CN1514031A - 锌铝合金丝及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锌铝合金丝及其用途，它的直径为1.5－4.0mm，它包含如下组分：15－40重量％铝，0.01－0.05重量％稀土，其余为锌；以合金丝的总重量为基准。该合金丝还可以包含0.05－0.15重量％铜。本发明的锌铝合金丝用于热喷涂设备表面，其喷涂涂层的防腐蚀性能比纯锌或纯铝高，而且成本低。

Description

锌铝合金丝及其用途

技术领域

本发明涉及一种锌铝合金丝及其用途，尤其涉及一种稀土锌铝合金丝，它适用于热喷涂设备表面。

技术背景

随着现代化工业的发展，各个工业部门越来越多的要求机械设备能在高参数(如高温、高压、高速、高度自动化)和恶劣的工况条件下(如严重的磨损和腐蚀等)长期稳定运转，因此，就需要提高材料表面的耐腐蚀性、耐磨性及耐热性等性能。用高级合金材料制造整体设备及零件以达到表面防护和表面强化的目的；显然是很不经济的，有时甚至是不可能的，所以，研究和发展材料的表面处理技术就变得很重要。

热喷涂技术作为一种新的表面防护和表面强化工艺，在近十多年的时间里得到了高速发展，热喷涂技术由早期制备一般的防护性涂层发展到制备各种功能性涂层，由产品的维修发展到大批量的产品制造，由单一涂层发展到包括产品失效分析、表面预处理、喷涂材料和设备的选择、涂层系统设计和涂层后加工在内的热喷涂系统工程，而且这种转变是由使用条件最苛刻和要求最严格的宇航工业开始，迅速向民用工业部门扩展开来。

例如，热喷涂可以用于如下几个方面，工业上可用于化工设备的防腐蚀，如化工机械的表面和储油罐、水槽及输送管道等等；建筑方面可用于大型桥梁、铁塔、水库闸门、大型结构件的防腐蚀；造船业方面可用于舱面结构件和热浸镀件安装后的结合面的防腐等等；还可用于海上石油钻井平台的防腐等等。军事方面可以用于军舰水线以下部分的防腐和潜艇外壳的防腐。

目前，已知可以采用热喷涂纯铝和纯锌进行防腐蚀。为了进一步提高设备表面上的热喷涂涂层的防腐蚀性能，并降低成本，就需要开发新的热喷涂材料。

发明的内容

本发明提供一种可用于热喷涂的锌铝合金丝，它的成本比热喷涂纯锌和纯铝低，而且喷涂涂层的防腐蚀性能更好。

本发明涉及一种锌铝合金丝，它的直径为1.5-4.0mm，包含如下组分：

15-40重量％铝，

0.01-0.05重量％稀土，

其余为锌；以合金丝的总重量为基准。

本发明的另一方面涉及上述锌铝合金丝的用途，该合金丝用于热喷涂设备表面。

发明的详细说明

本发明的合金丝的直径为1.5-4.0mm，它包含：15-40重量％铝、0.01-0.05重量％稀土，其余为锌。

此外，它还可以包含0.05-0.15重量％的铜。其作用是强化喷涂层的机械性能。

本发明的锌铝合金丝中的稀土的含量为0.01-0.05重量％，优选0.02重量％。稀土在合金丝中的作用除了已知的使晶粒细化，提高强度，形成多种稳定的金属间化合物，增强合金与基体材料的结合力的作用以外，本发明人发现它还具有降低合金丝的电极电位的重要作用，这样就可以提高合金丝的耐腐蚀性能。稀土的含量高于0.05重量％，会导致晶界析出相的出现，从而导致耐腐蚀性能下降。如果低于0.01重量％，其作用就显现不出来。

许多稀土都可以用于本发明的锌铝合金丝中，所用的稀土可以选自：La、Ce、In、Nd中的一种，或其中的两种或多种的混合物。

本发明的锌铝合金丝中的铝含量为15-40重量％，低于15重量％，会使本发明合金丝的耐腐蚀性能不足，高于40重量％，会造成加工成本太高。铝含量优选为14-18重量％或23-26重量％或36-41重量％，铝含量更优选15重量％或25重量％或40重量％，铝含量最优选25重量％，当铝含量为25重量％时，耐腐蚀性能最好。

