專利名稱：一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金及其制備方法，屬于鋼鐵材料表面處理技術領域。
背景技術：
鋼鐵材料是目前應用最為廣泛的金屬材料，但每年因腐蝕造成的損失約7000億美元，占各國國民生產總值的2 4%。熱浸鍍鋅作為鋼鐵材料的表面防護工藝之一，在交通、 建筑、通訊、電力等領域獲得了廣泛應用。由于熱浸鍍鋅的生產工藝簡單，鍍層的耐腐蝕性能優(yōu)良，且厚度、韌性、表面狀態(tài)都能控制，因此，被廣泛應用在鋼鐵保護中，具有很好的經濟效益和發(fā)展前景。但是，隨著鋼鐵材料的發(fā)展以及人們對鍍層耐蝕性有更高更苛刻的要求，利用傳統(tǒng)熱鍍鋅技術已不能得到符合要求的鍍層。合金化鋅浴是改善鍍層性能的一種最佳途徑，它不僅能直接有效地抑制圣德林效應的發(fā)生，還能增強鍍層的耐蝕性能，提高產品的經濟效益。鋁是最早被研究發(fā)現(xiàn)的添加元素，它不僅能改善鍍層外觀質量和抑制熱浸鍍過程中浮渣的生成，而且還可以大大提高鍍層的耐蝕性。在對Ai-ai合金鍍層的不斷探索中，比利時研究中心于1978年成功開發(fā)出&i-5%Al-0. 1%RE合金鍍層，商品名為“feilfan”。合金成分中加入0. 1%稀土元素(鈰-鑭稀土混合物)是為降低鍍液表面張力，提高鍍液對鋼基的浸潤性能，從而改善漏鍍現(xiàn)象。&ι-5%Α1合金鍍層的焊接性能和涂裝性能不亞于純鋅鍍層。此外，由于鍍層中不含有脆性的中間合金層，塑性相當好，特別適用于需進行后續(xù)劇烈變形加工的場合，被廣泛地用作深沖構件，應用于車、儀表和家電行業(yè)，也大量地用于建筑業(yè)和民用。根據Al-Si 二元相圖，Zn固溶體中鋁的溶解度范圍非常小，Galfan合金在快速冷卻熱浸鍍過程中形成的鍍層組織是在連續(xù)的共晶體相(β-Al +η-Zn)上分布著孤島狀的n- 相。20世紀90年代日本日新制鋼公司開發(fā)了商品名為ZAM的鋅鋁鎂鍍層材料，其化學成分為ai-6%Al-3%Mg，其耐蝕性為傳統(tǒng)鍍鋅層(&ι-2%Α1)的18倍，并有獨特的耐損傷性，被稱為繼第三代高耐蝕鍍層(ialvalumejalfan以后的第四代高耐蝕鍍層材料。在ZAM中，鋅液中添加0.2 m的Mg時，在ai/Ai共晶體中析出ai/Ai/ai2Mg三元共晶。當鎂含量達到3%時，鍍層由層狀ai/Ai共晶組織變成顆粒狀的ai/Ai/ai2Mg三元共晶，鎂均勻地分散在鍍層中。但是，Zn6%A13%Mg合金鍍層目前尚處于研究階段，其合適的助鍍劑以及浸鍍時間、浸鍍溫度還有待深入研究，鍍層的表觀質量仍需改進。由于鎂極易氧化，鋅液中添加的鎂使鋅渣增多，不僅影響鍍層外觀，且易造成鍍層的不均勻性。2000年日本新日鐵公司開發(fā)出Si-Al-Mg-Si高耐蝕性鍍層鋼板“SUPEKDIMA”，并于2001年1月正式銷售。其化學成分為Al: 10% 12%，Mg:2% 4%，Si小于1%，其余為鋅。產品耐蝕性為鍍鋅板的15倍以上， 為(ialfan鍍層板的5 8倍，切口耐蝕性優(yōu)于(ialvalume鍍層，該鍍層板有優(yōu)異的成型性和耐損傷性，主要用于住宅建筑和道路建設，可替代不銹鋼板和鋁板。然而，該鍍層材料除具有ZAM的鋅鋁鎂鍍層材料的不足外，鋅中添加較高含量的鋁，鍍液與鋼基體的浸潤角增大， 使熔體與基體的浸潤性變壞，容易產生漏鍍，并且鍍層鋼板的可焊性變差。另外，其熱浸鍍工藝溫度更高，操作更復雜。生產上述兩種熱鍍合金鍍層的產品，尤其是鋼絲鍍層，需對傳統(tǒng)熱鍍生產線進行改造。意大利研發(fā)的含30%鋁，少量鎂其余為鋅的Lavegal鋼板。鋁對鋅鍋和浸在鋅液中的鍍鋅機部分腐蝕嚴重，使用壽命很低，同時因鋁加速鐵的溶解，產生了大量的i^e-Al-ai 渣，增加鋅耗又嚴重影響鍍層質量；另外，對設備的要求更高，傳統(tǒng)的熱浸鍍鋅工藝需做很大的變動。鋅鋁合金鍍層的主要腐蝕形式是晶間腐蝕，稀土是改善鋅鋁合金鍍層耐蝕性的重要合金化元素。國內外對稀土在鋅基鋁熱鍍合金中應用研究開展了大量的工作， 在專利文獻中不乏見諸有關稀土熱浸鍍鋅鋁合金的技術報導。中國專利申請公開號 CN101429604A “一種鋅-鋁-稀土中間合金及其在熱鍍鋅合金生產中的應用”的配方為 3^5%的鋁，6 10%的稀土金屬，其余為鋅。由于稀土原子半徑比鋅的原子半徑大得多，根據原子半徑相近的固溶理論，稀土在鍍液中的固溶度很小，若含量過高，大量稀土復合相偏聚于晶界，鍍層附著力下降，易造成鋼板漏鍍。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金，該鋅-鋁-鈦-稀土合金，能有效保證熱浸鍍層表面光潔度，均勻度，顯著提高熱浸鍍鋼板的耐腐蝕性能，同時可以避免出現(xiàn)孤島狀的n-ai相和鋼板漏鍍現(xiàn)象。本發(fā)明所要解決的另一個技術問題是提供一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法，該工藝要求低，能滿足工業(yè)化生產要求。本發(fā)明采用的技術方案是
