专利名称：一种高耐蚀锌基多元合金及其熔炼制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高耐蚀锌基多元合金及其熔炼制备工艺，主要用于钢铁零部件热 浸镀表面处理工序，以提高零件耐腐蚀性能，属金属材料制备及加工领域。
背景技术：
腐蚀对钢铁造成的损失是极其严重的，据不完全统计，全世界每年钢产量的1/3 因腐蚀而损失，仅在中国每年因钢铁腐蚀造成的直接经济损失就达上千亿元。腐蚀不仅带 来巨大的经济损失，还会造成惨重的人员伤亡。因此，有必要研究钢铁的腐蚀防护措施，而 热镀锌被公认为是钢铁保护最直接最有效的方法之一。热镀锌是将处理后的钢铁在一定温度的熔融锌浴中浸镀一定的时间，取出冷却后 在表面获得一层美观且具有良好耐蚀性保护层的工艺。近年来，我国金属锌的生产与消费 均居世界首位，需求量逐年上升，市场潜力大。据2006年世界锌的消费结构分析，全球0#锌 的50%用于热镀锌。随着经济的发展和金属资源的日趋紧张，热镀锌产品也必将向多元化、高性能、低 消耗等特点发展。为此，国内外不断开发一系列高性能的热镀锌合金镀层。国内外的现有研究成果表明，在锌浴中添加合金元素，可明显提高镀锌产品质量、 降低生产成本。Al是已知的提高镀锌层耐蚀性的最有效的合金元素。根据Al在锌中的添加量可 把Si-Al合金分为低铝(Al < 5% )和高铝(Al > 5% )两大系列。锌浴中含铝为0.005% 0.020%时，可显著提高镀层光亮性，减少锌浴表面氧 化。当锌浴中铝含量>0. 15%时，首先会在铁基上形成一层连续的狗-Al相层，抑制i^e-zn 反应及脆性1 - 合金相层的生长，使镀层减薄且黏附性良好，约0. 2%的Al量适用于带钢 及钢丝的连续热镀锌。目前，上述在锌浴中加入少量铝的技术已广泛应用于热镀锌领域，起 到提高镀层外观质量、降低生产成本的作用。但是，这样的镀层由于Al含量低，自由锌层的 组织和耐蚀性并无明显改变。当Al添加量超过时，耐蚀性提高效果开始明显，当Al含量达4 7%时效果 最佳，以后随Al含量进一步增加，Zn-Al合金镀层耐蚀性反而下降。所以5%左右的Al对 提高镀锌层耐蚀性而言，是低Al系Si-Al合金中的一个最佳组成。但是锌浴中铝含量的增 加为热浸镀带来了浸镀性能较差，容易出现漏镀现象等问题，增加了浸镀操作上的困难，导 致浸镀产品合格率大幅下降。当铝的含量继续升高时，Zn-Al合金的耐蚀性能可以得到明显提高，尤其是铝含量 达到55%时，该类镀层能在更复杂腐蚀环境下使用，但是该种镀层的浸镀性能更差，无法使 用传统的助镀剂，因此镀前处理的助镀剂配方成为需要解决的关键技术。此外，向锌及锌合金中添加微量稀土元素，可提高其耐蚀性和各种机械性能等。稀 土在金属材料中有净化、除气、除杂质、细化晶粒、强化基体和改善加工性能等作用。国际铅锌研究组织与比利时列日冶金研究中心于1980年成功研制了一种新型Si-Al-RE合金热镀层，该合金镀层的化学成分为5% A1-0. 1% RE-Zn。与镀锌层相比，该合 金镀层具有更好的耐蚀性，成型性、附着性也比较好，但是也存在浸镀困难的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有热浸镀锌及锌合金技术存在的不足，提供一种高耐蚀锌 基多元合金及其熔炼制备工艺，通过调节和优化Si基与Al、RE、Mg、Si等合金元素的用量 和配比，将合金元素的总量控制在1.0%以内，既提高了热浸锌基合金镀层的耐蚀性，又确 保合金熔体具有较好的浸镀性能，也使合金镀液的流动性和浸润性得到进一步的提高。本发明的锌基多元合金的各种成分的质量百分含量为A1 0. 5 0. 6%、RE(La, Ce、Pr 混合稀土)0. 2 0.3%、Si 0. 01 0.02%、Mg 0. 01 0. 02%，余量为 Zn。