CN1243121C

CN1243121C - 钢铁热浸镀铝锌合金工艺

Info

Publication number: CN1243121C
Application number: CNB021387672A
Authority: CN
Inventors: 李华飞; 刘根凡
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2022-07-09
Also published as: CN1392284A

Abstract

本发明公开了一种钢铁热浸镀铝锌合金工艺，属于热浸镀铝锌合金领域。该工艺是热浸镀前，用钝化剂溶液对钢铁件进行助镀处理；热浸镀时，在铝锌合金镀液中加入0.5～1.5%的抗氧化合金。钝化剂溶液可由0.2～5%的三氧化铬CrO₃、0.05～3%的高锰酸钾KMnO₄、0.05～6%的亚硝酸钠NaNO₂和水配制而成，抗氧化合金由70～80%的铝、4～10%的混合稀土、8～10%的硅、3～5%的镍和3～5%的锌组成。该工艺镀液质量高，所得镀层表面光亮平滑、镀层无漏镀、虚镀、针孔和色差等缺陷；且成本低、易实施、操作简便，实现了无污染排放。

Description

钢铁热浸镀铝锌合金工艺

技术领域

本发明属于钢铁热浸镀技术领域，尤其适用于钢铁热浸镀含铝50～80％的铝锌合金。

背景技术

目前国内外采用的钢铁件热浸镀铝锌合金工艺以熔剂法为主，但无论采用何种溶剂，都要在工件表面助镀形成盐膜和在镀液表面覆盖一层厚的熔盐。如申请号89109173.4公开了一种“干湿法热浸镀铝锌合金工艺。”熔剂法热浸镀工艺在生产时主要存在以下问题：(1)镀件自镀液提出时表面带有一层熔盐，这层熔盐必须在镀后处理掉。通用的方法是采用含硝酸的混合酸与熔盐层反应，使其溶于水，排放的废清洗液含有酸和氟离子，污染环境；(2)熔盐在高温下会向空气中蒸发含氟蒸汽，对工作人员和厂房设备造成危害；(3)工件表面经助镀形成的盐膜易吸潮，镀前须充分干燥，否则易产生针孔、漏镀和虚镀，降低镀层的耐蚀性；(4)为使盐膜和熔盐的熔点低于镀液的熔点，常要选用一些特别而又昂贵的化合物，成本较高，且消除镀后工件表面熔盐等费用也很高，约占生产成本的三分之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种钢铁热浸镀铝锌合金工艺。热浸镀前，用钝化剂溶液对钢铁件进行助镀处理，使钢铁件表面形成一层均匀的易被铝还原的Fe₃O₄薄膜；热浸镀时，在铝锌合金镀液中加入微量的抗氧化合金。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的：

一种钢铁热浸镀铝锌合金工艺，包括

(1)消除工件表面的油脂及进行酸洗；

(2)将经酸洗表面洁净的工件通过钝化剂溶液进行预膜处理，钝化剂溶液由0.2～5％的三氧化铬、0.05～3％的高锰酸钾、0.05～6％的亚硝酸钠和水配制而成，或由0.2～5％的三氧化铬、0.05～3％的高锰酸钾和水配制而成，或由0.2～5％的三氧化铬、0.05～6％的亚硝酸钠和水配制而成，或由0.05～3％的高锰酸钾、0.05～6％的亚硝酸钠和水配制而成，上述钝化剂溶液的组分含量为质量百分含量；

(3)吹干、预热经过钝化预膜处理后的工件；

(4)将工件浸入加有0.5～1.5％抗氧化合金的铝锌合金镀液中，抗氧化合金由70～80％的铝、4～10％的稀土、8～10％的硅、3～5％的镍和3～5％的锌组成。

下面对本发明作进一步详细说明。

除油脂采用化学除油或加热除油。工件表面油污较少时，采用化学除油，除油液由20～25％NaOH和少量洗洁剂组成，除油温度为80～100℃，除油时间一般为15～20min。表面油污较多时，采用加热除油，将工件置于400～500℃的加热炉中，保温15～25min。化学除油后的工件要水冲洗后才能酸洗，而加热除油后的工件可直接进行酸洗。

先用20～25％H₂SO₄加少量缓蚀剂的酸洗液在70～80℃下酸洗15～20min，水洗后再放入2～5％的稀盐酸溶液中在室温下浸泡几分种。先用加热硫酸酸洗可提高酸洗效率，并避免硫酸和盐酸混合加热酸洗时盐酸易挥发的弊病。后用稀盐酸室温浸泡去除工件表面残留的难溶铁盐，避免热浸镀时出现局部漏镀或虚镀现象。

