专利名称：钢铁结构件热浸镀铝方法
技术领域：
本发明属于金属防腐蚀表面工程技术领域，涉及一种钢铁结构件的热浸镀铝方法，尤其涉及熔剂法热浸镀铝。
背景技术：
热浸镀铝后的钢铁结构件具有优异的大气耐腐蚀性，尤其针对含有S02、H2S和NO2 等的工业气体。经试验证明，钢铁结构件镀铝后的耐腐蚀性明显优于镀锌后的耐腐蚀性，但是，目前为止，热浸镀铝在实际生产中的应用还不到热浸镀锌的2%。因为，热浸镀铝在实际操作中工艺复杂，工艺条件要求严格，存在较大的困难和技术瓶颈。目前，国内外热浸镀铝一般采用覆盖熔剂法，由于熔融铝液很容易与空气发生反应，所以在铝液表面覆盖一层熔融覆盖盐，起到还原并阻隔空气的作用，但是，当钢铁结构件镀铝后，覆盖盐必然会沾染在镀件表面，严重影响镀铝效果，后续清除覆盖盐困难，而且熔融覆盖盐中含有大量有毒的氟化物，氟化物在高温的铝浴中挥发性加大，加剧了有毒物质的扩撒，对环境及工人健康产生了很大的影响。另一种镀铝方法称钝化法，是先对钢铁结构件进行强氧化处理，使之表面生成FeO和!^e3O4钝化膜，之后进行热浸镀铝，钝化膜被熔融铝还原成新生态铁，熔融铝极易浸润新生态铁发生冶金反应和原子扩散而制出镀铝层。钝化法工艺简单，过程中无毒，无害，但是熔融铝还原钝化膜需要760V -820°C的高温，以及更长的浸镀时间，而且钝化法热浸镀铝在大批量的生产条件下容易出现漏镀，镀层不光滑等缺陷。
发明内容
为克服现有技术热浸镀铝方法中存在氟化物覆盖盐含量较高，且覆盖盐在高温铝浴中挥发出大量的有毒物质，覆盖盐后续清除难，以及钝化法产品合格率低的问题，本发明提供一种新的钢铁结构件热浸镀铝方法，大大降低了覆盖盐的清除难度，使有毒氟化物含量和挥发量都大大减少，且镀铝效果良好，完全避免了大批量生产条件下钝化法漏镀，产品合格率低的问题。为解决上述问题，本发明提供一种热浸镀铝方法，其特征在于镀铝的基本工艺流程为1)前处理把钢铁结构件进行除油除锈镀铝前的清洗；2)水溶液助镀处理把清洗干净的钢铁结构件进行水溶液助镀处理；3)烘干把涂上助渡剂的钢铁结构件进行烘干处理；4)熔剂处理把烘干后的钢铁结构件投放到质量百分比为50% -52% KC1、 40% -42% NaCl,3% -5% Na3AlF6和3%-5% AlF3的熔融熔剂中进行浸润处理；5)热浸镀铝把熔剂浸润后的钢铁结构件投放到含有质量百分比为 97. 4% -98. 6% AlU. 2% -1. 5% Ζη,Ο. 08% -1. 0% Sb 和 0.1% Ti 的熔融铝浴中进行热浸镀铝；其中，铝浴上表面覆盖了一层含有质量百分比为50%的NaCl和50%的KCl熔融覆盖剂，且覆盖剂不包括氟化物等有毒物质；
6)水淬清洗把镀铝后的钢铁结构件在空气中冷却至250°C左右，之后淬入到 600C _85°C循环清水中10秒左右，之间在水中震动钢铁结构件三次；7)镀件的镀后处理把水淬处理后的钢铁结构件进行钝化、漂洗等镀后处理。优选地，在步骤4)中的熔融熔剂中再加入质量百分比3% -5%的&iCl2。优选地，步骤4)中熔融熔剂包含质量百分比为50%-52% KCl,40%-42% NaCl, 3. 5% Na3AlF6 和 4. 2-4. 8% AlF3。优选地，所述NaCl和KCl熔融覆盖剂完全覆盖在铝浴上表面，且控制形成的熔融覆盖剂厚度为2mm。优选地，在所述步骤5)钢铁结构件投放到铝浴中镀铝之前，用工具刮掉铝浴表面新生成的氧化物浮渣，使钢铁结构件在进入铝浴时不与氧化物浮渣相接触。由于本发明提供的热浸镀铝方法，把原本覆盖在熔融铝浴表面的覆盖盐单放到一个加热锅中进行加热熔融，形成熔融熔剂，并在钢铁结构件水溶液助镀处理并烘干后，把钢铁结构件投放到此熔融熔剂中进行浸润助镀，此时，含有50% -52% KCl.40%-42% NaCl, 3% -5% Na3AlFf^P 3%-5% AlF3的覆盖盐形成熔融熔剂的温度为615°C左右，并且熔融熔剂中的氟盐质量百分比不超过10%，这就比现有技术中覆盖在铝浴表面的熔融熔剂温度低了 100°C以上，且比现有技术中的氟盐含量低了很多，这样，就大大降低了熔融熔剂中有毒氟盐的挥发量，降低了有毒氟盐对环境和人员的影响。