一種熱浸鍍用Zn-Al-Si中間合金及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于熱浸鍍鋅技術領域，涉及一種鋼材熱浸鍍用Zn-Al-Si中間合金及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]熱浸鍍鋅作為一種具有優(yōu)良耐腐蝕性能的涂層技術，在汽車、建筑及家電行業(yè)中得到廣泛應用。熱浸鍍鋅液中添加微量元素可以有效地提高鋼鐵材料的耐腐蝕性能和改善鍍層質量。為了抑制鐵鋁之間的放熱反應，鋁含量較高的熱浸鍍鋅鋁合金中通常會添加一定量的硅。在不同成分的熱浸鍍Zn-Al-Si合金制備過程中硅的加入通常是以鋁硅中間合金的形式完成的，常規(guī)的加入溫度為700°C左右，不同成分的鋁硅合金，其熔入溫度不同，但一般會高于此溫度。由于鋅鋁合金與鋁硅合金密度相差較大，熔煉過程中通常需用鐘罩將鋁硅壓入熔池，熔解比較困難，硅不能快速熔入鋅池而發(fā)生燒損，在熔池表面形成大量的浮渣，嚴重影響最終熔池中硅的收得率。
[0003]本發(fā)明通過制備Zn-Al-Si中間合金替代傳統(tǒng)Al-Si中間合金，旨在解決用Al-Si中間合金制備熱浸鍍Zn-Al-Si時中間合金加入溫度過高、熔煉時間較長以及熔煉過程出現(xiàn)大量硅浮渣的問題，降低合金燒損，提高熔池中硅的收得率。由于降低了中間合金加入溫度，縮短了合金熔煉時間，減小了鋅的燒損，提高了生產效率，降低了生產成本。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于開發(fā)出一種新型鍍鋅中間合金，通過制備Zn-Al-Si中間合金替代傳統(tǒng)Al-Si中間合金，解決熔解Al-Si中間合金出現(xiàn)大量硅浮渣問題，提高熔池中硅的收得率；降低中間合金的加入溫度，縮短合金熔煉的時間，減小鋅的燒損，提高了生產效率，降低了生產成本。大大提高連續(xù)鍍鋅生產線的效率。
[0005]—種鋼材熱浸鍍用Zn-Al-Si中間合金,所用原材料為鋅錠、招錠、娃粉。其中:Al的含量控制在20~30wt.%，Si的含量控制在0~35wt.%，其余為Zn。
[0006]所述的Zn-Al-Si中間合金的制備步驟如下:
(1)配制Zn-Al-Si中間合金
所用原材料為鋅錠、鋁粉、和硅粉。按重量比計，Zn-Al-Si中間合金中Al占20~30%，Si占0-35%,其余為Zn ；
(2)熔煉Zn-Al-Si中間合金
按照步驟(I)中重量百分比準確稱量Zn、Al和Si，將Zn、Al和Si在氬氣保護下真空封裝，放爐中升溫到500°C ~550°C，保溫15min ;然后升溫至800°C _850°C，保溫Ih ;取樣時充分搖勻，使其成分均勻，然后淬火處理，得到Zn-Al-Si中間合金。
[0007]本發(fā)明還公開了權利要求1所述的鋼材熱浸鍍用Zn-Al-Si中間合金用于制備熱浸鍍Zn-Al-Si合金的用途。
[0008]一種制備熱浸鍍Zn-Al-Si合金的方法，是先將鋅錠置于中頻感應爐中，待鋅錠熔化后加入鋁錠，升溫至650°C，熔煉，攪拌均勻生成合金液，在合金液表面加鹽類覆蓋劑，降溫至500°C，保溫30min，再將權利要求1所述的Zn-Al-Si中間合金壓入合金液中，熔煉，攪拌使其混合均勻生成熔融合金液，保溫30min，最后撈渣，澆注到扁平金屬模中快速冷卻。
[0009]本發(fā)明中Al含量保持在20~30wt.%，Si含量保持在0~35wt.%，其主要目的是盡量降低中間合金的熔化溫度和密度，并使合金中混合的Si達到均勻分布的效果。在Zn-Al-Si合金凝固過程中，由于硅含量較高，會從液相中析出塊狀初生硅相，然后再形成鋁硅共晶組織。其中一部分共晶硅以不規(guī)則的形態(tài)鑲嵌在富鋁的枝晶中，另一部分以針狀的形式析出富集在富鋁枝晶的晶界上。針狀共晶硅及其細小的共晶鋁阻礙了枝晶的生長，細化了晶粒。另外，由于采用了扁平?？焖倮鋮s，避免了偏析的產生。
[0010]由Zn-Al 二元相圖可知，Zn-30%A1合金在600°C溫度下Zn、Al完全互熔，根據(jù)Zn-Al-Si中間合金的具體情況，其作為中間合金的加入溫度通常會低于600°C ;而且與Al-30%Si及Al-50%Si相比，其凝固過程中的溫度波動不大。
[0011]實際生產中熔煉Al-Si中間合金的溫度一般為700°C左右，可以看出熔化Al-Si中間合金的溫度明顯高于熔化Zn-Al-Si中間合金的溫度。實驗表明，Al-Si中間合金700°C加入熔池時，Al-Si中間合金完全熔入熔池的時間是Zn-Al-Si中間合金500°C熔入熔池時間的2~3倍，更高的熔煉溫度和更長的停留時間，使得Al-Si中間合金加入熔池中極易出現(xiàn)硅的燒損現(xiàn)象和大量不熔硅，最終在熔池表面形成浮渣，降低了熔池中硅的實際收得率。更高的熔煉溫度也增加了能耗，縮短了中頻爐的使用壽命；更長的熔煉時間也嚴重影響了生產效率。
