一种热浸镀Zn-Al-Mn合金的制备方法及热浸镀工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种热浸镀Zn-Al-Mn合金的制备方法及热浸镀工艺。本发明的Zn、Al、Mn镀液比纯Zn镀液和Zn、Al镀液所得镀层的表面状况和性能有很大改善，主要表现为锌灰、锌渣和镀层厚度减少，镀层表面光亮度和耐腐蚀性能提高，热浸镀工艺简单，操作方便。
【专利说明】-种热浸镀Zn-A卜Μη合金的制备方法及热浸镀工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钢铁材料防腐蚀领域，具体涉及一种热浸镀Ζη-Al-Mn合金的制备方 法及热浸镀工艺。
【背景技术】
[0002] 近年来，热浸镀锌以其良好的耐蚀性和较高的性价比被广泛应用于钢铁材料防腐 蚀领域。由于金属锌的金属活动性较高，并且电极电位低于铁的电极电位，所以纯锌镀层有 良好的阳极保护作用，但纯锌镀层的镀锌件工作寿命短。为了提高镀层的耐蚀性以及综合 性能，科研工作者提出并且尝试在锌液中添加一种或多种合金元素进行热浸镀。实验发现 向锌浴中添加稀土、8131、11、1%以及此等合金元素，能使镀层的某些性能得到优化或者 提高，同时加入多种合金元素能得到综合性能良好的镀层。
[0003] 圣德林效应会导致镀件出现灰暗、超厚、粘附性差的镀层，锌耗增加，产品质量下 降。减轻或消除圣德林效应、得到综合性能良好的镀层是热浸镀锌行业的期盼。
[0004] 在锌液中加微量A1，能有效减少锌灰、锌渣的产生，并且锌液流动性增大。另外，A1 和Fe原子有较强的亲和力，若锌浴中添加A1，在浸镀初期，钢基表面会生成抑制Fe-Zn相 生长的Fe-Al金属间化合物，使合金镀层变薄，可以减轻圣德林效应。随着锌液中A1含量 增加，合金镀层中会相继生成稳定的Fe 2Al5、FeAl3K合物相，镀层中ζ、δ和Γ相会逐渐 消失。在锌液中添加Μη元素，可以在镀层表面形成致密均匀的Μη的富氧氧化物薄膜（如 ΜηΟ, ΖηΜη204, Μη203等），能够有效的隔绝腐蚀介质，增强镀层的耐蚀性。另外，锌浴中添加 的Μη元素能阻止Ζη向Fe界面的扩散，从而有效的抑制Zn、Fe反应，克服含硅钢热浸镀锌 产生的镀层超厚现象，有效的减轻圣德林效应。锌液中同时加入A1和Μη可以得到综合性 能良好的镀层。
[0005] 通过查阅国内外文献并结合中国专利检索结果知，有关Ζη-Al-Mn合金制备及热 浸镀方法尚未见报道，因此，研制Zn-Al-Mn合金、制备方法及热浸镀工艺，对获得具有自主 知识产权的新型热浸镀锌合金及其镀层，促进热浸镀锌行业的发展具有重要理论和实际意 义。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明提供了一种热浸镀Zn-Al-Mn合金的制备方法及热浸镀 工艺。
[0007] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0008] -种热浸镀Zn-Al-Mn合金的制备方法，包括如下步骤：
[0009] S1、按比例称取 Ζη、Α1、Μη ;
[0010] S2、将石墨坩埚放入电阻炉中预热到深红色后，将Ζη放置石墨坩埚中，撒上盐类 覆盖剂，加热，使得Ζη熔化，得Ζη液；
[0011] S3、将步骤S2所得Ζη液加热至590?610°C后，将Α1压入Ζη液中，保温一小时后 用陶瓷棒搅拌使其完全均匀溶解，得Zn-Al合金液；
[0012] S4、将步骤S3所得的Zn-Al合金液升温至810?840°C后，将Μη压入Zn-Al合金 中，保温两小时后搅拌均匀，得到Zn-Al-Mn合金液；
[0013] S5、关闭电阻炉，使Zn-Al-Mn合金液随炉降温，在降温过程中进行充分搅拌；
[0014] S6、随炉降温至470°C，除去液面杂质，使用已预热的钢模进行浇注。
