激光热处理细化热浸镀镀层材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种材料表面的热处理方法，特别是一种材料表面镀层的热处理方法，应用热浸镀层强化技术领域。
【背景技术】
[0002]热浸镀锌是热浸镀产品中的主要部分，其工业生产历史长，产品产量大，应用范围广，镀层具有良好的耐腐蚀性能。铝镀层呈银白色，具有优于锌镀层的外观装饰性能，具有优异的耐大气腐蚀性能，良好的热反射性能。镀铝锌层同时集中了镀铝和镀锌的优点，它具有镀铝板优良的抗大气腐蚀性能、较好的抗高温和热反射能力及良好的焊接性能；同时它兼有镀锌板的良好切边和划痕电化学保护作用及良好的成形性，并具有令人满意的与众不同的银白色镀花表面。在热浸镀铝锌镀层中，应用最为广泛的主要是Zn-5A1-RE镀层(Galfan镀层)以及Zn-55A1_1.6Si镀层(Galvalume镀层，简称GL)。在过去的应用中主要以热浸镀层的耐蚀性为主，广泛应用于建筑、汽车等行业。但随着社会需求的发展，热浸镀镀层材料的市场也随之扩大，逐渐被应用于家用电器工业，如面包烤箱、电冰箱、烘箱等。这就对其表面质量提出了更高的要求，例如更好的美观性、平整性、机械加工性能等。晶粒细化是改善金属材料综合力学性能的重要手段之一，我们可以通过对热浸镀镀层进行晶粒细化处理，使得镀层材料的表面质量得到提高，拓宽其应用范围。
[0003]在实际生产过程中，热浸镀镀层晶粒细化最常见的方法是向镀液中添加钛或含钛的晶粒细化剂。以镀铝锌细化晶粒领域为例，如在专利号为US5571566的专利中向成分为Al 55%，Zn 43.4%，Si 1.6%的镀液中添加Al-Ti合金中间合金作为晶粒细化剂，又如专利号为EP1428898的专利中向成分为Al 55%, Zn 43.4%, Si 1.6%的镀液中添加Al-T1-B中间合金，以上两个专利均向镀液中添加了含钛的晶粒细化剂，晶粒细化剂极大地提高了形核率，有效地细化了晶粒，形成组织比较均匀的镀层，使得镀层的耐蚀性和抗高温氧化性得到不同程度的提高。但现场生产过程中，往镀液中添加含钛晶粒细化剂时还存在一些问题，如国内某钢铁生产企业在热浸镀铝锌生产过程中，往往存在锌花不均匀以及锌渣过多的现象。这种缺陷直接关乎镀层的表面质量，极大的影响到镀层的美观性，造成产品降级处理，甚至造成本批次产品作废。除此之外像Al-Ti中间合金细化剂还存在细化效果不稳定、成本高等不足之处，因此采用合适的方法来细化热浸镀镀层的晶粒已经成为一种趋势。
[0004]激光重熔是利用激光的高能率密度瞬间把表面薄层熔化，而处于低温的基体有很强的导热性，可以造成极大的过冷度，使熔池快速凝固，得到超细晶粒而使表面强化。在专利公开号为CN102560054A的专利中对工件进行了激光重熔处理，有效细化了工件表面处理层的晶粒，大幅度提高材料的耐磨性，耐热性和耐腐蚀性，且工件表面光滑、美观，具有良好的表面性能；在专利公开号为CN101575690A的专利中对难熔合金进行激光重熔、退火处理，结果获得了晶粒高度细化，组织均匀、致密的合金材料，从而提高了材料各方面的性能。除此之外，激光重熔还可以使合金强度增加、显微偏析减少、有非平衡相生成等，这些都可以起到有效的表面强化。
[0005]相对于添加晶粒细化剂的细化方法而言，激光重熔加工工艺简单、细化效果好，而且属于非接触加工，被加工材料不受力、不变形。此外激光重熔不需要向镀层材料中添加其他物质，故不会产生废渣、废气、废水。因此激光重熔在热浸镀镀层晶粒细化方面有着良好的应用前景，但查阅相关的文献后发现目前关于激光重熔细化热浸镀镀层晶粒方面的研究则至今未见报道。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种激光热处理细化热浸镀镀层材料的方法，采用激光重熔法来细化镀层晶粒，以提高镀层材料的表面性质，该工艺能够有效提高镀层材料表面质量，拓宽其应用范围，满足工业化生产的需要。
