專利名稱：Zn-Al-Mg-RE鋅錠制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋅錠制備方法，尤其涉及一種四元合金鋅錠制備方法。
背景技術(shù)：
一直以來，鋼鐵作為主要的結(jié)構(gòu)材料在眾多領(lǐng)域普遍應(yīng)用。然而鋼鐵的致命缺點(diǎn)是容易在腐蝕性介質(zhì)中產(chǎn)生銹蝕而失效。為了提高鋼鐵件的耐蝕性能，在鋼鐵件外部鍍上一層鋅、鋅合金鍍層成為目前最主要的防止鋼基體腐蝕的方法。鍍層發(fā)展經(jīng)歷了純鋅鍍層、 Zn-Al鍍層、Zn-Al-Mg鍍層等幾個階段。相關(guān)文獻(xiàn)資料表明，含Mg鍍層耐蝕性能是純鋅鍍層的幾倍到二十多倍。在鍍鋅之前，需要先制備鋅錠，提前制備好鋅錠有兩個方面的好處⑴在實際工業(yè)生產(chǎn)中，隨著生產(chǎn)進(jìn)行，鋅在鋅池中不斷消耗，以鋅錠的形式對鋅池中消耗的鋅及合金元素進(jìn)行補(bǔ)給，有利于提高生產(chǎn)效率；(2)便于調(diào)節(jié)鋅池成份。目前處于科技研究前沿的合金鋅錠是Zn-Al-Mg-RE四元合金鋅錠，但是 Zn-Al-Mg-RE鋅錠很難制備，這是因為(I)四種元素的熔點(diǎn)相差較大，Al和Mg元素的熔點(diǎn)相近，分別為660°C、650°C，Zn 的熔點(diǎn)為420°C,稀土元素熔點(diǎn)在800°C以上，因此在鋅液中加入Mg元素和稀土元素,需要提高鋅液的溫度，由于鋅的飽和蒸氣壓較低，提高鋅液溫度導(dǎo)致鋅液容易蒸發(fā)；(2)稀土元素在純鋅中的固溶度較小，因此加入后溶解相當(dāng)緩慢，此外稀土的密度比鋅液要小，加入后浮在鋅液表面，形成氧化物，而氧化物熔點(diǎn)更高，固溶度更小，因此很難直接在鋅液中加入稀土元素，這是鋅錠制備的關(guān)鍵技術(shù)之一；(3)Mg元素和稀土在較高溫度容易自燃，這給鋅錠制備帶來麻煩和危險，這是鋅錠制備關(guān)鍵技術(shù)之二。在目前Zn-Al-Mg-RE四元合金制備過程中，解決上述問題的主要方法有對于Mg元素的加入(1)按照Mg合金的制備方法，把鋅液溫度提高至700°C左右， 不斷向鋅液表面通入保護(hù)氣體，防止Mg在制備過程中燃燒。這種方法的缺點(diǎn)是溫度高、操作麻煩、成本高、鎂氧化嚴(yán)重，其排放的氣體對大氣具有污染；(2)在制備過程中加入一定量的覆蓋劑，防止Mg燃燒，然而對于鍍鋅工業(yè)而言，加入覆蓋劑會帶入雜質(zhì)，直接影響鍍鋅件的質(zhì)量。對于稀土元素的加入(I)把稀土放入不銹鋼盒中，壓入鋅液中，讓稀土慢慢熔化；但是這種方法會把Fe元素帶入鋅液中，增加了鋅錠的雜質(zhì)成分。(2)把鋅液澆在稀土上，包裹住稀土，然而放入鋅液中，讓其緩慢熔化。這種方法的缺點(diǎn)是在稀土尚未完全溶解之前，稀土表面的鋅層在鋅液中已經(jīng)溶解，因此不能很好地實現(xiàn)向鋅液中加入稀土元素這一目的。(3)把Zn、Mg、RE等元素放入真空感應(yīng)爐中進(jìn)行真空熔煉，這種方法的缺點(diǎn)是制備麻煩、成本高，且不符合工業(yè)化大批量生產(chǎn)的要求
