[发明专利]一种热浸镀用锌基多元合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料表面处理技术领域，特别是一种热浸镀用锌基多元合金及制备方法。

背景技术

腐蚀对钢铁造成的损失是极其严重的，据不完全统计，全世界每年钢产量的1/3因腐 蚀而损失，仅在中国每年因钢铁腐蚀造成的直接经济损失就达上千亿元。腐蚀不仅带来巨 大的经济损失，还会造成惨重的人员伤亡。因此，有必要研究钢铁的腐蚀防护措施，而热 镀锌被公认为是钢铁保护最直接最有效的方法之一。

热镀锌是将处理后的钢铁在一定温度的熔融锌浴中浸镀一定的时间，取出冷却后在表 面获得一层美观且具有良好耐蚀性保护层的工艺。近年来，我国金属锌的生产与消费均居 世界首位，需求量逐年上升，市场潜力大。据2006年世界锌的消费结构分析，全球0#锌的 50％用于热镀锌。

随着经济的发展和金属资源的日趋紧张，热镀锌产品也必将向多元化、高性能、低消 耗等特点发展。为此，国内外不断开发一系列高性能的热镀锌合金镀层。

国内外的现有研究成果表明，在锌浴中添加合金元素，可明显提高镀锌产品质量、降 低生产成本。

Al是已知的提高镀锌层耐蚀性的最有效的合金元素。根据Al在锌中的添加量可把Zn-Al 合金分为低铝(Al＜5％)和高铝(Al＞5％)两大系列。

锌浴中含铝为0.005％～0.020％时，可显著提高镀层光亮性，减少锌浴表面氧化。当锌 浴中铝含量＞0.15％时，首先会在铁基上形成一层连续的Fe-Al相层，抑制Fe-Zn反应及脆 性Fe-Zn合金相层的生长，使镀层减薄且黏附性良好，约0.2％的Al量适用于带钢及钢丝的 连续热镀锌。目前，上述在锌浴中加入少量铝的技术已广泛应用于热镀锌领域，起到提高 镀层外观质量、降低生产成本的作用。但是，这样的镀层由于Al含量低，自由锌层的组织 和耐蚀性并无明显改变。

当Al添加量超过1％时，耐蚀性提高效果开始明显，当Al含量达4～7％时效果最佳，以 后随Al含量进一步增加，Zn-Al合金镀层耐蚀性反而下降。所以5％左右的Al对提高镀锌层 耐蚀性而言，是低Al系Zn-Al合金中的一个最佳组成。但是锌浴中铝含量的增加为热浸镀带 来了浸镀性能较差，容易出现漏镀现象等问题，增加了浸镀操作上的困难，导致浸镀产品 合格率大幅下降。

当铝的含量继续升高时，Zn-Al合金的耐蚀性能可以得到明显提高，尤其是铝含量达到 55％时，该类镀层能在更复杂腐蚀环境下使用，但是该种镀层的浸镀性能更差，无法使用 传统的助镀剂，因此镀前处理的助镀剂配方成为需要解决的关键技术。

此外，向锌及锌合金中添加微量稀土元素，可提高其耐蚀性和各种机械性能等。稀土 在金属材料中有净化、除气、除杂质、细化晶粒、强化基体和改善加工性能等作用。

国际铅锌研究组织与比利时列日冶金研究中心于1980年成功研制了一种新型 Zn-Al-RE合金热镀层，该合金镀层的化学成分为5％Al-0.1％RE-Zn。与镀锌层相比，该合 金镀层具有更好的耐蚀性，成型性、附着性也比较好，但是也存在浸镀困难的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有热浸镀锌及锌合金技术存在的不足，提供一种热浸镀用锌基 多元合金及制备方法。既提高了热浸镀层的耐蚀性，又将铝的用量控制在3％以内，从而确 保合金具有较好的浸镀性能，也使合金镀液的流动性和浸润性得到进一步的提高。

本发明的锌基多元合金的各种成分的质量百分含量为：Al 2～3％、RE(La、Ce、Pr混 合稀土)0.1～0.2％、Ni 0.02～0.03％、Si 0.01～0.02％、Mg 0.01～0.02％、Cu 0.005～0.01％， 余量为Zn。

该锌基多元合金的制备工艺流程是：

A、按照镍的用量称量锌镍合金，用熔炼炉加热到800℃将其熔化，搅拌均匀，保温1 个小时以上；

B、将纯铝、铝稀土合金、铝硅合金、铝镁合金、铝铜合金按照各种元素在本发明锌 基多元合金中的质量比进行称量和配料，用熔炼炉加热到650℃将其熔化，搅拌均匀，保 温1个小时以上；

C、将B步骤所制得的铝合金熔液倒入A步骤所制得的锌镍合金熔液中，搅拌均匀， 保温1个小时以上，然后自然冷却至650℃，去除炉渣；

D、按照本发明锌基多元合金中各元素的质量比计算并称量剩余锌量，用熔炼炉加热 到450℃将其熔化，搅拌均匀，保温1个小时以上；