[发明专利]一种镀锌合金钢材的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及钢材的制备领域，特别涉及一种镀锌合金钢材的制备方法。

【背景技术】

中国是一个海洋资源十分丰富的国家，拥有着18000多公里的海岸线和近300万平方公里的管辖海域。要对这些海洋资源进行开发和利用，就必然离不开海上基础设施的建设。由于海洋严酷的腐蚀环境，钢铁构筑物在此环境中使用的腐蚀问题十分严重，为了使钢铁免受侵蚀，我们通常会对钢铁表面进行防护处理，其中钢铁表面的热镀锌是一种保护钢铁非常有效的商业化手段。例如，军民用海底通信电缆、电力电缆和光缆的铠装护层通常由一到两层热镀锌钢丝制成；跨海和近海悬索大桥的斜拉索往往使用多股热浸镀钢丝或钢绞线。随着热镀锌制品的应用越来越广泛，相应地，有关于热镀锌制品在各种腐蚀环境中的腐蚀机理研究阵也越来越受到关注和重视。

与其他保护性镀层相比，热浸镀锌镀层具有耐蚀性好、粘附性强、外观均匀光滑等众多优点。但是热浸镀锌镀层在海水中的耐腐蚀性不能维持很长时间，因此，研究一种具有强耐海水腐蚀性的钢材具有广大的市场前景。

【发明内容】

本发明目的在于提供一种镀锌合金钢材的制备方法，该技术采用在水蒸气高温反应条件下制备渗透剂，然后将该渗透剂和钢料、铝锭、铬粉反应生成合金钢材，最后采用等离子磁控溅射技术在合金钢材的表面溅射一层锌膜。本发明制备的镀锌合金钢材在保持合金钢材力学性能不变的前提条件下具有高耐海水腐蚀性，具有广大的市场推广价值。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种镀锌合金钢材的制备方法，包括以下步骤：

(1)渗透剂的制备：按重量份数计，将20～35份碳酸钙和35～50份硅酸钙置于蒸汽养护箱中，在温度为150～200℃、压力为0.4～0.8MPa和研磨速度为40r/min的水蒸气环境条件下反应140～200h，干燥后，加入50～70份甲基硅油并进行均质处理后，得到渗透剂；

(2)合金钢材的制备：按重量份数计，将1000份钢料、20～30份铝锭、15～20份铬粉和3～8份渗透剂放入高频真空熔炉中，通入惰性气体，以50～60℃/min的升温速率升温至2350～2400℃进行熔融，然后以1～2℃/min的冷却速度进行浇铸成型，接着在700～800℃的温度下保温8～10h，最后用锤式锻造机进行锻造处理后，得到合金钢材；

(3)合金钢材的镀锌处理：将合金钢材进行清洗处理后，放入以锌粉为靶基的磁控溅射镀膜机中，充入氮气，在压力为0.5～2MPa、靶基与合金钢材之间的距离为70～80cm、靶基中心线与合金钢材旋转中心线的角度为35度和合金钢材温度为170℃的条件下磁控溅射30～45min，得到处理好的合金钢材。

在本发明中，作为进一步说明，步骤(3)所述的合金钢材进行清洗处理的方法为：按重量份数计，将1000份合金钢材放入1000份酸性溶液中浸泡10～20min，接着在温度为250～350℃、压力为2.5～4MPa的高温水蒸气环境中处理30～60min，最后经过红外干燥后，得到清洗干净的合金钢材。

在本发明中，作为进一步说明，步骤(2)所述的惰性气体为氮气、氩气和氦气中的任意一种。

在本发明中，作为进一步说明，步骤(2)所述的锤式锻造机的锤击速度为4～7m/s，锻打力为1600kN。

在本发明中，作为进一步说明，步骤(3)所述的锌粉的纯度为99.99％。

在本发明中，作为进一步说明，所述的酸性溶液由按重量比为20～35：2～5：100～200的质量分数为2～3％的盐酸溶液、氯化锰和去离子水混合均匀而成。

部分原料的功能介绍如下：

碳酸钙，在本发明中为制备渗透剂的主要原料，主要用于和硅酸钙反应生成碳化硅。

硅酸钙，是由氧化钙和二氧化硅在高温下煅烧熔融而成的化合物，在本发明中为制备渗透剂的主要原料，主要用于和碳酸钙反应生成碳化硅。

甲基硅油，无色、无味、不易挥发，甲基硅油具有卓越的耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性、生理惰性和较小的表面张力，还具有低的黏温系数，较高的抗压缩性。在本发明中甲基硅油为制备渗透剂的原料，用于对碳化硅进行充分分散。

钢料，在本发明中用作制备合金钢材的基体材料。

铝锭，在本发明中用作制备合金钢材的材料，用于增加合金钢材中的铝元素。

铬粉，在本发明中用作制备合金钢材的材料，用于增加合金钢材中的铬元素。

氮气、氩气和氦气，在本发明中为惰性气体的原料来源，用以保护原材料不被空气中的氧气所氧化。