另外，现有技术中，把水溶液助镀并烘干后的钢铁结构件直接放入铝浴中进行热浸镀铝，实际的批量生产中，还会有少数钢铁结构件没有被完全烘干，有残余水分被带到铝浴中，在高温铝浴中被分解成氢气和氧气，沿着钢铁结构件表面从铝浴中冒出，起泡的过程严重的影响了铝浴在钢铁结构件表面的附着，大大降低了钢铁结构件镀层的光滑、平整性。 而本发明提供的热浸镀铝方法，在水溶液助镀并烘干后，把钢铁结构件再放入到熔融熔剂中进行浸润，此时含有少量水分的钢铁结构件将在熔融熔剂锅中完全被烘干。从而使热浸镀铝过程中没有气体冒出，降低对镀铝效果的影响。由于S1Cl2的熔点较低，经试验证明，在本发明提供的熔融熔剂中加入适量的 SiCl2，还可以有效的降低整个熔融熔剂的熔点，而没有任何副作用，所以，更加降低了熔融熔剂中有毒氟盐的挥发。本发明提供的热浸镀铝方法，在铝浴表面覆盖熔融的NaCl和KC1，质量百分比各 50%，起到隔绝空气与熔融铝浴发生氧化反应的作用，由于此覆盖熔剂中不包含难容和有毒的氟盐成分，所以此过程没有毒性物质的挥发，且钢铁结构件热浸镀铝后，表面只是沾染了 NaCl和KCl易溶于水的物质，因此比现有技术大大降低了后续清除覆盖盐的难度。本发明提供的热浸镀铝方法，在铝浴中加入适量的Zn、Sb、Ti元素，经发明人反复试验，记录了多组实验数据，发现了严格控制三种金属元素在铝浴中的质量百分比Si 1. 2% -1. 5%, Sb 0. 08% -1. 0%和Ti 0. 1%，才能发挥其最有效的协同效应，更好的提高铝浴对镀件表面的附着性能，最有效的提高镀层的平滑性和光泽性。实施方式为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体实施例对本发明的实施方式进行详尽，具体的说明。准备熔融熔剂加热锅，在加热锅中投放质量百分比为50% -52% KCl,40% -42%NaCl,3% -5% ^4^^^^3^-5% AlF3,加热至615°C左右，使上述四种物质形成熔融状态。优选地，在加热锅中再加入质量百分比3%-5%的SiCl2，经发明人多次试验证明， 加入适量的 SiCl2 可以有效的降低 50%-52% KC1,40% -42% NaCl,3% -5% Na3AlF6 和 3%-5% AlF3四种物质的熔点至590°C左右，由于加热温度的降低，进一步降低了毒性氟盐 Na3AlF6和AlF3的挥发性，也进一步减少了能源的消耗。在这里，我们把现有技术中，原本覆盖在铝浴表面具有还原和隔绝空气作用的覆盖盐单独拿到加热锅中进行加热熔融，在钢铁结构件进行水溶液助镀、烘干后，在热浸镀铝前，把钢铁结构件放入到此熔融熔剂中进行浸润助镀。本发明提供的熔融熔剂配方中有毒氟盐Na3AlF6和AlF3的含量明显低于现有技术中氟盐的含量，又由于熔融熔剂中加入适量的ZnCl2使熔点降低至590°C左右，使熔融熔剂中有毒氟盐的挥发量得到了有效的控制。由于现有技术中覆盖在铝浴表面的覆盖盐，在热浸镀铝时温度达到730°C左右，造成覆盖盐中有毒氟盐的大量挥发，消耗了一部分氟盐，又由于730°C铝浴中，虽有覆盖盐隔绝空气，但铝浴上层必定会有少部分氧化铝生成，氟盐又会还原新生成的氧化铝，此时又会消耗部分氟盐，而采用本发明提供的热浸镀铝方法，把覆盖盐单独放到一个加热锅中进行加热至615°C左右就会熔融，形成熔融熔剂，由于没有和铝浴直接接触，没有多余的氟盐消耗，又因为此时单独加热熔融熔剂的温度比熔融熔剂覆盖在铝浴表面时的加热温度降低了 100°C以上，有效的控制了有毒氟盐的大量挥发，减少了氟盐不必要的损耗，从而可以把熔融熔剂中氟盐的含量有效降低，而不影响其在镀铝过程中的还原作用。本发明提供的热浸镀铝方法，使钢铁结构件在熔融熔剂中进行完全、充分的浸润与助镀，浸润充分，时间长，而现有技术中，熔融熔剂覆盖在铝浴表面，钢铁结构件在镀铝过程中只是快速的穿过、浸沾，因此，只有少量的熔融熔剂被沾染在钢铁结构件表面，不能像本发明提供的热浸镀铝方法那样，能够使钢铁结构件完全浸润在熔融助镀溶剂中，充分发挥其还原溶解氧化物的能力，和提高铝浴对钢铁结构件的附着能力。