一種熱浸鍍多用型無銨助鍍劑及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種熱浸鍍多用型無銨助鍍劑及其使用方法，適用于熱浸鍍各種鋁含量的鋅鋁合金，并且助鍍效果好、浸鍍時煙塵量少，可以改善生產(chǎn)環(huán)境。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：每升助鍍?nèi)芤旱呐浔瘸煞譃閆nCl2：240～300g，NaCl：10～24g，CaCl2：5～12g，SnCl2：20～60g，K2ZrF6：16～60g，其余為水。使用該助鍍水溶液前，將工件在60℃～80℃的10%～25%NaOH溶液中堿洗除油，水洗后，在常溫的20~40%HCl溶液酸洗除銹，再水洗后，將工件浸入無銨助鍍劑中助鍍處理，助鍍?nèi)芤旱臏囟瓤刂圃?0℃~80℃范圍內(nèi)，最后將助鍍處理后的工件置于90℃～120℃的烘干箱內(nèi)烘干。該助鍍?nèi)芤旱奶攸c是：助鍍劑各成分間不發(fā)生相互反應(yīng)；對基體的腐蝕作用?。豢汕宄鄢乇砻娴难趸?，有效保護(hù)基體；分解產(chǎn)物不進(jìn)入鋅浴中；成本低廉。
【專利說明】一種熱浸鍍多用型無銨助鍍劑及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種熱浸鍍多用型無銨助鍍劑及其使用方法，屬于鋼鐵材料的表面鍍覆工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼鐵制件熱浸鍍鋅前除需堿洗除油、酸洗除銹外，還有一道熔劑助鍍處理。目前世界各國均采用該方法進(jìn)行批量熱鍍鋅。助鍍作為熱浸鍍鋅前處理中的一道重要工序，不僅直接影響鍍層質(zhì)量，還對鍍層的耐腐蝕性能及鋅耗成本等有較大影響。通常認(rèn)為助鍍劑的主要作用為:清除酸洗后工件表面殘留的鐵鹽，并將生成的FeO溶解，從而提高表面活性；能夠在鋼基表面形成均勻連續(xù)的鹽膜，使基體經(jīng)脫脂、除銹處理后不被繼續(xù)氧化；降低熔融合金表面張力，提高合金熔體對鋼基的浸潤性。
[0003]助鍍劑自身各成分間不發(fā)生相互反應(yīng)；對基體的腐蝕作用小、與基體不發(fā)生反應(yīng)或反應(yīng)很弱；清除熔池表面的氧化物，有效保護(hù)基體；分解產(chǎn)物不進(jìn)入鋅浴中；助鍍劑無毒性，不污染環(huán)境。助鍍劑的選擇主要以氯化物和氟化物為主。氯化物的添加可選擇KC1、NaCl、CaCl2、AlCl3、SnCl2與BaCl2等，但不論是氯化物或氟化物的添加量都需考慮其在水中的溶解度。其中氟化物主要為堿金屬氟化物(如KF，NaF等)。常用的助鍍液為氯化鋅與氯化銨的混合溶液，但浸鍍時煙塵多，污染環(huán)境。當(dāng)鋅浴中鋁含量較高(鋁含量不低于35%)時，由于熔融鋁的表面張力較大，傳統(tǒng)的鋅銨助鍍劑中的氯化銨受熱揮發(fā)產(chǎn)生的氣泡短時間難以脫離工件表面致使鍍層表面質(zhì)量下降，產(chǎn)生氣泡、鋅瘤、漏鍍等缺陷。
[0004]除了上述幾種較典型的氯化物和氟化物外，還可以向助鍍劑中加入一些有機物，如乙醇可以促進(jìn)助鍍劑迅速揮發(fā)，改善鍍層質(zhì)量。也有人提出一種植酸鹽助鍍劑，但由于成本及環(huán)保等綜合因素，并未得以應(yīng)用。本工作在前人研究成果的基礎(chǔ)上通過一系列正交試驗，綜合各常用助鍍劑成分的作用，優(yōu)勢互補，進(jìn)行了深入探討并獲得了一種成本低廉、浸鍍時煙塵量少的新型無銨助鍍工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的助鍍工藝的不足，提供一種新型的無銨助鍍劑及使用方法。使用該助鍍方法在工件表面形成均勻致密的鹽膜；增強鹽膜的穩(wěn)定性；防止工件二次氧化；提高鍍層的表面質(zhì)量；減少煙塵量，改善鍍鋅生產(chǎn)環(huán)境。
