專利名稱：一種熱浸鍍用鋅基多元合金及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種熱浸鍍用鋅基多元合金及制備方 法。
背景技術(shù)：
腐蝕對鋼鐵造成的損失是極其嚴(yán)重的，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界每年鋼產(chǎn)量的1/3 因腐蝕而損失，僅在中國每年因鋼鐵腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)上千億元。腐蝕不僅帶 來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會造成慘重的人員傷亡。因此，有必要研究鋼鐵的腐蝕防護(hù)措施，而 熱鍍鋅被公認(rèn)為是鋼鐵保護(hù)最直接最有效的方法之一。
熱鍍鋅是將處理后的鋼鐵在一定溫度的熔融鋅浴中浸鍍一定的時間，取出冷卻后 在表面獲得一層美觀且具有良好耐蝕性保護(hù)層的工藝。近年來，我國金屬鋅的生產(chǎn)與消費(fèi) 均居世界首位，需求量逐年上升，市場潛力大。據(jù)2006年世界鋅的消費(fèi)結(jié)構(gòu)分析，全球0# 鋅的50%用于熱鍍鋅。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和金屬資源的日趨緊張，熱鍍鋅產(chǎn)品也必將向多元化、高性能、低 消耗等特點(diǎn)發(fā)展。為此，國內(nèi)外不斷開發(fā)一系列高性能的熱鍍鋅合金鍍層。國內(nèi)外的現(xiàn)有研究成果表明，在鋅浴中添加合金元素，可明顯提高鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量、 降低生產(chǎn)成本。Al是已知的提高鍍鋅層耐蝕性的最有效的合金元素。根據(jù)Al在鋅中的添加量可 把Zn-Al合金分為低鋁(Al < 5% )和高鋁(Al > 5% )兩大系列。鋅浴中含鋁為0.005% 0.020%時，可顯著提高鍍層光亮性，減少鋅浴表面氧 化。當(dāng)鋅浴中鋁含量>0. 15%時，首先會在鐵基上形成一層連續(xù)的Fe-Al相層，抑制Fe-Zn 反應(yīng)及脆性Fe-Zn合金相層的生長，使鍍層減薄且黏附性良好，約0. 2%的Al量適用于帶鋼 及鋼絲的連續(xù)熱鍍鋅。目前，上述在鋅浴中加入少量鋁的技術(shù)已廣泛應(yīng)用于熱鍍鋅領(lǐng)域，起 到提高鍍層外觀質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的作用。但是，這樣的鍍層由于Al含量低，自由鋅層的 組織和耐蝕性并無明顯改變。當(dāng)Al添加量超過時，耐蝕性提高效果開始明顯，當(dāng)Al含量達(dá)4 7%時效果 最佳，以后隨Al含量進(jìn)一步增加，Zn-Al合金鍍層耐蝕性反而下降。所以5%左右的Al對 提高鍍鋅層耐蝕性而言，是低Al系Zn-Al合金中的一個最佳組成。但是鋅浴中鋁含量的增 加為熱浸鍍帶來了浸鍍性能較差，容易出現(xiàn)漏鍍現(xiàn)象等問題，增加了浸鍍操作上的困難，導(dǎo) 致浸鍍產(chǎn)品合格率大幅下降。當(dāng)鋁的含量繼續(xù)升高時，Zn-Al合金的耐蝕性能可以得到明顯提高，尤其是鋁含量 達(dá)到55%時，該類鍍層能在更復(fù)雜腐蝕環(huán)境下使用，但是該種鍍層的浸鍍性能更差，無法使 用傳統(tǒng)的助鍍劑，因此鍍前處理的助鍍劑配方成為需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。此外，向鋅及鋅合金中添加微量稀土元素，可提高其耐蝕性和各種機(jī)械性能等。稀 土在金屬材料中有凈化、除氣、除雜質(zhì)、細(xì)化晶粒、強(qiáng)化基體和改善加工性能等作用。國際鉛鋅研究組織與比利時列日冶金研究中心于1980年成功研制了一種新型Zn-Al-RE合金熱鍍層，該合金鍍層的化學(xué)成分為5% A1-0. 