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種全新的Zn-Al-Mg-RE (La、Ce、或者La和Ce混合稀土)鋅錠制備方法，使用本方法，可以快速、簡單、高效地向鋅液中添加Mg、RE元素，所制備的鋅錠具有合金元素吸收率高，合金成份穩(wěn)定性好、制備成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合熱浸鍍鋅工業(yè)生產(chǎn)， 特別適合連續(xù)熱浸鍍鋅。Zn-Al-Mg-RE鋅錠制備主要步驟首先制備Zn-Al-RE (La、Ce或者La和Ce混合稀土 )三元中間合金；在鋅池中加入純鎂，待純鎂完全溶解；然后將自制的Zn-Al-RE三元中間合金加入上述含鎂的鋅池中，靜置待Zn-Al-RE三元中間合金完全溶解后；在石墨模具中澆注成Zn-Al-Mg-RE鋅錠。需要了解的是，本技術(shù)方案中各合金元素的加入量是根據(jù)實際生產(chǎn)需要而確定， 并不是對本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)方案的限制。本發(fā)明的技術(shù)核心是通過設(shè)計合理的添加步驟和次序，使得具有不同溶解度的金屬元素均能共同溶解在鋅液中，并最終形成穩(wěn)定的 Zn-Al-Mg-RE四元合金鋅錠。優(yōu)選地，制備Zn-Al-RE (La、Ce或者La和Ce混合稀土)三元中間合金具體步驟為 將純鋅塊加熱熔化，然后將鋅液溫度升高到460-50(TC，加入純鋁，靜置待純鋁充分溶解，再將鋅液溫度升高至520-540°C，最后把稀土加入鋅液中，靜置待稀土完全溶解后，在石墨模具中澆注成Zn-Al-RE三元中間合金。優(yōu)選地，Zn-Al-Mg-Re (La.Ce或者La和Ce混合稀土)四元鋅錠制備步驟將純鋅塊加熱熔化形成鋅池，然后將鋅池的溫度升高到480-500°C，再將純鎂投入鋅池，待其完全溶解，最后加入Zn-Al-La (La、Ce或者La和Ce混合稀土)三元中間合金，靜置30分鐘，稀土完全溶解，攪拌，撈去表面氧化皮等雜物，在模具中澆注成鋅錠。為了獲得較快的冷卻速度和保證合金鋅錠的純度，選用石墨模具。優(yōu)選地，所述成品模具為石墨模具。該石墨模具能夠保證Zn-Al-Mg-RE鋅錠的純凈度。本發(fā)明通過采用上述技術(shù)方案，較之現(xiàn)有的Zn-Al-Mg-RE鋅錠制備方法具有下列優(yōu)點(diǎn)(I)本發(fā)明所述的制備方法在較低溫度且不需要保護(hù)氣體的情況下，向鋅液中加入純鎂，從而避免了向高溫鋅液中添加鎂所發(fā)生的嚴(yán)重氧化，甚至自燃現(xiàn)象，同時還增加了鎂的吸收率；(2)本發(fā)明所述的制備方法在較低溫度下向鋅液中添加稀土元素，避免了向鋅液中加入稀土元素時所發(fā)生的氧化以及自燃現(xiàn)象，此外還提高了稀土元素的吸收率。因此本發(fā)明所述的Zn-Al-Mg-RE鋅錠制備方法具有操作溫度低、安全、高效的優(yōu)點(diǎn)，能夠極大地降低Zn-Al-Mg-RE四元合金鋅錠的制備成本，具有非常好的經(jīng)濟(jì)前景。
具體實施例方式實施例I(I)制備 Ζη_9· 5wt% ~5wt% La 三元中間合金表I. Zn-9. 5wt% Al~5wt% La三元中間合金所用原材料表元素ZnAlLa重量(g)132314783所用的材料Zn純度為99. 99%, La純度為99%、Al純度為99. 99%。制備過程如下先把1323g純鋅表面氧化皮打磨掉，接著放入電阻爐內(nèi)的高純石墨坩堝中加熱，爐溫設(shè)定為450°C，升溫速率約為7 V /min，鋅塊完全熔化后，把爐溫設(shè)定為500°C，加入147g 經(jīng)過表面打磨的純鋁，靜置40分鐘后，把爐溫設(shè)定為540°C，再將83g表面氧化皮被打磨干凈的稀土放入，此時由于稀土的密度大于含鋁的鋅液密度，稀土沉入鋅液中，從而保護(hù)了稀土，防止其發(fā)生氧化，靜置約I. 5小時，發(fā)現(xiàn)稀土已經(jīng)完全溶解在鋅液中，最后澆注成直徑為25mm的圓棒。對制得的Zn-Al-La 三元合金采用 ICP (Inductively Coupled Plasma-AtomicEmission Spectgrometry)測試成份，結(jié)果如表 2 所不。表2. Zn-9. 5wt% Al~5% La三元中間合金實際含量
