一种镀液中添加废铝原料进行热浸镀的方法
【专利摘要】一种镀液中添加废铝原料进行热浸镀的方法，按以下步骤进行：（1）将含有3004铝合金的废铝材料表面处理后压制成废铝合金团块；（2）在惰性气体保护条件下，将废铝合金团块熔炼浇铸；（3）将废铝合金锭、锌锭、铝锭和Al-RE中间合金作为原料；（4）在惰性气体保护条件下，将锌锭放入电阻炉中熔化，升温至700~750℃，将铝锭和废铝合金锭压入锌熔体保温，将有Al-RE中间合金压入熔体保温，搅拌、扒渣后浇铸；（5）置于锌锅内加热熔化并保温；（6）将镀液扒渣后进行热浸镀。本发明的合金热浸镀层原料的制备方法能够有效利用废铝原料，不仅达到了保护了钢铁制品的目的，还能有效地减少对原铝的消耗，减轻环境的压力。
【专利说明】一种镀液中添加废铝原料进行热浸镀的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于热浸镀【技术领域】，特别涉及一种镀液中添加废铝原料进行热浸镀的方法。
【背景技术】
[0002]目前应用较为广泛的钢铁防腐技术主要是对钢板进行热浸镀处理，它不仅可以有效地减缓钢铁的腐蚀，延长其使用年限，并且具有生产成本低、工艺简单、镀层牢固、外观优美等优点，因此被广泛的应用于建筑、机械、家电等领域。近年来为了进一步提高镀层的耐腐蚀性，镀层材料逐渐由单一的纯锌向锌合金方向发展。工业生产中应用最为广泛的为锌铝合金镀层，它能够提高镀液流动性，降低镀层厚度，节约生产成本等；但与此同时，在生产的过程中，对原铝的消耗量也在不断的增加。
[0003]虽然我国是世界上最大的铝生产和消耗国之一，但随着消费量的迅猛增长，生产生活中产生了大量的废铝，再加上工业中对再生铝资源需求量的日益增长，因此我国对废铝的回收利用有着巨大的发展潜力，例如生活中常用的消耗品易拉罐，它是一种档次较高的铝合金，其中包含了很多有价合金元素，回收价值高极高；可见，废铝如果能够被集中的、有区别地回收利用，将会产生更可观的经济、社会效益，资源也将能够得到更有效地配置。
[0004]多年来我国的废铝再生业只是处于我国铝材加工业的边缘地带，与发达国家相比，我国的废铝再生业发展严重滞后，再生铝产量占我国原铝产量的比例还比较低，并且由于再生铝的质量并不高，应用范围还比较小。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种镀液中添加废铝原料进行热浸镀的方法，通过废铝部分或完全替代原铝结构工艺设计制备热浸镀原料，进行热浸镀生产，提高产品耐腐蚀能力，达到了保护了钢铁制品的目的，还能有效地减少对原铝的消耗，减轻环境的压力。
[0006]本发明的镀液中添加废铝原料进行热浸镀的方法按以下步骤进行:
1、将含有3004铝合金的废铝材料去除表面杂质，再烘干去除水分，然后加热至100~200°C烧去表面非金属杂质，冷却后压制成废铝合金团块；
2、在惰性气体保护条件下，将废铝合金团块置于600~700°C的电阻炉中熔炼，当废铝合金团块完全熔化后，搅拌并扒渣，然后浇铸成废铝合金锭；
3、将废铝合金锭、锌锭、铝锭和Al-RE中间合金作为原料，全部原料按重量百分比含铝锭2.00-6.00%，废铝合金锭2.50-6.50%，Al-RE中间合金0.05-0.15%，其余为锌锭；其中RE为Ce和La ;选用的Al-RE中间合金中Ce的重量百分比为6.5%，La的重量百分比为3.5% ；
4、在惰性气体保护条件下，将锌锭放入600~650°C的电阻炉中；待锌锭熔化成锌熔体后，将锌熔体在10~15min内升温至700~750°C，用钟罩将准备的铝锭和废铝合金锭压入锌熔体中，保温8~10min后取出钟罩；待铝锭和废铝合金锭完全熔化形成锌铝熔体后，用钟罩将有铝箔包裹的Al-RE中间合金压入锌铝熔体中，保温5~10min后取出钟罩；待全部金属熔化后，保温5~10min，搅拌熔体2~5min，扒渣后浇铸，获得热浸镀层原料；
