一種低鋁熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍層的施鍍方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低鋁熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍層的施鍍方法。本發(fā)明采用的電解活化助鍍劑，能在被保護(hù)基材表面形成一層致密均勻的灰黑色鹽膜，可解決熱鍍鋅中鋁含量過高時(shí)會使常規(guī)助鍍劑失效，鍍層表面出現(xiàn)漏鍍及不平整等問題。利用掃描電子顯微鏡和鹽霧試驗(yàn)箱等手段，測定了不同成分配比Zn-Al-Mg-Si合金鍍層顯微組織和耐腐蝕性能，結(jié)果表明，添加適量Al、Mg、Si后，可細(xì)化粗大富Zn相并均勻化組織；采用本發(fā)明的工藝方法得到的熱浸鍍Zn-2％Al-1.5％Mg-0.15％Si合金鍍層耐腐蝕性能最佳。
【專利說明】一種低鋁熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍層的施鍍方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋼鐵材料防腐蝕領(lǐng)域，具體涉及一種低鋁熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍 層的施鍍方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 熱浸鍍鋅是最常見的鋼鐵防腐蝕技術(shù)，為進(jìn)一步提高熱浸鍍鋅層的耐腐蝕性能和 外觀質(zhì)量，人們不斷探索向鋅液中添加不同合金元素，開發(fā)性能優(yōu)異的熱浸鍍合金鍍層。研 宄表明，鋅液中添加多種有益合金元素后，浸鍍過程中由于合金元素之間交互作用，鍍鋅層 性能會有不同程度提高。比如，鋅液中單一添加 Al，鋅液發(fā)亮，鋅耗變少，鍍層表面光亮，鍍 層性能有所提高；單一添加 Mg，鍍層耐腐蝕性能提高，鍍層出現(xiàn)MgZnJS硬相；若同時(shí)添加 Al和Mg，鍍層耐腐蝕性能大幅度提高，鍍層出現(xiàn)Zn-MgZn2:元共晶組織和Zn-Al-MgZn 2三 元共晶組織。目前對于熱浸鍍Zn-Al-Mg合金鍍層的研宄較多，為研制耐腐蝕性能和外觀 質(zhì)量優(yōu)異的熱浸鍍合金鍍層，本研宄通過在鋅液中同時(shí)添加 Al、Mg、Si，得到了低鋁熱浸鍍 Zn-Al-Mg-Si合金鍍層，并對其施鍍工藝方法和組織性能進(jìn)行了研宄。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決熱鍍鋅中鋁含量過高時(shí)會使常規(guī)助鍍劑失效、鍍層表面出現(xiàn)漏鍍及不平整 等問題，本發(fā)明提供了一種低鋁熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍層的施鍍方法。
[0004] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0005] 一種低鋁熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍層的施鍍方法，包括如下步驟：
[0006] S1、取Q235鋼，經(jīng)打磨去除表面氧化皮，切割成尺寸為30mmX30mmX3mm的試樣， 配制熱浸鍍鋅合金液，配制的熱浸鍍鋅合金液的成分為Zn-0. 5% Al-xMg(x = 0,0. 5,1. 0， I. 5wt%),Zn-2%Al-xMg(x = 0,0. 5,1.0,1. 5wt% ), Zn-2% Al-L 5% Mg-xSi (x = 0,0. 15, 0. 3wt% )；
[0007] S2、將試樣放入濃度為150g/L NaOH溶液中進(jìn)行脫脂處理，氫氧化鈉溶液的溫度為 70-80°C，Imin后取出放入去離子水中清洗；
[0008] S3、將清洗后的試樣放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% HCl中，加入微量緩蝕劑，進(jìn)行除銹處 理，鹽酸溶液的溫度為室溫，Imin后取出放入去離子水中清洗；
[0009] S4、將步驟S3所得的試樣放入助鍍劑溶液中進(jìn)行電解活化助鍍；
[0010] S5、電解活化助鍍后取出試樣，放入干燥箱進(jìn)行烘干處理，干燥箱溫度為120°C，干 燥時(shí)間為8-10min ;
[0011] S6、試樣烘干后將試樣取出進(jìn)行熱浸鍍鋅，浸鍍溫度為460°C _480°C，浸鍍時(shí)間為 lmin，在開始熔化前添加鹽類覆蓋劑；
