激光熱處理細(xì)化熱浸鍍鍍層材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料表面的熱處理方法，特別是一種材料表面鍍層的熱處理方法，應(yīng)用熱浸鍍層強化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]熱浸鍍鋅是熱浸鍍產(chǎn)品中的主要部分，其工業(yè)生產(chǎn)歷史長，產(chǎn)品產(chǎn)量大，應(yīng)用范圍廣，鍍層具有良好的耐腐蝕性能。鋁鍍層呈銀白色，具有優(yōu)于鋅鍍層的外觀裝飾性能，具有優(yōu)異的耐大氣腐蝕性能，良好的熱反射性能。鍍鋁鋅層同時集中了鍍鋁和鍍鋅的優(yōu)點，它具有鍍鋁板優(yōu)良的抗大氣腐蝕性能、較好的抗高溫和熱反射能力及良好的焊接性能；同時它兼有鍍鋅板的良好切邊和劃痕電化學(xué)保護作用及良好的成形性，并具有令人滿意的與眾不同的銀白色鍍花表面。在熱浸鍍鋁鋅鍍層中，應(yīng)用最為廣泛的主要是Zn-5A1-RE鍍層(Galfan鍍層)以及Zn-55A1_1.6Si鍍層(Galvalume鍍層，簡稱GL)。在過去的應(yīng)用中主要以熱浸鍍層的耐蝕性為主，廣泛應(yīng)用于建筑、汽車等行業(yè)。但隨著社會需求的發(fā)展，熱浸鍍鍍層材料的市場也隨之?dāng)U大，逐漸被應(yīng)用于家用電器工業(yè)，如面包烤箱、電冰箱、烘箱等。這就對其表面質(zhì)量提出了更高的要求，例如更好的美觀性、平整性、機械加工性能等。晶粒細(xì)化是改善金屬材料綜合力學(xué)性能的重要手段之一，我們可以通過對熱浸鍍鍍層進行晶粒細(xì)化處理，使得鍍層材料的表面質(zhì)量得到提高，拓寬其應(yīng)用范圍。
[0003]在實際生產(chǎn)過程中，熱浸鍍鍍層晶粒細(xì)化最常見的方法是向鍍液中添加鈦或含鈦的晶粒細(xì)化劑。以鍍鋁鋅細(xì)化晶粒領(lǐng)域為例，如在專利號為US5571566的專利中向成分為Al 55%，Zn 43.4%，Si 1.6%的鍍液中添加Al-Ti合金中間合金作為晶粒細(xì)化劑，又如專利號為EP1428898的專利中向成分為Al 55%, Zn 43.4%, Si 1.6%的鍍液中添加Al-T1-B中間合金，以上兩個專利均向鍍液中添加了含鈦的晶粒細(xì)化劑，晶粒細(xì)化劑極大地提高了形核率，有效地細(xì)化了晶粒，形成組織比較均勻的鍍層，使得鍍層的耐蝕性和抗高溫氧化性得到不同程度的提高。但現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，往鍍液中添加含鈦晶粒細(xì)化劑時還存在一些問題，如國內(nèi)某鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)在熱浸鍍鋁鋅生產(chǎn)過程中，往往存在鋅花不均勻以及鋅渣過多的現(xiàn)象。這種缺陷直接關(guān)乎鍍層的表面質(zhì)量，極大的影響到鍍層的美觀性，造成產(chǎn)品降級處理，甚至造成本批次產(chǎn)品作廢。除此之外像Al-Ti中間合金細(xì)化劑還存在細(xì)化效果不穩(wěn)定、成本高等不足之處，因此采用合適的方法來細(xì)化熱浸鍍鍍層的晶粒已經(jīng)成為一種趨勢。
[0004]激光重熔是利用激光的高能率密度瞬間把表面薄層熔化，而處于低溫的基體有很強的導(dǎo)熱性，可以造成極大的過冷度，使熔池快速凝固，得到超細(xì)晶粒而使表面強化。在專利公開號為CN102560054A的專利中對工件進行了激光重熔處理，有效細(xì)化了工件表面處理層的晶粒，大幅度提高材料的耐磨性，耐熱性和耐腐蝕性，且工件表面光滑、美觀，具有良好的表面性能；在專利公開號為CN101575690A的專利中對難熔合金進行激光重熔、退火處理，結(jié)果獲得了晶粒高度細(xì)化，組織均勻、致密的合金材料，從而提高了材料各方面的性能。除此之外，激光重熔還可以使合金強度增加、顯微偏析減少、有非平衡相生成等，這些都可以起到有效的表面強化。
[0005]相對于添加晶粒細(xì)化劑的細(xì)化方法而言，激光重熔加工工藝簡單、細(xì)化效果好，而且屬于非接觸加工，被加工材料不受力、不變形。此外激光重熔不需要向鍍層材料中添加其他物質(zhì)，故不會產(chǎn)生廢渣、廢氣、廢水。因此激光重熔在熱浸鍍鍍層晶粒細(xì)化方面有著良好的應(yīng)用前景，但查閱相關(guān)的文獻后發(fā)現(xiàn)目前關(guān)于激光重熔細(xì)化熱浸鍍鍍層晶粒方面的研究則至今未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種激光熱處理細(xì)化熱浸鍍鍍層材料的方法，采用激光重熔法來細(xì)化鍍層晶粒，以提高鍍層材料的表面性質(zhì)，該工藝能夠有效提高鍍層材料表面質(zhì)量，拓寬其應(yīng)用范圍，滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。