[0007]为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案:
一种激光热处理细化热浸镀镀层材料的方法，在器件的表面制备热浸镀层材料之后，再利用激光的热作用对镀层材料表面进行激光重熔处理，来融化镀层表面合金，随后再通过急速冷却使热浸镀镀层合金的晶粒细化，当在对热浸镀层材料进行激光重熔处理时，激光重熔选择的激光功率为1.0~2.0kw，激光束扫描速度为10~20mm/s，光斑直径为l~3mm。
[0008]作为本发明优选的技术方案，在器件的表面制备热浸镀层材料时，依次包括器件的基体材料表面机械处理、表面除油、水洗、酸洗、再水洗、预热、浸镀和冷却一系列过程，得到具有热浸镀层的器件。
[0009]作为本发明进一步优选的技术方案，在器件的表面制备热浸镀层材料时，包括如下步骤:
a.将器件的基体材料表面经过0#~6#砂纸逐级打磨后，清除器件的基体材料表面氧化膜；
b.在85°C条件下，使在所述步骤a中得到的洁净的器件的表面浸入溶质总质量浓度为10%的NaOH和Na2C03的碱性溶液中除油，浸泡15分钟后将器件取出，并用温热的蒸馏水冲洗器件的表面；
c.在20°C条件下，使用质量浓度为15%的HCl溶液对在所述步骤a中得到的器件的表面进行除锈，浸泡15分钟后再取出，然后用室温的蒸馏水冲洗干净；
d.将称重好的镀液金属锭放置于坩埚中，并将坩埚放入浸镀炉中，再通入5L/min的H2和N2混合气体，混合气体按照体积比含有10%的H 2，保证浸镀炉的炉体微正压，再将坩埚加热到相应的镀液金属锭的融化温度，待金属锭完全熔化后，即得到热浸镀金属镀液；作为优选的技术方案，器件完全离开热浸镀金属镀液后进行冷却时，优选采用水冷或空冷方式；所述镀液金属锭优选采用锌锭、铝锌硅锭或铝锌锭；
e.将在所述步骤c中得到的器件浸入镀液前，在上炉膛预热lOmin，然后将器件浸入到在所述步骤d中制备的热浸镀金属镀液中，达到设定浸镀时间后，垂直将器件提起，器件的提起速度为0.09m/s,当器件完全离开热浸镀金属镀液后，即随后进行冷却。
[0010]作为本发明进一步优选的技术方案，在对器件的镀层材料表面进行激光重熔处理时，采用CO2横流连续激光器，利用CO 2横流连续激光器形成的光斑对镀层材料进行处理，使器件的基体表面形成熔池，然后经过急速冷却，器件的基体表面形成新的一层金属层。
[0011]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.采用本发明激光热处理的方法对热浸镀镀层进行晶粒细化具有操作简单、处理效率高、节约工序、节约生产成本等优点；
2.采用本发明处理后得到的镀层材料组织均匀细密，晶粒细化效果好，能提高镀层材料的表面质量。
[0012]3.本发明涉及激光热处理领域，在常规热浸镀工序后采用激光重熔来融化镀层表面合金，随后急速冷却来细化热浸镀镀层合金的晶粒，改善其组织结构，从而提高镀层材料的综合性能。与现有晶粒细化技术相比，如与添加Al-T1-B、A1-T1-C等中间合金相比，本发明工艺能够有效细化表面处理层的晶粒，提高镀层材料表面质量，拓宽其应用范围。
【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例一激光重熔细化热浸镀镀层合金晶粒的方法的流程图。
[0014]图2是本发明实施例一激光重熔细化热浸镀镀层合金晶粒的装置图。
【具体实施方式】
[0015]本发明的优选实施例详述如下:
实施例一:
在本实施例中，参见图1和图2，一种激光重熔细化热浸镀镀层合金晶粒的方法，具体步骤如下:在器件表面机械处理一除油一水洗一酸洗一水洗一预热一浸镀一水冷。将热浸镀板固定在X-Y移动板6上，设定功率的激光束I从激光器中发出，打在器件的基体5表面上，在表面形成一个圆形的光斑。由于激光的热作用，基体5表面形成熔池3。同时,X-Y移动板6带动基体5在X、Y方向上移动使激光沿着扫描方向V对基体形成一条条熔道，