[0012]本發(fā)明中通過全新工藝制備的Zn-Al-Si中間合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Al-Si中間合金可以實現(xiàn)在較低溫度下將硅快速、均勻溶入熔池中。由于Zn-Al-Si中間合金中塊狀硅尺寸較Al-Si中間合金更細小(如圖3，4所示)，有利于Zn-Al-Si中間合金中硅在熔池中均勻分散的熔解，解決熔解Al-Si中間合金出現(xiàn)大量硅浮渣問題，提高熔池中硅的收得率。
【附圖說明】
[0013]圖1為Al-Si 二元相圖，可以看到Al-Si發(fā)生二元共晶反應的溫度為577°C，除了共晶點以外，Al若完全以液相形式存在，溫度應高于660.50C ；
圖2為Zn-Al-Si三元相圖450°C等溫截面圖，可以看到圖中陰影區(qū)域即為權利要求1的最佳成分區(qū)域；
圖3、圖4分別為Al-30%Si商用二元中間合金和Zn-20%Al-32%Si三元中間合金顯微組織的BSE照片，對比圖3和圖4可以發(fā)現(xiàn)Zn-Al-Si中間合金中塊狀Si的晶粒尺寸明顯小于Al-Si中間合金中塊狀Si的晶粒；這有利于減小中間合金加入熔池時Si的難熔性，使得Si能均勻、快速熔入鋅池中，不易發(fā)生Si的燒損；
圖5為用Al-Si中間合金獲得的熔池元素面掃描中Si元素分布示意圖，圖6為和Al-Si中間合金相同硅含量的Zn-Al-Si中間合金獲得的熔池元素面掃描中Si元素分布示意圖，對比圖5和圖6可以發(fā)現(xiàn)用Zn-Al-Si中間合金獲得的熔池中Si含量明顯高于用Al-Si中間合金獲得的熔池中硅含量，充分說明使用Zn-Al-Si中間合金有利于實現(xiàn)有效硅的精確控制，保證實際合金中有效硅含量。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明的鋼材熱浸鍍用Zn基中間合金由Zn、Al、Si三種元素組成，是一種高效的熱浸鍍用Zn-Al-Si中間合金；所用原材料分別為鋅錠、鋁錠、和硅粉。其中，按重量百分比計，含有的Al為20-30%, Si是0~35%，余量是Zn。
[0015]利用Zn-Al-Si中間合金制備鋼材熱浸鍍Zn-Al-Si合金方法如下:
(1)配制Zn-Al-Si中間合金
按重量比計，Zn-Al-Si中間合金中Al占20-30%, Si占0-35%,其余為Zn ；
(2)熔煉Zn-Al-Si中間合金
按照步驟(I)中重量百分比準確稱量Zn、Al和Si，將Zn、Al和Si在氬氣保護下真空封裝，放爐中升溫到500°C ~550°C，保溫15min ;然后升溫至800°C _850°C，保溫Ih ;取樣時充分搖勻，使其成分均勻，然后淬火處理，得到Zn-Al-Si中間合金。
[0016](3)熔煉 Zn-Al-Si 合金
先將鋅錠置于中頻感應爐中，待鋅錠熔化后加入鋁錠，升溫至650°C，熔煉，攪拌均勻生成合金液，在合金液表面加鹽類覆蓋劑，降溫至500°C，保溫30min，再將Zn-Al-Si中間合金壓入合金液中，熔煉，攪拌使其混合均勻生成熔融合金液，保溫30min，最后撈渣，澆注到扁平金屬?？焖倮鋮s。
[0017]實施例1
Zn-20wt.%Al-0.3wt.%Si 合金制備方法
(1)配制Zn-20%Al-30%Si(成分處于圖2陰影部分中)中間合金
按重量比計，Zn-20%Al-30%Si中間合金占Zn-20%A1_0.3%Si合金10%，其中Zn-20%Al-30%Si中間合金中Al占20%, Si占30%，其余為Zn ；
(2)熔煉Zn-20%Al-10%Si中間合金
按照步驟(I)中重量百分比準確稱量Ζη、Α1和Si，將Ζη、Α1和Si在氬氣保護下真空封裝，放爐中升溫到500°C ~550°C，保溫15min ;然后升溫至800°C ~850°C，保溫Ih ;取樣時充分搖勻，使其成分均勻，然后淬火處理，得到Zn-20%Al-30%Si中間合金，其顯微組織的BSE照片如圖4所示。
[0018](3)先將占Zn-20%A1_0.3%Si合金重量79.2%的鋅錠置于中頻感應爐中，待鋅錠熔化后，將占Zn-20%Al-0.3%Si合金重量19.8%的鋁錠壓入鋅液，升溫至650°C，熔煉，攪拌均勻生成合金液，在合金液表面加鹽類覆蓋劑，降溫至500°C，保溫30min，再將Zn-Al-Si中間合金壓入合金液中，熔煉，攪拌使其混合均勻生成熔融合金液，保溫30min，最后撈渣，澆注到扁平金屬?？焖倮鋮s，得到Zn-20%Al-0.3%Si合金，其元素面掃描中Si元素分布如圖6所示。
[0019]實施例2
Zn-20wt.%Al-0.4wt.%Si 合金制備方法
(1)配制Zn-20%Al-10%Si中間合金
按重量比計，Zn-20%Al-10%Si中