专利名称：一种热喷涂铝锌合金线材及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种热喷涂合金线材，具体地说是一种热喷涂铝锌合金线材及其制备方法。
背景技术：
采用热喷涂工艺将锌、铝或其合金丝喷涂到钢铁构件表面，可以长期保护各种腐蚀环境的钢铁设施。一般来说，热喷涂锌涂层对钢铁具有良好的阴极保护作用，热喷涂铝涂层则有优越的抗腐蚀、抗冲击性能。如果将其结合，在钢材上喷涂锌和铝的合金，既可以提供良好的阴极保护性能，又具有耐腐蚀的性能，延长了钢材的寿命。目前国内常见的是锌-15％铝合金线材，其弱点是容易产生晶间腐蚀；相比较而言，铝锌合金的耐腐蚀性能比锌铝合金更为出色，但尚未发现有关热喷涂铝锌合金线材制备的相关报道。此外，在铝锌合金中进一步加入稀土、钛、镁等元素进行合金化处理，可使合金的晶粒细化，塑性和耐蚀性得到提高，应该是一种避免晶间腐蚀发生的好方法，但目前并无此方法的报道。
铝锌合金中的铝含量相对较高(WAl在54％～56％)，强度、硬度较高，室温及高温的可塑性较差，变形困难，直接采用通常的锻、轧工艺成形，成材率较低，成本高。金属材料的水平连铸技术是一种用于生产难变形的高合金线材的高新技术。但在热喷涂领域生产铝锌合金线材尚无相关报道。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的目的在于提供一种耐腐蚀性能优良的热喷涂铝锌合金线材，以使户外使用的大型钢结构能得到充分的保护，延长其使用寿命。
本发明的又一目的在于提供一种热喷涂铝锌合金线材的制备方法，利用本发明的水平连铸方法将铝锌合金从液态通过水冷快速结晶成固态，可以同时多路连续铸造成线材毛坯，通过均匀化退火处理后可以直接用于制备铝锌合金线材。
本发明技术方案如下按重量百分比计，热喷涂铝锌合金线材组份的组成为Al54％～56％；M0.004％～1.08％；总量小于、等于1％的杂质(Fe、Si、Cu等)；余量为Zn；其中M为RE(RE是指含铈质量分数≥45％的混合稀土金属，其中稀土金属总质量分数≥98％)、Mg、Ti或B中的一种、两种、三种或四种的组合；具体如下
1)若为其中的一种成分，则分别为RE为总量的0.01％～0.2％，或Mg为总量的0.02％～0.4％，或Ti为总量的0.02％～0.4％，或B为总量的0.004％～0.08％；2)为其中的两种成分，则分别为占总量0.01％～0.2％的RE和占总量0.02％～0.4％的Mg(或Ti)，其中成份RE，Mg或Ti，应满足RE∶Mg(或Ti)＝1∶(1.5～2.5)；或为占总量0.02％～0.4％的Mg和占总量0.02％～0.4％的Ti，其中成份Ti和Mg应满足Ti∶Mg＝1∶(0.5～2)；或为占总量0.02％～0.4％的Ti和占总量0.004％～0.08％的B，其中成份Ti和B应满足Ti∶B＝(4～8)∶1；3)若为三种成分，则分别为占总量0.01％～0.2％的RE和占总量0.02％～0.4％的Ti，以及占总量0.02％～0.4％的Mg(或占总量0.008％～0.08％的B)，其中，存在的RE，Ti，Mg或B满足RE∶Ti∶Mg＝1∶(1.5～2.5)∶(1.5～2.5)，或RE∶Ti∶B＝(2～3)∶(4～8)∶1；或为占总量0.02％～0.4％的Mg，占总量0.02％～0.4％的Ti，以及占总量0.008％～0.08％的B，存在的Mg，Ti和B应满足Mg∶Ti∶B＝(4～8)∶(4～8)∶1；4)若为四种成分，则分别为占总量0.01％～0.2％的RE，占总量0.02％～0.4％的Mg，占总量0.02％～0.4％的Ti，以及占总量0.004％～0.08％的B；满足RE∶Mg∶Ti∶B＝(2～3)∶(4～8)∶(4～8)∶1。