[0015] 所述 Zn、A1、Μη 的比例分别为：Zn :97· 48 ?97. 52 %，A1 :0· 49 ?0· 51 %，Μη : 1.99?2. 01%。（重量百分比）
[0016] 所述步骤S2中的盐类覆盖剂的配制过程为称量、研钵研磨、混合均匀（粒度小于 2. 0mm)、烘干（150°C，20min)。
[0017] 所述步骤S2中的盐类覆盖剂各组分的纯度等级为分析纯。
[0018] 所述步骤S2中的盐类覆盖剂各组分含量按重量百分比为：CaCl220_35%、 KC140-50%、LiC115-40%。
[0019] 所述步骤S6中的钢模在浇注前，在300°C下于箱式电阻炉中预热60min。
[0020] 上述的一种热浸渡Zn-Al-Mn合金的热浸镀工艺，包括如下步骤：
[0021] (1)取Q235钢，切割成尺寸为30mmX30mmX3mm的试样，经打磨去除表面氧化皮， 然后钻孔并在孔内固定铁丝；用上述Zn-Al-Mn合金配置所需浓度的合金镀浴成分，配置的 合金镀浴成分为 Zn-0. 5% Al-xMn(x = 0· 00、0· 05、0· 12、0· 18、0· 25wt% );
[0022] (2)将试样放入质量分数为10%的热氢氧化钠溶液中进行脱脂处理，氢氧化钠溶 液的温度为45°C,五分钟后取出放入纯水中清洗；
[0023] (3)将清洗后的试样放入质量分数为10%的盐酸中进行除锈处理，盐酸溶液的温 度为室温，90s后取出放入纯水中清洗；
[0024] (4)将清洗后的试样放入70°C的助镀剂溶液中进行电解活化助镀；
[0025] (5)电解活化助镀后取出试样，放入干燥箱进行烘干处理，干燥箱温度为120°C， 干燥时间为10分钟；试样烘干后将试样取出进行热浸镀锌，浸镀温度为455°C?465°C，浸 镀时间为60s ;
[0026] (6)试样浸镀后放入纯水中冷却。
[0027] 所述步骤（4)中的助镀剂为550g/L氯化锌、100g/L氯化铵、20g/L氯化亚锡、15g/ L氟铝酸钠、15g/L氟化钠和10g/L氯化铈的混合溶液。
[0028] 所述步骤（4)中电解活化助镀的具体过程为：将石墨碳棒作为电解阳极，将试样 悬挂在阴极铜棒上，助镀60s后将试样换面继续电解助镀60s，使试样两侧的助镀剂盐膜更 加均匀，电解电流为〇. 5A。
[0029] 本发明的Zn、A1、Μη镀液比纯Zn镀液和Zn、A1镀液所得镀层的表面状况和性能 有很大改善，主要表现为锌灰、锌渣和镀层厚度减少，镀层表面光亮度和耐腐蚀性能提高， 热浸镀工艺简单，操作方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图 1 为 Μη 含量对 Zn-0. 5% Al-xMn(x = 0· 00、0· 05、0· 12、0· 18、0· 25wt% )镀层表 面微观形貌的影响：（&)0.00%]?11，〇3)0.05%]\111，（(3)0.12%]\111，（(1)0.18%]\111，（6)0.25% Mn〇
[0031] 图 2 为 Μη 含量对 Ζη-〇· 5% Al-xMn(x = 0· 00、0· 05、0· 12、0· 18、0· 25wt% )镀层 显微硬度的影响：（a)0. 00% Μη，（b)0. 05% Μη，（c)0. 12% Μη，（d)0. 18% Μη，（e)0. 25% Μη。
[0032] 图 3 为 Μη 含量对 Ζη-〇· 5% Α1-χΜη(χ = 0· 00、0· 05、0· 12、0· 18、0· 25wt% )镀层 厚度的影响：（a)0. 00% Μη，（b)0. 05% Μη，（c)0. 12% Μη，（d)0. 18% Μη，（e)0. 25% Μη。
[0033] 图4为]^含量对211-0.5%六11]\111(1 = 0.00、0.05、0.12、0.18、0.25￥七％)镀层全 浸腐蚀速率的影响：（&)0.00%]?11，〇3)0.05%]\111，（(3)0.12%]\111，（(1)0.18%]\111，（6)0.25% Μη〇