[0012] S7、將步驟S6所得試樣空冷15s后，放入純水中冷卻。
[0013] 其中，所述合金鍍層成分為：Al 0.5-2. 0%、Mg 0.5-1. 5%、Si 0-0. 3%，余量為 Zn0
[0014] 其中，所述合金鍍層成分為：Al 2%、Mg I. 5%、Si 0. 15%，余量為Zn。
[0015] 其中，所述步驟S4中所使用的助鍍劑各組分含量按重量百分比為ZnCl225-30%、 NH4Cl 10-15%、NaF 1-2%、Na3AlF6L 5-2. 5%、SnCl2L 5-2. 5%、CeCl3l-2%、微量烏洛托 品、其余為水。
[0016] 其中，所述步驟S4中電解活化助鍍的電解裝置的陽極由石墨組成，陰極由基體材 料本身組成。
[0017] 其中，所述步驟S6中的鹽類覆蓋劑各組分含量按重量百分比為：LiC115-25%、 KCl 50-60%、CaCl2 15-30 % 〇
[0018] 本發(fā)明采用的電解活化助鍍劑，能在被保護(hù)基材表面形成一層致密均勻的灰黑 色鹽膜，可解決熱鍍鋅中鋁含量過高時(shí)會使常規(guī)助鍍劑失效，鍍層表面出現(xiàn)漏鍍及不平整 等問題。利用掃描電子顯微鏡和鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱等手段，測定了不同成分配比Zn-Al-Mg-Si 合金鍍層顯微組織和耐腐蝕性能，結(jié)果表明，添加適量Al、Mg、Si后，可細(xì)化粗大富Zn相并 均勻化組織；采用本發(fā)明的工藝方法得到的熱浸鍍Zn-2% Al-L 5% Mg-O. 15% Si合金鍍 層耐腐蝕性能最佳。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖 1 是熱浸鍍 Zn-O. 5% Al-xMg (X = 0,0.5,1.0,1. 5wt % )鍍層截面組織，（a) 0% Mg, (b)0. 5%Mg, (c) 1.0% Mg, (d)1.5%Mg〇
[0020] 圖2是熱浸鍍211-2^^111%(1 = 0,0.5，1.0，1.5被％)鍍層截面組織，（&)0% Mg, (b)0. 5%Mg, (c) 1.0% Mg, (d)1.5%Mg〇
[0021] 圖 3 是熱浸鍍 Zn-2 % Al-1. 5 % Mg-xSi(x = 0· 15,0. 3wt % )鍍層截面組織， (a)0. 15% Si, (b)0. 3% Si〇
[0022] 圖4熱浸鍍211-2%41-1.5%1%15丨（1 = 0.15,0.3被％)合金鍍層截面組織及各 元素的線掃描分析結(jié)果，（a)0. 15% Si，（b)0. 3% Si

【具體實(shí)施方式】
[0023] 為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步 詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā) 明。
[0024] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種低鋁熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍層的施鍍方法，包括如 下步驟：
[0025] S1、取Q235鋼，經(jīng)打磨去除表面氧化皮，切割成尺寸為30mmX30mmX3mm的試樣， 配制熱浸鍍鋅合金液，配制的熱浸鍍鋅合金液的成分為Zn-0. 5% Al-xMg(x = 0,0. 5,1. 0， I. 5wt%),Zn-2%Al-xMg(x = 0,0. 5,1.0,1. 5wt% ), Zn-2% Al-L 5% Mg-xSi (x = 0,0. 15, 0. 3wt% )；
[0026] S2、將試樣放入濃度為150g/LNa0H溶液中進(jìn)行脫脂處理，氫氧化鈉溶液的溫度為 70-80°C，Imin后取出放入去離子水中清洗：
[0027] S3、將清洗后的試樣放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% HCl中，加入微量緩蝕劑，進(jìn)行除銹處 理，鹽酸溶液的溫度為室溫，Imin后取出放入去離子水中清洗；
[0028] S4、將步驟S3所得的試樣放入助鍍劑溶液中進(jìn)行電解活化助鍍；
[0029] S5、電解活化助鍍后取出試樣，放入干燥箱進(jìn)行烘干處理，干燥箱溫度為120°C，干 燥時(shí)間為8-10min ;
[0030] S6、試樣烘干后將試樣取出進(jìn)行熱浸鍍鋅，浸鍍溫度為460°C -480°C，浸鍍時(shí)間為 lmin，在開始熔化前添加鹽類覆蓋劑；