本发明的锌铝合金丝中锌的作用是与铝元素形成过饱和固溶体相，使合金丝具有有利的加工性能和喷涂层的强度。

上述锌铝合金丝的直径为1.5-4.0mm，这样的直径范围适用于进行热喷涂。合金丝的直径优选2.0-3.5mm，再优选2.5-3.0。

本发明的锌铝合金丝具有低电极电位，其电极电位低于不含稀土的锌铝合金丝低。这样就保证了本发明的锌铝合金丝的喷涂涂层在海洋、河水和大气中具有良好的耐腐蚀性能，下面实施例中的测试数据表明，本发明锌铝合金丝的喷涂涂层在海水中的耐腐蚀性能比纯铝或纯锌的喷涂涂层好。同时，实施热喷涂时，本发明的锌铝合金丝的成本也比热喷涂纯锌或纯铝低。该锌铝合金丝的电极电位值，和其喷涂涂层在海水中的耐腐蚀性能数值在实施例中有描述。

本发明的锌铝合金丝采用热挤压方法制成。其制备方法如下所述。首先，将铝和铜按照所要求的重量百分比加入950℃熔炼炉熔化。接着加入锌，待完全熔化后，将温度保持在700℃，加入稀土，并搅拌，使之完全熔化。然后升温至750℃，用连铸机将材料铸成圆形铸锭。接着，将铸成的铸锭放入350-390℃的马弗炉内达6小时，进行均匀化处理。再用350-500吨压力机，在180-280℃温度下热挤压材料，使材料通过圆形模具，形成直径为14mm的圆柱型粗坯。重复以上的均匀化处理、热挤压的步骤6次，直至制成直径为1.5-4.0mm的线材。然后，在真空度为10^-3-10^-4乇的真空炉内于350-390℃温度退火。

制成的锌铝合金丝的喷涂方法如下所述。首先，将基体表面进行预处理，脱除表面氧化层，露出新鲜表面。预处理可以由例如喷砂法和酸洗法进行。然后，采用火焰喷涂方法，用喷枪将制成的锌铝合金丝喷涂到预处理过的基体表面上，喷涂至涂层厚度达到0.15-0.22mm。

测试方法

1.锌铝合金丝的电极电位测试

采用常规的电极电位仪测试锌铝合金丝的电极电位。测试条件如下：

电解液：5％的KCl+Zn²⁺溶液；

平衡时间：2秒；

电极：饱和甘汞电极为负极，本发明锌铝合金丝为正极，实际测出的是两电极的电动势，或是锌铝合金丝相对于饱和甘汞电极的电位。

2.锌铝合金丝的喷涂涂层的耐海水腐蚀性能的测试

(1)喷涂试样的制备

基体表面预处理

基体采用A3钢板，一般采用喷砂工艺进行表面预处理，所用砂子为干燥而无泥土的石英砂或铜矿砂，粒度为6～12目，其具有坚硬而有棱角的特点。喷砂时空气压力为5～6×10⁵Pa。喷嘴到工件表面的距离为15～20cm，喷射角一般为70°左右，过大或过小均会降低喷砂效率。经喷砂处理后的工件要求达到均匀粗糙，呈金属光泽，无锈迹、污迹和水分。

喷涂

采用线材火焰喷涂法，向尺寸为60×40×3mm³的预处理过的A3钢板上喷涂制成的锌铝合金丝及纯锌、纯铝，分析其在海水腐蚀环境下的腐蚀情况，为了便于分析，在同等条件下喷涂了纯锌、纯铝，以观察同等条件下，喷涂锌铝合金与喷涂纯锌、纯铝相比，其腐蚀性能的优劣。

实验所用喷枪为QX-1型火焰线材喷涂枪。

喷涂材料中：锌符合GB470-83中的Zn-1的质量要求，Zn≥99.99％；铝符合GB3190-82中的L-1的质量要求，Al≥99.5％；锌铝合金中锌的成分为特1号；铝的成分为A00号；

经喷砂处理后的工件，要立即进行热喷涂，喷涂时一般将氧气压力控制在4～6×10⁵Pa，乙炔压力控制在0.6～0.9×10⁵Pa，压缩空气压力控制在5～6×10⁵Pa，喷射距离为12～15cm。为缩短试验周期，采用喷涂后不作封闭处理直接置于盐水中浸泡的方法。

