專利名稱：一種鋅鋁合金絲、制造方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋅鋁合金絲、其制造方法及其應(yīng)用，屬于輕合金材料以及腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金屬腐蝕與防腐蝕問題與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人民生活息息相關(guān)，幾乎所有金屬材料都是在一定環(huán)境中使用。金屬材料在使用過程中受環(huán)境的作用，往往隨時(shí)間的延長而逐漸受到損毀或性能下降，通常稱之為“腐蝕”或“老化”。金屬材料使用量的90％以上是鋼鐵，全世界現(xiàn)存的鋼鐵及金屬設(shè)備大約每年腐蝕率為10％，全世界每年因腐蝕損失約高于7000億美元，一般看來，由于腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2～4％，由此可見，金屬尤其是鋼鐵的腐蝕問題十分嚴(yán)重和普通。
六十年代以來，國內(nèi)外學(xué)者對金屬尤其是鋼鐵材料的腐蝕與防護(hù)投入了巨大的精力，也取得了一定的成果，常用的防腐蝕方法主要采用電化學(xué)方法和物理熱噴涂的方法。目前國內(nèi)用于防腐目的的熱噴涂涂層主要是鋅涂層和鋁涂層，它們對鋼鐵材料的保護(hù)機(jī)理主要有二個(gè)一是具有與涂料涂裝防腐機(jī)理類似的阻擋腐蝕介質(zhì)的隔離作用，二是具有通過涂層材料自我犧牲實(shí)現(xiàn)的陰極保護(hù)作用。
我國的腐蝕數(shù)據(jù)網(wǎng)站，在“八五”期間也進(jìn)行了熱噴涂層在海洋環(huán)境中耐蝕性的研究，其研究結(jié)果認(rèn)為，噴鋅、鋁及鋁涂層均可作為長壽命保護(hù)涂層應(yīng)用于鋼鐵材料上；噴鋁層和噴鋁鋅合金層在海水中的耐蝕性相差不大，均有較好的耐蝕性；噴鋅層對鋼鐵的電化學(xué)保護(hù)性最好，但其耐蝕性較差，在海水中腐蝕破壞很快，噴鋁層的穩(wěn)定性較好，但電化學(xué)保護(hù)性不及噴鋅層；鋅鋁合金涂層具有和噴鋁層類似的穩(wěn)定性，又具有和噴鋅層類似的電化學(xué)保護(hù)性，是一種較為理想的抗海水腐蝕的保護(hù)層。
基于鋅鋁涂層上述的種種優(yōu)點(diǎn)，人們開始研制鋅鋁合金絲做為新型防腐材料，與純鋅絲和純鋁絲相比，其涂層具有粘附性強(qiáng)、耐磨性和抗腐蝕性更好、施工性能優(yōu)越等特點(diǎn)。鋅鋁合金絲做犧牲陽極噴涂于鋼鐵構(gòu)件表層，可使構(gòu)件使用壽命延長5～10倍，該技術(shù)廣泛用于艦船、供電鐵塔、大型儲罐、地下管道，隧道框架等設(shè)施中。近幾年國外已有大量ZnAl5、ZnAl15及ZnAl30合金絲生產(chǎn)和使用效果的相關(guān)報(bào)導(dǎo)。國內(nèi)也已成功地研制出含鋁5％至40％的鋅鋁合金絲產(chǎn)品，但更高鋁含量鋅鋁合金絲的研制還鮮有報(bào)導(dǎo)。事實(shí)上，隨著含鋁量的提高，其涂層的粘附性更強(qiáng)，耐磨性和抗腐蝕性更好，但由于因組分差距增大而引起的偏析現(xiàn)象加大，難以保證其組織均勻，塑性變形抗力增加，所以鋁含量越高，拉拔成絲越困難。但是鋁含量高的情況下可以增強(qiáng)其穩(wěn)定性，抗腐蝕時(shí)間更長久。因而提高鋅鋁合金中鋁的含量并簡易制備成為一項(xiàng)重要課題，本發(fā)明利用了旋轉(zhuǎn)鍛造的方法解決了不易拉拔的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋅鋁合金絲及其制造方法，不僅改善了鋅鋁合金絲材制備現(xiàn)狀，而且成功地將該絲材熱噴涂于鋼件表面，取得了優(yōu)良的防腐效果。
本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種鋅鋁合金絲，其特征在于鋁在合金中的原子百分比為41～55％，其余為鋅。
本發(fā)明的另一方面，提供了上述的鋅鋁合金絲的一種制造方法，將鋅、鋁熔煉，熔煉后采用水平連鑄的方法得到ZnAl合金棒材，其特征在于還包括下列的工藝將ZnAl合金棒材高溫旋轉(zhuǎn)鍛造或熱軋之后采用中溫拉拔的方法拉制成合金絲。