一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金，其特征在于，組成質量百分配比為鋁 5. 5-6. 5%，鈦 0. 03 0. 05%，稀土金屬 0. 05 0. 15%，余量為鋅。所述鋅為工業(yè)鋅，其質量百分比純度> 99. 98% ；所述鋁工業(yè)鋁，其質量百分比純度彡99. 95% ；所述鈦工業(yè)鈦，其質量百分比純度> 99. 96 ；所述稀土金屬為商品化富鈰混合稀土，其元素組成的質量百分比為50 60%的鋪，18 28%的鑭，4 6%的鐠，12 20%的釹。一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法，制備步驟如下
1)鋁-稀土中間合金的制備稀土金屬的熔點高并且極易氧化，不能直接添加到鋅液中，需在保護氣體保護下制備鋁-稀土中間合金。首先以感應加熱方式將鋁加熱熔化并升溫到72(T780°C，然后在保護氣體保護下，加入稀土金屬，升溫到80(T85(TC，并在 80(T85(TC保溫，直至稀土金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻，澆注鋁-稀土中間合金小錠。稀土在鋁-稀土中間合金中的質量分數為5 10%。上述步驟中所用保護氣體為氮氣、氬氣、氦氣中的一種或任意幾種。2)鋁-鈦中間合金的制備金屬鈦的熔點高達1668°C，不能直接添加到鋅液中。將鋁加熱熔化并升溫至72(T780°C，加入鈦金屬，然后升溫到150(Γ1550 ，并在150(Tl55(rC 保溫直至鈦金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻，澆注鋁-鈦中間合金小錠。鈦在鋁-鈦中間合金中的質量分數5 10%。
3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備將鋅加熱熔化熔化并升溫到470°C ^490°C，加入鋁和上述制備的鋁-稀土中間合金和鋁-鈦中間合金小錠，470°C、90°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻，制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金。本發(fā)明的有益效果在于
1)本發(fā)明一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金，保證了熱浸鍍層組織為連續(xù)的共晶體相(β-Al + η-Zn)，消除了 (ialfan合金熱浸鍍層雙相組織中孤島狀的相， 提高了耐蝕性能；2)少量稀土的加入，增加了鍍液的流動性，凈化了鋼基表面，從而提高了鍍液的浸潤性和鍍層的附著力，從而改善了鋼板漏鍍現(xiàn)象；另一方面，稀土細化了鍍層的共晶組織晶粒，從而降低鍍層脆性；3)微量鈦阻止了鋅向鐵晶體界面的擴散，從而有效地抑制鐵鋅反應，顯著降低鋅耗；同時，提高了鍍層組織的自腐蝕電位，改善鍍層表觀質量， 能大大提高鍍層的耐蝕性能；4)本發(fā)明提供的制備方法，工藝要求低，能滿足工業(yè)化生產要求，設備投資少、操作簡便。綜上所述，本發(fā)明提供的鋅-鋁-鈦-稀土熱浸鍍鋅合金材料可以有效保證熱浸鍍層表面光潔度，顯著提高耐鹽霧腐蝕性能，適合海洋環(huán)境等相對苛刻的腐蝕工作場合的應用。
具體實施例方式下面結合具體的實施例子對本發(fā)明進行詳細描述。下述實施例僅僅是對本發(fā)明實施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實施例1:
一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金，其組成按質量百分比為5. 5%A1， 0. 03%Ti,0. 05%RE，余量為鋅。一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法，其步驟為
1)鋁-稀土中間合金的制備按照95%A1、5%RE的質量百分比配料。首先將鋁加熱熔化并升溫至720V，在氬氣保護氣體下，加入稀土金屬，在800°C的條件下保溫，直至稀土金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻，澆注鋁-稀土中間合金小錠。2)鋁-鈦中間合金的制備按照95%Al、5%Ti的質量百分比配料，將鋁加熱熔化并升溫至720°C，加入鈦金屬，然后升溫到1500°C保溫直至鈦金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻， 澆注鋁-鈦中間合金小錠。3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備將鋅加熱熔化，把步驟1)和步驟2)中的鋁-稀土中間合金、鋁-鈦中間合金及工業(yè)純鋁分別按質量百分比1%A1-RE、0. 6%A1-Ti、4. 0%A1、 其余為Si進行配料；將鋅加熱熔化并升溫到470°C，加入工業(yè)純鋁、鋁-稀土中間合金和鋁-鈦中間合金小錠，470°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻，制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金材料。實施例2
一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金，其組成按質量百分比為6%A1， 0. 03%Ti，0. 08%RE，余量為鋅。余量為鋅。一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-招-鈦-稀土合金的制備方法，其步驟為鋁-稀土中間
