热成形用锌基镀层材料、其制备方法及热浸镀方法与流程

文档序号：17119337发布日期：2019-03-15 23:39阅读：230来源：国知局

本发明涉及金属镀层材料及其制备方法和应用处理方法，尤其涉及一种热成形用锌基镀层材料、其制备方法及热浸镀方法。

背景技术：

锌基镀层是工业中常用的耐腐蚀镀层，该镀层成分是包含了0-0.5%的铝（al）。该镀层具有优良的耐蚀性，所以该镀层广泛地应用于汽车钢板钢，随着国家的节能减排的政策发布，汽车轻量化成为研究的热点。该镀层钢板在高温热成形过程中会产生热裂，导致板材的力学性能大大降低，产生热裂的原因是液态金属脆性（lmie），由于热裂的产生使热成形钢板的生产受到一定的限制，所以需要开发出一种适用于高温热成形的镀层。

消除热裂的方法主要从基板、镀层、热成形工艺入手。基板主要包括晶粒尺寸、物相组成、微量元素含量等；而镀层主要是微量元素含量使镀层的热物性发生变化，在高温热成形过程中减少液态金属的产生，从而避免液态金属致脆现象；热成形工艺主要在于温度制度和成形制度：温度制度是指加热速度、保温时间、保温温度等，成形制度主要与模具有关，即施加的应力大小。

热成形是指将钢板加热到奥氏体化温度后进行成形，然后以一定的冷速将钢板冷却下来，使钢板得到全马氏体组织的方法。由于结构件组织全是马氏体，所以强度特别高，在汽车领域受到了广泛的应用。但是钢板在高温下容易氧化以及脱碳，可能导致一系列不利的影响。后续开发出了带镀层的热成形工艺，主要是al-si镀层以及纯锌镀层钢板。al-si镀层热成形钢有出色的抗高温的性能，但是电化学腐蚀性能较弱，所以其使用的领域受到了一定的限制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种热成形用锌基镀层材料、其制备方法及热浸镀方法，能解决锌基镀层在热成形过程中的热裂问题，改善镀层耐蚀性能，同时提高热成形钢镀层的热成形性能。

本发明是这样实现的：

一种热成形用锌基镀层材料，包括以下按质量百分比计的化学成分：zn为98.9%，mg为0.4-0.8%，al为0.2%，si为0.3%，制成zn-al-mg-si合金。

在所述的zn-al-mg-si合金中加入质量百分比为0.1-0.3%的稀土元素re，制成zn-al-mg-si-re合金锭。

所述的稀土元素re为la，制成zn-al-mg-si-la合金锭；或所述的稀土元素re为ce，制成zn-al-mg-si-ce合金锭；或所述的稀土元素re为la与ce的合金，制成zn-al-mg-si-la-ce合金锭。

一种热成形用锌基镀层材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：在保护渣的作用下，坩埚电阻炉中熔炼合金，采用质量百分比为98.9%的zn和质量百分比为0.4-0.8%的mg的合金元素熔炼zn-mg合金；

步骤2：加入质量百分比为0.3%的si，再加入质量百分比为0.2%的al，最终得到zn-al-mg-si合金，即锌基镀层材料。

在所述的步骤2中，加入质量百分比为0.1-0.3%的稀土元素re；所述的稀土元素re为la，制成zn-al-mg-si-la合金锭，即锌基镀层材料；或所述的稀土元素re为ce，制成zn-al-mg-si-ce合金锭，即锌基镀层材料；或所述的稀土元素re为la与ce的合金，制成zn-al-mg-si-la-ce合金锭，即锌基镀层材料。