在上述的高溫鍛造工藝中，加熱溫度為300～400℃，鍛造溫度為300～400℃，最終鍛造出的規(guī)格為Φ8～15mm。之后將鍛造出的合金絲放入拉拔設(shè)備中進(jìn)行中溫拉拔，此時(shí)加熱溫度為250～350℃，拉拔溫度為250～300℃，最終拉拔出的合金絲規(guī)格為Φ2.5～4mm。
上述的鋅鋁合金絲的制造方法，合金的熔煉是采用工業(yè)純原料鋅、鋁及其它微量合金元素按設(shè)定的重量百分比同時(shí)置于真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉而成的。為了降低成本也可以在大氣氣氛下首先將鋅錠熔煉，之后加入其它微量合金元素成分、再把預(yù)熱到300～500℃的鋁錠加入，通入氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)熔煉。熔煉后直接采用水平連鑄的方法制取ZnAl合金棒材。
本發(fā)明將得到的ZnAl棒材采用旋轉(zhuǎn)鍛造的方法進(jìn)行處理，可以簡化工藝，降低成本，并且采用旋轉(zhuǎn)鍛造的方法可以擊碎鑄態(tài)下的組織，使晶粒細(xì)化并均勻且呈等軸狀，方便了后面的中溫拉拔工藝，同時(shí)使棒材產(chǎn)生一定壓縮比，以滿足拉絲工藝對坯料尺寸和性能的要求。
本發(fā)明的又一方面，還提供了上述的鋅鋁合金絲在鋼鐵的腐蝕與防護(hù)方面的應(yīng)用，尤其是海洋用鋼鐵的腐蝕與防護(hù)方面的應(yīng)用。
上述的鋅鋁合金絲可以作為噴涂材料，噴涂在鋼鐵的表面，達(dá)到防止并延緩鋼鐵材料腐蝕的目的。
將鋅鋁合金絲用作海洋用鋼鐵的防腐蝕材料，主要采用下面的工藝1.在鋼件表面噴砂，將鋼件表面的污染物和銹漬去除；2.在鋼件表面火焰或電弧噴涂鋅鋁合金涂層；3.在合金涂層表面用氯化橡膠、環(huán)氧樹脂等有機(jī)涂層封閉。
本發(fā)明的有益效果1.本發(fā)明提供的鋅鋁合金材料及其制造方法工藝簡單，節(jié)約了成本；2.作為鋼材的防腐蝕材料性能好，其性能表現(xiàn)為在海洋環(huán)境安全使用20年。
3.合金涂層的涂覆工藝簡單，一般情況下只需要涂覆一層即可。


圖1為表面噴涂三種ZnAl合金試樣的腐蝕變化曲線圖具體實(shí)施方式
實(shí)例1鋅鋁合金，其中金屬鋁在合金中的原子百分比為55％，首先將含鋅量99.99％的鋅錠663g及含鋁量99.7％的鋁錠337g置于真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉成ZnAl55合金錠，熔煉的溫度650℃，引錠速度為50～80mm/min，劇切尺寸為Φ18～30mm，潤滑劑使用的是優(yōu)質(zhì)炭墨。接著將制成的合金錠放入旋鍛機(jī)中旋轉(zhuǎn)鍛造，使其成分均勻，旋轉(zhuǎn)鍛造的加熱溫度為400℃，鍛造溫度為400℃，最終鍛造出的規(guī)格為Φ8～15mm。之后將鍛造出的合金絲放入拉拔設(shè)備中進(jìn)行中溫拉拔，此時(shí)加熱溫度為350℃，拉拔溫度為300℃，最終拉拔出的合金絲規(guī)格為Φ2.5～4mm。
實(shí)施例2鋅鋁合金，其中金屬鋁在合金中的原子百分比為50％，首先將含鋅量99.99％的鋅錠663g及含鋁量99.7％的鋁錠337g置于真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉成ZnAl50合金錠，熔煉的溫度500℃，引錠速度為50～80mm/min，劇切尺寸為Φ18～30mm，潤滑劑使用的是優(yōu)質(zhì)炭墨。接著將制成的合金錠放入旋鍛機(jī)中旋轉(zhuǎn)鍛造，使其成分均勻，旋轉(zhuǎn)鍛造的加熱溫度為350℃，鍛造溫度為350℃，最終鍛造出的規(guī)格為Φ8～15mm。之后將鍛造出的合金絲放入拉拔設(shè)備中進(jìn)行中溫拉拔，此時(shí)加熱溫度為300℃，拉拔溫度為260℃，最終拉拔出的合金絲規(guī)格為Φ2.5～4mm。
實(shí)施例3鋅鋁合金，其中金屬鋁在合金中的重量百分比為45％，首先將含鋅量99.99％的鋅錠663g及含鋁量99.7％的鋁錠337g置于真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉成ZnAl45合金錠，熔煉的溫度450℃，引錠速度為50～80mm/min，劇切尺寸為Φ18～30mm，潤滑劑使用的是優(yōu)質(zhì)炭墨。接著將制成的合金錠放入旋鍛機(jī)中旋轉(zhuǎn)鍛造，使其成分均勻，旋轉(zhuǎn)鍛造的加熱溫度為300℃，鍛造溫度為300℃，最終鍛造出的規(guī)格為Φ8～15mm。之后將鍛造出的合金絲放入拉拔設(shè)備中進(jìn)行中溫拉拔，此時(shí)加熱溫度為250℃，拉拔溫度為250℃，最終拉拔出的合金絲規(guī)格為Φ2.5～4mm。
