專利名稱：一種鍍鋅液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬防腐領(lǐng)域，具體涉及一種鍍鋅液及其制備方法。
技術(shù)背景鋼鐵材料在各個(gè)行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用，然而其由于腐蝕造成的損失十分驚人。純 鋅相對(duì)于鋼鐵材料的耐腐蝕性能良好，因此目前在工程中應(yīng)用最廣泛的防腐技術(shù)是采 用金屬鋅作為防腐蝕涂層，熱鍍鋅就是一種得到普遍應(yīng)用的鍍鋅方法。中國專利申請(qǐng)公開號(hào)CN1389587 (以鋁合金和黑色金屬為原材料制造的大截面導(dǎo) 線電力金具)公開了一種含有0.2 0.8% (wt)稀土的鍍鋅液，在黑色金屬部件表面 使用該鍍鋅液進(jìn)行熱鍍，以提高金屬的防腐性能。但是該專利申請(qǐng)文件中所述鍍鋅液 為鋅-稀土兩元鍍鋅液，且并未公開其制備方法；同時(shí)其中稀土含量較高，增加了生產(chǎn) 成本。中國專利申請(qǐng)公開號(hào)CN1053268 (鋼絲的高耐蝕性的雙浸熱鍍工藝)公開了一 種鋼絲的熱鍍工藝，采用先鍍鋅然后進(jìn)行合金化的生產(chǎn)方法。該專利申請(qǐng)文件中公開 的鍍鋅液是鋅鋁兩元合金，且并未公開其制備方法；同時(shí)需要通過兩次浸鍍來提高金 屬的防腐性能，工藝繁瑣且成本較高。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)通過配備鋁-稀土中間合金，然后把中間合金加入到熔融鋅液中，形成鋅-鋁-稀土三元合金鍍液，可以形成一種具有較好表面質(zhì)量以及耐腐蝕性能的新 型鍍層。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種新的鍍鋅液，能夠以較低的成本在改善鋼鐵材 料鍍層表面質(zhì)量的同時(shí)，提高其耐腐蝕性能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種鋅-鋁-稀土三元合金鍍鋅液，以所述鍍鋅液的重量為100%計(jì)，其 中含有0. 03 0. 25%的稀土金屬和0. 08 0. 30%的鋁。所述稀土金屬可以是商業(yè)化混合稀土，其元素組成(wt)為La25 35%， Ce60 72%， Pr3 8%， Nd《3. 0%。本發(fā)明還提供一種鋅-鋁-稀土三元合金鍍鋅液的制備方法，所述方法包括如下步 驟(1)將鋁加熱熔化，加入稀土金屬，攪拌、冷卻，形成鋁-稀土中間合金，其中所 述稀土在所述鋁-稀土中間合金中的重量份數(shù)《60%;以及(2)將鋅加熱熔化，加入 所述鋁-稀土中間合金。根據(jù)本發(fā)明的鋅-鋁-稀土三元合金鍍鋅液的制備方法，優(yōu)選的是，所述鋅的純度 》99.995% (wt);所述鋁的純度》99.95% (wt);所述稀土為商業(yè)化混合稀土，其元 素組成(wt)為La25 35%, Ce60 72%， Pr3 8%， Nd《3. 0%。稀土金屬燃點(diǎn)較低，不能直接添加到鋅液中，故首先將鋁加熱熔化并升溫到800 920°C，然后加入稀土，以減少稀土和鋁的氧化燒損。加熱方式可以選擇感應(yīng)加熱、電 加熱或燃?xì)饧訜帷４⊥猎阡X液中完全溶解，混合均勻后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻，制成 鋁-稀土中間合金。通過配備鋁-稀土中間合金，可以解決稀土元素燃點(diǎn)低、回收率低 的問題。在制備鋁-稀土中間合金時(shí)，通過噴吹氮?dú)?，可以減少稀土和鋁的燒損。因此，根 據(jù)本發(fā)明的鋅-鋁-稀土三元合金鍍鋅液的制備方法，優(yōu)選的是，所述步驟(1)在氮?dú)?保護(hù)下進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的鋅-鋁-稀土三元合金鍍鋅液的制備方法，優(yōu)選的是，所述步驟(1) 中加熱溫度為800 920°C，可以提高中間合金的熔煉速度。根據(jù)本發(fā)明的鋅-鋁-稀土三元合金鍍鋅液的制備方法，優(yōu)選的是，所述步驟(1) 中加熱方式為感應(yīng)加熱、電加熱或燃?xì)饧訜?。