钝化剂pH为2，然后将热浸镀锌钢材浸没在钝化剂中，静置2分钟，取出后置于烘干箱中，以38℃的温度烘干，得到耐腐热浸镀锌钢材。
实施例3
一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺，如图1所示，包括以下步骤：
S1：钢材的微生物助镀处理
S1.1：取5重量份的酵母提取物、8重量份的胰蛋白胨、55重量份的NaCl和0.001重量份的氨苄青霉素溶解在950重量份的蒸馏水中，得到混合溶液，调节混合溶液pH为9，然后置于灭菌箱中以125℃的温度灭菌20分钟，得到LB培养基，将嗜盐菌接种至LB培养基中，然后置于温控摇床中，调节温度为37℃，转速为250rpm进行12小时的摇瓶发酵，得到活化菌种；
S1.2：取35重量份的ZnCl2、20重量份的NaCl、18重量份的葡萄糖、2重量份的酵母提取物、8重量份的K2HPO4·3H2O、15重量份的NH4Cl、0.8重量份的MgSO4、0.8重量份的NiCl2和0.4重量份的Na2SO4溶解在950重量份的蒸馏水中，得到助镀剂培养液；
S1.3：将钢材浸没在浓度150g/L的NaOH和浓度3g/L的烷基磺酸钠组成的碱洗液中以60℃的温度碱洗5分钟，其中钢材的成分组成以质量百分数计由0.3%的Mn、0.03%的C、0.05%的Si、0.1%的P、0.1%的Al、0.05%的Cr、0.1%的Ti和0.01%的S，其余成分为Fe和不可避免的杂质构成，然后浸没在质量分数为18%的盐酸和浓度为3g/L的乌洛托品组成的酸洗液中在室温下酸洗30分钟，再用去离子水冲洗3次，得到预处理钢材，在预处理钢材表面通过喷涂法均匀喷涂步骤S1.1制得的活化菌种，然后浸没在助镀剂培养液中，调节温度为37℃，静置30小时，再置于浓度为75%的乙醇溶液中浸泡3分钟，然后置于鼓风干燥箱中以125℃的温度干燥2小时，得到助镀钢材。
S2：助镀钢材的热浸镀锌
S2.1：将Zn块置于电弧真空熔炼炉中进行加热，待Zn块完全熔化时升温至660℃，加入5.5wt%的Al粉，保温2.5小时，然后降温至550℃，搅拌均匀后保温1.5小时，得到合金液Ⅰ，迅速倒掉合金液Ⅰ表面的杂质，然后将合金液Ⅰ倒入模具中铸成小锭，得到Zn-Al中间合金，继续将Zn块置于电弧真空熔炼炉中进行加热，待Zn块完全熔化时升温至1000℃，加入2.5wt%的Co粉，保温2.5小时，然后在搅拌的同时自然冷却至600℃，保温1.5小时，得到合金液Ⅱ，迅速倒掉合金液Ⅱ表面的杂质，然后将合金液Ⅱ倒入模具中铸成小锭，得到Zn-Co中间合金；
S2.2：将Zn块、Zn-Al中间合金和Zn-Co中间合金以1：0.1：0.08的质量比置于电弧真空熔炼炉中，调节温度为700℃进行熔化，得到合金熔体，降温至500℃后加入0.8wt%的In，保温3小时并搅拌均匀，得到合金镀浴，保持温度为500℃，拨开合金镀浴表面的氧化层后将助镀钢材浸入合金镀浴中，持续80秒，将助镀钢材从合金镀浴中取出后快速置于去离子水中，使其温度降至40℃，得到热浸镀锌钢材。
S3：钝化剂的制备及热浸镀锌钢材的耐腐处理
S3.1：将蓖麻油基聚酰胺、烷基三甲氧基硅烷、环氧乳液、氟锆酸钠、硫酸锌和蒸馏水以1：10：3：6：4：160的质量比混合置于容器中，搅拌均匀后得到钝化剂；
S3.2：将钝化剂置于钝化槽中，加入氨水直到钝化剂pH为3，然后将热浸镀锌钢材浸没在钝化剂中，静置3分钟，取出后置于烘干箱中，以40℃的温度烘干，得到耐腐热浸镀锌钢材。
对比例1
与实施例1相比，对比例1的不同之处在于，对比例1去除了步骤S1.1和步骤S1.2，将实施例1中步骤S1.3制得的预处理钢材浸没在ZnCl2浓度为120g/L，NH4Cl浓度为240g/L的助镀剂中，加热到80℃，助镀3分钟，然后置于鼓风干燥箱中以121℃的温度干燥1小时，得到助镀钢材，其余步骤均与实施例1相同，将制得的耐腐热浸镀锌钢材记为对比例1。
对比例2
与实施例1相比，对比例2的不同之处在于，对比例2去除步骤S2，将实施例1中步骤S1.3制得的助镀钢材进行常规镀锌操作，具体为将助镀钢材垂直浸入温度为450℃，成分为Zn-0.005Al的锌液中，浸镀60s后取出快速置于去离子水中，使其温度降至20℃，得到热浸镀锌钢材，其余步骤均与实施例1相同，将制得的耐腐热浸镀锌钢材记为对比例2。
