[發(fā)明專利]一種用于鋼材溶劑法熱鍍高鋁含量合金鍍層的助鍍劑

有效

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• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104032248A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 涂湛;唐囡;李遠鵬;江社明;張啟富;王賀賀
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院;新冶高科技集團有限公司
• 主分類號: C23C2/06
• 分類號: C23C2/06
• 代理公司: 南昌市平凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122
• 代理人: 姚伯川

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技術(shù)領(lǐng)域????

本發(fā)明涉及一種適用于鋼材溶劑法熱鍍高鋁含量合金鍍層的助鍍劑,屬金屬鍍層技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)化的進程，大氣污染和酸雨沉降越來越普遍和頻繁，隨之而帶來的鋼材腐蝕問題因而越來越受到關(guān)注。如何采用最為經(jīng)濟、最為有效的方式來保護鋼材防止腐蝕，成為了研究的重點。熱浸鍍鋅及鋅基合金是防止鋼材腐蝕的一種最為主流的表面處理方法，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵材料各類結(jié)構(gòu)的防護上，全球金屬鋅消耗量的50%以上都用于鋼鐵的防護鍍層。

鋼材熱鍍鋅或鋅基合金從工藝處理上分為氣體還原法熱鍍和溶劑法工藝熱鍍兩種。氣體還原法主要適用于待鍍工件形狀尺寸比較規(guī)則的鋼鐵熱鍍鋅，如鋼板帶、鋼絲的連續(xù)熱熱鍍鋅。而對于形狀尺寸復(fù)雜的鋼鐵零部件或鋼結(jié)構(gòu)部件熱鍍鋅通常采用溶劑法熱鍍工藝。

溶劑法工藝熱鍍鋅通常將鋼鐵工件通過除油、酸洗、活化、涂助鍍劑等工藝流程進行前處理，然后再將鋼材浸入裝有數(shù)十至數(shù)百噸鋅液/鋅合金液的鐵鍋（陶瓷鍋）中，浸入時間為3~5分鐘。再將鋼材從鋅鍋中提取出來，鋼材表面因此粘附上一層鋅/鋅合金。此過程為熱浸鍍鋅或鋅基合金。在上述工藝流程中，涂助鍍劑是最為關(guān)鍵的一道工序，其直接決定了鋼材表面是否能鍍上鋅或鋼材表面鋅層質(zhì)量是否合格。由此，助鍍劑的成分及涂布成為了鍍鋅工作者最為關(guān)心的問題之一。目前，國內(nèi)外絕大部分使用的助鍍劑是氯化鋅銨助鍍劑，其具有助鍍效果好、工藝簡單和穩(wěn)定、成本低廉等優(yōu)勢。

氯化鋅銨助鍍劑雖然有以上諸多優(yōu)點，但其存在的一個主要問題是其限制了鋅液/鋅合金液中的鋁含量。通常情況下，進行熱浸鍍鋅或鋅合金時鋅鍋中的鋁含量不能超過0.01%，最優(yōu)化含量為0.005%。主要原因在于若鋅液/鋅合金液中鋁含量超過上述上限，則氯化鋅銨助鍍劑中的氯化銨會與鋅液/鋅合金液中的鋁發(fā)生反應(yīng)：?

6NH₄Cl?＋?2Al?→?2AlCl₃↑?＋?3H₂?↑?＋?6NH₃?↑??????????????????

上述反應(yīng)會消耗掉鋼材表面助鍍劑中大量的氯化銨，因此會造成鋼材表面的漏鍍。同時鋅鍋中的鋁含量也會被消耗掉，造成鍍層成分不均一。因此，目前鋼結(jié)構(gòu)件、鋼鐵零部件的熔劑法熱鍍鋅基本都采用純鋅鍍層。

隨著我國工業(yè)化的進程，對鋼鐵材料在不同使用環(huán)境中的服役壽命提出了越來越嚴(yán)格的要求，尤其在工業(yè)經(jīng)濟發(fā)達的沿海地區(qū)，其在腐蝕環(huán)境比較苛刻的狀況下。因此，開發(fā)耐蝕性更好的鋅基合金鍍層成為一個迫切的需要，同時開發(fā)采用耐蝕性更好的鋅基合金鍍層，可以減少鋅資源的消耗，也是未來發(fā)展的方向。

在鋅液中添加鋁，形成鋅基合金鍍層成為了提高鍍層耐蝕性一個重要的方向。用于氣體還原法熱鍍鋅的高鋁含量合金鍍層國外已經(jīng)開發(fā)出不少產(chǎn)品，如Galfan、Galvalume、ZAM鍍層，其鍍層中鋁含量在3%~55%之間，耐腐蝕性比純鋅鍍層提高幾倍到十幾倍。中國專利（CN?102994928）中發(fā)明了鋼材熱浸鍍鋅基合金，該合金由鋅、鋁、硅、鈦和鑭組成，其中鋁含量占20-30%，耐蝕性能與Galvalume相當(dāng)。

另一方面，在鋼材緊固件熱鍍鋅領(lǐng)域，由于螺紋尺寸公差要求越來越嚴(yán)格，需要一種能夠提高鍍液流動性和減薄鍍層的鋅合金來防止螺紋被多余的鋅堵塞，而在鋅液中添加鋁能夠達到這樣的要求。因此愈來愈多的緊固件生產(chǎn)商采用高鋁含量的鋅基合金進行緊固件熱鍍處理。

綜上所述，在鋅液中添加鋁，進行高鋁合金鍍層熱鍍處理越來越成為溶劑法熱鍍鋅領(lǐng)域的一個發(fā)展要求和趨勢。但是，由于氯化鋅銨助鍍劑的固有缺陷限制了鋁的添加。因此，本發(fā)明提出一種適用于溶劑法熱鍍高鋁合金鍍層的助鍍劑配方，改善和克服氯化鋅銨容易和鋁反應(yīng)的缺點，使得溶劑法熱鍍鋼結(jié)構(gòu)和零部件的表面能夠鍍上一層高鋁含量的合金鍍層，滿足更加嚴(yán)苛的耐蝕性和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，為了解決溶劑法熱鍍鋼結(jié)構(gòu)和零部件無法浸鍍高鋁含量合金鍍層的問題，而提出的一種適用于溶劑法熱鍍高鋁含量合金鍍層的助鍍劑。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明助鍍劑的不同于以往的助鍍劑特點在于利用無機物在高溫下的強還原性，在高溫浸鍍時將鋼材表面殘余的氧化物還原，從而獲得“干凈潔凈”的界面，鋼材和合金液體獲得良好的浸潤性。該助鍍劑的配方包含硼氫化鉀、氫氧化鈉、氯化鈣、氟化鉀、氯化鋰、氟鋁酸鈉、氟鈦酸鉀、非離子表面活性劑，其特征在于該助鍍劑的具體成分的含量是（g/L）：

硼氫化鉀：20~60g/L;

氫氧化鈉：1~10g/L；