一种高耐蚀性单镀型锌铝镁稀土防护镀层及制备工艺的制作方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及钢铁材料表面镀覆工艺技术领域，特别涉及一种高耐蚀性单镀型锌铝 镁稀土防护镀层及制备工艺。
【背景技术】：
[0002] 传统金属基体镀锌防护层受到自然环境恶化和输电线路电磁环境的影响，腐蚀速 率日趋加快，大大缩短了其使用周期，在重腐蚀环境中（如沿海地区、酸雨地区、工业污染 区等），不得不进行整体更换，大大增加了维护成本，降低了电网安全性。尤其是在强电场、 雷击等电磁场环境中，电磁效应会加剧镀层的腐蚀。金属基体采用锌铝镁稀土防护镀层比 纯锌防护镀层拥有更优异的耐蚀性能，成为目前研究热点。在工业化生产过程中，铝、镁、稀 土与金属基体钢基体反应要求高，不仅会影响到防护层的表面质量，而且会造成防护层粘 附性下降导致漏镀。
[0003] Samuel R. Cross.等[Computational design and optimization of multi layered and functionally graded corrosion coatings.Corrosion Science. 2013, 77, 297-307]研究了锌铝镁合金层耐腐蚀影响，指出Al、Mg对防护层表面影 响和防护层整体的耐蚀性能提升。S. Schilrz等[Chemistry of corrosion products on Zn-Al-Mg alloy coated steel. Corrosion Science. 2010, 52 (10) ,3271-3279]制备的高 Al、Mg配比锌铝镁层，具有优异的耐蚀性能。
【发明内容】
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[0004] 为了解决现有技术中热浸镀锌铝镁存在的工艺要求高、镀层表面不均匀、无法形 成高性能渗层等不足与问题，本发明提供了一种适用于金属材料的铝、镁含量高、镀层厚度 符合标准、结合强度高、高耐蚀性、适用于工业化推广生产的高耐蚀性单镀型锌铝镁稀土防 护镀层及制备工艺。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] -种高耐蚀性单镀型锌铝镁稀土防护镀层的制备工艺，将预处理后的金属材料在 单镀型助镀剂存在下进行热浸镀，再在锌铝镁稀土合金溶液中进行热浸渍处理，即得表面 镀有锌铝镁稀土防护镀层的金属材料。
[0007] 具体包括如下步骤：
[0008] 1)将金属基体去污、除油；
[0009] 2)对步骤1)处理后的金属材料进行打磨除锈处理，除锈等级为不低于Sa21/2级；
[0010] 3)将助镀剂和步骤2)处理后的金属材料置于容器中，加热0. 2-0. 5min，加热温度 为 7(TC -85°C ;
[0011] 4)将步骤3)处理后的金属材料置于锌铝镁稀土合金液中，加热0. 5-3min，加热温 度为 400°C _470°C，即得。
[0012] 本发明制备的锌铝镁稀土防护镀层中A1 5_12%、Mg 1-6%，所制备的锌铝镁稀土 防护镀层形成Zn/Al/MgZn2S元共晶以及多种类型的二元共晶体，是锌铝镁稀土防护镀层 具有尚耐蚀性能的主要原因。
[0013] 所获得单镀型锌铝镁稀土防护镀层的各组分的重量份数为：A1 5_8%、Mg 1-6%、 Zn76-96 %，稀土元素为0. 1 % -0. 5 %，其余为金属基材。。
[0014] 优选的是，步骤1)中，所述除油处理为于90°C _100°C下，用NaOH溶液和清水分别 清洗金属材料。
[0015] 本发明中助镀液的最适温度是70°C -85°C，温度较低，助镀剂附着不均匀且助镀 效果不佳；温度较高，则助镀剂附着太厚，增加消耗。当然若附着较厚助镀剂在工件上锌灰 产生会降低。但太厚时则成反效果。
[0016] 本发明中一般需0. 2-0. 5min即可得到好的助镀剂附层，也让金属材料充分加热 以助烘干。