一种热成形用锌基镀层材料的热浸镀方法，包括如下步骤：

步骤1：将锌基镀层材料置于石墨-黏土坩埚中，在热浸镀模拟机内升温熔化还原，并通入气体进行气氛保护；

步骤2：加入稀土元素re形成镀液；

步骤3：打磨钢板，除去表面铁锈；

步骤4：配置碱性水溶液并放入水浴锅中保温，用碱性水溶液去除钢板表面油污后用无水乙醇冲洗；

步骤5：将钢板放入hcl及六亚甲基四胺的水溶液中除锈，并经酸洗溶液酸洗，取出钢板后用无水乙醇清洗，吹干备用；

步骤6：钢板用镀液进行热浸镀；

步骤7：钢板从镀液中移出后立即用气刀进行冷却，再通过水将样品冷却至室温。

在所述的步骤1中，锌基镀层材料是zn为98.9%、mg为0.4-0.8%、al为0.2%、si为0.3%组成的zn-al-mg-si合金；在所述的步骤2中，镀液是在zn-al-mg-si合金内加入0.1-0.3%的稀土元素re制成的zn-al-mg-si-re镀液，所述的稀土元素re至少为la或ce中的一种。

所述的镀液的温度范围为460-500℃。

所述的热浸镀的时间为1-5s。

所述的还原温度为700-800℃，还原气氛保护的气体为5-20%氢氮混合气，还原时间为5-15min。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明在锌基液中添加mg元素，有效的提高了镀层的耐蚀性能，添加si元素配合mg元素生成mg2si相进一步提高镀层的耐蚀性能，同时可以降低合金层厚度。

2、本发明通过添加稀土元素re元素改善了镀层的表面质量，得到光滑、均匀的镀层；同时通过优化mg、si、la、ce含量，在保证力学性能的前提下，提高镀层的耐蚀性能。

本发明能解决锌基镀层在热成形过程中的热裂问题，改善镀层耐蚀性能，同时提高热成形钢镀层的热成形性能，对工业化生产具有一定的指导意义。

附图说明

图1是本发明热成形用锌基镀层材料的热浸镀方法的流程图；

图2是本发明实施例1中制得的热浸镀zn-0.2a1-0.3%si-0.6%mg钢板样品的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种热成形用锌基镀层材料，包括以下按质量百分比计的化学成分：zn（锌）为98.9%，mg（镁）为0.4-0.8%，al（铝）为0.2%，si（硅）为0.3%，制成zn-al-mg-si合金。

在所述的zn-al-mg-si合金中加入质量百分比为0.1-0.3%的稀土元素re，制成zn-al-mg-si-re合金锭。

所述的稀土元素re可采用la（镧），制成zn-al-mg-si-la合金锭；或稀土元素re可采用ce（铈），制成zn-al-mg-si-ce合金锭；或稀土元素re可采用la与ce的合金，制成zn-al-mg-si-la-ce合金锭。

一种热成形用锌基镀层材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：在保护渣的作用下，坩埚电阻炉中熔炼合金，采用质量百分比为98.9%的zn和质量百分比为0.4-0.8%的mg的合金元素熔炼zn-mg合金。

步骤2：加入质量百分比为0.3%的si，再加入质量百分比为0.2%的al，最终得到zn-al-mg-si合金，即锌基镀层材料。

在所述的步骤2中，再加入质量百分比为0.1-0.3%的稀土元素re，最终得到zn-al-mg-si-re合金锭，即锌基镀层材料。

所述的稀土元素re可采用la，制成zn-al-mg-si-la合金锭；或稀土元素re可采用ce，制成zn-al-mg-si-ce合金锭；或稀土元素re可采用la与ce的合金，制成zn-al-mg-si-la-ce合金锭，即锌基镀层材料。

请参见附图1，本发明热成形用锌基镀层材料可采用热冲压方式处理，能一定程度上避免热裂的产生，尤其适合大工业生产，热成形用锌基镀层材料的热浸镀方法包括如下步骤：

步骤1：将锌基镀层材料置于石墨-黏土坩埚中，在热浸镀模拟机内升温熔化还原，并通入10l/min的气体进行气氛保护。优选的，还原温度约为700-800℃，还原气氛保护的气体可采用5-20%氢氮混合气，还原时间为5-15min。

