一种稀土钇锌铝镁合金镀层及其制备方法与流程

本发明涉及一种锌基合金镀层及其制备方法，具体涉及一种稀土钇锌铝镁合金镀层及其制备方法。

背景技术：

对于提高生产设备耐蚀性能的研究，不仅仅是简单的技术问题，还是关系到节能环保、安全生产、保证生产和日常生活顺利进行的首要经济和社会问题。钢铁由于产量大、价格相对低、性能优异而直接或间接地应用于工业生产的各个行业，而腐蚀对钢铁造成的损失是极其严重的，全世界每年钢产量的1/3因腐蚀而损失。根据相关统计显示，每年因腐蚀而无法继续使用的钢铁占总生产量的十分之一。目前全世界因腐蚀而带来的经济损失高达7000亿美元，约占国民生产总值的2％～4％，因此有必要研究钢铁的腐蚀防护技术。

热浸镀是通过将镀件浸入熔化金属液一段时间后取出，经冷却后获得结合力优良且均匀镀层的技术。当镀件浸入镀层金属液后，镀件表面会和镀液发生复杂的化学反应，金属镀液会在镀件表面溶解并扩散最终形成结合紧密的合金镀层。从熔化的镀液中取出镀件后，熔融金属镀液会在镀件表面迅速凝固，经过冷却后形成镀层。由此可以看出热浸镀所获得的镀层与镀件之间的结合力十分牢固。另外，热浸镀比电镀和化学镀获得的镀层厚，这也是热浸镀镀层具有良好的耐蚀性的原因之一。

稀土元素是指钪、钇和全部镧系元素。由于它们在地壳中的含量稀少，它们的氧化物与氧化钙等土族元素性质相似，因而得名。钇和另一稀土元素铈是稀土元素中在地壳中含量较大的两种元素，因而它们在稀土元素中首先被发现，价格也比其他稀土氧化物便宜。更高耐蚀性的锌基合金镀层和特殊性能的镀层，也越来越受到重视。这些镀层的耐蚀性虽比传统热镀锌有较大提高，但生产工艺复杂，生产成本较高，在国内应用还不是很广泛。研究生产成本与传统热镀锌相当、耐蚀性能有较大提高的新镀层，仍然是该领域的研究趋势之一。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种稀土钇锌铝镁合金镀层及其制备方法，该方法在zn-al-mg镀液中加入了适量的稀土钇元素，制备出的多元合金镀层具有较好的耐腐蚀性，而且不改变现有热镀锌生产线，有利于推广应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种稀土钇锌铝镁合金镀层，由zn、al、mg、y制备而成，其中：al的掺量为镀层的2wt.％，mg的掺量为zn的1wt.％，y的掺量为zn的0.03～0.10wt.％，优选为0.08wt.％。

一种上述稀土钇锌铝镁合金镀层的制备方法，采用电解活化助镀剂法热镀zn-al-mg-y合金镀层，包括如下步骤：

步骤1：向装有zn-al-mg镀液的熔融合金炉中添加稀土元素y，稀土元素y以中间合金的方式添加，为减少合金元素烧损，熔融后的合金表面采用熔剂保护，熔剂主要成分为mgcl2、kcl、caf2，mgcl2、kcl、caf2的质量比为3:2:1；

步骤2：将预处理并烘干后的基材浸入400～500℃的熔融合金炉中热镀1～5min；

步骤3：将基材提抽出来，在空气气氛条件下，自然冷却至室温，即在基材表面获得稀土钇锌铝镁合金镀层，其中：抽提速度在0.1～0.3m/s的范围内。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明在zn-al-mg镀层的基础上，选择向zn-al-mg镀液中添加稀土y元素。随着稀土元素y的加入，生成的腐蚀产物连续覆盖在镀层表面，腐蚀产物的形态也比较致密。正是这些致密的腐蚀产物，阻止了腐蚀介质的侵入，对基体起到了保护作用。