对比例3
与实施例1相比，对比例3的不同之处在于，对比例3去除了步骤S3，其余步骤均与实施例1相同，将制得的热浸镀锌钢材记为对比例3。
分别取三份实施例制备的耐腐热浸镀锌钢材、对比例1、对比例2和对比例3作为试样，用游标卡尺测量出试样的尺寸数据，并计算出试样的表面积S，记为S，然后用数显电子天平称重，结果精确到万分位，记作W1，再将试样浸没在5%的氯化钠溶液中，温度设置为35℃，浸没96小时，定期添加5%的氯化钠溶液，防止水分蒸发导致试样露出溶液，实验结束后，依次取出试样，用毛刷刷掉表面的腐蚀产物，同时用纯水冲洗，再用10%的乙酸铵溶液浸泡5分钟后，取出试样，用毛刷再次清理残留腐蚀产物，同时先用水冲洗再用酒精冲洗，待试样晾干后对其进行称重，结果同样精确到万分位，记为W2，根据失重法求腐蚀速率公式：V=（W1-W2）/（S*t），其中t为时间96小时，计算每一份试样的腐蚀速率V，记录所得数据并制成表格，如表1所示，可以看出实施例制备的耐腐热浸镀锌钢材的腐蚀速率＜对比例3的腐蚀速率＜对比例2的腐蚀速率＜对比例1的腐蚀速率，可以证明钢材的微生物助镀处理能够大幅提升耐腐热浸镀锌钢材的耐腐性能，同时可以证明在传统锌浴中引入In、Co和Al元素也可以提高耐腐热浸镀锌钢材的耐腐蚀性能，还可以证明制备的钝化剂通过对热浸镀锌钢材进行钝化处理，也能够提高耐腐热浸镀锌钢材的耐腐蚀性能。
表1：耐腐热浸镀锌钢材的腐蚀速率
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：钢材的微生物助镀处理
对嗜盐菌进行活化得到活化菌种，取ZnCl2、NaCl、葡萄糖、酵母提取物、K2HPO4·3H2O、NH4Cl、MgSO4、NiCl2和Na2SO4溶解在蒸馏水中，得到助镀剂培养液，将钢材进行碱洗和酸洗后用去离子水冲洗，得到预处理钢材，再在预处理钢材表面喷涂活化菌种，然后依次浸没在助镀剂培养液和乙醇溶液中，干燥后得到助镀钢材；
S2：助镀钢材的热浸镀锌
将Zn块和Al粉通过中间合金法制得Zn-Al中间合金，Zn块和Co粉通过中间合金法制得Zn-Co中间合金，将Zn块、Zn-Al中间合金和Zn-Co中间合金一起进行熔化，得到合金熔体，降温后加入In并搅拌均匀，得到合金镀浴，保持温度将助镀钢材浸入合金镀浴中，取出后淬火，得到热浸镀锌钢材；
S3：钝化剂的制备及热浸镀锌钢材的耐腐处理
将蓖麻油基聚酰胺、烷基三甲氧基硅烷、环氧乳液、氟锆酸钠、硫酸锌和蒸馏水混合置于容器中，搅拌均匀后得到钝化剂，调节钝化剂的pH后将热浸镀锌钢材浸没在钝化剂中，取出后烘干，得到耐腐热浸镀锌钢材。
2.根据权利要求1所述的一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺，其特征在于，步骤S1钢材的微生物助镀处理，包括以下步骤：
S1.1：取5-6重量份的酵母提取物、8-10重量份的胰蛋白胨、55-60重量份的NaCl和0.001-0.002重量份的抗生素溶解在950-1000重量份的蒸馏水中，得到混合溶液，调节混合溶液pH为8.5-9，然后置于灭菌箱中以121-125℃的温度灭菌18-20分钟，得到LB培养基，将嗜盐菌接种至LB培养基中，然后置于温控摇床中，调节温度为35-37℃，转速为220-250rpm进行10-12小时的摇瓶发酵，得到活化菌种；
S1.2：取35-40重量份的ZnCl2、20-25重量份的NaCl、18-20重量份的葡萄糖、2-3重量份的酵母提取物、8-10重量份的K2HPO4·3H2O、15-20重量份的NH4Cl、0.8-1重量份的MgSO4、0.8-1重量份的NiCl2和0.4-0.5重量份的Na2SO4溶解在950-1000重量份的蒸馏水中，得到助镀剂培养液；
S1.3：将钢材浸没在碱洗液中以55-60℃的温度碱洗4-5分钟，然后浸没在酸洗液中在室温下酸洗25-30分钟，再用去离子水冲洗2-3次，得到预处理钢材，在预处理钢材表面通过喷涂法均匀喷涂步骤S1.1制得的活化菌种，然后浸没在助镀剂培养液中，调节温度为35-37℃，静置24-30小时，再置于浓度为70-75%的乙醇溶液中浸泡2-3分钟，然后置于鼓风干燥箱中以121-125℃的温度干燥1-2小时，得到助镀钢材。