實(shí)施例4鋼件表面噴涂鋅鋁合金涂層，所用噴槍為QX-1型火焰線材噴涂槍，噴涂厚度一般在0.20mm。噴涂時(shí)噴涂槍的技術(shù)參數(shù)為乙炔壓力為0.1kg；氧氣壓力為0.5kg；空氣壓力為4.5kg；試樣離噴槍15～20cm。在基體為60×40×3mm3的A3鋼上噴涂鋅鋁合金，噴涂工藝的過程為首先對工件進(jìn)行預(yù)熱并打底層，完成表面預(yù)處理工作，之后用噴涂槍進(jìn)行噴涂，噴到規(guī)定尺寸后，讓所噴涂的工件緩冷，待冷卻到常溫時(shí)再進(jìn)行磨削加工使其表面平整，即完成噴涂作業(yè)。
實(shí)施例5采用實(shí)施例4中的方法在鋼件表面噴涂1#ZnAl15合金；2#ZnAl45合金；3#ZnAl55合金，并分析其在相同的海水腐蝕環(huán)境下的腐蝕情況，觀察其腐蝕性能的優(yōu)劣。
本實(shí)驗(yàn)根據(jù)GB 9794-88，GB 9796-88所規(guī)定的中性鹽霧試驗(yàn)法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)，將3塊試樣豎直浸漬在5000ml的塑料容器內(nèi)，使用濃度為0.5mol/L的氯化鈉(分析純)溶液，每天更換一次溶液，在試驗(yàn)周期內(nèi)，除更換試液，測量質(zhì)量可中斷外，試樣一般連續(xù)浸漬。試樣每天充分水洗，烘干，并用分析天平測其質(zhì)量。
試驗(yàn)結(jié)果如表1所示表1為表面噴涂鋅鋁合金的試樣中性鹽霧試驗(yàn)的質(zhì)量變化量的數(shù)據(jù)


質(zhì)量變化量的單位克(g)不同合金的質(zhì)量變化曲線如圖1所示，由以上數(shù)據(jù)以及圖1可知，隨著鋅鋁合金中鋁的原子百分比的增加，合金的抗腐蝕性增強(qiáng)，當(dāng)ZnAl合金絲材料的成分為ZnAl55時(shí)，材料的熱噴涂抗腐蝕效果最佳。
實(shí)例6應(yīng)用本發(fā)明提供的鋅鋁合金絲作為熱噴涂材料以及本發(fā)明提供的熱噴方法，比起傳統(tǒng)的用油漆作噴涂材料的噴涂方法，減少了兩道工藝工序，提高了生產(chǎn)效率，并且提高了材料的抗腐蝕性能，具體參數(shù)見表2。
原油漆工藝路線工件表面噴砂除銹→表面清掃→底部涂富鋅底漆→中層涂環(huán)氧(雙組分)漆→烘干→最外層涂氯化橡膠(單一)漆→烘干新材料工藝路線工件表面噴砂除銹→表面清掃→熱噴鋅鋁合金→在最外層涂一層特殊氧化膜→烘干采用本發(fā)明提供的合金材料以及噴涂新工藝，只需增加一臺6M3空壓機(jī)，4把金屬槍，4套加熱器，設(shè)備投資不超過8萬元。
表2工序，性能和成本對比

權(quán)利要求
1.一種鋅鋁合金絲，其特征在于鋁在合金中的原子百分比為41～55％，其余為鋅。
2.權(quán)利要求1所述的鋅鋁合金絲的制造方法，將鋅、鋁熔煉，熔煉后采用水平連鑄的方法得到ZnAl合金棒材，其特征在于還包括下列的工藝將ZnAl合金棒材高溫旋轉(zhuǎn)鍛造或熱軋之后采用中溫拉拔的方法拉制成合金絲。
3.權(quán)利要求2所述的鋅鋁合金絲的制造方法，其特征在于在上述的高溫旋轉(zhuǎn)鍛造工藝中，鍛造溫度為300～400℃。
4.權(quán)利要求1所述的鋅鋁合金絲作為鋼鐵的防腐蝕材料的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鋅鋁合金、其中金屬鋁占合金的原子百分比為41～55％，其余為鋅，還提供了上述的鋅鋁合金的制造方法，將鋅、鋁熔煉后采用水平連鑄的方法得到ZnAl合金棒材，再將ZnAl合金棒材高溫旋轉(zhuǎn)鍛造或熱軋之后采用中溫拉拔的方法拉制成合金絲。本發(fā)明還提供了上述的合金材料用作鋼鐵表面的防腐蝕材料的應(yīng)用。
文檔編號C22C1/02GK1978684SQ200510111210
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日
發(fā)明者唐人劍, 嚴(yán)彪, 黎陽 申請人:同濟(jì)大學(xué)