1)合金的制備按照92%A1、8%RE的質量百分比配料，首先將鋁加熱熔化并升溫至7500C，在氦氣保護氣體下，加入稀土金屬，升溫到820°C，并在820°C的條件下保溫，直至稀土金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻，澆注鋁-稀土中間合金小錠。2)鋁-鈦中間合金的制備按照95%Al、5%Ti的質量百分比配料，將鋁加熱熔化并升溫至730°C，加入鈦金屬，然后升溫到1510°C保溫直至鈦金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻， 澆注鋁-鈦中間合金小錠。3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備將鋅加熱熔化，把步驟1和步驟2中的鋁-稀土中間合金、鋁-鈦中間合金及工業(yè)純鋁分別按質量百分比1%A1-RE、0. 6%A1-Ti、4. 5%A1、 其余為Si進行配料。將鋅加熱熔化并升溫到470°C，加入工業(yè)純鋁、鋁-稀土中間合金和鋁-鈦中間合金小錠，470°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻，制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金材料。實施例3
一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金，其組成按質量百分比為6%A1， 0. 04%Ti, 0. 10%RE，余量為鋅。一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法，其步驟為
1)鋁-稀土中間合金的制備按照93%A1、7%RE的質量百分比配料，首先將鋁加熱熔化并升溫至740°C，在氮氣保護氣體下，加入稀土金屬，升溫到810°C，并在810°C的條件下保溫，直至稀土金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻，澆注鋁-稀土中間合金小錠。2)鋁-鈦中間合金的制備按照94%Al、6%Ti的質量百分比配料，將鋁加熱熔化并升溫至750°C，加入鈦金屬，然后升溫到1520°C保溫直至鈦金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻， 澆注鋁-鈦中間合金小錠。3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備將鋅加熱熔化，把步驟1和步驟2中的鋁-稀土中間合金、鋁-鈦中間合金及工業(yè)純鋁分別按質量百分比1. 4%A1-RE、0. 5%A1-Ti、4. 2%A1、 其余為Si進行配料。將鋅加熱熔化并升溫到480°C，加入工業(yè)純鋁、鋁-稀土中間合金和鋁-鈦中間合金小錠，480°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻，制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金材料。實施例4
一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金，其組成按質量百分比為6%A1， 0. 05%Ti,0. 12%RE，余量為鋅。一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-招-鈦-稀土合金的制備方法，其步驟為
1)鋁-稀土中間合金的制備按照92%A1、8%RE的質量百分比配料，首先將鋁加熱熔化并升溫至760°C，在體積比為9 :1的氮氣和氦氣保護氣體下氮氣保護氣體下，加入稀土金屬，升溫到830°C，并在830°C的條件下保溫，直至稀土金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻，澆注鋁-稀土中間合金小錠。2)鋁-鈦中間合金的制備按照92%Al、8%Ti的質量百分比配料，將鋁加熱熔化并升溫至760°C，加入鈦金屬，然后升溫到1530°C保溫直至鈦金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻， 澆注鋁-鈦中間合金小錠。3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備將鋅加熱熔化，把步驟1和步驟2中的鋁-稀土中間合金、鋁-鈦中間合金及工業(yè)純鋁分別按質量百分比1. 5%A1-RE、0. 6%Al-Ti、4%Al、 其余為Si進行配料。將鋅加熱熔化并升溫到480°C，加入工業(yè)純鋁、鋁-稀土中間合金和鋁-鈦中間合金小錠，480°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻，制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金材料。實施例5
一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金，其組成按質量百分比為6. 5%A1， 0. 05%Ti,0. 15%RE，余量為鋅。一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-招-鈦-稀土合金的制備方法，其步驟為