喷涂涂层的厚度采用磁性涂层测厚仪，利用基体的导电性来测量。

(2)涂层耐海水腐蚀性能的测试方法：

本实验根据GB 9794-88、GB 9796-88所规定的中性盐雾试验法设计实验。采用装有氯化钠溶液的塑料容器作为模拟的海水环境，测试喷涂涂层的耐海水腐蚀性能。根据国标，将18块试样(每组3块，共6组)竖直浸渍在5000ml的塑料容器内，使用浓度为0.5mol/L的氯化钠(分析纯)溶液，每天更换一次溶液，在试验周期内，除更换试液，测量质量可中断外，试样一般连续浸渍。试样每天充分水洗，烘干，并用分析天平测其质量。

氯化钠试剂符合国家标准GB1266-86技术条件：氯化钠(NaCl)含量不少于99.5％。

下面用实施例进一步详细说明本发明。

实施例1

将15kg铝、0.08kg铜加入950℃熔炼炉熔化。接着加入84.9kg锌，待完全熔化后，将温度保持在700℃，加入0.02kg稀土La，并搅拌，使之完全熔化。

然后升温至750℃，用连铸机将材料铸成直径为30mm圆形铸锭。接着，将铸成的铸锭放入390℃的马弗炉内达6小时，进行均匀化处理。再用500吨压力机，在180℃温度下热挤压材料，使材料通过圆形模具，形成直径为14mm圆柱型粗坯。重复以上的均匀化处理、热挤压的步骤6次，直至制成直径为2.0mm的线材。然后，在真空度为10^-4乇的真空炉内于350℃温度退火2小时。

然后，将要进行喷涂60×40×3mm³ A3钢板基体放入喷砂机内进行预处理，脱除表面氧化层，露出新鲜表面。从喷砂机内取出钢板后，立刻用喷枪将制成的锌铝合金丝喷涂到预处理过的钢板表面上，喷涂至涂层厚度达到0.20mm。

该锌铝合金丝的电极电位值及其喷涂涂层的耐海水腐蚀的性能如下表1和表2所示。表2所示的数据是将喷涂有该锌铝合金丝的A3钢板置于上述耐海水腐蚀测试中的氯化钠溶液中分别达0、24、48、72、96、120、192小时后，测得试样质量损失相对于喷涂纯锌的A3钢板的质量损失的百分率。

实施例2

将25kg铝、0.1kg铜加入950℃熔炼炉熔化。接着加入74.88kg锌，待完全熔化后，将温度保持在700℃，加入0.02kg稀土Ce，并搅拌，使之完全熔化。

然后升温至750℃，用连铸机将材料铸成直径为30mm圆形铸锭。接着，将铸成的铸锭放入360℃的马弗炉内达6小时，进行均匀化处理。再用500吨压力机，在190℃温度下热挤压材料，使材料通过圆形模具，形成直径为14mm的圆柱型粗坯。重复以上的均匀化处理、热挤压的步骤6次，直至制成直径为2.5mm的线材。然后，在真空度为10^-3乇的真空炉内在360℃温度退火2小时。

然后，将要进行喷涂60×40×3mm³ A3钢板基体放入喷砂机内进行预处理，脱除表面氧化层，露出新鲜表面。从喷砂机内取出钢板后，立刻用喷枪将制成的锌铝合金丝喷涂到预处理过的钢板表面上，喷涂至涂层厚度达到0.20mm。

该锌铝合金丝的电极电位值及其喷涂涂层的耐海水腐蚀的性能如下表1和表2所示。表2所示的数据是将喷涂有该锌铝合金丝的A3钢板置于上述耐海水腐蚀测试中的氯化钠溶液中分别达0、24、48、72、96、120、192小时后，测得试样质量损失相对于喷涂纯锌的A3钢板的质量损失的百分率。

实施例3

将40kg铝、0.14kg铜加入950℃熔炼炉熔化。接着加入59.82kg锌，待完全熔化后，将温度保持在700℃，加入0.04kg稀土混合物，该混合物中La占60重量％，Ce占40重量％，混合并搅拌，使材料完全熔化。