该锌基多元合金的制备工艺流程是A、将纯铝、稀土铝合金、铝硅合金、铝镁合金按照各种元素在本发明锌基多元合金 中的质量比进行称量和配料，用熔炼炉加热到650°C将其熔化，搅拌均勻，保温1个小时以 上；B、按照本发明锌基多元合金中各元素的质量比计算并称量剩余锌量，用熔炼炉加 热到450°C将其熔化，搅拌均勻，保温1个小时以上；C、将B步骤所制得的锌熔液倒入A步骤所制得的合金熔液中，搅拌均勻，保温1个 小时以上，并自然冷却至450°C，去除炉渣后浇铸制得锌基多元合金。上述制备工艺中所用的原料为市购纯锌、纯铝、稀土铝合金(La、Ce、ft·混合稀 土)、铝硅合金、铝镁合金。该锌基多元合金中各组份的作用具体表现为(1)A1、Si等元素能显著提高热浸 镀层的耐蚀性，其中Al起主要作用，Si的加入主要是与Al起到协同提高耐蚀性的作用，可 以降低Al的添加量，同时又保证镀层具有良好的耐蚀性。0)La、Ce、ft·等稀土元素和Mg 能够改善热镀条件，使镀液流动性、浸润性能得到了极大地提高，镀件提出锌浴时表面锌可 更快回流锌浴，从而使镀层更光滑、平整，减少镀层表面滴瘤及流痕等缺陷的出现，同时可 大幅降低锌层的厚度，从而减少锌耗，降低生产成本。本发明与现有热镀用锌锭和锌合金相比具有下列优点和效果(1)耐蚀性能优 良，经中性盐雾腐蚀试验出锈时间为70 90小时，比纯锌镀层提高20%以上；( 浸镀性 能优良，表面光滑、平整，无漏镀、结瘤及流痕等缺陷；C3)通用性好，在热浸镀的全部工艺 流程中对工件基体前处理、助镀、浸镀、钝化等各个工序无特殊要求，采用传统镀锌的设备 和工艺条件即可在钢铁零件表面浸镀新型锌基多元合金；(4)金属消耗量小，镀层厚度仅 为40 50 μ m，相比传统镀锌层降低了 20%以上；( 经济效益明显，由于各种合金元素的 使用量均比较低，因此热浸镀锌基多元合金的原料价格与纯锌相比不会超过5%，但镀层性 能可提高20 %，金属消耗量可降低20 %，因此使用该锌基多元合金浸镀产品的性价比远远 高于热浸镀锌。
图1为本发明高耐蚀锌基多元合金的熔炼制备工艺流程图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明。实施例11)按下列成分制备锌基多元合金=Al 0.5%, RE (La、Ce、Pr混合稀土)0. 2%, Si 0. 02%,Mg 0.01%，余量为Si。所用原料均为市购纯锌、纯铝、Al-80% RE合金(La、Ce、ft· 混合稀土)、A1-10% Si合金、Al-5%Mg合金。2)经下列工艺流程制备IOOKg锌基多元合金，备用A、按照各种元素在本发明锌基多元合金中的质量比进行计算，分别称量Al-80% RE合金0. 25Kg、A1-10 % Si合金0. 2Kg, A1-5 % Mg合金0. 2Kg以及纯铝0. 08Kg,然后将这 些原料混合，用熔炼炉加热到650°C将其熔化，搅拌均勻，保温1个小时以上；B、称量剩余锌量99. 27Kg，用熔炼炉加热到450°C将其熔化，搅拌均勻，保温1个小 时以上；C、将B步骤所制得的锌熔液倒入A步骤所制得的合金熔液中，搅拌均勻，保温1个 小时以上，并自然冷却至450°C，去除炉渣后浇铸制得所需锌基多元合金。3)用该锌基多元合金对钢铁零件进行热浸镀先将IOOmmX60mmX2mm的低碳钢 板在进行去脂、水洗、酸洗、水洗及助镀剂处理，然后将适量锌基多元合金投入浸镀槽中并 加热至450°C，待槽内金属完全熔化后，将钢板浸入槽内保持1分钟左右取出，再浸入水槽 中进行清洗和冷却，最后浸入传统镀锌钝化液对工件进行钝化处理，钝化后用水将工件清 洗干净，即完成所有浸镀工艺流程。4)经浸镀锌基多元合金和钝化处理后的钢板外观均勻、光亮、平整，经技术检测， 镀层厚度为40 μ m左右，中性盐雾腐蚀试验出锈时间为70 75小时，耐蚀性能超过纯锌镀 层20%，完全满足应用要求。实施例21)按下列成分制备锌基多元合金A1 0. 55%, RE(La、Ce、Pr混合稀土)0. 