[0007]為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種激光熱處理細(xì)化熱浸鍍鍍層材料的方法，在器件的表面制備熱浸鍍層材料之后，再利用激光的熱作用對鍍層材料表面進行激光重熔處理，來融化鍍層表面合金，隨后再通過急速冷卻使熱浸鍍鍍層合金的晶粒細(xì)化，當(dāng)在對熱浸鍍層材料進行激光重熔處理時，激光重熔選擇的激光功率為1.0~2.0kw，激光束掃描速度為10~20mm/s，光斑直徑為l~3mm。
[0008]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，在器件的表面制備熱浸鍍層材料時，依次包括器件的基體材料表面機械處理、表面除油、水洗、酸洗、再水洗、預(yù)熱、浸鍍和冷卻一系列過程，得到具有熱浸鍍層的器件。
[0009]作為本發(fā)明進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，在器件的表面制備熱浸鍍層材料時，包括如下步驟:
a.將器件的基體材料表面經(jīng)過0#~6#砂紙逐級打磨后，清除器件的基體材料表面氧化膜；
b.在85°C條件下，使在所述步驟a中得到的潔凈的器件的表面浸入溶質(zhì)總質(zhì)量濃度為10%的NaOH和Na2C03的堿性溶液中除油，浸泡15分鐘后將器件取出，并用溫?zé)岬恼麴s水沖洗器件的表面；
c.在20°C條件下，使用質(zhì)量濃度為15%的HCl溶液對在所述步驟a中得到的器件的表面進行除銹，浸泡15分鐘后再取出，然后用室溫的蒸餾水沖洗干凈；
d.將稱重好的鍍液金屬錠放置于坩堝中，并將坩堝放入浸鍍爐中，再通入5L/min的H2和N2混合氣體，混合氣體按照體積比含有10%的H 2，保證浸鍍爐的爐體微正壓，再將坩堝加熱到相應(yīng)的鍍液金屬錠的融化溫度，待金屬錠完全熔化后，即得到熱浸鍍金屬鍍液；作為優(yōu)選的技術(shù)方案，器件完全離開熱浸鍍金屬鍍液后進行冷卻時，優(yōu)選采用水冷或空冷方式；所述鍍液金屬錠優(yōu)選采用鋅錠、鋁鋅硅錠或鋁鋅錠；
e.將在所述步驟c中得到的器件浸入鍍液前，在上爐膛預(yù)熱lOmin，然后將器件浸入到在所述步驟d中制備的熱浸鍍金屬鍍液中，達到設(shè)定浸鍍時間后，垂直將器件提起，器件的提起速度為0.09m/s,當(dāng)器件完全離開熱浸鍍金屬鍍液后，即隨后進行冷卻。
[0010]作為本發(fā)明進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，在對器件的鍍層材料表面進行激光重熔處理時，采用CO2橫流連續(xù)激光器，利用CO 2橫流連續(xù)激光器形成的光斑對鍍層材料進行處理，使器件的基體表面形成熔池，然后經(jīng)過急速冷卻，器件的基體表面形成新的一層金屬層。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點:
1.采用本發(fā)明激光熱處理的方法對熱浸鍍鍍層進行晶粒細(xì)化具有操作簡單、處理效率高、節(jié)約工序、節(jié)約生產(chǎn)成本等優(yōu)點；
2.采用本發(fā)明處理后得到的鍍層材料組織均勻細(xì)密，晶粒細(xì)化效果好，能提高鍍層材料的表面質(zhì)量。
[0012]3.本發(fā)明涉及激光熱處理領(lǐng)域，在常規(guī)熱浸鍍工序后采用激光重熔來融化鍍層表面合金，隨后急速冷卻來細(xì)化熱浸鍍鍍層合金的晶粒，改善其組織結(jié)構(gòu)，從而提高鍍層材料的綜合性能。與現(xiàn)有晶粒細(xì)化技術(shù)相比，如與添加Al-T1-B、A1-T1-C等中間合金相比，本發(fā)明工藝能夠有效細(xì)化表面處理層的晶粒，提高鍍層材料表面質(zhì)量，拓寬其應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實施例一激光重熔細(xì)化熱浸鍍鍍層合金晶粒的方法的流程圖。
[0014]圖2是本發(fā)明實施例一激光重熔細(xì)化熱浸鍍鍍層合金晶粒的裝置圖。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳述如下:
實施例一:
在本實施例中，參見圖1和圖2，一種激光重熔細(xì)化熱浸鍍鍍層合金晶粒的方法，具體步驟如下:在器件表面機械處理一除油一水洗一酸洗一水洗一預(yù)熱一浸鍍一水冷。將熱浸鍍板固定在X-Y移動板6上，設(shè)定功率的激光束I從激光器中發(fā)出，打在器件的基體5表面上，在表面形成一個圓形的光斑。由于激光的熱作用，基體5表面形成熔池3。同時,X-Y移動板6帶動基體5在X、Y方向上移動使激光沿著掃描方向V對基體形成一條條熔道，