然后升温至750℃，用连铸机将材料铸成直径为30mm圆形铸锭。接着，将铸成的铸锭放入350℃的马弗炉内达6小时，进行均匀化处理。再用500吨压力机，在180℃温度下热挤压材料，使材料通过圆形模具，形成直径为14mm的圆柱型粗坯。重复以上的均匀化处理、热挤压的步骤6次，直至制成直径为3.5mm的线材。然后，在真空度为10^-3乇的真空炉内于390℃温度退火达2小时。

然后，将要进行喷涂的60×40×3mm³ A3钢板基体放入喷砂机内进行预处理，脱除表面氧化层，露出新鲜表面。从喷砂机内取出钢板后，立刻用喷枪将制成的锌铝合金丝喷涂到预处理过的钢板表面上，喷涂至涂层厚度达到0.20mm。

该锌铝合金丝的电极电位值及其喷涂涂层的耐海水腐蚀的性能如下表1和表2所示。表2所示的数据是将喷涂有该锌铝合金丝的A3钢板置于上述耐海水腐蚀测试中的氯化钠溶液中分别达0、24、48、72、96、120、192小时后，测得试样质量损失相对于喷涂纯锌的A3钢板的质量损失的百分率。

对比例1

以与实施例2相同的步骤制备锌铝合金丝，不同仅在于未加入稀土。

表1合金丝的电极电位值

	合金丝相对于饱和甘汞电极的电位(mV)
		实施例1	-1040
实施例2	-1031
		实施例3	-1006
对比例1	-1058

从表1数据可以看出，实施例1-3的锌铝合金丝的电极电位均比对比例1的低，其中实施例3的最低。实施例2的电极电位比对比例1低，说明稀土有降低锌铝合金丝的电极电位的作用。实施例1-3的锌铝合金丝的电极电位依次降低，说明铝含量的增高对降低合金丝的电极电位也有作用。

表2合金丝喷涂涂层在海水中浸渍的质量损失百分率与时间的关系

	0小时	24小时	48小时	72小时	96小时	120小时	192小时
								实施例1	0.00％	38.00％	72.50％	76.60％	74.40％	72.45％	85.80％
实施例2	0.00％	35.10％	69.26％	75.50％	71.82％	67.53％	58.81％
								实施例3	0.00％	26.56％	25.48％	76.14％	88.60％	92.45％	109.24％
喷涂纯铝的涂层	0.00％	59.22％	119.21％	109.52％	99.05％	89.76％	82.91％
								喷涂纯锌的涂层	0.00％	100％	100％	100％	100％	100％	100％

表2的数据表明，实施例1和2的锌铝合金丝喷涂涂层浸在模拟海水中的质量损失百分率在不同时间阶段均低于纯铝和纯锌喷涂涂层，实施例2的质量损失百分率最低。实施例3早期的质量损失百分率极佳，而后期的质量损失百分率比纯铝和纯锌涂层高。这说明，实施例1和2的合金丝喷涂涂层的耐海水腐蚀性能比纯铝和纯锌高，其中实施例2的性能最好。实施例3的合金丝喷涂涂层的早期耐海水腐蚀性能极好，而后期的不如纯铝和纯锌涂层。

Claims (7)

1.一种锌铝合金丝，它的直径为1.5-4.0mm，它包含如下组分：

15-40重量％铝，

0.01-0.05重量％稀土，

其余为锌；以合金丝的总重量为基准。

2.如权利要求1所述的锌铝合金丝，其特征在于该合金丝还包含0.05-0.15重量％铜。

3.如权利要求1-2中任一项所述的锌铝合金丝，其特征在于所述合金丝中的铝含量为23-26重量％。

4.如权利要求1-2中任一项所述的锌铝合金丝，其特征在于所述合金丝中的铝含量为25重量％。

5.如权利要求1-2中任一项所述的锌铝合金丝，其特征在于所述合金丝的直径为2.0-3.5mm。

6.如权利要求1-2中任一项所述的锌铝合金丝，其特征在于所述合金丝的直径为2.5-3.0mm。

7.如权利要求1-2中任一项所述的锌铝合金丝的用途，该合金丝用于热喷涂设备表面。