1)鋁-稀土中間合金的制備按照92%A1、8%RE的質量百分比配料，首先將鋁加熱熔化并升溫至780°C，在體積比為2 8的氮氣和氬氣保護氣體下，加入稀土金屬，升溫到850°C， 并在850°C的條件下保溫，直至稀土金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻，澆注鋁-稀土中間合金小錠。2)鋁-鈦中間合金的制備
按照90%Al、10%Ti的質量百分比配料，將鋁加熱熔化并升溫至780°C，加入鈦金屬，然后升溫到1550°C保溫直至鈦金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻，澆注鋁-鈦中間合金小錠。3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備
將鋅加熱熔化，把步驟1和步驟2中的鋁-稀土中間合金、鋁-鈦中間合金及工業(yè)純鋁分別按質量百分比1. 5%A1-RE、0. 5%A1-Ti、4. 7%A1、其余為Si進行配料。將鋅加熱熔化并升溫到490°C，加入工業(yè)純鋁、鋁-稀土中間合金和鋁-鈦中間合金小錠，490°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻，制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金材料。
權利要求
1.一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金，其特征在于，組成質量百分配比為 鋁5. 5-6. 5%，鈦0. 03 0. 05%，稀土金屬0. 05 0. 15%，余量為鋅。
2.根據權利要求1所述的一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金，其特征在于，所述鋅的質量百分比純度彡99. 98% ；所述鋁的質量百分比純度彡99. 95% ；所述鈦的質量百分比純度彡99. 96%;所述稀土金屬為富鈰混合稀土，其元素組成的質量百分比為 50 60%的鈰，18 28%的鑭，4 6%的鐠，12 20%的釹。
3.根據權利要求1所述一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法，制備步驟如下1)鋁-稀土中間合金的制備將鋁加熱熔化并升溫至72(T780°C，在保護氣保護下， 加入稀土金屬，升溫到80(T85(TC，并在80(T85(TC下保溫，直至稀土金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻，澆注鋁-稀土中間合金小錠；稀土在鋁-稀土中間合金中的質量分數為5 10% ；2)鋁-鈦中間合金的制備將鋁加熱熔化并升溫至72(T780°C，加入鈦金屬，升溫到 150(Γ1550 ，并在150(Γ1550 下保溫，直至鈦金屬全部熔解，攪拌均勻、冷卻，澆注鋁-鈦中間合金小錠；鈦在鋁-鈦中間合金中的質量分數為5 10% ；3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備將鋅加熱熔化并升溫到47(T490°C，加入如權利要求 1所述的一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金配比所需的鋁和上述制備的鋁-稀土中間合金、鋁-鈦中間合金小錠，47(T490°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻，制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金材料。
4.根據權利要求3所述的一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法， 其特征在于，所述步驟1)所用保護氣體為氮氣、氬氣、氦氣中的一種或任意幾種。
5.根據權利要求3所述的一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法， 所述步驟1)和2)中的加熱方式為50HZ工頻感應加熱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金及其制備方法，屬于鋼鐵材料表面處理技術領域。該熱浸鍍鋅合金材料的組份及質量配比為鋁(Al)5.5-6.5%，鈦(Ti)0.03~0.05%，稀土金屬(RE)0.05~0.15%，余量為鋅(Zn)；熱浸鍍鋅合金材料的制備方法為將鋁加熱熔化，分別加入稀土金屬和鈦金屬制備一定質量比的鋁-稀土中間合金和一定質量比的鋁-鈦中間合金；然后將鋅加熱熔化，再按給定配比加入鋁和上述中間合金材料，待全部熔化并攪拌均勻后得到所需的鋅-鋁-鈦-稀土合金。該熱浸鍍合金材料保證熱浸鍍層表面光潔度，顯著提高了鋼板的耐鹽霧腐蝕性能；同時其制備方法的工藝要求低，操作簡便，易滿足工業(yè)化生產的要求。
文檔編號C23C2/06GK102162048SQ20111008826
公開日2011年8月24日 申請日期2011年4月9日 優(yōu)先權日2011年4月9日
發(fā)明者劉子利, 劉希琴, 周桂斌, 張全成, 徐文龍, 徐斌, 王懷濤 申請人:張家港市新港星科技有限公司