附图说明

图1为加入不同掺量稀土y的镀层在3％nacl溶液中的极化曲线，1-0.03％y，2-0.05％y，3-0.08％y，4-0.10％y；

图2为镀zn-al-mg-y试件的表面分析；

图3为镀zn-al-mg-y试件表面分析；

图4为3000h盐雾试验后镀层表面微观形貌，(a)×5003000hzn-2％al-1％mg-0.08％y，(b)×20003000hzn-2％al-1％mg-0.08％y。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明公开了一种稀土钇锌铝镁合金镀层的制备方法，所述方法采用现行热镀锌生产设备和工艺的理论，利用电解活化助镀剂法的基础上，添加不同掺杂量的稀土y元素，制备得到热镀zn-al-mg-y合金镀层。具体步骤如下：

步骤1：向锌液(99.8％)中添加2％al、1％mg，稀土元素以中间合金的方式添加，各元素加入量按照预镀镀层的化学组成进行计算。为减少合金元素烧损，熔融后的合金表面采用熔剂保护，其主要成分为mgcl2、kcl、caf2，mgcl2、kcl、caf2的质量比为3:2:1。

步骤2：将预处理并烘干后的基材浸入450℃左右的熔融合金炉中热镀2min。

步骤3：控制速度在0.1～0.3m/s的范围内，从坩埚电阻炉中提抽出来，在空气气氛条件下，自然冷却至室温。

稀土钇能提高锌基镀层的耐蚀性能，其中zn-2％al-1％mg-0.08％y合金镀层的耐蚀性能最佳。本发明利用现行热镀锌生产设备和工艺，在电解活化助镀剂法热镀al-mg-zn合金镀层基础上，加入少量的al(2％)、mg(1％)以及微量稀土元素，得到了具有较高耐蚀性的多元合金镀层。

由图1的盐雾试验的结果可以得出以下结论，在镀层中添加合金元素之后，镀层的耐盐雾腐蚀能力有不同程度的提高，在加入al和mg之后，镀层的腐蚀速率不断降低，镀层的耐腐蚀性能也不断提高，其中，zn-2％al-1％mg合金镀层的耐腐蚀性最优。在zn-al-mg合金中加入稀土元素，使镀层的耐蚀性较纯锌镀层有了较大提高。在稀土y掺量小于0.1％的范围内，镀层的耐蚀性随着稀土y添加量的增加而不断提高。当掺量达到0.08％时，耐蚀性最佳，当继续增加稀土y掺量达到0.10％时，耐蚀性下降。

图2为试件的表面形貌。由sem图可见，镀层表面完整，无显著缺陷，偶见少量颗粒状物质附着在表面上。

由图3可知：表面还含有少量的fe、o、c1等元素，主要来源于表面氧化及助镀剂，镀层中连续相为zn，深色镶嵌物为zn-al合金，而白色附着物主要为mg和y。

由图4可知：向锌液中加入al、mg、y元素均能提高热镀锌层的耐蚀性能。al能够在镀层表面形成致密的氧化膜；mg可以细化晶粒，形成共晶组织；y具有较高的化学活性，能提高锌基镀层的耐蚀性能，起到净化合金液及镀层表面的作用，另外，稀土钇氧化物相对其他稀土氧化物较便宜，经济实惠。几种合金镀层中，al、mg、y的加入量较少，热镀温度、热镀时间等工艺参数与传统热镀锌相比变化不大，可以在不改变热镀锌生产线的条件下进行生产，便于推广应用。

除此之外，在合金液中加入稀土元素后，会降低合金液的表面张力，使得镀液与基体充分润湿。而微量稀土的添加之所以能够细化晶粒也与其有关，因为合金液表面张力降低，固液界面的比表面能也随之减小，导致形核体系表面能变化减小，最终会使临界晶核半径减小，形核速率提高，使晶粒得到细化。