一种结构钢两步法热镀SuperDyma合金的工艺的制作方法

本发明属于热浸镀技术领域，具体涉及一种结构钢两步法热镀SuperDyma合金的工艺。

背景技术：

热浸镀锌是一种有效的钢铁表面防护方法。批量热浸镀锌是将表面经清洗、活化后的钢铁浸于液态锌中，通过铁锌之间的反应扩散在钢铁表面生成铁锌金属间化合物层的过程。热浸镀纯锌镀层包括金属间化合物层和自由锌层，它在空气中生成保护性氧化膜，隔离了钢铁材料与腐蚀环境的接触，并利用锌对钢铁的牺牲性阳极保护的特性，对钢铁材料起到保护作用。但是，结构钢件中存在的硅在热浸镀锌时会产生硅反应性，导致镀层超厚、表面灰暗、耐蚀性差。

日本新日铁钢铁公司开发了含Mg和Si的高耐腐蚀性新型的合金镀层钢板“SuperDyma”，其成分以Zn为主，大约含有10～12 wt.%Al、2～4 wt.%左右的Mg以及1 wt.%以下含量的Si元素，构成的一种新型耐腐蚀性热浸镀合金钢板。SuperDyma合金镀层由Zn/Al/MgZn₂三元共晶及包覆在其中的富Al的FCC相组成。SuperDyma合金被广泛应用于建筑业、道路养护、储藏设备、汽车制造、机电设备及相关金属成形领域：可用于制造各种钢制配件、耐腐蚀工件、车船龙骨天花、带孔钢板板、电缆桥梁等。得益于Al、Mg、Si等合金元素的复合作用，盐雾、循环腐蚀等试验证明，产品的耐蚀性得到显著提高。SuperDyma在平面位置的抗腐蚀性为一般镀纯锌钢板的15倍以上，为Zn-5 wt.%Ａl合金镀层钢板的6～8倍；在弯曲加工面和切断面的耐蚀性比Zn-55 wt.%Al合金镀层钢板要好。含Al、Si的镀层提高了加工性，同时由于Mg的复合作用，抑制了腐蚀的发生。SuperDyma镀层有着优秀的附着性和并且具有耐严酷加工性能，由于Mg的效果，使镀层硬度较高，因此还具有耐损伤性等特点。

但是，用常规批量热浸镀锌方法进行热浸镀SuperDyma合金时，由于合金中含有较高含量的Al和Mg会与助镀剂发生反应，导致漏镀、镀层表面质量很差的问题。虽然国内外一些学者尝试开发新型助镀剂，但是，这些助镀剂不稳定，很难在结构钢件上获得表面质量优良的SuperDyma合金镀层，因此，尚未在生产中得到应用。通过在结构钢件中先预镀纯锌再浸镀SuperDyma合金，不仅可有效抑制结构钢镀纯锌时的硅反应性，还能获得表面质量优良、耐蚀性更好的SuperDyma合金镀层，并改善镀层组织，获得优良的综合机械性能。

目前还没有在结构钢上先预镀纯锌再浸镀SuperDyma合金的研究报道和公开专利。

技术实现要素：

本专利申请人通过对比实验研究了浸镀温度、预镀纯锌时间和浸镀SuperDyma合金时间对镀层组织及耐蚀性的影响，优化两步法热镀工艺，获得了一种结构钢两步法热镀SuperDyma合金的工艺。

本专利的目的在于提供一种结构钢两步法热镀SuperDyma合金的工艺，结构钢件经脱脂、水洗、酸洗、水洗、助镀、烘干等处理后，于430～470℃的纯锌浴中浸镀2～30 s后，再置于并排放置的430～470℃的SuperDyma合金浴浸镀5～120 s，最后水冷。

镀前助镀处理时使用传统的氯化锌和氯化氨水溶液为助镀剂。

所述SuperDyma合金浴中，Al含量的重量百分比为10～12%，Mg含量的重量百分比为2～4%Mg，Si含量的重量百分比在1%以下，余量为锌。

使用本专利发明的工艺对结构钢进行浸镀时，可获得镀层厚度可控、无硅反应性、表面质量优良、耐蚀性好的SuperDyma合金镀层。

用该工艺获得的镀层截面组织中，靠近基体的为Fe₂Al₅Zn_x相，外层为SuperDyma合金液的凝固组织，中间存在Fe₂Al₅Zn_x与液相的混合层。而且随着浸镀时间的增加，Fe₂Al₅Zn_x层厚度几乎不变。通过控制SuperDyma合金液的量就可很好地控制镀层的总厚度。