【具体实施方式】
[0034] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步 详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发 明。
[0035] 本发明实施例提供一种热浸镀Ζη-Al-Mn合金的制备方法包括如下步骤：
[0036] S1、按比例称取 Ζη、Α1、Μη ;
[0037] S2、将石墨坩埚放入电阻炉中预热到深红色后，将Zn放置石墨坩埚中，撒上盐类 覆盖剂，加热，使得Zn熔化，得Zn液；
[0038] S3、将步骤S2所得Zn液加热至590?610°C后，将A1压入Zn液中，保温一小时后 用陶瓷棒搅拌使其完全均匀溶解，得Zn-Al合金液；
[0039] S4、将步骤S3所得的Zn-Al合金液升温至810?840°C后，将Μη压入Zn-Al合金 中，保温两小时后搅拌均匀，得到Zn-Al-Mn合金液；
[0040] S5、关闭电阻炉，使Zn-Al-Mn合金液随炉降温，在降温过程中进行充分搅拌；
[0041] S6、随炉降温至470°C，除去液面杂质，使用已预热的钢模进行浇注。
[0042] 所述 Zn、A1、Μη 的比例分别为：Zn :97· 48 ?97. 52 %，A1 :0· 49 ?0· 51 %，Μη : 1.99?2. 01%。（重量百分比）
[0043] 所述步骤S2中的盐类覆盖剂的配制过程为称量、研钵研磨、混合均匀（粒度小于 2. 0mm)、烘干（150°C，20min)。
[0044] 所述步骤S2中的盐类覆盖剂各组分的纯度等级为分析纯。
[0045] 所述步骤S2中的盐类覆盖剂各组分含量按重量百分比为：CaCl220-35 %、 KC140-50%、LiC115-40%。
[0046] 所述步骤S6中的钢模在浇注前，在300°C下于箱式电阻炉中预热60min。
[0047] 为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种热浸渡Zn-Al-Mn合金的热浸镀工 艺，包括如下步骤：
[0048] (1)取Q235钢，切割成尺寸为30mmX30mmX3mm的试样，经打磨去除表面氧化皮， 然后钻孔并在孔内固定铁丝，得到实验用的表面光滑、平整的试样；用上述Zn-Al-Mn合金 配置所需浓度的合金镀浴成分，配置的合金镀浴成分为Zn-0. 5% Al-xMn(X = 0. 00、0. 05、 0. 12,0. 18,0. 25wt% )；
[0049] (2)将试样放入质量分数为10%的热氢氧化钠溶液中进行脱脂处理，氢氧化钠溶 液的温度为45°C,五分钟后取出放入纯水中清洗；
[0050] (3)将清洗后的试样放入质量分数为10%的盐酸中进行除锈处理，盐酸溶液的温 度为室温，90s后取出放入纯水中清洗；
[0051] (4)将清洗后的试样放入70°C的助镀剂溶液中进行电解活化助镀；
[0052] (5)电解活化助镀后取出试样，放入干燥箱进行烘干处理，干燥箱温度为120°C， 干燥时间为10分钟；试样烘干后将试样取出进行热浸镀锌，浸镀温度为455°C?465°C，浸 镀时间为60s ;
[0053] (6)试样浸镀后放入纯水中冷却。
[0054] 所述步骤（4)中的助镀剂为550g/L氯化锌、100g/L氯化铵、20g/L氯化亚锡、15g/ L氟铝酸钠、15g/L氟化钠和10g/L氯化铈的混合溶液。
[0055] 所述步骤（4)中电解活化助镀的具体过程为：将石墨碳棒作为电解阳极，将试样 悬挂在阴极铜棒上，助镀60s后将试样换面继续电解助镀60s，使试样两侧的助镀剂盐膜更 加均匀，电解电流为〇. 5A。
[0056] 如表1-3和图1-4所示，本实施例中Ζη、Α1、Μη镀液比纯Zn镀液和Ζη、Α1镀液所 得镀层的表面状况和性能有很大改善，主要表现为锌灰、锌渣和镀层厚度减少，镀层表面光 亮度和耐腐蚀性能提高，其中热浸镀Zn-0. 5% A1-0. 12% Μη合金镀层的性能最佳。
