一種熱浸鍍Zn-Al-Mn合金的制備方法及熱浸鍍工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱浸鍍Zn-Al-Mn合金的制備方法及熱浸鍍工藝。本發(fā)明的Zn、Al、Mn鍍液比純Zn鍍液和Zn、Al鍍液所得鍍層的表面狀況和性能有很大改善，主要表現(xiàn)為鋅灰、鋅渣和鍍層厚度減少，鍍層表面光亮度和耐腐蝕性能提高，熱浸鍍工藝簡(jiǎn)單，操作方便。
【專利說明】-種熱浸鍍Zn-A卜Μη合金的制備方法及熱浸鍍工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋼鐵材料防腐蝕領(lǐng)域，具體涉及一種熱浸鍍?chǔ)Ζ?Al-Mn合金的制備方 法及熱浸鍍工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，熱浸鍍鋅以其良好的耐蝕性和較高的性價(jià)比被廣泛應(yīng)用于鋼鐵材料防腐 蝕領(lǐng)域。由于金屬鋅的金屬活動(dòng)性較高，并且電極電位低于鐵的電極電位，所以純鋅鍍層有 良好的陽極保護(hù)作用，但純鋅鍍層的鍍鋅件工作壽命短。為了提高鍍層的耐蝕性以及綜合 性能，科研工作者提出并且嘗試在鋅液中添加一種或多種合金元素進(jìn)行熱浸鍍。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 向鋅浴中添加稀土、8131、11、1%以及此等合金元素，能使鍍層的某些性能得到優(yōu)化或者 提高，同時(shí)加入多種合金元素能得到綜合性能良好的鍍層。
[0003] 圣德林效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致鍍件出現(xiàn)灰暗、超厚、粘附性差的鍍層，鋅耗增加，產(chǎn)品質(zhì)量下 降。減輕或消除圣德林效應(yīng)、得到綜合性能良好的鍍層是熱浸鍍鋅行業(yè)的期盼。
[0004] 在鋅液中加微量A1，能有效減少鋅灰、鋅渣的產(chǎn)生，并且鋅液流動(dòng)性增大。另外，A1 和Fe原子有較強(qiáng)的親和力，若鋅浴中添加A1，在浸鍍初期，鋼基表面會(huì)生成抑制Fe-Zn相 生長(zhǎng)的Fe-Al金屬間化合物，使合金鍍層變薄，可以減輕圣德林效應(yīng)。隨著鋅液中A1含量 增加，合金鍍層中會(huì)相繼生成穩(wěn)定的Fe 2Al5、FeAl3K合物相，鍍層中ζ、δ和Γ相會(huì)逐漸 消失。在鋅液中添加Μη元素，可以在鍍層表面形成致密均勻的Μη的富氧氧化物薄膜（如 ΜηΟ, ΖηΜη204, Μη203等），能夠有效的隔絕腐蝕介質(zhì)，增強(qiáng)鍍層的耐蝕性。另外，鋅浴中添加 的Μη元素能阻止Ζη向Fe界面的擴(kuò)散，從而有效的抑制Zn、Fe反應(yīng)，克服含硅鋼熱浸鍍鋅 產(chǎn)生的鍍層超厚現(xiàn)象，有效的減輕圣德林效應(yīng)。鋅液中同時(shí)加入A1和Μη可以得到綜合性 能良好的鍍層。
[0005] 通過查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)并結(jié)合中國專利檢索結(jié)果知，有關(guān)Ζη-Al-Mn合金制備及熱 浸鍍方法尚未見報(bào)道，因此，研制Zn-Al-Mn合金、制備方法及熱浸鍍工藝，對(duì)獲得具有自主 知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型熱浸鍍鋅合金及其鍍層，促進(jìn)熱浸鍍鋅行業(yè)的發(fā)展具有重要理論和實(shí)際意 義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種熱浸鍍Zn-Al-Mn合金的制備方法及熱浸鍍 工藝。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0008] -種熱浸鍍Zn-Al-Mn合金的制備方法，包括如下步驟：
[0009] S1、按比例稱取 Ζη、Α1、Μη ;
[0010] S2、將石墨坩堝放入電阻爐中預(yù)熱到深紅色后，將Ζη放置石墨坩堝中，撒上鹽類 覆蓋劑，加熱，使得Ζη熔化，得Ζη液；
[0011] S3、將步驟S2所得Ζη液加熱至590?610°C后，將Α1壓入Ζη液中，保溫一小時(shí)后 用陶瓷棒攪拌使其完全均勻溶解，得Zn-Al合金液；
[0012] S4、將步驟S3所得的Zn-Al合金液升溫至810?840°C后，將Μη壓入Zn-Al合金 中，保溫兩小時(shí)后攪拌均勻，得到Zn-Al-Mn合金液；
