一种结构钢双镀Galfan合金的方法与流程

本发明属于热浸镀技术领域，具体涉及一种结构钢双镀Galfan合金的方法。

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。

Galfan合金是一种成分为Zn-5%Al-RE的新型高耐蚀性合金，其耐蚀性是纯锌镀层的2～3倍。铝是提高抗腐蚀能力的决定因素，当镀层中铝含量为5%时为共晶组织，具有极佳的抗腐蚀性能和其他综合性能，是替代传统的纯锌镀层的新型镀层。微量稀土元素的加入，不仅可以有效改善镀层表面光泽，提高镀层耐蚀性能和机械加工性能，延长使用寿命，还可以使镀层组织均匀、细化晶粒，细小的共晶组织能阻止裂纹的扩展，从而降低镀层脆性。而且Galfan 合金的熔点低，更有利于节能。其在沿海国家和地区（如欧美和日韩等地）得到不断推广。专利 ZL 200410093932.1发明了钢丝单镀Galfan合金的工艺方法及其设备，我国也制定了国家标准GB/T20492-2006《锌-5%铝-混合稀土合金镀层钢丝、钢绞线》，并逐渐推广该镀层产品，目前国内外主要应用于金属丝网和桥梁缆索行业。但是，用常规批量热浸镀锌方法进行热浸镀Galfan合金时，由于合金中含有较高含量的Al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，如专利CN 105220099A和CN 105154804A分别公开了一种批量热镀Galfan的助镀剂及其制备方法。专利ZL 201310284192.9 基于钢丝镀锌工艺发明了一种在钢丝上双镀锌-10%铝-稀土合金镀层工艺。但是，结构钢镀锌工艺与钢丝镀锌工艺不同，这些公开的助镀剂不稳定，很难在结构钢件上获得表面质量优良的Galfan合金镀层，因此，尚未在结构钢镀层中得到应用。通过在结构钢件中先预镀纯锌再浸镀Galfan合金，不仅可有效抑制结构钢镀纯锌时的硅反应性，避免使用不稳定的助镀剂，还能获得表面质量优良、耐蚀性更好的Galfan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Galfan合金的研究报道和公开专利。

技术实现要素：

本专利通过对比实验研究了浸镀温度、预镀纯锌时间和浸镀Galfan合金时间对镀层组织及耐蚀性的影响，优化双镀工艺，获得了一种结构钢双镀Galfan合金的方法。

本专利的目的在于提供一种结构钢双镀Galfan合金的方法，结构钢件经脱脂、水洗、酸洗、水洗、助镀、烘干等处理后，先于430～470℃的纯锌浴中浸镀1～30 s后，取出后，再放入并排放置的430～470℃的Galfan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Galfan合金浴中， Al含量的重量百分比为4～6%，混合稀土含量的重量百分比为0.05～0.2%，余量为锌。

使用本专利发明的方法对结构钢进行浸镀时，无需要使用不稳定的助镀剂，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Galfan合金镀层。

用该方法获得的镀层截面组织中，靠近基体的为Fe₂Al₅相，外层为Galfan合金液的凝固组织，中间存在Fe₂Al₅与液相的混合层。

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。使用该方法可克服结构钢热浸镀纯锌时的硅反应性和单镀Galfan合金镀层表面质量很差的问题，提供一种热镀工艺简单、镀层质量好的Galfan合金镀层的方法。

（2）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为本发明的双镀Galfan合金的工艺流程；

图2中a、b分别为Q195钢在450℃的纯锌中预镀5 s和10 s后再于Galfan合金中浸镀10 s表面形貌；

图3 中a、b、c、d分别为Q195钢在450℃的纯锌中预镀1s、3 s、5 s和30 s后再于Galfan合金浴中浸镀10 s后的镀层组织；

图4 为Q195钢450℃单镀纯锌及双镀Galfan样品电极化曲线；

图5中a、b、c、d分别为 Q195钢在450℃的纯锌浴中预镀10s再于Galfan合金浴中浸镀20 s、30 s、60 s和120 s后的镀层组织；

图6中a、b分别为Q195钢在430℃的纯锌浴中预镀10 s再浸镀10 s和30 s Galfan合金的镀层显微组织。

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Galfan合金（Zn-5.0 wt.%Al-0.1wt.%RE）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1，2，3，5，10，20，30s，取出后再置于450℃的Galfan合金浴中浸镀10s，最后取出水冷。

得到的镀层表面形貌如图2所示，镀层截面组织如图3所示。预镀1s和2s后镀层的表面质量相对较差。在生产中，预镀纯锌5s以上较好。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Galfan合金液的凝固组织，在这两层中间为Fe₂Al₅Zn_x与液相的混合层。随着预镀时间的增加，Fe₂Al₅Zn_x与液相的混合层厚度显著增加。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。纯锌镀层、预镀3s+浸镀10s的镀层和预镀10s+浸镀10s的镀层的电化学极化曲线如图4所示。

由此可见，双镀Galfan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10 s后，再于450℃的Galfan合金浴中分别浸镀10 s、20s、30s和60s然后取出水冷。

得到的镀层截面组织如图5所示。可以发现，在预镀同样的时间后，随着浸镀时间的延长，镀层中的Fe₂Al₅Zn_x层明显变厚，甚至在远离基体处形成了FeAl₃层。在生产中，过多延长浸镀时间对镀层组织没有有利的影响。

实施例3

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

得到的镀层组织如图6所示。与锌浴的温度和Galfan合金浴的温度均为450℃的镀层组织相比，Fe₂Al₅Zn_x层较薄，且随浸镀时间的延长，厚度增加速度较慢。在生产中，可通过降低锌浴的温度使镀层组织更容易控制。