[0057] 表1合金成分对镀层显微硬度的影响
[0058]
【权利要求】
1. 一种热浸镀Zn-Al-Mn合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 31、按比例称取211、41、皿11; 52、 将石墨坩埚放入电阻炉中预热到深红色后，将Zn放置石墨坩埚中，撒上盐类覆盖 齐U，加热，使得Zn熔化，得Zn液； 53、 将步骤S2所得Zn液加热至590?610°C后，将A1压入Zn液中，保温一小时后用陶 瓷棒搅拌使其完全均匀溶解，得Zn-Al合金液； 54、 将步骤S3所得的Zn-Al合金液升温至810?840°C后，将Μη压入Zn-Al合金中，保 温两小时后搅拌均匀，得到Zn-Al-Mn合金液； 55、 关闭电阻炉，使Zn-Al-Mn合金液随炉降温，在降温过程中进行充分搅拌； 56、 随炉降温至470°C，除去液面杂质，使用已预热的钢模进行浇注。
2. 如权利要求1所述的热浸镀Zn-Al-Mn合金的制备方法，其特征在于，所述Ζη、Α1、Mn 的比例分别为：Zn :97. 48 ?97. 52%，A1 :0· 49 ?0· 51%，Μη :1. 99 ?2· 01%。
3. 如权利要求1中所述的热浸镀Zn-Al-Mn合金，其特征在于，所述步骤S2中的盐类覆 盖剂的配制过程为称量、研钵研磨、混合均匀（粒度小于2. 0mm)、烘干（150°C，20min)。
4. 如权利要求1中所述的热浸镀Zn-Al-Mn合金，其特征在于，所述步骤S2中的盐类覆 盖剂各组分的纯度等级为分析纯。
5. 如权利要求2中所述的热浸镀Zn-Al-Mn合金，其特征在于，所述步骤S2中的盐类覆 盖剂各组分含量按重量百分比为：CaCl 220-35 %、KC140-50 %、LiCl 15-40 %。
6. 如权利要求2中所述的热浸镀Zn-Al-Mn合金，其特征在于，所述步骤S6中的钢模在 浇注前，在300°C下于箱式电阻炉中预热60min。
7. -种Zn-Al-Mn合金的热浸镀工艺，其特征在于，包括如下步骤： (1) 取Q235钢，切割成尺寸为30mmX30mmX3mm的试样，经打磨去除表面氧化皮，然后 钻孔并在孔内固定铁丝；用上述Zn-Al-Mn合金配置所需浓度的合金镀浴成分，配置的合金 镀浴成分为Zn-0. 5% Al-xMn ; (2) 将试样放入质量分数为10%的热氢氧化钠溶液中进行脱脂处理，氢氧化钠溶液的 温度为45°C，五分钟后取出放入纯水中清洗； (3) 将清洗后的试样放入质量分数为10%的盐酸中进行除锈处理，盐酸溶液的温度为 室温，90s后取出放入纯水中清洗； (4) 将清洗后的试样放入70°C的助镀剂溶液中进行电解活化助镀； (5) 电解活化助镀后取出试样，放入干燥箱进行烘干处理，干燥箱温度为120°C，干燥 时间为10分钟；试样烘干后将试样取出进行热浸镀锌，浸镀温度为455°C?465°C，浸镀时 间为60s ; (6) 试样浸镀后放入纯水中冷却。
8. 根据权利要求7所述的一种Zn-Al-Mn合金的热浸镀工艺，其特征在于，所述步骤 (4)中的助镀剂为550g/L氯化锌、100g/L氯化铵、20g/L氯化亚锡、15g/L氟铝酸钠、15g/L 氟化钠和l〇g/L氯化铈的混合溶液。
9. 根据权利要求7所述的一种Zn-Al-Mn合金的热浸镀工艺，其特征在于，所述步骤 (4)中电解活化助镀的具体过程为：将石墨碳棒作为电解阳极，将试样悬挂在阴极铜棒上， 助镀60s后将试样换面继续电解助镀60s，使试样两侧的助镀剂盐膜更加均匀，电解电流为
【文档编号】C23C2/06GK104099550SQ201410314622
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】贺志荣, 解凯 申请人:陕西理工学院