1% RE-Zn。與鍍鋅層相比，該合 金鍍層具有更好的耐蝕性，成型性、附著性也比較好，但是也存在浸鍍困難的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有熱浸鍍鋅及鋅合金技術(shù)存在的不足，提供一種熱浸鍍用 鋅基多元合金及制備方法。既提高了熱浸鍍層的耐蝕性，又將鋁的用量控制在3%以內(nèi)，從 而確保合金具有較好的浸鍍性能，也使合金鍍液的流動性和浸潤性得到進(jìn)一步的提高。本發(fā)明的鋅基多元合金的各種成分的質(zhì)量百分含量為A1 2 3%、RE(La, Ce、 Pr 混合稀土)0. 1 0. 2%,Ni 0. 02 0. 03%,Si 0. 01 0. 02%,Mg 0. 01 0. 02%,Cu 0. 005 0. 01%，余量為 Zn。該鋅基多元合金的制備工藝流程是A、按照鎳的用量稱量鋅鎳合金，用熔煉爐加熱到800°C將其熔化，攪拌均勻，保溫 1個小時以上；B、將純鋁、鋁稀土合金、鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁銅合金按照各種元素在本發(fā)明鋅 基多元合金中的質(zhì)量比進(jìn)行稱量和配料，用熔煉爐加熱到650°C將其熔化，攪拌均勻，保溫 1個小時以上；C、將B步驟所制得的鋁合金熔液倒入A步驟所制得的鋅鎳合金熔液中，攪拌均勻， 保溫1個小時以上，然后自然冷卻至650°C，去除爐渣；D、按照本發(fā)明鋅基多元合金中各元素的質(zhì)量比計(jì)算并稱量剩余鋅量，用熔煉爐加 熱到450°C將其熔化，攪拌均勻，保溫1個小時以上；Ejf D步驟所制得的鋅熔液倒入C步驟所制得的合金熔液中，攪拌均勻，保溫1個 小時以上，并自然冷卻至450°C，去除爐渣后澆鑄制得鋅基多元合金。上述制備工藝中所用的原料為市購純鋅、純鋁、鋅鎳合金、鋁稀土合金(La、Ce、Pr 混合稀土 )、鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁銅合金。該鋅基多元合金中各組份的作用具體表現(xiàn)為(1)A1、Ni、Si、Cu等元素能顯著提 高熱浸鍍層的耐蝕性，其中Al起主要作用，Ni、Si、Cu等元素的加入主要是與Al起到協(xié)同 提高耐蝕性的作用，可以降低Al的添加量，同時又保證鍍層具有良好的耐蝕性。(2)La、Ce、 Pr等稀土元素和Mg能夠改善熱鍍條件，使鍍液流動性、浸滑性能得到了極大地提高，鍍件 提出鋅浴時表面鋅可更快回流鋅浴，從而使鍍層更光滑、平整，減少鍍層表面滴瘤及流痕等 缺陷的出現(xiàn)，同時可大幅降低鋅層的厚度，從而減少鋅耗，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明與現(xiàn)有熱鍍用鋅錠和鋅合金相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果(1)耐蝕性能優(yōu) 良，經(jīng)中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)出銹時間為70 90小時，比純鋅鍍層提高20%以上；(2)浸鍍性 能優(yōu)良，表面光滑、平整，無漏鍍、結(jié)瘤及流痕等缺陷；(3)通用性好，在熱浸鍍的全部工藝 流程中對工件基體前處理、助鍍、浸鍍、鈍化等各個工序無特殊要求，采用傳統(tǒng)鍍鋅的設(shè)備 和工藝條件即可在鋼鐵零件表面浸鍍新型鋅基多元合金；(4)金屬消耗量小，鍍層厚度僅 為40 50 μ m，相比傳統(tǒng)鍍鋅層降低了 20%以上；(5)經(jīng)濟(jì)效益明顯，由于各種合金元素的 使用量均比較低，因此熱浸鍍鋅基多元合金的原料價格與純鋅相比不會超過10%，但鍍層 性能可提高20%，金屬消耗量可降低20%，因此使用該鋅基多元合金浸鍍產(chǎn)品的性價比遠(yuǎn) 遠(yuǎn)高于熱浸鍍鋅。