本发明的有益效果为：

（1）本发明工艺稳定、镀层质量容易控制。

（2）使用该工艺可克服结构钢热浸镀纯锌时的硅反应性和单镀SuperDyma合金镀层表面质量很差的问题，提供一种热镀程序简单、镀层质量好的SuperDyma合金镀层的工艺。在获得同样的工件寿命条件下，可降低镀层厚度，缩短浸镀时间，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明的两步法热镀SuperDyma合金的工艺流程；

图2为 Q195钢在450℃的纯锌浴中预镀10s再于SuperDyma合金浴中浸镀30s后的试样表面形貌；

图3 a、b、c、d分别为Q195钢在450℃的纯锌浴中预镀10s再于SuperDyma合金浴中浸镀10 s、20s、30s和90s后的镀层显微组织；

图4 为Q195钢在450℃的纯锌浴中预镀5 s再于SuperDyma合金浴中浸镀10s后的镀层显微组织；

图5 为Q195钢在430℃的纯锌浴中预镀10 s再于SuperDyma合金浴中浸镀10s后的镀层显微组织。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和说明书附图，对本发明的优选实施例进行进一步说明。优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1

首先将两个分别装有纯锌和成分为Zn-11 wt.%Al-3 wt.% Mg -0.2 wt.%Si的SuperDyma合金的坩埚放入井式炉中加热至450℃并保持恒温。

Q195结构钢件经表面清理→70～90℃的15%NaOH溶液脱脂→水洗→10～15%盐酸溶液酸洗→水洗→70～90℃的200g/L的重量比为1.2：1的NH₄Cl-ZnCl₂水溶液中助镀→烘干处理后，先浸入450℃的纯锌浴中预镀10s，取出后再置于450℃的SuperDyma合金浴中浸镀10s、20s、30s、60s、90s和120s，最后取出水冷。

得到的镀件表面质量很好，预镀10s+浸镀30s的镀层表面形貌如图2所示。得到的镀层截面组织如图3所示。经扫描电镜-能谱仪分析发现，靠近钢基体的为溶解有一定量Zn的Fe₂Al₅Zn_x相，外层为SuperDyma合金液的凝固组织，在这两层中间为Fe₂Al₅Zn_x与液相的混合层。靠近钢基体形成了韧性的Fe₂Al₅Zn_x过渡层取代了疏松脆性的δ相，使镀层过渡层的厚度大大减薄，过渡层的韧性得到提升，镀层的结合力、韧性、抗扭折性都优于热浸镀锌过渡层。从图3中还可以看出，在相同的预镀时间下，随着浸镀SuperDyma合金时间的延长，Fe₂Al₅Zn_x与液相的混合层的厚度变化不明显。镀层的厚度主要由外层的SuperDyma合金液的凝固组织组成。靠近钢基体附近的Fe₂Al₅Zn_x层几乎不随浸镀时间的延长而发生变化。电化学分析测试证实，两步法热镀SuperDyma合金镀层的耐蚀性远优于纯锌镀层。

实施例2

同实施例1基本相同，不同之处在于： Q195钢经前处理后，先在450℃的纯锌浴中预镀5 s后，再于450℃的SuperDyma合金浴中分别浸镀10 s，20s，30s和60s然后取出水冷。

得到的预镀5 s浸镀10后的镀层显微组织如图4所示。其Fe₂Al₅Zn_x与液相的混合层的厚度变得较薄，镀层主要由外层的SuperDyma合金液凝固组织形成。也就是说，可通过缩短预镀纯锌的时间，降低Fe₂Al₅Zn_x与液相的混合层的厚度，然后通过控制合金液的量控制镀层的总厚度。

实施例3

同实施例1基本相同，不同之处在于： Q195钢经前处理后，先在430℃的纯锌浴中预镀10 s后，再于450℃的SuperDyma合金浴中分别浸镀10 s，20s，30s和60s然后取出水冷。

得到的预镀10 s浸镀10后的镀层显微组织如图5所示。其镀层组织与实施例1中的基本相同，只是Fe₂Al₅Zn_x与液相的混合层的厚度比450℃浸镀同样时间后的厚度薄一些。