[發明專利]一種鋼材熱浸鍍用Zn-Al-Ti-B合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201310412105.3
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103498073A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 王建華;潘修河;涂浩;蘇旭平;劉亞;吳長軍
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C22C18/04
• 分類號: C22C18/04;C22C1/03;C23C2/06
• 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

????本發明專利屬于熱浸鍍鋅技術領域，特指一種鋼材熱浸鍍用Zn-Al-Ti-B合金及其制備方法。

背景技術

熱浸鍍鋅鋁合金是一種較為簡單而有效的鋼鐵防腐方法，由于鋅鋁合金鍍層兼顧了鋁的耐久性和鋅的犧牲陰極保護性，其鍍層的性能較單一元素的鍍層的性能優越，防腐蝕性能更是比純鋅鍍層高出數倍，已經廣泛應用于家電、建筑、容器制造、車船、機電等領域中；為提高鍍鋅產品的抗腐蝕性能和鍍鋅產品質量，一些合金元素常被加入到鋅池之中，如鋁、鎂、鈦、硼、稀土等；查閱文獻表明，在Galfan鍍層（含有5wt.%Al）和Galvalume鍍層（含有55wt.%Al）中加入這些元素的研究較多，但是對鍍層合金鋁含量控制在30wt.%的研究較少；目前，發現了涂浩等人的研究工作（專利CN?102994929?A和專利CN?102392207?B），該專利將鍍鋅合金中的鋁含量控制在20~40wt.%，且加入的是Si、Mg、以及稀土元素，但是在含20~40wt.%鋁的鍍鋅合金中未見有加入Ti以及B等合金元素的研究報道。

目前，在已有的熱浸鍍鋅鋁合金中，Galvalume鍍層由于其優良的耐腐蝕性能，得到了廣泛應用；但是，Galvalume合金鍍層過厚、熔池中渣含量過多的問題嚴重影響到產品質量。因此，解決熔池中渣問題是連續鍍鋅生產線上一個十分迫切的問題，研究表明，熔池中過飽和的鐵是鋅渣形成的主要原因，鋼板的溶入是鋅池中鐵的主要來源，鐵元素在鋅液中的溶解度是隨溫度增加而增加，浸鍍溫度越高，鋼板與鋅池間的擴散越快，鐵的溶解速度也就越快，因此減少由鋼板溶入鋅池的鐵量，就可有效減少底渣的產生，此外，當鋅池中鋁含量超過?10%?時，鋼板與鋅液之間的反應將非常劇烈，隨著鍍鋅液中鋁含量的提高，特別是鋁重量含量超過?20%?時，鐵的溶解速度迅速大幅提高，鐵、鋁之間的放熱反應更加劇烈，可見，熔池中高的鋁含量也是底渣形成的主要原因之一，通過有效降低鋅池中鋁含量的方法能減少鋅渣的形成，并且隨著鋁含量的降低，鋅池鍍液密度增大，可以使底渣轉化為浮渣。

鈦是一種高熔點金屬元素，常作為強化元素或變質劑添加到其他金屬或合金中，鈦具有極高的熔點和優異的抗腐蝕性能，被廣泛用于航天、軍工、核反應、原子能等領域，當含鈦的熱浸鍍鋅層暴露在空氣或水中時，能形成一層穩定，且具有更強結合力和保護性能的TiO₂氧化膜，它會使鍍鋅層處于鈍化狀態，即使在海洋環境中也不易被氯離子破壞，并且此氧化膜有良好的自愈性，受到腐蝕破壞后能快速自行修復；魏世承等從電化學參數中也得出，添加鈦后的鍍鋅層耐腐蝕性能增強，杜艷等對在純鋅浴中添加Ti元素對含硅鋼的熱浸鍍鋅影響進行了研究，結果發現，隨著純鋅浴中Ti含量增加，抑制了ζ相生長，鈦的添加對鍍層厚度有明顯的減薄作用，隨鈦含量增加減薄效果也更明顯。

因此，利用鈦和硼元素來細化熱浸鍍鋅鋁合金中的共晶組織和擴展鋅鋁鈦系鍍鋅合金的應用范圍，對形成具有自主知識產權的鍍鋅合金和更好地滿足生產應用，是十分必要的。

發明內容

本發明的目的在于開發出一種新型鍍鋅合金，通過減少Al元素的含量，有效降低熔池中鋅渣的含量；通過鈦與硼元素的加入，細化鍍鋅合金中共晶組織，在生產成本不會大幅度增加的情況下，大大提高了連續鍍鋅生產線的效率，同時提升熱浸鍍鋅鋁合金的耐腐蝕性能，提高鍍層表面質量。使新型鍍鋅合金應用于一些對耐腐蝕性、外觀質量要求比較高的零部件的熱鍍鋅工藝中。

熱浸鍍用Zn-Al-Ti-B合金鍍層，其特征在于：Al的含量控制在30wt.%，Ti的含量控制在0.5~2wt.%，B的含量控制在0.5~2wt.%，其余為Zn。

所述的鋅鋁鈦硼合金的制備步驟如下：

（1）熔化：將配比好的Zn塊、Al塊放入預熱好的坩堝中，升溫至720℃生成合金液，在合金液表面加鹽類覆蓋劑，再把用鋁箔包裹好的Al-10Ti以及Al-16B中間合金壓入合金液，熔煉，攪拌并混合均勻，降溫至550℃，保溫一個小時，等待撈渣處理；

（2）撈渣：待鋅鋁鈦硼合金液全部融化，并攪拌均勻，從熔池中撈出鋅鋁合金液中的渣；

（3）澆鑄：將無渣的鋅鋁鈦硼合金溶液倒入到澆鑄模中，在常溫下冷卻成為柱狀鋅鋁鈦硼合金。

所述的覆蓋劑為經過脫水處理的質量百分含量30-50%CaCl₂、20-40%KCL和質量百分含量20%-30%NaCl的均勻混合的固態粉末，相比于常規的鹽類覆蓋劑，其具有更好的保溫效果。