[发明专利]一种用于钢材溶剂法热镀高铝含量合金镀层的助镀剂

说明书

 

技术领域    

本发明涉及一种适用于钢材溶剂法热镀高铝含量合金镀层的助镀剂,属金属镀层技术领域。

背景技术

随着工业化的进程，大气污染和酸雨沉降越来越普遍和频繁，随之而带来的钢材腐蚀问题因而越来越受到关注。如何采用最为经济、最为有效的方式来保护钢材防止腐蚀，成为了研究的重点。热浸镀锌及锌基合金是防止钢材腐蚀的一种最为主流的表面处理方法，被广泛应用于钢铁材料各类结构的防护上，全球金属锌消耗量的50%以上都用于钢铁的防护镀层。

钢材热镀锌或锌基合金从工艺处理上分为气体还原法热镀和溶剂法工艺热镀两种。气体还原法主要适用于待镀工件形状尺寸比较规则的钢铁热镀锌，如钢板带、钢丝的连续热热镀锌。而对于形状尺寸复杂的钢铁零部件或钢结构部件热镀锌通常采用溶剂法热镀工艺。

溶剂法工艺热镀锌通常将钢铁工件通过除油、酸洗、活化、涂助镀剂等工艺流程进行前处理，然后再将钢材浸入装有数十至数百吨锌液/锌合金液的铁锅（陶瓷锅）中，浸入时间为3~5分钟。再将钢材从锌锅中提取出来，钢材表面因此粘附上一层锌/锌合金。此过程为热浸镀锌或锌基合金。在上述工艺流程中，涂助镀剂是最为关键的一道工序，其直接决定了钢材表面是否能镀上锌或钢材表面锌层质量是否合格。由此，助镀剂的成分及涂布成为了镀锌工作者最为关心的问题之一。目前，国内外绝大部分使用的助镀剂是氯化锌铵助镀剂，其具有助镀效果好、工艺简单和稳定、成本低廉等优势。

氯化锌铵助镀剂虽然有以上诸多优点，但其存在的一个主要问题是其限制了锌液/锌合金液中的铝含量。通常情况下，进行热浸镀锌或锌合金时锌锅中的铝含量不能超过0.01%，最优化含量为0.005%。主要原因在于若锌液/锌合金液中铝含量超过上述上限，则氯化锌铵助镀剂中的氯化铵会与锌液/锌合金液中的铝发生反应： 

6NH₄Cl ＋ 2Al → 2AlCl₃↑ ＋ 3H₂ ↑ ＋ 6NH₃ ↑                  

上述反应会消耗掉钢材表面助镀剂中大量的氯化铵，因此会造成钢材表面的漏镀。同时锌锅中的铝含量也会被消耗掉，造成镀层成分不均一。因此，目前钢结构件、钢铁零部件的熔剂法热镀锌基本都采用纯锌镀层。

随着我国工业化的进程，对钢铁材料在不同使用环境中的服役寿命提出了越来越严格的要求，尤其在工业经济发达的沿海地区，其在腐蚀环境比较苛刻的状况下。因此，开发耐蚀性更好的锌基合金镀层成为一个迫切的需要，同时开发采用耐蚀性更好的锌基合金镀层，可以减少锌资源的消耗，也是未来发展的方向。

在锌液中添加铝，形成锌基合金镀层成为了提高镀层耐蚀性一个重要的方向。用于气体还原法热镀锌的高铝含量合金镀层国外已经开发出不少产品，如Galfan、Galvalume、ZAM镀层，其镀层中铝含量在3%~55%之间，耐腐蚀性比纯锌镀层提高几倍到十几倍。中国专利（CN 102994928）中发明了钢材热浸镀锌基合金，该合金由锌、铝、硅、钛和镧组成，其中铝含量占20-30%，耐蚀性能与Galvalume相当。

另一方面，在钢材紧固件热镀锌领域，由于螺纹尺寸公差要求越来越严格，需要一种能够提高镀液流动性和减薄镀层的锌合金来防止螺纹被多余的锌堵塞，而在锌液中添加铝能够达到这样的要求。因此愈来愈多的紧固件生产商采用高铝含量的锌基合金进行紧固件热镀处理。

综上所述，在锌液中添加铝，进行高铝合金镀层热镀处理越来越成为溶剂法热镀锌领域的一个发展要求和趋势。但是，由于氯化锌铵助镀剂的固有缺陷限制了铝的添加。因此，本发明提出一种适用于溶剂法热镀高铝合金镀层的助镀剂配方，改善和克服氯化锌铵容易和铝反应的缺点，使得溶剂法热镀钢结构和零部件的表面能够镀上一层高铝含量的合金镀层，满足更加严苛的耐蚀性和质量标准要求。

发明内容

本发明的目的是，为了解决溶剂法热镀钢结构和零部件无法浸镀高铝含量合金镀层的问题，而提出的一种适用于溶剂法热镀高铝含量合金镀层的助镀剂。

本发明的技术方案是，本发明助镀剂的不同于以往的助镀剂特点在于利用无机物在高温下的强还原性，在高温浸镀时将钢材表面残余的氧化物还原，从而获得“干净洁净”的界面，钢材和合金液体获得良好的浸润性。该助镀剂的配方包含硼氢化钾、氢氧化钠、氯化钙、氟化钾、氯化锂、氟铝酸钠、氟钛酸钾、非离子表面活性剂，其特征在于该助镀剂的具体成分的含量是（g/L）：

硼氢化钾：20~60g/L;

氢氧化钠：1~10g/L；