3.根据权利要求1所述的一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺，其特征在于，步骤S2助镀钢材的热浸镀锌，包括以下步骤：
S2.1：将Zn块置于电弧真空熔炼炉中进行加热，待Zn块完全熔化时升温至650-660℃，加入5-5.5wt%的Al粉，保温2-2.5小时，然后降温至500-550℃，搅拌均匀后保温1-1.5小时，得到合金液Ⅰ，迅速倒掉合金液Ⅰ表面的杂质，然后将合金液Ⅰ倒入模具中铸成小锭，得到Zn-Al中间合金，继续将Zn块置于电弧真空熔炼炉中进行加热，待Zn块完全熔化时升温至950-1000℃，加入2-2.5wt%的Co粉，保温2-2.5小时，然后在搅拌的同时自然冷却至580-600℃，保温1-1.5小时，得到合金液Ⅱ，迅速倒掉合金液Ⅱ表面的杂质，然后将合金液Ⅱ倒入模具中铸成小锭，得到Zn-Co中间合金；
S2.2：将Zn块、Zn-Al中间合金和Zn-Co中间合金以1：（0.1-0.15）：（0.08-0.1）的质量比置于电弧真空熔炼炉中，调节温度为650-700℃进行熔化，得到合金熔体，降温至480-500℃后加入0.6-0.8wt%的In，保温2-3小时并搅拌均匀，得到合金镀浴，保持温度为480-500℃，拨开合金镀浴表面的氧化层后将助镀钢材浸入合金镀浴中，持续60-80秒，将助镀钢材取出后淬火得到热浸镀锌钢材。
4.根据权利要求1所述的一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺，其特征在于，步骤S3钝化剂的制备及热浸镀锌钢材的耐腐处理，包括以下步骤：
S3.1：将蓖麻油基聚酰胺、烷基三甲氧基硅烷、环氧乳液、氟锆酸钠、硫酸锌和蒸馏水以1：（10-12）：（3-6）：（6-8）：（4-6）：（160-180）的质量比混合置于容器中，搅拌均匀后得到钝化剂；
S3.2：将钝化剂置于钝化槽中，调节钝化剂的pH为2-3，然后将热浸镀锌钢材浸没在钝化剂中，静置2-3分钟，取出后置于烘干箱中，以38-40℃的温度烘干，得到耐腐热浸镀锌钢材。
5.根据权利要求1所述的一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺，其特征在于，步骤S1.1中的抗生素具体为氨苄青霉素。
6.根据权利要求2所述的一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺，其特征在于，步骤S1.3中钢材的成分组成以质量百分数计由下述成分构成：0.2%-0.3%的Mn、0.028%-0.03%的C、0.03%-0.05%的Si、0.001%-0.1%的P、0.01%-0.1%的Al、0.01%-0.05%的Cr、0.001%-0.1%的Ti和0.008%-0.01%的S，其余成分为Fe和不可避免的杂质。
7.根据权利要求3所述的一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺，其特征在于，步骤S1.3中的碱洗液组成为浓度100-150g/L的NaOH和浓度1-3g/L的烷基磺酸钠，酸洗液成分为质量分数为15-18%的盐酸和浓度为2-3g/L的乌洛托品。
8.根据权利要求3所述的一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺，其特征在于，步骤S2.2中的淬火操作具体为将助镀钢材从合金镀浴中取出后快速置于去离子水中，使其温度降至40℃以下。
9.根据权利要求5所述的一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺，其特征在于，步骤S3.2中调节钝化剂pH的方法为加入氨水直到钝化剂pH为3-5。
10.一种耐腐热浸镀锌钢材，其特征在于，其由上述权利要求1-9任一项的一种耐腐热浸镀锌钢材的制备工艺制备得到。
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