5、将热浸镀层原料置于锌锅内，加热至完全熔化并在440~530°C保温8~10min，使镀液的成分均勾;
6、在惰性气体保护条件下，将待热浸镀的钢板安装到热浸镀模拟机的夹持设备上；将镀液扒渣，通过热浸镀模拟机将钢板浸入到镀液中进行热浸镀，保持3~20s，在钢板表面获得热浸镀层。
[0007]上述方法中，热浸镀完成后以0.5-2.0m/s的提拉速度将钢板从镀液中拉出，同时用喷吹压强为0.01-0.1OMPa的气刀抹拭钢板的表面，使表面的镀层均匀平整。
[0008]上述方法中采用的钢板为普通低碳钢板。
[0009]上述的含有3004销合金的废销材料选用废旧易拉鍾。
[0010]上述方法中，选用的惰性气体为氩气。
[0011]上述方法中，含有3004铝合金的废铝材料中铝的回收率多80%ο
[0012]本发明的方法利用含有3004铝合金的废铝材料中的微量元素，将其引入到合金热浸镀层原料中，在进行热浸镀的过程中，能够提高镀层的耐腐蚀性能，改善镀层的微观组织。通过后期的腐蚀机理分析和相关文献可知，加入废铝后的镀层组织很大程度上得到了细化，有利于使其产生对镀层有保护性、致密性和不易溶解的腐蚀产物，进而保护了镀层。
[0013]本发明的合金热浸镀层原料的制备方法能够有效利用废铝原料，不仅达到了保护了钢铁制品的目的，还能有效地减少对原铝的消耗，减轻环境的压力；采用该热浸镀原料进行钢板的热浸镀，镀层耐腐蚀性得到了极大的提高，镀层微观组织得到了很大的改善，晶粒得到了极大的细化，具有很好的市场应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为采用传统热浸镀原料进行热浸镀后钢板表面的Zn-Al-RE(Zn 94.90%，原铝
5.00%，RE 0.10%)合金镀层的SEM图；
图2为本发明实施例1中进行热浸镀后钢板表面的合金镀层的SEM图；
图3为本发明实施例2中进行热浸镀后钢板表面的合金镀层的SEM图；
图4为本发明实施例3中进行热浸镀后钢板表面的合金镀层的SEM图；
图中深色部分为纯锌相，浅色部分为锌铝共晶组织。
【具体实施方式】
[0015]本发明实施例中采用的锌锭为市购产品，纯度99.99%ο
[0016]本发明实施例中采用的铝锭为市购产品，纯度为99.7%。
[0017]本发明实施例中采用的Al-RE中间合金为市购Al-Ce-La合金。
[0018]本发明实施例中采用的钟罩为石墨钟罩。
[0019]本发明实施例中搅拌熔体采用石墨棒。
[0020]本发明实施例中镀层基体采用的普通低碳钢板为DC51钢板。
[0021]本发明实施例中的钢板在热浸镀前先进行表面预处理，包括碱洗除油、酸洗除锈和弱酸侵蚀等步骤，清洁钢板表面。
[0022]本发明实施例中采用的热浸镀模拟机为申请号201010160353X公开的板带热镀锌模拟试验机。
[0023]本发明实施例中热浸镀时的工艺参数为:气刀缝隙2~4mm，气刀与钢板的距离10~50_，气刀角度-40° ~0°，气刀距离镀液液面距离50~500_。
[0024]本发明实施例中米用的电子扫描设备为SSX-550型鹤灯丝分析扫描电镜。
[0025]本发明实施例中采用中性盐雾腐蚀试验(NSS)来评价Zn-Al-RE三元合金镀层的耐腐蚀性，为了测试的准确性，实验参照GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》标准执行，利用失重速度来评价镀层的耐蚀性；
依据GB/T 10125-2012的要求，试样的被测试面在盐雾箱中呈15° ~45 °摆放，具体的实验参数为:温度35±2°C，NaCl浓度50±5g/L，NaCl溶液pH6.5-7.2，盐雾沉降量
1.5±0.5mL/h.80cm2，喷雾周期 72h (连续)，喷雾压力 70~170KPa ；
