[發明專利]一種熱浸鍍鋅鋁鈣合金鍍層及其熱浸鍍方法

在審

• 申請號: 201710541261.8
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107177809A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 岳增武;張振岳;樊志彬;翟季青;劉延華;閆風潔;李辛庚;郭凱;李文靜;王曉明;傅敏;吳亞平;米春旭
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: C23C2/06
• 分類號: C23C2/06;C23C2/02;C22C1/03;C22C18/04
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所37218
• 代理人: 趙玉鳳

技術領域

本發明屬于金屬防腐領域，具體涉及Zn-Al-Ca合金鍍層及其熱浸鍍方法。

背景技術

熱浸鍍鋅是一種有效的鋼鐵表面防腐工藝。鍍鋅層對鋼鐵基體材料具有隔離作用和陰極保護作用，在大多數自然環境中，鋅的腐蝕速度只有鋼的1/10-1/100，因此能對鋼鐵基體提供較好的保護作用。

在工業污染、沿海及潮濕等地區，普通熱浸鍍鋅層的防腐壽命明顯降低，往往不能滿足設計要求。研究發現在鍍鋅中添加鋁，可提高鍍層的耐蝕性能，隨著Al含量的增加，鍍層的抗腐蝕性能提高，當達到Zn-Al共晶成分時(Al含量5%左右)，鍍層主要由薄片狀交替分布的α-Al相和β-Zn相組成。此外，共晶成分的合金還具有較低的熔點，適于進行熱浸鍍。在此基礎上添加鈰鑭混合稀土形成的Zn-5%Al-RE（商業名Galfan），耐蝕性為熱鍍純鋅的2-3倍。

鋅鋁鎂合金鍍層具有更好的耐蝕性能，如Zn-6%Al-3%Mg合金鍍層，成為近年來研究的熱點。但Mg加入Zn-Al合金鍍層金屬中時，使批量熱浸鍍的工藝性變差，鍍層粗糙，且產生漏鍍，由于沒有適用的助鍍劑，目前不能用于批量熱浸鍍，只應用于連續熱浸鍍工藝，用在像洗衣機外殼、汽車外殼這樣的薄板，不能用于大型鋼結構。當前由于空氣污染，大氣腐蝕性加劇，對提高批量熱浸鍍層耐蝕性的需求十分強烈。因此，研究新的可批量熱浸鍍、價格低廉、可代替稀土并有更好耐腐性的合金鍍層具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型熱浸鍍Zn-Al-Ca合金鍍層，與Galfan合金鍍層(Zn-5%Al-RE)相比，該合金鍍層具有更好的耐蝕性能，Ca元素在地殼中含量豐富，可代替稀缺資源稀土元素。

本發明的另一目的是提供一種上述合金鍍層的批量熱浸鍍方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案。

一種熱浸鍍鋅鋁鈣合金鍍層，含有以下百分含量的成分：鋁4%-6.5%，鈣0.1-0.8%，余量為鋅和不可避免的雜質；所述雜質包括鉛，鎘，錫，銻等，總量≤0.05%。

作為優選，上述熱浸鍍鋅鋁鈣合金鍍層含有以下百分含量的成分：鋁4.5%-6%，鈣0.3-0.5%，余量為鋅和不可避免的雜質。

所述鋁、鈣以鋅-鋁中間合金和鋁-鈣中間合金方式加入。

上述熱浸鍍鋅鋁鈣合金鍍層采用以下方法制備：加熱鋅、鋅-鋁中間合金至完全熔化，再加入鋁-鈣中間合金加熱至完全熔化。

上述熱浸鍍鋅鋁鈣合金鍍層的熱浸鍍方法，包括以下步驟：合金鍍層的熔煉；鋼鐵材料基體的預處理；熱浸鍍；所述熱浸鍍的溫度為430℃-450℃；時間為10s-3min。

所述鋅鋁鈣合金的熔煉方法，包括以下步驟：將稱量好的鋅、鋅-鋁中間合金加入熔煉爐中，升溫至500℃，等完全熔化后加入鋁-鈣中間合金，升溫至620℃，等完全熔化后降低溫度至熱浸鍍溫度430℃-450℃。

所述預處理，采用以下步驟為：在15wt%的Na(OH)₂溶液中堿洗除油→清水沖洗→在10wt%的鹽酸中酸洗除銹→清水沖洗→助鍍劑助鍍→干燥。

上述預處理中，堿洗溫度為70-90℃，時間3-5min；所述酸洗時間為3-5min；助鍍溫度為70-90℃，時間30s；干燥溫度為100-120℃，時間為2-3min。

一種熱浸鍍鋅鋁鈣合金鍍層的助鍍劑，包括以下成分：500g/L ZnCl₂，90g/L SnCl₂，10g/L CeCl₃，7.5mL/L十二烷基磺酸鈉。

在常規熱浸鍍溫度附近，Ca在Zn或Al中的溶解度不高，并且溶解度隨著冷卻過程而降低，鍍后的試樣在冷卻過程中，會有細小金屬間化合物析出，形成結晶晶核，使鍍層晶粒細化，提高耐蝕性能。另外，Ca和Mg具有相似的化學性質，加入Zn-Al合金中可起到相似的作用，在腐蝕性介質中可調節微區酸堿性，提高鍍層在含Clˉ環境中的耐蝕性。但Mg加入Zn-Al合金鍍層金屬中時，使批量熱浸鍍的工藝性變差，鍍層粗糙，且易產生漏鍍，尚未能成功應用于批量熱浸鍍。而加入Ca時無此不良影響。與稀土相比，Ca在地殼中的含量豐富，價格低廉，Zn-Al-Ca合金具有比Zn-Al-RE（Galfan）更好的耐蝕性能。

本發明具有以下有益優點：本發明的熱浸鍍鋅鋁鈣合金鍍層價格低廉、可批量熱浸鍍、熱鍍工藝簡單、耐腐蝕性好，優于Zn-5%Al-RE；在鋼材防腐方面，尤其是在重腐蝕地區有廣闊應用前景。

附圖說明