其具体的制备方法为1)先将所需质量的锌锭加入合金熔炼炉中呈熔融状态的铝液中，控制熔炼温度963～1003K，待锌熔化后进行精炼，然后加入所需质量的中间合金，在充分搅拌至熔清、静置0.5～2hr、扒渣后转移至保温结晶炉准备进行水平连续铸造。
2)调整保温结晶炉炉温，保证炉内的合金液温度稳定在高于熔点60～220K，以避免过热而影响固壳的形成和线坯芯部热量返回表面而造成表面缺陷；炉内的合金液面高度保持在高于结晶器上出料孔3～20mm的范围内，维持多线路连续生产的需要及均衡的液压，推动从出料孔中结晶出来的线材向外延伸；合金液通过水冷系统的冷却逐渐被凝固，形成铸丝，并按一定的线速度被牵引装置引入导线槽，拉出的线材毛坯，经导线槽进入卷取装置卷绕成圈；结晶器可采用石棉水泥板模子或铜质结晶器，拉铸合金线坯的牵引速度通常控制在0.010～0.020m/s；石棉水泥板模子的冷却温度在288～328K之间，冷却水位置距模孔5～50mm，水压以不冲破刚出模孔的线坯表皮为度，并保持水压稳定；用铜质结晶器生产合金线毛料时，水压应保持在0.12～0.15×105Pa；另外，结晶器中还需通入冷却水，当拉铸速度为0.010～0.015m/s时，出水温度应保持在313～318K之间，当拉铸速度为0.015～0.020m/s时，应在308～313K之间；3)水平连铸获得的铝锌合金毛坯粗线，在473～573K下进行1.5～3.0hr的均匀化退火处理，再并经3～8次拉拔、减径成铝锌合金丝产品，并盘绕成圈。
本发明具有如下优点1.本发明解决了铝锌合金难于成型、成品率低、线材长度短、施工不便的问题。且本发明可同时铸出多根毛料，因此适用于中、小型工厂的大批量生产。
2.本发明水平连铸的铝锌合金铸丝表面质量好，光亮、无划伤刻痕，同时，由于冷却强度大，提高了铸丝的精度，减小了椭圆度，增加了铸丝的致密性，获得了近终成型的线坯毛料，可经简单的热处理和拔丝减径等二次冷加工，获得满足热喷涂施工所需要的成品线材。
3.本发明制备的铝锌合金线材具有优异的耐腐蚀性能和机械性能，可作为适应于现场施工的新型热喷涂材料，使在工业大气区、海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区和全浸区等腐蚀环境下使用的大型钢结构能得到充分的保护，延长其使用寿命。
图1为本发明铝锌合金线材毛坯水平连铸设备结构示意图。
具体实施例方式
下面结合具体实施例详述本发明。
实施例1线材主要元素重量百分比见表1。
表1实施例1线材成份举例
制备本发明所采用的水平连铸设备结构示意图如图1。其中1为保温结晶炉；2为结晶器；3为压辊；4为拉辊；5为卷取装置；6为冷却水管；7为导线槽；8为铸造线毛料。
1)将熔炼炉的坩埚预热至暗红色，加入质量分数为90％的锌锭，再加入铝锭，加热熔化待熔液温度达923K以上时，用质量分数0.1～0.3％的精炼剂(本实施例采用0.2％的氯化锌)进行精炼，加入其余锌锭，并用石墨钟罩将粒度10～20mm、经预热的铝镁、铝钛硼中间合金(为防止氧化，中间合金用铝箔包裹)压入，不断搅拌，直至熔清。静置0.5hr、扒渣后转移至保温结晶炉，调整温度后进行水平连铸。