工件酸洗后进行钝化预膜处理。钝化剂溶液可由0.2～5％的三氧化铬CrO₃、0.05～3％的高锰酸钾KMnO₄、0.05～6％的亚硝酸钠NaNO₂和水配制而成；或由0.2～5％的三氧化铬CrO₃、0.05～3％的高锰酸钾KMnO₄和水配制而成；或由0.2～5％的三氧化铬CrO₃、0.05～6％的亚硝酸钠NaNO₂和水配制而成；或由0.05～3％的高锰酸钾KMnO₄、0.05～6％的亚硝酸钠NaNO₂和水配制而成。上述钝化剂溶液的组分含量为质量百分含量。配制溶液时，先加水溶解三氧化铬，然后加入高锰酸钾，加热搅拌溶解，最后溶解亚硝酸钠。

使用本发明配制的钝化剂溶液对工件进行钝化处理时，无需对溶液加热，在室温下处理时间在0.5～5分钟，都能获得均匀而易被铝还原的四氧化三铁Fe₃O₄薄膜。配好的钝化剂溶液可长期保存和使用。使用一段时间后如果因浓度降低而不能得到满意的助镀效果时，可按上述配制过程用蒸馏水配制高浓度的钝化剂溶液，然后加到旧钝化剂溶液中搅拌即可再使用。

钝化助镀后，将工件预热到100～250℃，等待镀铝锌合金。

抗氧化合金在熔炼铝锌合金时一次性加入。抗氧化合金是由多种抗氧化元素组成的以铝为载体的中间合金，其加入量为0.5～1.5％。抗氧化合金由铝、稀土、硅、镍和锌组成，其含量为：70～80％铝、4～10％稀土、8～10％硅、3～5％镍和3～5％锌。为了除低成本，由纯铝、混合稀土或稀土铝合金、铝硅合金、铝镍合金和纯锌熔炼成不同配比的抗氧化合金。

抗氧化合金的一种熔炼步骤如下：(1)先按抗氧化合金各元素含量比例要求称量纯铝、混合稀土、铝硅合金、铝镍合金和纯锌；(2)将纯铝、铝硅合金和铝镍合金进行预热，预热温度为350～450℃，预热时间2～3小时；(3)在石墨坩埚中一次性加入经预热的纯铝、铝硅合金和铝镍合金，再加热熔化，控制合金液温度不超过730℃；(4)拔渣，加入覆盖剂，如光卤石；(5)将混合稀土和纯锌进行预热，预热温度为200～250℃，预热时间2～3小时；(6)将经过预热的混合稀土和纯锌加入上述合金液中，当合金液温度在710～730℃之间时，精炼除气，静置10～15min，拔渣，浇注成薄的锭块即得到抗氧化合金。

热浸镀铝锌合金的温度和时间由所需镀层的厚度及镀层中铁铝锌合金层厚度确定。通常热浸镀铝锌合金液温度为650～730℃，时间为7～15分钟。热浸镀铝锌合金后工件最表层为铝锌合金层，厚度在50～80μm之间，钢铁基体与铝锌合金层之间的铁铝锌合金层厚度在20～45μm之间。

工件热浸镀铝锌合金后即可直接使用。根据需要可对工件进行铬酸盐表面氧化后处理，以进一步提高其耐蚀性能，也可经铬酸盐处理后进行涂装，提高其外观质量和装饰效果。

本发明的优点在于：

(1)镀液表面无需覆盖熔盐，操作时无氟盐蒸汽挥发污染空气，工件镀铝锌合金后不需进行后处理清洗熔盐，改善了劳动条件，实现了无污染排放；抗氧化合金无毒、无公害。

(2)在镀液中加入少量抗氧化合金，减少镀液表面氧化皮形成，降低氧化皮生长速度，抗氧化合金具有净化镀液，除渣、去氧、去气的作用，镀液质量大大提高；所得镀层表面光亮平滑，达到装饰美观效果；镀层无漏镀、虚镀、针孔和色差等缺陷。