24%, Si 0.015%,Mg 0.015%，余量为Si。所用原料均为市购纯锌、纯铝、Al_80% RE合金(La、 Ce、ft·混合稀土)、A1-10% Si 合金、Al-5% Mg 合金。2)用与实施例1相同的方法制备成IOOKg锌基多元合金，各种原料的用量为纯 锌 99. 18Kg、纯铝 0. 07Kg、Al-80% RE 合金(La、Ce、Pr 混合稀土)0. 3Kg、Al-10% Si 合金 0. 15Kg、Al-5 % Mg 合金 0. 3Kg。3)用与实施例1相同的方法对钢铁工件浸镀锌基多元合金和钝化处理。4)经浸镀锌基多元合金和钝化处理后的钢板外观均勻、光亮、平整，经技术检测， 镀层厚度为45 μ m左右，中性盐雾腐蚀试验出锈时间为75 80小时，耐蚀性能超过纯锌镀 层30%，完全满足应用要求。实施例31)按下列成分制备锌基多元合金=Al 0.6%, RE (La、Ce、Pr混合稀土)0. 3%, Si 0.01%, Mg 0.02%，余量为Si。所用所用原料均为市购纯锌、纯铝、Al-80% RE合金(La、 Ce、ft·混合稀土)、Al-10% Si 合金、Al-5% Mg 合金。2)用与实施例1相同的方法制备成IOOKg锌基多元合金，各种原料的用量为纯锌 99. 07Kg、纯铝 0. 055Kg, Al-80% RE 合金(La、Ce、Pr 混合稀土)0. 375Kg, Al-10% Si 合金0. lKg、A1-5 % Mg 合金 0. 4Kg。3)用与实施例1相同的方法对钢铁工件浸镀锌基多元合金和钝化处理。4)经浸镀锌基多元合金和钝化处理后的钢板外观均勻、光亮、平整，经技术检测， 镀层厚度为50 μ m左右，中性盐雾腐蚀试验出锈时间为80 90小时，耐蚀性能超过纯锌镀 层40%，完全满足应用要求。
权利要求
1.一种高耐蚀锌基多元合金及其熔炼制备工艺，其特征在于该多元合金的各种成分 的质量百分含量为Al 0. 5 0. 6%、RE(La、Ce、Pr混合稀土)0. 2 0. 3%、Si 0. 01 0. 02%,Mg 0. 01 0. 02%，余量为 Zn。
2.如权利要求1所述的一种高耐蚀锌基多元合金及其熔炼制备工艺，其特征在于该多 元合金按以下工艺流程进行制备A、将市购纯铝、稀土铝合金、铝硅合金、铝镁合金按照各种元素在本发明锌基多元合金 中的质量比进行称量和配料，用熔炼炉加热到650°C将其熔化，搅拌均勻，保温1个小时以 上；B、按照本发明锌基多元合金中各元素的质量比计算并称量剩余锌量，将市购纯锌用熔 炼炉加热到450°C将其熔化，搅拌均勻，保温1个小时以上；C、将B步骤所制得的锌熔液倒入A步骤所制得的合金熔液中，搅拌均勻，保温1个小时 以上，并自然冷却至450°C，去除炉渣后浇铸制得锌基多元合金。
全文摘要
本发明提供一种高耐蚀锌基多元合金及其熔炼制备工艺，主要用于钢铁零部件热浸镀表面处理工序，以提高零件耐腐蚀性能，其技术方案是通过调节和优化Zn基与Al、RE、Mg、Si等合金元素的用量和配比，将合金元素的总量控制在1.0％以内，既提高了热浸锌基合金镀层的耐蚀性，又确保合金熔体具有较好的浸镀性能，也使合金镀液的流动性和浸润性得到进一步的提高。本发明的锌基多元合金的各种成分的质量百分含量为Al 0.5～0.6％、RE(La、Ce、Pr混合稀土)0.2～0.3％、Si 0.01～0.02％、Mg 0.01～0.02％，余量为Zn。该锌基多元合金的制备工艺流程是以纯锌、纯铝、稀土铝合金、铝硅合金、铝镁合金为原料，按照各种元素在本发明锌基多元合金中的质量比进行称量和配料，分别经过加热、熔化、搅拌、保温、除渣、浇铸等工序制得锌基多元合金。
文档编号C22C18/04GK102146536SQ201110119308
公开日2011年8月10日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者范云鹰 申请人:云南滇科涂镀层材料有限公司