[0031] S7、將步驟S6所得試樣空冷15s后，放入純水中冷卻。
[0032] 所述合金鍍層成分為：A1 0.5-2. 0%、MgO. 5-1. 5%、Si 0-0.3%，余量為 Zn。
[0033] 所述合金鍍層成分為：A1 2%、Mg I. 5%、Si 0. 15%，余量為Zn。
[0034] 所述步驟S4中所使用的助鍍劑各組分含量按重量百分比為ZnCl225-30%、NH4Cl 10-15%、NaF 1-2%、Na3Al F6L 5-2. 5%、SnCl2L 5-2. 5%、CeCl 31-2%、微量烏洛托品、其 余為水。
[0035] 所述步驟S4中電解活化助鍍的電解裝置的陽極由石墨組成，陰極由基體材料本 身組成。
[0036] 所述步驟S6中的鹽類覆蓋劑各組分含量按重量百分比為：LiCl 15-25%、KCl 50-60%、CaCl2 15-30 % 〇
[0037] 實(shí)施例1
[0038] 本實(shí)施例中，在 Q235 鋼表面熱浸鍍 Zn-0. 5% Al-xMg(x- = 0,0· 5，L 0，L 5wt% ) 合金鍍層，合金鍍層制備所采用的電解活化助鍍劑工藝參數(shù)為：在室溫下進(jìn)行，助鍍時(shí)間 100-120s，電流密度 L 3-1. 7A/dm2;助鍍劑成分 25% ZnCl 2、10% NH4C1、1. 0% NaF、l. 5% Na3AlF6U. 5% SnCl2U. 5% CeCl3、微量烏洛托品、其余為水。
[0039] 堿洗（溫度70-80°C，時(shí)間lmin，150g/L NaOH)-水洗（去離子水）一酸洗（室 溫，時(shí)間lmin，15% HCl加微量緩蝕劑）一水洗（去離子水）一電解活化助鍍一烘干（溫 度120°C，時(shí)間8-10min)-浸鍍（溫度460°C?480°C，時(shí)間Imin)-冷卻（空冷15s后水 冷）。
[0040] 通過上述步驟，在Q235鋼表面制備出了熱浸鍍Zn-0. 5% Al-xMg(x = 0,0. 5，1. 0， 1.5wt% )合金鍍層，從該合金鍍層宏觀表面形貌可以看出，采用此電解活化助鍍法制備出 的鍍層表面光滑，無漏鍍等缺陷；由該合金鍍層截面組織（圖1)可以看出，隨著Mg含量增 加，鍍層截面晶粒細(xì)化，共晶組織區(qū)域越來越大。
[0041] 實(shí)施例2
[0042] 本實(shí)施中，在 Q235 鋼表面熱浸鍍 Zn-2% Al-xMg(x = 0,0.5，L0，L5wt% )合 金鍍層，合金鍍層制備所采用的電解活化助鍍劑工藝參數(shù)為：在室溫下進(jìn)行，助鍍時(shí)間 100-120s，電流密度 L 3-1. 7A/dm2;助鍍劑成分 27% ZnCl 2、10% NH4C1、1. 5% NaF、2. 0% Na3AlF6、2. 0% SnCl2、2. 0% CeCl3、微量烏洛托品、其余為水。
[0043] 堿洗（溫度70-80°C，時(shí)間lmin，150g/L NaOH)-水洗（去離子水）一酸洗（室 溫，時(shí)間lmin，15% HCl加微量緩蝕劑）一水洗（去離子水）一電解活化助鍍一烘干（溫 度120°C，時(shí)間8-10min)-浸鍍（溫度460°C?480°C，時(shí)間Imin)-冷卻（空冷15s后水 冷）。
[0044] 通過上述步驟，在Q235鋼表面制備出了熱浸鍍Zn-2% Al-xMg(x = 0,0. 5，1.0， 1.5wt% )合金鍍層，從該合金鍍層的表面宏觀形貌可以看出，采用此電解活化助鍍法制備 出的鍍層表面平滑，無漏鍍等缺陷；由該合金鍍層截面組織（圖2)可以看出，隨著Mg含量 增加，鍍層截面粗大富鋅相晶粒細(xì)化，組織區(qū)域均勻化。
[0045] 實(shí)施例3
[0046] 本實(shí)施例中，在 Q235 鋼表面熱浸鍍 Zn-2% Al-L 5%Mg-xSi(x = 0· 15,0· 3wt% ) 合金鍍層，合金鍍層制備所采用的電解活化助鍍劑工藝參數(shù)為：在室溫下進(jìn)行，助鍍時(shí)間 100-120s，電流密度 L 3-1. 7A/dm2;助鍍劑成分 30% ZnCl 2、10% NH4C1、1. 5% NaF、2. 0% Na3Al F6、2.0% SnC 12、2·0% CeC 13、微量烏洛托品、其余為水。
[0047] 堿洗（溫度70-80°C，時(shí)間lmin，150g/L NaOH)-水洗（去離子水）一酸洗（室 溫，時(shí)間lmin，15% HCl加微量緩蝕劑）一水洗（去離子水）一電解活化助鍍一烘干（溫 度120°C，時(shí)間8-10min)-浸鍍（溫度460°C?480°C，時(shí)間Imin)-冷卻（空冷15s后水 冷）。