[0013] S5、關(guān)閉電阻爐，使Zn-Al-Mn合金液隨爐降溫，在降溫過程中進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?br> [0014] S6、隨爐降溫至470°C，除去液面雜質(zhì)，使用已預(yù)熱的鋼模進(jìn)行澆注。
[0015] 所述 Zn、A1、Μη 的比例分別為：Zn :97· 48 ?97. 52 %，A1 :0· 49 ?0· 51 %，Μη : 1.99?2. 01%。（重量百分比）
[0016] 所述步驟S2中的鹽類覆蓋劑的配制過程為稱量、研缽研磨、混合均勻（粒度小于 2. 0mm)、烘干（150°C，20min)。
[0017] 所述步驟S2中的鹽類覆蓋劑各組分的純度等級(jí)為分析純。
[0018] 所述步驟S2中的鹽類覆蓋劑各組分含量按重量百分比為：CaCl220_35%、 KC140-50%、LiC115-40%。
[0019] 所述步驟S6中的鋼模在澆注前，在300°C下于箱式電阻爐中預(yù)熱60min。
[0020] 上述的一種熱浸渡Zn-Al-Mn合金的熱浸鍍工藝，包括如下步驟：
[0021] (1)取Q235鋼，切割成尺寸為30mmX30mmX3mm的試樣，經(jīng)打磨去除表面氧化皮， 然后鉆孔并在孔內(nèi)固定鐵絲；用上述Zn-Al-Mn合金配置所需濃度的合金鍍?cè)〕煞?，配置?合金鍍?cè)〕煞譃?Zn-0. 5% Al-xMn(x = 0· 00、0· 05、0· 12、0· 18、0· 25wt% );
[0022] (2)將試樣放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的熱氫氧化鈉溶液中進(jìn)行脫脂處理，氫氧化鈉溶 液的溫度為45°C,五分鐘后取出放入純水中清洗；
[0023] (3)將清洗后的試樣放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸中進(jìn)行除銹處理，鹽酸溶液的溫 度為室溫，90s后取出放入純水中清洗；
[0024] (4)將清洗后的試樣放入70°C的助鍍劑溶液中進(jìn)行電解活化助鍍；
[0025] (5)電解活化助鍍后取出試樣，放入干燥箱進(jìn)行烘干處理，干燥箱溫度為120°C， 干燥時(shí)間為10分鐘；試樣烘干后將試樣取出進(jìn)行熱浸鍍鋅，浸鍍溫度為455°C?465°C，浸 鍍時(shí)間為60s ;
[0026] (6)試樣浸鍍后放入純水中冷卻。
[0027] 所述步驟（4)中的助鍍劑為550g/L氯化鋅、100g/L氯化銨、20g/L氯化亞錫、15g/ L氟鋁酸鈉、15g/L氟化鈉和10g/L氯化鈰的混合溶液。
[0028] 所述步驟（4)中電解活化助鍍的具體過程為：將石墨碳棒作為電解陽極，將試樣 懸掛在陰極銅棒上，助鍍60s后將試樣換面繼續(xù)電解助鍍60s，使試樣兩側(cè)的助鍍劑鹽膜更 加均勻，電解電流為〇. 5A。
[0029] 本發(fā)明的Zn、A1、Μη鍍液比純Zn鍍液和Zn、A1鍍液所得鍍層的表面狀況和性能 有很大改善，主要表現(xiàn)為鋅灰、鋅渣和鍍層厚度減少，鍍層表面光亮度和耐腐蝕性能提高， 熱浸鍍工藝簡(jiǎn)單，操作方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖 1 為 Μη 含量對(duì) Zn-0. 5% Al-xMn(x = 0· 00、0· 05、0· 12、0· 18、0· 25wt% )鍍層表 面微觀形貌的影響：（&)0.00%]?11，〇3)0.05%]\111，（(3)0.12%]\111，（(1)0.18%]\111，（6)0.25% Mn〇
[0031] 圖 2 為 Μη 含量對(duì) Ζη-〇· 5% Al-xMn(x = 0· 00、0· 05、0· 12、0· 18、0· 25wt% )鍍層 顯微硬度的影響：（a)0. 00% Μη，（b)0. 05% Μη，（c)0. 12% Μη，（d)0. 18% Μη，（e)0. 25% Μη。
[0032] 圖 3 為 Μη 含量對(duì) Ζη-〇· 5% Α1-χΜη(χ = 0· 00、0· 05、0· 12、0· 18、0· 25wt% )鍍層 厚度的影響：（a)0. 00% Μη，（b)0. 05% Μη，（c)0. 12% Μη，（d)0. 18% Μη，（e)0. 25% Μη。