[0006]本發(fā)明采用無機助鍍劑作為助鍍?nèi)芤旱闹饕煞?，利用各氟化物和氯化物的作用機理，研制出以氯化鋅為主的助鍍劑配方為=ZnCl2 240~300g/L，NaCl 10~24g/L，CaCl25 ~12g/L, SnCl2 20 ~60g/L, K2ZrF616 ~60g/L，其余為水。
[0007]該無銨助鍍劑中各成分的作用機理如下:
(O氯化鋅
ZnCl2溶于水生成配合酸-羥基二氯合酸鋅而具有顯著酸性，能溶解金屬氧化物，它還具有熔點低、沸點高、易溶于水等特點，因此可作為助鍍劑的主要成分。通過試驗驗證ZnCl2的濃度在240~300g/L為宜。
[0008](2)氯化鈉
NaCl的加入可以使鹽膜容易干透，同時減少煙塵的產(chǎn)生，從而減小對環(huán)境的危害。但加入的量過多，會產(chǎn)生點狀結(jié)瘤、漏鍍等缺陷。因此NaCl的濃度控制在10~24g/L較適宜。
[0009](3)氯化鈣 CaCl2可以降低熔池與基體結(jié)合面的張力，增強熔池對鋼基的浸潤能力，增強基體與熔池反應(yīng)的活性。CaCl2的加入量為5~12g/L。
[0010](4)氯化亞錫
加入適當(dāng)?shù)腟nCl2的目的是使其與鋼基表面的鐵發(fā)生置換反應(yīng)，在鋼基表面析出一層連續(xù)的Sn膜，避免因Al的加入延遲Fe-Zn反應(yīng)而造成漏鍍問題。但SnCl2在水中的溶解度很低，因此添加量不宜過多。SnCl2的合適添加量為20~60g/L。
[0011](5)氟鋯酸鉀
K2ZrF6可以溶解鋁鋅熔池表面的Al2O3;它受熱分解產(chǎn)生的低熔點分解產(chǎn)物可以剝離工件表面的氧化膜，增強基體與熔池間的浸潤性，促進(jìn)界面反應(yīng)。經(jīng)實驗確定K2ZrF6的最佳濃度為16~60g/L。
[0012]本發(fā)明的熱浸鍍多用型無銨助鍍劑的使用方法為:使用前先將工作放于10%~25%的60°C~80°C NaOH溶液中進(jìn)行堿洗除油，然后水洗后將工件置于常溫下20~40%的HCl溶液進(jìn)行酸洗除銹，再經(jīng)水洗后將工件浸入無銨助鍍劑中助鍍處理，助鍍?nèi)芤簻囟瓤刂圃?00C~80°C范圍內(nèi)，最后將助鍍處理后的工件置于90°C~120°C溫度環(huán)境下干燥或烘干。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1 (a) (b)分別為經(jīng)實施例1無銨助鍍工藝后，在610°C浸鍍60s獲得的Galvalume鍍層表面形貌及截面組織；從圖中可以看出鍍層表面平整，鍍層均勻，無漏鍍等缺陷。從顯微組織中可以看出，基體界面上形成了連續(xù)致密的金屬間化合物層，在鍍層外側(cè)以細(xì)小的鋁鋅共晶組織為主，無組織缺陷。而(C)為鋅胺助鍍工藝處理后的鍍層表面形貌，面積不平滑，有針孔狀漏鍍；(d)為不在本發(fā)明助鍍劑濃度范圍內(nèi)的無銨助鍍工藝處理后的鍍層表面形貌，表面有少量鋅瘤及針孔狀漏鍍。
[0014]圖2為經(jīng)實施例2無銨助鍍工藝后，在610°C浸鍍60s獲得的Galvalume鍍層表面形貌及截面組織；從圖中可以看出鍍層表面平整，鍍層均勻，無漏鍍等缺陷。從顯微組織中可以看出，基體界面上形成了連續(xù)致密的金屬間化合物層，在鍍層外側(cè)以細(xì)小的鋁鋅共晶組織為主，無組織缺陷。經(jīng)過該濃度的助鍍?nèi)芤禾幚砗蟮腻儗咏M織與實施例1相比，幾乎沒
有變化。
[0015]圖3 (c) Cd)分別為經(jīng)實施例3中無銨助鍍工藝處理后熱浸鍍獲得的純鋅鍍層表面形貌及截面組織。對比(a) (b)中鋅銨助鍍工藝處理后的純鋅鍍層表面形貌及截面組織可見，兩者組織形貌相似，純鋅鍍層主要由三層化合物層組成，由內(nèi)向外依次為δ相、ζ相、Π相，無組織缺陷。從圖(C)中可以看出，經(jīng)無銨助鍍劑處理后的鍍層表面質(zhì)量仍較高，表面光亮，鍍層均勻，無鋅瘤漏鍍?nèi)毕荨?br> [0016]【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合實例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳述