[0048] 通過上述步驟在Q235鋼表面制備出了熱浸鍍Zn-2%Al-L5%Mg-xSi(x = 0. 15， 0.3wt% )合金鍍層，從該合金鍍層宏觀表面形貌可以看出，采用此電解活化助鍍法制備出 的鍍層表面平滑，無漏鍍等缺陷；由該合金鍍層截面組織知，添加 Si可使鍍層晶粒細(xì)化。
[0049] 本發(fā)明利用掃描電子顯微鏡和腐蝕實(shí)驗(yàn)等手段分析了不同成分配比Zn-Al-Mg-Si 合金鍍層的顯微組織和耐腐蝕性能等。表1為合金鍍層在中性鹽霧中的腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由 表1知，Si含量為0. 15%時(shí)，鍍層耐腐蝕性能最優(yōu)。
[0050] 表1合金鍍層在中性鹽霧中的腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0051]

【權(quán)利要求】
1. 一種低鋁熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍層的施鍍方法，其特征在于，包括如下步驟： 51、 取Q235鋼，經(jīng)打磨去除表面氧化皮，切割成尺寸為30mmX30mmX3mm的試樣，配 制熱浸鍍鋅合金液，配制的熱浸鍍鋅合金液的成分為Zn-O. 5% Al-xMg，Zn-2% Al-xMg， Zn-2% Al-1. 5% Mg-xSi ； 52、 將試樣放入濃度為150g/L NaOH溶液中進(jìn)行脫脂處理，氫氧化鈉溶液的溫度為 70-80°C，lmin后取出放入去離子水中清洗； 53、 將清洗后的試樣放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% HC1中，加入微量緩蝕劑，進(jìn)行除銹處理，鹽 酸溶液的溫度為室溫，lmin后取出放入去離子水中清洗； 54、 將步驟S3所得的試樣放入助鍍劑溶液中進(jìn)行電解活化助鍍； 55、 電解活化助鍍后取出試樣，放入干燥箱進(jìn)行烘干處理，干燥箱溫度為120°C，干燥時(shí) 間為 8-10min ; 56、 試樣烘干后將試樣取出進(jìn)行熱浸鍍鋅，浸鍍溫度為460°C _480°C，浸鍍時(shí)間為 lmin，在開始熔化前添加鹽類覆蓋劑； 57、 將步驟S6所得試樣空冷15s后，放入純水中冷卻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鋁熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍層的施鍍方法，其特征在于， 所述合金鍍層成分為：A1 0.5-2. 0%、Mg 0.5-1. 5%、Si 0-0.3%，余量為Zn。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鋁熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍層的施鍍方法，其特征在于， 所述合金鍍層成分為：A1 2%、Mg 1.5%、Si 0.15%，余量為Zn。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鋁熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍層的施鍍方法，其特征 在于，所述步驟S4中所使用的助鍍劑各組分含量按重量百分比為ZnCl2 25-30%、NH4C1 10-15%、NaF l-2%、Na3AlF6 1.5-2. 5%、SnCl2 1.5-2. 5%、CeCl3 1-2%、微量烏洛托品、其 余為水。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鋁熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍層的施鍍方法，其特征在于， 所述步驟S4中電解活化助鍍的電解裝置的陽極由石墨組成，陰極由基體材料本身組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鋁熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍層的施鍍方法，其特征在于， 所述步驟S6中的鹽類覆蓋劑各組分含量按重量百分比為：LiCl 15-25%、KC1 50-60%、 CaCl2 15-30%。
【文檔編號】C23C2/02GK104480419SQ201410418063
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】賀志榮, 劉繼拓, 張永宏, 董金虎, 張建華 申請人:陜西理工學(xué)院