圖1所示的XRD分析表明，中間合金主要成分為A1、 Al4Ce、 La3Alu，這種相組成 對(duì)于不同配比的A1-稀土中間合金比較固定。將鋅加熱熔化并升溫到430 49(TC，以保證浸鍍工序正常開展，同時(shí)保證適當(dāng)?shù)?中間合金熔融速率。然后加入常溫、塊狀的鋁-稀土中間合金，溶解時(shí)間為4-12小時(shí)， 制成鋅-鋁-稀土三元合金鍍鋅液。 '采用流長方法對(duì)金屬液的流動(dòng)性能進(jìn)行測試(鋅液測試溫度統(tǒng)一為460。C)，發(fā)現(xiàn) 隨著稀土含量的增加，流動(dòng)性增加；但稀土含量超過0.25% (wt)時(shí)，由于鋅渣作用， 流動(dòng)性增加效果不明顯(見圖2)。隨著稀土含量增加，鍍層表觀質(zhì)量有不同程度提高。稀土含量超過0.25% (wt)時(shí)，表面形成點(diǎn)狀顆粒(見圖3)。
掃描電子顯微鏡分析結(jié)果表明，超過0.25% (wt)時(shí)，稀土元素促進(jìn)了鋅渣的形成(見圖4)。
采用GB/T2423. 17-93方法對(duì)鍍層耐腐蝕性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明，稀土含量超過0.03% (wt)時(shí)，鍍層抗流銹性能顯著增加；稀土含量超過0.25%時(shí)，鍍層表面狀態(tài)不良，形成鋅渣(見圖5)。
由于稀土元素的增加，改善了鋅液流動(dòng)性，鍍鋅層表面質(zhì)量趨于光潔，晶界趨于平整，提高了鋅層抗局部腐蝕的性能，因此抗銹蝕能力大有改觀。但稀土元素含量過高，超過0.25% (wt)時(shí)，促進(jìn)了鋅渣的形成，降低了表觀質(zhì)量。因此，根據(jù)本發(fā)明，稀土含量范圍選擇O. 03-0.25% (wt)。
有益效果
本發(fā)明提供的鋅-鋁-稀土三元合金熱鍍鋅液可以有效保證鋅層表面光潔度，顯著提高耐鹽霧腐蝕性能，適合用于海洋環(huán)境等相對(duì)苛刻腐蝕環(huán)境中。在試驗(yàn)室試驗(yàn)過程中的參數(shù)均模擬工業(yè)大生產(chǎn)，具有良好的實(shí)用性。本發(fā)明可推廣應(yīng)用于目前生產(chǎn)熱鍍純鋅或者熱鍍合金化鋼板、鋼絲、鋼管等生產(chǎn)機(jī)組，賦予產(chǎn)品良好表觀質(zhì)量與耐腐蝕性能。


圖1是稀土-鋁中間合金成分圖2表示稀土含量與鋅液凝固長度的關(guān)系；
圖3呈現(xiàn)熱鍍鋅板表面宏觀形貌；
圖4表示不同稀土含量的鍍層表面胞狀組織；
圖5表示不同稀土含量的鍍層產(chǎn)生的紅銹(a) 11天(b) 30天。
具體實(shí)施例方式
以下用實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。這些實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。
5實(shí)施例1
使用材料鋅純度99.995% (Wt);鋁純度99.95% (Wt);混合稀土其
元素組成(wt)為La30%， Pr5. 5%， Nd3. 0%,其它為Ce。
中間合金制作氮?dú)獗Ｗo(hù)下采用中頻感應(yīng)加熱爐，開始，將40kg鋁在中頻爐中升溫到87(TC，完全熔化后，加入10kg稀土。噴吹N2減少稀土和鋁的燒損。在熔解過程中進(jìn)行攪拌，混合均勻后，進(jìn)行成分微調(diào)。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻，制成稀土含量為25%的稀土-鋁中間合金。
三元合金金屬液熔煉在46(TC下將120kg鋅熔化，加入手工切割的塊狀稀土-鋁中間合金(尺寸8mmX15mmX10mm)，制得稀土含量O. 03% (wt)的鋅-鋁-稀土三元合金鍍液，其中稀土成分的含量可以通過加入純鋅進(jìn)行調(diào)節(jié)。
鋼板準(zhǔn)備與浸鍍將鋼板經(jīng)過堿洗去脂，水洗、吹干，稀鹽酸除銹處理，復(fù)合鹽溶劑助鍍處理，烘干，浸入46(TC的鋅-鋁-稀土合金溶液中浸鍍，冷卻至室溫。