样品的处理过程:用混合比为1:1的松香和石蜡加热后密封样品的侧面及背面，用无水乙醇清洗样品的被测试面并用吹风机吹干，用分析天平称量出样品腐蚀前的质量；在盐雾箱内进行72小时连续腐蚀后，用软刷蘸取质量分数为15~25%柠檬酸二铵溶液清洗被测试面便于清除掉腐蚀产物，最后用蒸馏水清洗试样并用吹风机吹干，称量出镀层腐蚀后的质量;
腐蚀速度按以下公式计算:
V= (W1 - W2).S-1.r1
式中，V是指镀锌板的腐蚀速度，单位为g.πΓ2 ^hlw1指腐蚀前试样的重量，单位为g ;W2为腐蚀后试样重量(已清除腐蚀产物)，单位为g ;S是指试样暴露面积，单位为m2;T是指腐蚀时间，单位为h。
[0026]本发明实施例中将表面获得热浸镀层的钢板用剪板机将剪切为15mmX 15mm的小块，置于装有无水乙醇的烧杯内，并在超声波洗涤器中清洗10~20min，取出后用吹风机吹干作为试样用于检测。
[0027]本发明实施例中采用的含有3004铝合金的废铝材料为废旧易拉罐。
[0028]实施例1
将含有3004铝合金的废铝材料去除表面杂质，再烘干去除水分，然后加热至100~200°C烧去表面非金属杂质，冷却后压制成废铝合金团块；
在惰性气体保护条件下，将废铝合金团块置于600~700°C的电阻炉中熔炼，当废铝合金团块完全熔化后，搅拌并扒渣，然后浇铸成废铝合金锭；
将废铝合金锭、锌锭、铝锭和Al-RE中间合金作为原料，全部原料按重量百分比含铝锭
2.00%，废铝合金锭2.50%，Al-RE中间合金0.05%，其余为锌锭；
在惰性气体保护条件下，将锌锭放入600°C的电阻炉中；待锌锭熔化成锌熔体后，将锌熔体在1min内升温至700°C，用钟罩将准备的铝锭和废铝合金锭压入锌熔体中，保温1min后取出钟罩；待销徒和废销合金徒完全恪化形成梓销恪体后，用钟罩将有销笛包裹的Al-RE中间合金压入锌铝熔体中，保温5min后取出钟罩；待全部金属熔化后，保温5min，搅拌熔体2min，扒渣后浇铸，获得热浸镀层原料；
将热浸镀层原料置于锌锅内，加热至完全熔化并在440°C保温lOmin，使镀液的成分均匀；
在惰性气体保护条件下，将待热浸镀的钢板安装到热浸镀模拟机的夹持设备上；将镀液扒渣，通过热浸镀模拟机将钢板浸入到镀液中进行热浸镀，保持20s，在钢板表面获得热浸镀层；进行热浸镀后钢板表面的合金镀层的SEM结果如图2所示；
热浸镀完成后以0.5m/s的提拉速度将钢板从镀液中拉出，同时用喷吹压强为0.0lMPa的气刀抹拭钢板的表面，使表面的镀层均匀平整；
采用传统的Zn-Al-RE (Zn 94.90%，原铝5.00%，RE 0.10%)镀液进行热浸镀，合金镀层的SEM结果如图1所示；
由图可见，镀层主要由纯锌相和锌铝共晶组织构成，图2与图1的镀层形貌相比，组织由原来不均匀的机械混合状变为成分比较均匀的细条状组织，组织中出现了晶界，镀层的晶界较为紊乱；
将镀层钢板处理后进行72h的中性盐雾实验后，检验本实施例的镀层腐蚀速率为
0.0954g/m2.h，而传统纯锌镀层腐蚀速率为0.82015 g/m2.h，本实施例的镀层大大提高了钢板镀层的耐腐蚀性。
[0029]实施例2
方法同实施例1，不同点在于:
将废铝合金锭、锌锭、铝锭和Al-RE中间合金作为原料，全部原料按重量百分比含铝锭4.00%，废铝合金锭4.50%，Al-RE中间合金0.10%，其余为锌锭；
在惰性气体保护条件下，将锌锭放入630°C的电阻炉中；待锌锭熔化成锌熔体后，将锌熔体在12min内升温至730°C，用钟罩将准备的铝锭和废铝合金锭压入锌熔体中，保温9min后取出钟罩；待销徒和废销合金徒完全恪化形成梓销恪体后，用钟罩将有销笛包裹的Al-RE中间合金压入锌铝熔体中，保温Smin后取出钟罩；待全部金属熔化后，保温8min，搅拌熔体3min，扒渣后浇铸，获得热浸镀层原料；
将热浸镀层原料置于锌锅内，加热至完全熔化并在500°C保温9min，使镀液的成分均匀；
将镀液扒渣，通过热浸镀模拟机将钢板浸入到镀液中进行热浸镀，保持10s，在钢板表面获得热浸镀层；进行热浸镀后钢板表面的合金镀层的SEM结果如图3所示；