(3)在镀液中加入微量抗氧化合金可使镀层组织细化，耐蚀性和综合力学性能明显提高。

(4)由于抗氧化合金随熔炼过程一次性投入和无镀后的表面熔盐消除工序，故本发明工艺流程简单，工艺易实施，操作简便。

(5)钝化剂溶液放置时长，可长期重复使用。

(6)成本低。

具体实施方式

实施例1.碳钢(Q235)钢板，760×13×1.5mm。用20％NaOH加0.5％Na₂CO₃的溶液，90℃下除油20min。用20％H₂SO₄加少量缓蚀剂的溶液在70℃下酸洗12min，水洗，浸入3％的稀盐酸液中浸泡5min，水洗。用钝化剂溶液(0.5％CrO₃+0.05％KMnO₄+0.2％NaNO₂+水)，室温钝化3min，取出水洗，吹干。140℃下预热保温15min。熔炼铝锌合金时，抗氧化合金一次性加入，其含量是：73％铝、7％混合稀土、10％硅、5％镍和5％锌。所得铝锌合金镀液的化学成分为60％铝、37.8％锌、1.6％硅、0.34％混合稀土和0.26％镍。将预镀工件浸入670℃的铝锌合金镀液中保温10min，镀件以7.5m/min的速度提升出炉，空冷。得到光滑平整，无针孔、无漏镀、无虚镀的镀层。镀层总厚92μm，其中铁铝锌合金层厚28μm。

实施例2.20号碳钢件，100×40×3mm。用实施例1的方法进行除油脂和酸洗。用钝化剂溶液(0.3％CrO₃+2.2％KMnO₄+水)，室温下处理4.5min，水洗，吹干。150℃下预热保温12min。熔炼铝锌合金时，一次性加入抗氧化合金，其含量是：75％铝、8％混合稀土、10％硅、4％镍和3％锌。所得铝锌合金镀液的化学成分为55％铝、43％锌、1.5％硅、0.3％混合稀土和0.2％镍。热浸镀铝锌合金液温度为680℃，热浸时间为14min，镀件提出炉后空冷。镀件的镀层总厚106μm，其中铁铝锌合金层厚44μm。

实施例3.20号碳钢件，100×40×3mm。用实施例1的方法进行除油脂和酸洗。用钝化剂溶液(1.2％CrO₃+0.1％NaNO₂+水)，室温下处理3min，水洗，吹干。180℃下预热保温15min。熔炼铝锌合金时，一次性加入抗氧化合金，其含量是：78％铝、6％混合稀土、8％硅、4％镍和4％锌，所得铝锌合金镀液的化学成分为70％铝、28％锌、1.5％硅、0.3％混合稀土和0.2％镍。热浸镀铝锌合金液温度为680℃，热浸时间为12min，镀件以6m/min的速度提升出炉，空冷。得到光亮平整、无漏镀、无虚镀的镀层。镀件最表层为铝锌合金层，其厚为64μm，钢基体与铝锌合金层之间的铁铝锌合金层厚34μm。

实施例4.碳钢(Q235)钢板，760×13×1.5mm。用实施例1的方法进行除油脂和酸洗。用钝化剂溶液(0.05％KMnO₄+5.2％NaNO₂+水)，室温下处理1min，水洗，吹干。200℃下预热保温10min。熔炼铝锌合金时，一次性加入抗氧化合金，其含量是：80％铝、5％混合稀土、8％硅、3％镍和4％锌。所得铝锌合金镀液的化学成分为60％铝、37.8％锌、1.6％硅、0.34％混合稀土和0.26％镍。热浸镀铝锌合金液温度为670℃，热浸时间为12min，镀件提出炉后空冷。镀件的镀层总厚89μm，其中铁铝锌合金层厚30μm。

Claims

1、一种钢铁热浸镀铝锌合金工艺，其特征在于：包括

(1)消除工件表面的油脂及进行酸洗；

(2)将经酸洗表面洁净的工件通过钝化剂溶液进行预膜处理，钝化剂溶液由0.2～5％的三氧化铬、0.05～3％的高锰酸钾、0.05～6％的亚硝酸钠和水配制而成，或由0.2～5％的三氧化铬、0.05～3％的高锰酸钾和水配制而成，或由0.2～5％的三氧化铬、0.05～6％的亚硝酸钠和水配制而成，或由0.05～3％.的高锰酸钾、0.05～6％的亚硝酸钠和水配制而成，上述钝化剂溶液的组分含量为质量百分含量；

(2)吹干、预热经过钝化预膜处理后的工件；

(3)将工件浸入加有0.5～1.5％抗氧化合金的铝锌合金镀液中，抗氧化合金由70～80％的铝、4～10％的稀土、8～10％的硅、3～5％的镍和3～5％的锌组成。

2、根据权利要求1所述的钢铁热浸镀铝锌合金工艺，其特征在于：所述预热温度为100～250℃。