步骤2：加入稀土元素re形成镀液。热浸镀模拟机的温度为460-500℃，使锌基镀层材料熔化成的镀液稳定在460-500℃，优选的，镀液温度为480℃，便于热浸镀操作。

锌基镀层中，al的加入能光亮镀层表面，mg的加入能提高镀层的腐蚀性能，si的加入能控制合金层厚度，si元素能够配合mg的加入产生mg2si相，进一步提高镀层耐蚀性能；而la、ce的加入可以提高镀液的流动性，有效地降低镀液的表面张力，提高镀液与钢基体的润湿性，还可以净化杂质、细化晶粒，并可富集于镀层表面形成致密而均匀的氧化膜，在一定程度上可组织外界杂质原子向合金内部扩散，从而延缓氧化和腐蚀过程，且形成的镀层表面均匀、光滑，因此，本发明热成形用锌基镀层材料具有优秀的综合性能。

步骤3：打磨钢板，除去表面铁锈。优选的，可采用360-1500目的砂纸打磨钢板表面的铁锈。

步骤4：配置碱性水溶液并放入水浴锅中保温，用碱性水溶液去除钢板表面油污后用无水乙醇冲洗。优选的，碱性水溶液可采用5%naoh溶液。

步骤5：将钢板放入hcl及六亚甲基四胺的水溶液中除锈，并经酸洗溶液酸洗，取出钢板后用无水乙醇清洗，吹干备用。优选的，六亚甲基四胺浓度为4g/l，酸洗溶液温度为80℃，酸洗时间10分钟。

步骤6：钢板用镀液进行热浸镀，热浸镀的时间为1-5s，优选的，热浸镀的时间为3s。

步骤7：钢板从镀液中移出后立即用气刀进行冷却，再通过水将样品冷却至室温。优选的，冷却速度为10-20℃/s。

实施例1：

采用质量百分比为98.9%的zn、质量百分比为0.4%的mg、质量百分比为0.2%的al、质量百分比为0.3%的si的合金元素熔炼制得zn-al-mg-si锌基镀层材料。将zn-al-mg-si锌基镀层材料放入石墨坩埚中，然后将石墨坩埚置于炉中进行升温还原，并通入10l/min的n2进行气氛保护，炉子温度为480℃，待合金完全熔化及炉温稳定后进行热浸镀。

将钢板表面经过360-1500目的砂纸打磨除去表面铁锈。

配制含5%naoh的碱性水溶液，并把碱性溶液放入水浴锅中保温，温度为80℃，利用碱性溶液去除钢板表面油污，去除钢板表面油污的操作时间约10分钟，之后取出钢板并用无水乙醇冲洗。

把洗涤过的钢板样品放入50%hcl及六亚甲基四胺的水溶液中除锈，六亚甲基四胺浓度为4g/l，酸洗溶液温度为80℃，酸洗时间10分钟，取出后用无水乙醇清洗后吹干备用。

钢板进行热浸镀操作，浸镀温度为480℃，浸镀时间为3s。

钢板从镀液中移出后立即进行用气刀进行冷却，再用水将样品冷却至室温，即得附图2所示的镀层钢板样品。

实施例2：

采用质量百分比为98.9%的zn、质量百分比为0.6%的mg、质量百分比为0.2%的al、质量百分比为0.3%的si、质量百分比为0.1%的la的合金元素熔炼制得zn-al-mg-si-la锌基镀层材料。将zn-al-mg-si-la锌基镀层材料放入石墨坩埚中，然后将石墨坩埚置于炉中进行升温还原，并通入10l/min的n2进行气氛保护，炉子温度为480℃，待合金完全熔化及炉温稳定后进行热浸镀。

将钢板表面经过360-1500目的砂纸打磨除去表面铁锈。

钢板进行热浸镀操作，浸镀温度为480℃，浸镀时间为3s。