一种用于桥梁钢丝表面热浸镀Zn-Al-Mg合金层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钢丝镀层及其制备方法领域，特别涉及一种用于桥梁钢丝表面热浸镀Zn-Al-Mg合金层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着桥梁建设技术的飞速发展，桥梁建筑设计跨径在不断增大，具有独特优势的悬索桥的应用愈发广泛。跨径的增大和建造环境的复杂，对悬索桥的主要承载构件“主缆”的强度和耐蚀性提出了更高的要求。目前桥梁钢丝的主要镀层为锌层。通过热浸镀工艺，在盘条的外层热浸镀上一层均匀的锌镀层，对基体起到一定保护作用。由于锌层的孔隙率较高导致耐蚀性较低，在很多领域，锌镀层已经被锌铝合金层所代替。然而锌铝合金涂层的成分很大程度上受丝材制备工艺的影响而导致调整范围较窄，至于锌铝伪合金涂层，虽然其成分可以在较宽范围内调整，由于只包含Zn和A1两种元素，其腐蚀产物对涂层中的孔隙自封闭作用相比纯锌涂层虽有所提高，但效果有限。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种用于桥梁钢丝表面热浸镀Zn-Al-Mg合金层及其制备方法，该合金层具有孔隙率低、耐蚀性能好、应用前景广泛等特点。
[0004]本发明的一种用于桥梁钢丝表面热浸镀Zn-Al-Mg合金层，所述合金层的组成按质量百分比为 Zn 30-97%, A1 5-60%, Mg 0.02-11 %，总和满足 100%。
[0005]所述合金层单位面积上的质量为120-410g/m2。
[0006]所述合金层单位面积上的质量为190?350g/m2。
[0007]所述合金层单位面积上的质量为210g/m2。
[0008]所述合金层单位面积上的质量为320g/m2。
[0009]所述合金层的自腐蚀电位为-1.05?-1.10V，I _为1?5X10 6 A.cm2。
[0010]所述合金层的极化电阻为5000?8000 Ω.cm2。
[0011]本发明的一种用于桥梁钢丝表面热浸镀Zn-Al-Mg合金层的制备方法，包括:
[0012](1)对桥梁钢丝进表面行除油除锈处理，保证施镀表面的平整均一；
[0013](2)在520-580°C下热浸镀Zn_Al_Mg合金层，在钢丝表面得到均一的Zn-Al-Mg合金镀层；其中，合金层的组成按质量百分比为Zn 30-97%, A1 5-60%, Mg 0.02_11%，总和满足100% ;其中，热浸镀的时间为30?60s ；
[0014](3)热浸镀结束后进行稳定化处理，处理参数包括:稳定化处理张力:25%?45%公称破断力；稳定化处理温度:360°C?420°C。
[0015]所述步骤⑵中热浸镀的温度为560°C，热浸镀时间为60s。
[0016]热浸镀处理工序对原钢丝的强度和韧性造成影响，因此在热浸镀后设计一道稳定化处理工艺，其原理为在对钢丝施加张力的同时对钢丝进行低温回火处理，改善钢丝的强度与韧性。
[0017]最后进行镀层检验:镀层外观平整，颜色均匀，厚度均一，采用无损检测仪器检测镀层厚度，厚度和表面质量合格的产品进入包装运输程序。