2)调整保温结晶炉炉温，保证炉内的合金液温度稳定在高于熔点180K，以避免过热而影响固壳的形成和线坯芯部热量返回表面而造成表面缺陷；炉内的合金液面高度保持在高于结晶器上出料孔3～20mm的范围内，维持多线路连续生产的需要及均衡的液压，推动从出料孔中结晶出来的线材向外延伸。结晶器2与压辊3、导线槽7、拉辊4和卷取装置5构成的牵引装置配置成一水平直线，合金液通过水冷系统的冷却逐渐被凝固，形成铸丝，并按一定的线速度被牵引装置引入导线槽7。当合金液冷凝结晶速度与牵引速度平衡时，铝锌合金线材就被连续的从水平方向拉铸出来。拉出的线材毛坯，经导线槽进入卷取装置5卷绕成圈。结晶器采用石棉水泥板模子，本实施例拉铸合金线坯的牵引速度控制在0.010m/s。石棉水泥板模子的冷却温度为323K，冷却水位置距模孔50毫米，水压以不冲破刚出模孔的线坯表皮为度，并保持水压稳定。铝锌合金经水平连铸获得φ4.2～4.5mm的毛坯粗线。
3)水平连铸获得的铝锌合金毛坯粗线，在473K进行均匀化退火，保温2hr后空冷。均匀化退火后的毛坯经4个道次的拉拔、减径得到φ3.00-0.10+0.00mm的铝锌合金丝，并盘绕成圈，单根合金丝长度≥15m，产品捆重25.0±1.0kg。
实施例2与实施例1不同之处在于线材成份为Al，55％；RE，0.03％；Ti，0.05％；杂质，低于1％；余量Zn。采用铜质结晶器铸造合金线毛料，炉内的合金液温度稳定在高于熔点60K，拉铸速度为0.020m/s，冷却水压为0.15×105Pa，出水温度为308K。毛坯粗线在513K下进行3.0hr的均匀化退火处理，再并经8次拉拔、减径成φ2.00+0.00-0.10mm的铝锌合金丝产品，并盘绕成圈。
实施例3与实施例1不同之处在于线材成份为Al，55％；RE，0.18％；杂质，低于1％；余量Zn。采用铜质结晶器铸造合金线毛料，炉内的合金液温度稳定在高于熔点80K，拉铸速度为0.018m/s，冷却水压为0.12×105Pa，出水温度为308K。毛坯粗线在493K下进行3.0hr的均匀化退火处理。
实施例4与实施例1不同之处在于线材成份为Al，55％；RE，0.06％；Mg，0.13％；Ti，0.14％；B，0.03％；杂质，低于1％；余量Zn。拉铸速度为0.015m/s，冷却水压为0.15×105Pa，出水温度为318K。毛坯粗线在513K下进行2.0hr的均匀化退火处理。
权利要求
1.一种热喷涂铝锌合金线材，其特征在于按重量百分比计，其组份为Al54％～56％；M0.004％～1.08％；总量小于、等于1％的杂质(Fe、Si、Cu等)；余量为Zn；其中M为RE、Mg、Ti或B中的任一种或其组合。
2.按照权利要求1所述热喷涂铝锌合金线材，其特征在于所述RE是指含铈质量分数≥45％的混合稀土金属，其中稀土金属总质量分数≥98％。
3.按照权利要求1所述热喷涂铝锌合金线材，其特征在于所述M为RE、Mg、Ti或B中的任一种成分时，可以分别为RE为总量的0.01％～0.2％，或Mg为总量的0.02％～0.4％，或Ti为总量的0.02％～0.4％，或B为总量的0.004％～0.08％。
4.按照权利要求1所述热喷涂铝锌合金线材，其特征在于所述M为RE、Mg、Ti或B中的任两种成分时，则可以分别为占总量0.01％～0.2％的RE和占总量0.02％～0.4％的Mg或Ti，其中成份RE，Mg或Ti，应满足RE∶Mg(或Ti)＝1∶(1.5～2.5)；或为占总量0.02％～0.4％的Mg和占总量0.02％～0.4％的Ti，其中成份Ti和Mg应满足Ti∶Mg＝1∶(0.5～2)；或为占总量0.02％～0.4％的Ti和占总量0.004％～0.08％的B，其中成份Ti和B应满足Ti∶B＝(4～8)∶1。