釆用流長方法對(duì)鋅-鋁-稀土三元合金鍍液的流動(dòng)性能進(jìn)行測試，相對(duì)于沒有添加稀土的二元合金流動(dòng)性提高(由10mra提高到17.5mm)。在顯微鏡下觀察，晶界趨于平坦，同時(shí)鹽霧測試結(jié)果表明，抗鹽霧腐蝕性能有所改善(見圖5)。
實(shí)施例2
除了使中間合金中稀土含量為45% (wt)，所使用材料、熔煉工藝以及浸鍍方法同實(shí)施例l，通過控制鋅含量控制稀土含量，最終制得稀土含量為0.18% (wt)的鋅-鋁-稀土三元合金鍍液。采用流長方法對(duì)金屬液的流動(dòng)性能進(jìn)行測試，相對(duì)于沒有添加稀土的二元合金流動(dòng)性提高(由10mm提高到38mm)。在顯微鏡下觀察，晶界平坦，同時(shí)鹽霧測試結(jié)果表明，抗鹽霧腐蝕性能顯著改善(見圖5)。
比較例1
除了使中間合金中稀土含量為55% (wt)，所使用材料、熔煉工藝以及浸鍍方法同實(shí)施例l，通過控制鋅含量控制稀土含量，制得稀土含量為0.27% (wt)的鋅-鋁-稀土三元合金鍍液。采用流長方法對(duì)金屬液的流動(dòng)性能進(jìn)行測試，相對(duì)于沒有添加稀土的二元合金流動(dòng)性提高(由10mm提高到38ram)。在顯微鏡下觀察，晶界平坦，同時(shí)鹽霧測試結(jié)果表明，抗鹽霧腐蝕性能顯著改善(見圖5)。但表面形成鋅渣(見圖4)，由于鋅渣的形成，流動(dòng)性能繼續(xù)改善能力不明顯(見圖2)。
權(quán)利要求
1、一種鍍鋅液，以所述鍍鋅液的重量為100％計(jì)，含有0.03～0.25％的稀土金屬和0.08～0.30％的鋁。
2、 如權(quán)利要求1所述的鍍鋅液，其特征在于，所述稀土金屬為商業(yè)化混合稀土， 其元素組成(wt)為La25 35%， Ce60 72%， Pr3 8%， Nd0 3%。
3、 權(quán)利要求1所述鍍鋅液的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1) 將鋁加熱熔化，加入稀土金屬，攪拌、冷卻，形成鋁-稀土中間合金，其中 所述稀土在所述鋁-稀土中間合金中的重量份數(shù)《60%;以及(2) 將鋅加熱熔化，加入所述鋁-稀土中間合金。
4、 如權(quán)利要求3所述的鍍鋅液的制備方法，其特征在于，所述鋅的純度》99.995 % (wt);所述鋁的純度》99.95% (wt);所述稀土金屬為商業(yè)化混合稀土，其元素組 成(wt)為La25 35%， Ce60 72%, Pr3 8%， Nd《3. 0%。
5、 如權(quán)利要求3所述的鍍鋅液的制備方法，其中所述步驟(1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。
6、 如權(quán)利要求3所述的鍍鋅液的制備方法，其中所述步驟(1)中加熱溫度為800 920°C。
7、 如權(quán)利要求3所述的鍍鋅液的制備方法，其中所述步驟(1)中加熱方式為感 應(yīng)加熱、電加熱或燃?xì)饧訜帷?br> 8、 如權(quán)利要求3所述的鍍鋅液的制備方法，其中所述步驟(2)中加熱溫度為430 490°C，時(shí)間為4-12小時(shí)。
9、 如權(quán)利要求3所述的鍍鋅液的制備方法，其中所述步驟(2)中將所述鋁-稀土 中間合金手工切割成塊狀，室溫下加入所述鋅液。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋅-鋁-稀土三元合金鍍鋅液，以該鍍鋅液的重量為100％計(jì)，其中含有0.03～0.25％的稀土金屬和0.08～0.30％的鋁。本發(fā)明還提供這種鍍鋅液的制備方法。通過將鋁加熱熔化，加入稀土金屬，攪拌、冷卻，形成鋁-稀土中間合金；將鋅加熱熔化，加入所述鋁-稀土中間合金，制得鋅-鋁-稀土三元合金鍍鋅液。該鍍鋅液可以有效保證鋅層表面光潔度，顯著提高鋼材耐鹽霧腐蝕性能。
文檔編號(hào)C23C2/06GK101565804SQ20081003641
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者儲(chǔ)雙杰, 張全成 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司