[0018]通过改进的热浸镀处理工艺(改进了热浸镀合金的成分，在传统的热浸镀锌体系中融入Al、Mg元素，严格控制熔池合金的成分与比例在一定范围内。同时根据镀层合金的成分，对热浸镀温度进行微调，温度范围为520-580°C，优选温度为560°C，热浸镀时间适当延长至60s。)，在钢丝表面得到均匀、致密的Zn-Al-Mg合金层，其涂层的组织结构中存在富Al-Mg合金相、富Zn-Al合金相和少Zn-Al-Mg合金相，富Al_Mg合金相和富Ζη_Α1合金相交替存在，协同发挥了 Zn-Al合金相的牺牲保护作用和Al-Mg合金相的钝化保护作用，涂层中的Al-Mg合金相构成网状硬构架，能够起到阻止Zn-Al合金腐蚀的作用。由于Mg的加入，Mg和A1形成的Al-Mg氢氧化物薄膜除了起到钝化膜的作用外，腐蚀后也生成相应的具有自封闭能力的腐蚀产物，与Zn的腐蚀产物一起堵塞涂层中的缺陷，形成更加致密的腐蚀产物层，加强了涂层的自封闭效果，使得涂层在腐蚀后期的耐蚀性能大大提高。
[0019]锌镀层中添加各元素的作用:
[0020]A1:改善合金铸造性能，增加合金流动性，细化晶粒，促进固溶强化，提高镀层机械性能；降低Zn对铁的反应能力，减少对铁质材料的侵蚀；铝含量控制在5.8?8.3% (因为加入了其他元素，对整体流动性有一定影响)。主要考虑到所要求的强度及流动性，流动性好是获得一个完整、尺寸精确、表面光滑的铸件必需的条件。
[0021]Mg:减少晶间腐蚀；细化合金组织，从而增加合金的强度；改善合金的抗磨损性會泛。
[0022]通过合理控制合金镀层成分与热浸镀工艺，在桥梁钢丝表面处理上一层平整均一的Zn-Al-Mg合金镀层，以取代桥梁钢丝常用的镀锌层。相对于镀锌层，Zn-Al-Mg合金镀层的孔隙率更低，耐蚀性更高，能够适应更加复杂与恶劣的气候环境。A1和Mg的加入，促进了合金层内部的晶粒细化，防止了晶间腐蚀的出现，提高了镀层的强度。同时在热浸镀后设计一道稳定化处理工艺，降低热浸镀工艺对原钢丝强度和韧性的影响，保持了钢丝的超高强度、低松弛特性。本发明提供的合金镀层，其耐蚀性优于目前的锌镀层和锌铝合金镀层，易于实施，满足了特殊环境，如海洋腐蚀气氛环境下对桥梁钢丝的需要，具有广阔的市场前景。
[0023]本发明通过改进Zn-Al合金热浸镀工艺，同时加入微量元素Mg，桥梁钢丝表面处理上一层Zn-Al-Mg多元合金镀层，调整了镀层的结构与成分，提高了镀层的耐蚀性能。同时在热浸镀后，设计一道稳定化工艺，降低因为热浸镀工艺对桥梁钢丝强度和韧性造成的影响。
[0024]有益效果
[0025]本发明的Zn-Al-Mg合金层，耐蚀性优于目前的锌镀层和锌铝合金镀层，易于实施，满足了特殊环境，如海洋腐蚀气氛环境下对桥梁钢丝的需要，具有广阔的市场前景。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0027]本发明申请中镀层性能测试方法如下:
[0028]1.结合强度测试。结合强度测试实验采用CSS-44100电子万能试验机测定涂层与基体的抗拉结合强度。
[0029]2.中性盐雾实验
[0030]在ATLAS CCX2000盐雾箱中进行偶接试样的加速腐蚀实验，盐雾实验按照GB-T10125-1997标准进行，实验条件:在制备的(50±5)g/L中性NaCl溶液中，实验温度控制在(35±1)°C进行连续盐雾。首先将试样置于室温中放置48h，之后分别将试样与垂直方向呈20°放置于盐雾箱支架上，暴露5，15，30和大于30天后取样(根据实际情况确定后续实验时间)。盐雾实验后，用去离子水清洗掉表面附着的沉积盐，冷风吹干后，进行表面腐蚀状态观测。
[0031]3.电化学性能测试
[0032]合金镀层的电化学测试采用CHI660电化学工作站，将镀层制备成1 X 1cm电极，采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂电极，工作电极为镀层样品。腐蚀介质为3.5% N