元素AlLa含量(Wt % )8. 0454. 275計算Zn-Al-La三元中間合金吸收率
Al 的吸收率=0.08045 X 100%=85%
0.09466
稀土 La 的吸收率=0.04275 X 100%=80%
0.05344(2)向鋅池中添加純度為99. 9%的鎂把經(jīng)過打磨后的28800g鋅錠放入電阻爐的石墨坩堝內(nèi)，設(shè)定溫度為500°C，加熱速率為7V /min左右，鋅液完全熔化后，撈去鋅液表面氧化物等雜質(zhì)，再把經(jīng)過表面打磨的 300g純Mg壓入鋅液中，大約不到10分鐘，純鎂塊完全溶入鋅液中。(3)制備 Zn-0. 2wt% Al-lwt% Mg-0. Iwt% La 四元合金鋅錠表3. Zn-0. 2wt% Al-Iwt % Mg-0. Iwt % La 鋒淀制備原材料
元素ZnZn-9. 5wt% Al~5wt% LaMg重量(g)28800720300將步驟(I)中制備好的Zn-9. 5wt% Al-5wt% La三元合金取720g，表面打磨好后的加入步驟(2)的鋅液中，大約不到10分鐘，三元中間合金完全溶入鋅液中，攪拌鋅液，讓稀土在鋅液中均勻分布，靜置30分鐘，最后撈去表面的氧化物等雜質(zhì)，澆注成重量7公斤左右的鋅錠。對制備的四元合金鋅錠的成份采用ICP進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表4所示。
表4. Zn-0. 2wt% Al~lwt% Mg-0. Iwt% La四元合金中各合金元素的實際含量
權(quán)利要求
1.一種Zn-Al-Mg-RE鋅錠制備方法，其特征在于，包括下列步驟制備Zn-Al-RE三元中間合金；在鋅池中加入純鎂，待純鎂完全溶解；然后將制得的Zn-Al-RE三元中間合金加入上述加入了純鎂的鋅池中，靜置待Zn-Al-RE三元中間合金完全溶解；最后在成品模具中澆注成Zn-Al-Mg-RE鋅錠。
2.如權(quán)利要求I所述的Zn-Al-Mg-RE鋅錠制備方法，其特征在于，制備Zn-Al-RE三元中間合金的步驟為將純鋅塊加熱熔化，然后將鋅液溫度升高到460-500°C，加入純鋁，靜置待純鋁充分溶解，再將鋅液溫度升高至520-540°C，最后把稀土加入鋅液中，靜置待稀土完全溶解后，在成型模具中澆注成Zn-Al-RE三元中間合金。
3.如權(quán)利要求2所述的Zn-Al-Mg-RE鋅錠制備方法，其特征在于，在鋅池中加入純鎂的步驟為將純鋅塊加熱熔化形成鋅池，然后將鋅池的溫度升高到480-500°C，再將純鎂投入鋅池，待其完全溶解。
4.如權(quán)利要求3所述的Zn-Al-Mg-RE鋅錠制備方法，其特征在于，所述成品模具為石墨模具。
全文摘要
本發(fā)明公開了提供了一種Zn-Al-Mg-RE鋅錠的制備方法，其包括下列步驟制備Zn-Al-RE三元中間合金；在鋅池中加入純鎂，待純鎂完全溶解；然后將制得的Zn-Al-RE三元中間合金加入上述加入了純鎂的鋅池中，靜置待Zn-Al-RE三元中間合金完全溶解；最后在成品模具中澆注成Zn-Al-Mg-RE鋅錠。采用該制備方法可以低成本、快捷、方便的制得Zn-Al-Mg-RE四元合金鋅錠，且Mg和RE元素的收得率均得到了大幅提高。
文檔編號C22C18/04GK102605202SQ201110021938
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者儲雙杰, 劉昕, 李保平, 王俊, 胡成杰, 錢洪衛(wèi) 申請人:上海交通大學(xué), 寶山鋼鐵股份有限公司