實施例1:取氯化鋅300g，氯化鈉24g，氯化鈣12g，氯化亞錫60g，氟鋯酸鉀60g，加入IL水配制成助鍍?nèi)芤?，將該溶液加熱?0°C，加熱過程中充分?jǐn)嚢杈鶆?。將?jīng)過堿洗除油、酸洗除銹并沖洗過的尺寸為50 X 50 X 2mm的Q235鋼片浸入助鍍?nèi)芤褐斜３?min，再將Q235鋼片從助鍍?nèi)芤褐刑岢?，在溫度?20°C的烘干箱中烘干4min，然后將浸入Galvalume熔池中進(jìn)行熱浸鍍，浸入時未發(fā)生爆鋅，熔池表面有少量煙塵產(chǎn)生，熔池表面有上浮的黑色氧化物；浸鍍完成后將Q235鋼片從熔池中緩慢提出后迅速水冷，發(fā)現(xiàn)鋼材表面鍍層平整且均勻、無起殼、鋅瘤和漏鍍等缺陷。
[0018]實施例2:取氯化鋅240g，氯化鈉10g，氯化鈣5g，氯化亞錫20g，氟鋯酸鉀16g，加入IL水配制成助鍍?nèi)芤?，將該溶液加熱?0°C，加熱過程中充分?jǐn)嚢杈鶆?。將?jīng)過堿洗除油、酸洗除銹并沖洗過的尺寸為50 X 50 X 2mm的Q235鋼片浸入助鍍?nèi)芤褐斜３?min，再將Q235鋼片從助鍍?nèi)芤褐刑岢?，在溫度?20°C的烘干箱中烘干4min，然后浸入Galvalume熔池中進(jìn)行熱浸鍍，浸入時未發(fā)生爆鋅，熔池表面有少量煙塵產(chǎn)生，熔池表面有上浮的黑色氧化物；浸鍍完成后將Q235鋼片從熔池中緩慢提出后迅速水冷，發(fā)現(xiàn)鋼材表面鍍層平整且均勻、無起殼、鋅瘤和漏鍍等缺陷。
[0019]實施例3:取氯化鋅300g，氯化鈉20g，氯化鈣10g，氯化亞錫40g，氟鋯酸鉀50g，加入IL水配制成助鍍?nèi)芤?，將該溶液加熱?0°C，加熱過程中充分?jǐn)嚢杈鶆颉⒊叽鐬?0X50X2mm的Q235鋼片經(jīng)堿洗除油、酸洗除銹并沖洗后浸入助鍍?nèi)芤褐斜３?min，再從助鍍?nèi)芤褐刑岢?，在溫度?20°C的烘干箱中烘干4min，然后浸入純鋅熔池中進(jìn)行熱浸鍍，浸入時未發(fā)生爆鋅，熔池表面有少量煙塵產(chǎn)生，熔池表面有上浮的黑色氧化物；浸鍍完成后將Q235鋼片從熔池中緩慢提出后迅速水冷，發(fā)現(xiàn)鋼材表面鍍層平整光亮且均勻、無起殼、鋅瘤和漏鍍等缺陷。
【權(quán)利要求】
1.一種熱浸鍍多用型無銨助鍍劑，助鍍?nèi)芤焊鞒煞峙浔热缦?
ZnCl2 240 ~300g/L, NaCl 10 ~24g/L, CaCl2 5 ~12g/L, SnCl2 20 ~60g/L, K2ZrF616 ~60g/L，其余為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱浸鍍多用型無銨助鍍劑，其特征在于:所述助鍍劑由較低廉的無機鹽組成，并以ZnCl2為主，實現(xiàn)無銨助鍍工藝。
3.一種采用權(quán)利要求1所述的無銨助鍍劑進(jìn)行助鍍處理的方法，其特征如下: 堿洗除油:將10%~25%的NaOH溶液加熱至60V~80°C，清洗工件表面； 水洗:用蒸餾水清洗工件表面，除去殘留的堿液； 酸洗除銹:室溫下，用20~40%的HCl溶液清洗工件表面； 水洗:用蒸餾水清洗工件表面，除去殘留的酸液和鐵離子等； 助鍍:將工件浸入無銨助鍍劑溶液中處理，助鍍?nèi)芤簻囟瓤刂圃?0°C~80°C范圍內(nèi)； 烘干:將助鍍處理后的工件置于90°C~120°C的烘干箱中烘干。
4.采用權(quán)利要求3所述的無銨助鍍劑進(jìn)行助鍍處理的方法，其特征在于助鍍液的濃度為 300 ~500g/L。
5.采用權(quán)利 要求3所述的無銨助鍍劑進(jìn)行助鍍處理的方法，其特征在于助鍍時助鍍液的溫度為60°C~70°C，助鍍時間為3~5min。
6.采用權(quán)利要求3所述的無銨助鍍劑進(jìn)行助鍍處理的方法，其特征在于烘干時間為3~5min。
【文檔編號】C23C2/02GK103741084SQ201410025651
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】李智, 王韜, 尹付成, 王鑫銘, 劉永雄, 趙滿秀 申請人:湘潭大學(xué)