5.按照权利要求1所述热喷涂铝锌合金线材，其特征在于所述M为RE、Mg、Ti或B中的三种成分时，则可以分别为占总量0.01％～0.2％的RE和占总量0.02％～0.4％的Ti，以及占总量0.02％～0.4％的Mg(或占总量0.008％～0.08％的B)，其中，存在的RE，Ti，Mg或B满足RE∶Ti∶Mg＝1∶(1.5～2.5)∶(1.5～2.5)，或RE∶Ti∶B＝(2～3)∶(4～8)∶1；或为占总量0.02％～0.4％的Mg，占总量0.02％～0.4％的Ti，以及占总量0.008％～0.08％的B，存在的Mg，Ti和B应满足Mg∶Ti∶B＝(4～8)∶(4～8)∶1。
6.按照权利要求1所述热喷涂铝锌合金线材，其特征在于所述M为RE、Mg、Ti和B中的四种成分时，则可以为占总量0.01％～0.2％的RE，占总量0.02％～0.4％的Mg，占总量0.02％～0.4％的Ti，以及占总量0.004％～0.08％的B；满足RE∶Mg∶Ti∶B＝(2～3)∶(4～8)∶(4～8)∶1。
7.一种热喷涂铝锌合金线材的制备方法，其特征在于1)合金熔炼先将所需质量的锌锭、铝锭加入合金熔炼炉中加热熔化，当熔炼温度高于、等于923K后进行精炼，然后加入所需质量的中间合金，在搅拌至熔清、静置0.5～2hr、扒渣后转移至保温结晶炉准备进行水平连续铸造；2)水平连铸调整保温结晶炉炉温，保证炉内的合金液温度稳定在高于熔点60～220K；炉内的合金液面高度保持在高于结晶器上出料孔3～20mm的范围内，合金液通过水冷系统的冷却逐渐被凝固，形成铸丝，并按一定的线速度被牵引装置引入导线槽，拉出的线材毛坯，经导线槽进入卷取装置卷绕成圈；3)热处理及拔丝成材水平连铸获得的铝锌合金毛坯粗线，在473～573K下进行1.5～3.0hr的均匀化退火处理，再并经3～8次拉拔、减径成铝锌合金丝产品，并盘绕成圈。
8.按照权利要求7所述热喷涂铝锌合金线材的制备方法，其特征在于所述拉铸合金线坯的牵引速度通常控制在0.010～0.020m/s。
9.按照权利要求7所述热喷涂铝锌合金线材的制备方法，其特征在于所述结晶器可采用石棉水泥板模子，其冷却温度在288～328K之间，冷却水位置距模孔5～50mm，水压以不冲破刚出模孔的线坯表皮为度，并保持水压稳定。
10.按照权利要求7所述热喷涂铝锌合金线材的制备方法，其特征在于所述结晶器可采用铜质结晶器，其冷却水压应保持在0.12～0.15×105Pa，当拉铸速度为0.010～0.015m/s时，出水温度保持在313～318K之间，当拉铸速度为0.015～0.020m/s时，出水温度应保持在308～313K之间。
全文摘要
本发明涉及一种热喷涂合金线材，具体地说是一种热喷涂铝锌合金线材成分及其制备方法。按重量百分比计，其组份为Al54％～56％；0.004％≤M≤1.08％；总量小于1％的杂质；余量为Zn；其中M为RE、Mg、Ti或B中的任一种或其组合。其制备先将锌锭、铝锭加入合金熔炼炉中加热熔化，在精炼后加入中间合金，搅拌至熔清，静置、扒渣后进行水平连续铸造；水平连铸获得的铝锌合金毛坯粗线，再进行均匀化退火处理，经拉拔、减径成铝锌合金丝产品。采用本发明可使基体钢材能得到充分的保护，延长其使用寿命。
文档编号C23C4/08GK1629353SQ20031011915
公开日2005年6月22日 申请日期2003年12月18日 优先权日2003年12月18日
发明者李焰, 马瑛, 张 杰, 赵澎 申请人:中国科学院海洋研究所