热浸镀完成后以1.0m/s的提拉速度将钢板从镀液中拉出，同时用喷吹压强为0.05MPa的气刀抹拭钢板的表面，使表面的镀层均匀平整；
将镀层钢板处理后进行72h的中性盐雾实验后，检验其镀层腐蚀速率为0.0827g/m2.h0
[0030]实施例3
方法同实施例1，不同点在于:
将废铝合金锭、锌锭、铝锭和Al-RE中间合金作为原料，全部原料按重量百分比含铝锭
6.00%，废铝合金锭6.50%，Al-RE中间合金0.15%，其余为锌锭；
在惰性气体保护条件下，将锌锭放入650°C的电阻炉中；待锌锭熔化成锌熔体后，将锌熔体在15min内升温至750°C，用钟罩将准备的铝锭和废铝合金锭压入锌熔体中，保温8min后取出钟罩；待销徒和废销合金徒完全恪化形成梓销恪体后，用钟罩将有销笛包裹的Al-RE中间合金压入锌铝熔体中，保温1min后取出钟罩；待全部金属熔化后，保温lOmin，搅拌熔体5min，扒渣后浇铸，获得热浸镀层原料；
将热浸镀层原料置于锌锅内，加热至完全熔化并在530°C保温8min，使镀液的成分均匀；
将镀液扒渣，通过热浸镀模拟机将钢板浸入到镀液中进行热浸镀，保持3s，在钢板表面获得热浸镀层；进行热浸镀后钢板表面的合金镀层的SEM结果如图4所示；
热浸镀完成后以2.0m/s的提拉速度将钢板从镀液中拉出，同时用喷吹压强为0.1OMPa的气刀抹拭钢板的表面，使表面的镀层均匀平整；
将镀层钢板处理后进行72h的中性盐雾实验后，检验其镀层腐蚀速率为0.0738g/m2.h0
【权利要求】
1.一种镀液中添加废铝原料进行热浸镀的方法，其特征在于按以下步骤进行: (O将含有3004铝合金的废铝材料去除表面杂质，再烘干去除水分，然后加热至100~200°C烧去表面非金属杂质，冷却后压制成废铝合金团块； (2)在惰性气体保护条件下，将废铝合金团块置于600~700°C的电阻炉中熔炼，当废铝合金团块完全熔化后，搅拌并扒渣，然后浇铸成废铝合金锭； (3)将废铝合金锭、锌锭、铝锭和Al-RE中间合金作为原料，全部原料按重量百分比含铝锭2.00-6.00%，废铝合金锭2.50-6.50%，Al-RE中间合金0.05-0.15%，其余为锌锭；其中RE为Ce和La ;选用的Al-RE中间合金中Ce的重量百分比为6.5%，La的重量百分比为3.5% ； (4)在惰性气体保护条件下，将锌锭放入600~650°C的电阻炉中；待锌锭熔化成锌熔体后，将锌熔体在10~15min内升温至700~750°C，用钟罩将准备的铝锭和废铝合金锭压入锌熔体中，保温8~10min后取出钟罩；待铝锭和废铝合金锭完全熔化形成锌铝熔体后，用钟罩将有铝箔包裹的Al-RE中间合金压入锌铝熔体中，保温5~10min后取出钟罩；待全部金属熔化后，保温5~10min，搅拌熔体2~5min，扒渣后浇铸，获得热浸镀层原料； (5)将热浸镀层原料置于锌锅内，加热至完全熔化并在440~530°C保温8~10min，使镀液的成分均匀； (6)在惰性气体保护条件下，将待热浸镀的钢板安装到热浸镀模拟机的夹持设备上；将镀液扒渣，通过热浸镀模拟机将钢板浸入到镀液中进行热浸镀，保持3~20s，在钢板表面获得热浸镀层。
2.根据权利要求1所述的一种镀液中添加废铝原料进行热浸镀的方法，其特征在于热浸镀完成后以0.5-2.0m/s的提拉速度将钢板从镀液中拉出，同时用喷吹压强为0.01-0.1OMPa的气刀抹拭钢板的表面，使表面的镀层均匀平整。
3.根据权利要求1所述的一种镀液中添加废铝原料进行热浸镀的方法，其特征在于所述的含有3004销合金的废销材料选用废旧易拉鍾。
4.根据权利要求1所述的一种镀液中添加废铝原料进行热浸镀的方法，其特征在于所述的钢板为普通低碳钢板。
【文档编号】C23C2/06GK104451500SQ201410784990
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】高波, 朱广林, 何吉东, 吕继可, 百玉婷, 胡亮, 涂赣峰 申请人:东北大学