圖1為本發(fā)明熱浸鍍用鋅基多元合金的制備工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例11)按下列成分制備鋅基多元合金A1 2%, RE(La、Ce、Pr混合稀土)0. 1%、Ni 0.03%, Si 0.02%, Mg 0.01%, Cu 0.01%，余量為Zn。所用原料均為市購純鋅、純鋁、 Zn-8% Ni 合金、A1-10 % RE 合金(La、Ce、Pr 混合稀土 )、A1_10% Si 合金、Al_5% Mg 合金、 Al-5% Cu 合金。2)經(jīng)下列工藝流程制備IOOKg鋅基多元合金，備用A、按照鎳的用量稱量211-8%附合金0.4秘，用熔煉爐加熱到8001將其熔化，攪拌 均勻，保溫1個小時以上；B、按照各種元素在本發(fā)明鋅基多元合金中的質(zhì)量比進(jìn)行計(jì)算，分別稱量Al-10% RE 合金 lKg、A1-10% Si 合金 0. 2Kg、Al-5% Mg 合金 0. 2Kg、Al-5% Cu 合金 0. 2Kg 以及純 鋁0. 54Kg，然后將這些原料混合，用熔煉爐加熱到650°C將其熔化，攪拌均勻，保溫1個小時 以上；C、將B步驟所制得的鋁合金熔液倒入A步驟所制得的鋅鎳合金熔液中，攪拌均勻， 保溫1個小時以上，然后自然冷卻至650°C，去除爐渣；D、稱量剩余鋅量97. 46Kg，用熔煉爐加熱到450°C將其熔化，攪拌均勻，保溫1個小 時以上；Ejf D步驟所制得的鋅熔液倒入C步驟所制得的合金熔液中，攪拌均勻，保溫1個 小時以上，并自然冷卻至450°C，去除爐渣后澆鑄制得所需鋅基多元合金。3)用該鋅基多元合金對鋼鐵零件進(jìn)行熱浸鍍先將IOOmmX60mmX2mm的低碳鋼 板在進(jìn)行去脂、水洗、酸洗、水洗及助鍍劑處理，然后將適量鋅基多元合金投入浸鍍槽中并 加熱至450°C，待槽內(nèi)金屬完全熔化后，將鋼板浸入槽內(nèi)保持1分鐘左右取出，再浸入水槽 中進(jìn)行清洗和冷卻，最后浸入傳統(tǒng)鍍鋅鈍化液對工件進(jìn)行鈍化處理，鈍化后用水將工件清 洗干凈，即完成所有浸鍍工藝流程。4)經(jīng)浸鍍鋅基多元合金和鈍化處理后的鋼板外觀均勻、光亮、平整，經(jīng)技術(shù)檢測， 鍍層厚度為40 μ m左右，中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)出銹時間為70 75小時，耐蝕性能超過純鋅鍍 層20%，完全滿足應(yīng)用要求。實(shí)施例21)按下列成分制備鋅基多元合金A1 2. 5%、RE(La、Ce、Pr混合稀土)0. 15%,Ni 0. 025%, Si 0. 015%, Mg 0. 015%, Cu 0. 0075%，余量為Zn。所用原料均為市購純鋅、純 鋁、Zn-8% Ni 合金、A1-10% RE 合金(La、Ce、Pr 混合稀土 )、Al-10% Si 合金、Al-5% Mg 合金、Al-5% Cu合金。 2)用與實(shí)施例1相同的方法制備成IOOKg鋅基多元合金，各種原料的用量為純 鋅 97. 0125Kg、純鋁 0. 5875Kg、Zn-8% Ni 合金 0. 3Kg、Al-10% RE 合金(La、Ce、Pr 混合稀土)1· 5Kg,Al-10% Si 合金 0. 15Kg,Al-5% Mg 合金 0. 3Kg、Al_5% Cu 合金 0. 15Kg。3)用與實(shí)施例1相同的方法對鋼鐵工件浸鍍鋅基多元合金和鈍化處理。4)經(jīng)浸鍍鋅基多元合金和鈍化處理后的鋼板外觀均勻、光亮、平整，經(jīng)技術(shù)檢測，鍍層厚度為45 μ m左右，中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)出銹時間為75 80小時，耐蝕性能超過純鋅鍍 層30%，完全滿足應(yīng)用要求。實(shí)施例31)按下列成分制備鋅基多元合金A1 3%, RE(La、Ce、Pr混合稀土)0. 2%、Ni 0. 