这也是本发明提供的熔融熔剂配方中有较少的氟盐含量，而还能充分发挥其作用的原因。优选地，在加热锅中投放质量百分比为50% -52% KCl,40% -42% NaCl,3. 5% Na3AlF6和4. 2-4. 8% AlF3。Na3AlF6和AlF3具有强还原性，同时具有较强毒性，众所周知， 两种物质在熔融熔剂中配比的含量越高，其还原性和毒性越高，但是，在多次的试验中，发明人惊奇的发现，当Na3AlF6含量占熔融熔剂质量百分比为3. 5%，A1F3质量百分比占4. 2% 时，整体熔融熔剂的还原性有一个直线迅速的增长，保持Na3AlF6质量百分比为3. 5%不变， 逐渐增加AlF3含量，整体熔融熔剂的还原性成正玄函数式的增长，当AlF3含量占4. 8%时， 继续增加AlF3含量，其整体熔融熔剂的还原性就如现有技术中记载的按正比列增长了。如
图1所示，反应了氟盐含量和整体熔融熔剂还原性的关系。
权利要求
1.一种钢铁结构件热浸镀铝方法，其特征在于镀铝的基本工艺流程为1)前处理把钢铁结构件进行除油除锈镀铝前的清洗；2)水溶液助镀处理把清洗干净的钢铁结构件进行水溶液助镀处理；3)烘干把涂上助渡剂的钢铁结构件进行烘干处理；4)熔剂处理把烘干后的钢铁结构件投放到熔融熔剂中进行浸润处理；5)热浸镀铝把熔剂浸润后的钢铁结构件投放到熔融铝浴中进行热浸镀铝；6)水淬清洗把镀铝后的钢铁结构件在空气中冷却至250°C左右，之后淬入到 600C _85°C循环清水中10秒左右，之间在水中震动钢铁结构件三次；7)镀件的镀后处理把水淬处理后的钢铁结构件进行钝化、漂洗等镀后处理。
2.根据权利要求1所述的钢铁结构件热浸镀铝方法，其特征在于所述步骤4)中熔融熔剂包含质量百分比为 50%-52% KC1,40% -42% NaCl,3% -5% Na3AlF6 和 3%-5% A1F3。
3.根据权利要求2所述的钢铁结构件热浸镀铝方法，其特征在于所述步骤4)中熔融熔剂包含质量百分比为 50%-52% KC1,40% -42% NaCl,3. 5% Na3AlF6 和 4. 2-4. 8% A1F3。
4.根据权利要求1、2、3中任意一项所述的钢铁结构件热浸镀铝方法，其特征在于在步骤4)中所述的熔融熔剂中加入质量百分比为3% -5%的&iCl2。
5.根据权利要求1所述的钢铁结构件热浸镀铝方法，其特征在于所述步骤5)中的铝浴包含质量百分比为 97. 4%-98. 6% AlU. 2% -1. 5% Ζη,Ο. 08% -1. 0% Sb 禾口 0.1% Ti。
6.根据权利要求1或5所述的钢铁结构件热浸镀铝方法，其特征在于在所述步骤5) 中的铝浴上表面加入质量百分比50%的NaCl和50%的KCl熔融覆盖剂，其中不包括氟化物等有毒物质。
7.根据权利要求6所述的钢铁结构件热浸镀铝方法，其特征在于所述NaCl和KCl熔融覆盖剂完全覆盖在铝浴上表面，且控制熔融覆盖剂厚度为2mm。
8.根据权利要求1所述的钢铁结构件热浸镀铝方法，其特征在于在所述步骤5)钢铁结构件投放到铝浴中镀铝之前，用工具刮掉铝浴表面新生成的氧化物浮渣，使钢铁结构件在进入铝浴时不与氧化物浮渣相接触。
全文摘要
本发明提供一种钢铁结构件热浸镀铝方法，属于金属防腐蚀表面工程技术领域。本热浸镀铝工艺流程包括钢铁结构件的镀前处理、水溶液助镀处理、熔融熔剂助镀处理、热浸镀铝、镀后处理。其中熔融熔剂包含质量百分比为50％-52％ KCl、40％-42％ NaCl、3％-5％ Na3AlF6和3％-5％AlF3；热浸镀铝的铝浴包含质量百分比为97.4％-98.6％ Al、1.2％-1.5％Zn、0.08％-1.0％ Sb和0.1％ Ti，并且铝浴表面覆盖质量百分比为50％的NaCl和50％的KCl熔融覆盖剂。本发明提供的热浸镀铝方法镀层平滑、光亮，无漏镀，产品合格率高，并且在镀铝过程中毒性物质含量低，挥发少，对工人健康及环境影响小。
文档编号C23C2/30GK102560313SQ20121003331
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者许雷 申请人:北京海泰锐森环境能源技术开发有限公司