[0017] 优选的是，步骤3)中，所述加热温度为410°C-460°C。
[0018] 优选的是，步骤3)中，所获得单镀型锌铝镁稀土合金液中各组分的重量份数为： A1 5-12%、Mg 1-6%、Zn 76-96%，稀土元素为 0.1 %-0.5%。。
[0019] 优选的是，步骤3)中，所述的单镀型锌铝镁稀土助镀剂中，各组分的粒径小于 70 ym。颗粒小，保证助镀剂中各组分分散均匀，提高反应活性。
[0020] 优选的是，步骤3)中，所述的单镀型助镀剂为ZnCl230-40 % ;NaF 1-3 % ; KHF25-8% ；PC130. 5-1.0%；SnCl22-3% ；BeCl2l-l. 5% ；Si020. 5-1. 5% ；ZnMn040 . 05-0. 1% ； 复合表面活性剂1%，其余为水。其中ZnMnO^t用是与其他成分形成水合物，促进热浸镀过 程；复合表面活性剂为烷基磺酸盐、脂肪醇醚磷酸酯盐、N-烷基氨基二丙酸的复合物。
[0021] 上述任一方法制备的单镀型锌铝镁稀土防护镀层，其厚度为85-120 ym。厚度较薄 易发生漏镀现象，厚度过高，金属材料的耐腐蚀性能提升不大，既易使镀层变脆，又耗费大 量能源和原材料。本发明优选的单镀型锌铝镁稀土防护镀层的厚度为85-120 ym。
[0022] 上述方法制备的单镀型锌铝镁稀土防护镀层在制造电网输电铁塔防护中的应用。
[0023] 本发明的有益技术效果：
[0024] 1.本发明针对单镀型锌铝镁防护技术，提供具有高铝、高镁含量、高耐蚀性、结合 致密、镀层形貌优良、结合强度高、实现金属材料表面单次镀即可制备锌铝镁镀层。该制备 方法成本低，易工业化生产制备。
[0025] 2.本发明制备的防护镀层，进行了中性盐雾试验测试，结果表明出现锈点时间为 2060h，而传统热镀锌出现锈点时间仅为140h，因此，具备了在极端恶劣条件下使用的要求， 在制造电网输电铁塔中得到广泛应用。
[0026] 3.本发明制备的锌铝镁稀土防护镀层中A1 5-12%、Mg 1-6%，所制备的锌铝镁 稀土防护镀层形成Zn/Al/MgZn2S元共晶以及多种类型的二元共晶体，是共渗层具有高耐 蚀性能的主要原因。
[0027] 4.本发明的单镀型锌铝镁稀土防护镀层工艺可以利用单次热浸镀方法在金属表 面获得锌铝镁合金镀层。镀层与金属基体各自保持原有的性能，但是拥有99. 9%以上冶金 结合界面，同时镀层结构致密、成分稳定、无漏镀，耐蚀性能优异，盐雾腐蚀达2060h。合金镀 层耐蚀性能较普通热浸镀纯锌层好，提高了使用寿命。该单镀型工艺，可重复使用和工业化 生产，克服了金属与锌铝镁合金液助镀困难，两者之间难形成优异结合界面、易产生漏镀等 不足，能广泛适用于金属表面制备5% -12% Al、l % -6% Mg含量的锌铝镁合金镀液。
【附图说明】
[0028] 图1单镀型锌铝镁稀土镀层截面形貌
【具体实施方式】：
[0029] 下面结合实施例进一步说明：
[0030] 实施例1 : 一种高耐蚀性单镀型锌铝镁稀土防护镀层，包括如下步骤：
[0031] 1)去污金属材料表面的污垢、于85°C下用NaOH溶液和清水分别清洗金属材料3 次，去除金属材料表面的油脂；
[0032] 2)对步骤1)处理后的金属材料进行打磨除锈处理，除锈等级为不低于Sa21/2级；
[0033] 3)将单镀型助镀剂为 ZnCl230%;NaF 1%;KHF25%;PC130. 5%;SnCl22%;BeCl2l%; Si020. 5% ;ZnMn040 . 05% ;复合表面活性剂1%，其余为水，其中ZnMn04作用是与其他成分 形成水合物，促进热浸镀过程；复合表面活性剂为烷基磺酸盐、脂肪醇醚磷酸酯盐、N-烷基 氨基二丙酸的复合物。和步骤2)处理后的金属材料置于容器中，加热0.5min，加热温度为 70 °C ；
[0034] 4)将步骤3)处理后的金属材料置于锌铝镁稀土合金液中，加热3min，加热温度为 4KTC，即得；
[0035] 所获得单镀型锌铝镁稀土防护镀层的各组分的重量份数为：A1 5%、