02%, Si 0.01%, Mg 0. 02%, Cu 0. 005%，余量為Zn。所用所用原料均為市購純鋅、純 鋁、Zn-8% Ni 合金、A1-10% RE 合金(La、Ce、Pr 混合稀土 )、Al-10% Si 合金、Al-5% Mg 合金、Al-5% Cu合金。2)用與實(shí)施例1相同的方法制備成IOOKg鋅基多元合金，各種原料的用量為純 鋅 96. 515Kg、純鋁 0. 635Kg、Zn-8% Ni 合金 0. 25Kg、Al-IO % RE 合金(La、Ce、Pr 混合稀 土)2. 0Kg,Al-10% Si 合金 0. IKg, Al-5% Mg 合金 0. 4Kg, Al-5% Cu 合金 0. lKg。3)用與實(shí)施例1相同的方法對鋼鐵工件浸鍍鋅基多元合金和鈍化處理。4)經(jīng)浸鍍鋅基多元合金和鈍化處理后的鋼板外觀均勻、光亮、平整，經(jīng)技術(shù)檢測， 鍍層厚度為50 μ m左右，中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)出銹時間為80 90小時，耐蝕性能超過純鋅鍍 層40%，完全滿足應(yīng)用要求。
權(quán)利要求
一種熱浸鍍用鋅基多元合金，其特征在于該多元合金的各種成分的質(zhì)量百分含量為Al 2～3％、RE(La、Ce、Pr混合稀土)0.1～0.2％、Ni 0.02～0.03％、Si 0.01～0.02％、Mg 0.01～0.02％、Cu 0.005～0.01％，余量為Zn。
2.如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍用鋅基多元合金的制備方法，其特征在于按以下工藝流 程進(jìn)行A、按照鎳的用量稱量鋅鎳合金，用熔煉爐加熱到800°C將其熔化，攪拌均勻，保溫1個 小時以上；B、將純鋁、鋁稀土合金、鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁銅合金按照各種元素在本發(fā)明鋅基多 元合金中的質(zhì)量比進(jìn)行稱量和配料，用熔煉爐加熱到650°C將其熔化，攪拌均勻，保溫1個 小時以上；C、將B步驟所制得的鋁合金熔液倒入A步驟所制得的鋅鎳合金熔液中，攪拌均勻，保溫 1個小時以上，然后自然冷卻至650°C，去除爐渣；D、按照本發(fā)明鋅基多元合金中各元素的質(zhì)量比計(jì)算并稱量剩余鋅量，用熔煉爐加熱到 450°C將其熔化，攪拌均勻，保溫1個小時以上；Ejf D步驟所制得的鋅熔液倒入C步驟所制得的合金熔液中，攪拌均勻，保溫1個小時 以上，并自然冷卻至450°C，去除爐渣后澆鑄制得鋅基多元合金。
全文摘要
本發(fā)明是一種熱浸鍍用鋅基多元合金及其制備方法。該多元合金的各種成分的質(zhì)量百分含量為Al 2～3％、RE(La、Ce、Pr混合稀土)0.1～0.2％、Ni 0.02～0.03％、Si 0.01～0.02％、Mg 0.01～0.02％、Cu 0.005～0.01％，余量為Zn。該鋅基多元合金的優(yōu)點(diǎn)是(1)在合金中對Al、Ni、Si、Cu等元素進(jìn)行了合理配比，顯著提高了熱浸鍍層的耐蝕性，比純鋅鍍層提高20％以上，同時將鋁的含量控制在3％以內(nèi)，從而確保合金具有較好的浸鍍性能；(2)在合金中對La、Ce、Pr等稀土元素和Mg元素進(jìn)行了合理配比，進(jìn)一步提高了合金鍍液的流動性和浸潤性能，鍍層表面質(zhì)量好，金屬消耗量相比傳統(tǒng)鍍鋅降低了20％以上。本發(fā)明在提高浸鍍鋅產(chǎn)品的性能質(zhì)量、降低金屬損耗、降低生產(chǎn)成本等方面均有明顯優(yōu)勢。
文檔編號C23C2/06GK101818316SQ20101016834
公開日2010年9月1日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者周榮, 岑啟宏, 李祖來, 范云鷹, 蔣業(yè)華, 金青林 申請人:昆明理工大學(xué)