[發明專利]熱浸鍍Zn-Al-Si-Mg合金鍍層及其熱浸鍍方法

有效

• 申請號: 201210034237.2
• 申請日: 2012-02-16
• 公開（公告）號: CN102560310A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 蘇旭平;李振鋒;涂浩;王建華;劉亞;吳長軍;高翠平
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C23C2/06
• 分類號: C23C2/06;C22C18/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及熱浸鍍技術領域，特指熱浸鍍Zn-Al-Si-Mg合金鍍層及其熱浸鍍方法。

背景技術

金屬腐蝕是指金屬與周圍環境中的介質發生化學或電化學反應，使金屬遭到破壞，金屬腐蝕造成的直接經濟損失約占國民經濟總產值的1%-4%；金屬腐蝕不僅造成經濟上的損失，而且會造成自然資源和能源的浪費；隨著工業的不斷發展，大氣環境也在不斷惡化，特別是沿海地區與重工業區，金屬腐蝕現象越發嚴重；傳統的熱浸鍍鋅鍍層已經難以適應實際需要，所以迫切需要開發新的耐腐蝕性更強的合金鍍層。

鋅鋁合金鍍層因為其優良的耐腐蝕性和較好的陰極保護性能，一直受到國內外的關注，目前，主要以Galfan與Galvalume鍍層的應用最廣；特別是后者，因為其優良的耐大氣和海洋腐蝕的能力而備受關注，但是鍍液中高的含鋁量不僅使得浸鍍需要很高的溫度，而且加大了鋅鋁的燒損，同時也增強了鐵鋁之間的放熱反應，使得鍍層金屬間化合物層的厚度快速增長，并使鋅渣的量增加；此外，由于大量鋁的加入，使得熔體的密度下降，由此造成大量的鋅渣在鋅池底部沉積，以致必須隔一段時間就要停產撈渣，不利于生產效率的提高；由于助鍍等原因的影響，目前Galvalume鍍層主要是通過板材連續鍍的方式獲得，還沒有大量應用于一些零部件的批量鍍。

發明內容

本發明的目的在于提高高鋁鋅鋁合金的耐腐蝕性，降低浸鍍溫度，增加熔體密度，減少渣的形成，使作為鋅渣主要成分的FeAl₃變為懸浮渣，并且應用于一些對耐腐蝕性、外觀質量要求比較高的零部件的批量鍍，圖1為熱浸鍍Zn-Al-Si-Mg合金鍍層照片，從圖中可以看出鍍層表面光滑無漏鍍。

為了進一步提高高鋁鋅鋁合金鍍層的耐腐蝕能力，降低浸鍍溫度，增大熔體密度，本發明將鋁含量控制在25%~40%，這樣使得作為鍍鋅鋁中主要鋅渣成分的FeAl₃上升成為懸浮渣，如附圖2所示：白色為FeAl₃，其余的為鋅鋁合金。

本發明合適的浸鍍溫度為?560℃-580℃，這樣可以降低鋅鋁的燒損以及氧化，還可以降低鐵的損耗，減少渣的形成。

為了控制合金層的厚度，而且增大合金熔液的流動性，本發明中加入1.0%-1.5%的硅，當鋁含量保持在25%~40%時，鍍層凝固組織中的硅會以共晶硅的形式出現，而且根據圖3可以發現因為硅的加入，使得鍍層在凝固過程中沒有粗大的初生硅形成，并會共晶組織形成，所以細化晶粒，而且使得鍍層凝固組織中枝晶的排列更加規則，使得鍍層的加工性能和耐腐蝕性能都得到提高；根據實驗得到的鍍層掃描電鏡照片（圖4）可以發現，當硅含量保持在1.0%-1.5%時，鍍層的金屬間化合物層中的抑制層τ_5C相能保持180秒左右不發生破裂，這樣就能抑制合金層的厚度，還可以抑制合金層的剝落，這些剝落的合金層也是鋅渣的一部分，所以將鋁硅含量控制在這個范圍能使得鍍層的機械加工性能得到提高而且還能減少渣的形成，而且硅的加入能使鍍層凝固組織的表面形成耐腐蝕性能良好的Al_3.21Si_0.47（圖5為熱浸鍍Zn-Al-Si-Mg鍍層腐蝕后XRD結果）。

加入1.0%~1.5%的鎂的目的，是因為鎂的加入能促使合金鍍層在腐蝕時，產生耐腐蝕很好的Zn₅(OH)₈Cl₂.H₂O腐蝕產物（見圖5）；而且因為鎂的加入，能在鍍層凝固組織中形成氧化鎂，這些都能有效提高鍍層的耐腐蝕性；而且因為合金中鋁鋅鎂的含量遠偏離三元共晶點（見圖6），所以合金凝固組織中不會有MgZn₂的形成，所以有利于鍍層機械加工性能的提高。

因為鎂的加入使得熔液的粘稠度增大，所以加入0.3%-0.5%的稀土，用于增加熔液的流動性，細化晶粒，而且稀土能富集在合金凝固組織的晶界（見圖7），能有效組織晶界處得腐蝕，所以也能增強其耐腐蝕性能；所述稀土為鑭、鈰或者鑭鈰混合稀土。

在熔煉合金時，因為鎂的氧化會使得熔池表面產生一層氧化物，從熔池中取出鍍件時，會使得氧化物附著在鍍件上，影響鍍件的外觀，為了消除這一現象，合金在熔煉時，用RJ-2熔鹽覆蓋在熔池表面，所述混合熔鹽的組分以質量百分比計算為：MgCl₂：38%~50%，KCl：32%~45%，BaCl₂：5%~10%，CaF₂：3%~8%。