[0033] 圖4為]^含量對(duì)211-0.5%六11]\111(1 = 0.00、0.05、0.12、0.18、0.25￥七％)鍍層全 浸腐蝕速率的影響：（&)0.00%]?11，〇3)0.05%]\111，（(3)0.12%]\111，（(1)0.18%]\111，（6)0.25% Μη〇

【具體實(shí)施方式】
[0034] 為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步 詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā) 明。
[0035] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種熱浸鍍?chǔ)Ζ?Al-Mn合金的制備方法包括如下步驟：
[0036] S1、按比例稱取 Ζη、Α1、Μη ;
[0037] S2、將石墨坩堝放入電阻爐中預(yù)熱到深紅色后，將Zn放置石墨坩堝中，撒上鹽類 覆蓋劑，加熱，使得Zn熔化，得Zn液；
[0038] S3、將步驟S2所得Zn液加熱至590?610°C后，將A1壓入Zn液中，保溫一小時(shí)后 用陶瓷棒攪拌使其完全均勻溶解，得Zn-Al合金液；
[0039] S4、將步驟S3所得的Zn-Al合金液升溫至810?840°C后，將Μη壓入Zn-Al合金 中，保溫兩小時(shí)后攪拌均勻，得到Zn-Al-Mn合金液；
[0040] S5、關(guān)閉電阻爐，使Zn-Al-Mn合金液隨爐降溫，在降溫過程中進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?br> [0041] S6、隨爐降溫至470°C，除去液面雜質(zhì)，使用已預(yù)熱的鋼模進(jìn)行澆注。
[0042] 所述 Zn、A1、Μη 的比例分別為：Zn :97· 48 ?97. 52 %，A1 :0· 49 ?0· 51 %，Μη : 1.99?2. 01%。（重量百分比）
[0043] 所述步驟S2中的鹽類覆蓋劑的配制過程為稱量、研缽研磨、混合均勻（粒度小于 2. 0mm)、烘干（150°C，20min)。
[0044] 所述步驟S2中的鹽類覆蓋劑各組分的純度等級(jí)為分析純。
[0045] 所述步驟S2中的鹽類覆蓋劑各組分含量按重量百分比為：CaCl220-35 %、 KC140-50%、LiC115-40%。
[0046] 所述步驟S6中的鋼模在澆注前，在300°C下于箱式電阻爐中預(yù)熱60min。
[0047] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種熱浸渡Zn-Al-Mn合金的熱浸鍍工 藝，包括如下步驟：
[0048] (1)取Q235鋼，切割成尺寸為30mmX30mmX3mm的試樣，經(jīng)打磨去除表面氧化皮， 然后鉆孔并在孔內(nèi)固定鐵絲，得到實(shí)驗(yàn)用的表面光滑、平整的試樣；用上述Zn-Al-Mn合金 配置所需濃度的合金鍍?cè)〕煞?，配置的合金鍍?cè)〕煞譃閆n-0. 5% Al-xMn(X = 0. 00、0. 05、 0. 12,0. 18,0. 25wt% )；
[0049] (2)將試樣放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的熱氫氧化鈉溶液中進(jìn)行脫脂處理，氫氧化鈉溶 液的溫度為45°C,五分鐘后取出放入純水中清洗；
[0050] (3)將清洗后的試樣放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸中進(jìn)行除銹處理，鹽酸溶液的溫 度為室溫，90s后取出放入純水中清洗；
[0051] (4)將清洗后的試樣放入70°C的助鍍劑溶液中進(jìn)行電解活化助鍍；
[0052] (5)電解活化助鍍后取出試樣，放入干燥箱進(jìn)行烘干處理，干燥箱溫度為120°C， 干燥時(shí)間為10分鐘；試樣烘干后將試樣取出進(jìn)行熱浸鍍鋅，浸鍍溫度為455°C?465°C，浸 鍍時(shí)間為60s ;
[0053] (6)試樣浸鍍后放入純水中冷卻。
[0054] 所述步驟（4)中的助鍍劑為550g/L氯化鋅、100g/L氯化銨、20g/L氯化亞錫、15g/ L氟鋁酸鈉、15g/L氟化鈉和10g/L氯化鈰的混合溶液。
[0055] 所述步驟（4)中電解活化助鍍的具體過程為：將石墨碳棒作為電解陽極，將試樣 懸掛在陰極銅棒上，助鍍60s后將試樣換面繼續(xù)電解助鍍60s，使試樣兩側(cè)的助鍍劑鹽膜更 加均勻，電解電流為〇. 5A。
[0056] 如表1-3和圖1-4所示，本實(shí)施例中Ζη、Α1、Μη鍍液比純Zn鍍液和Ζη、Α1鍍液所 得鍍層的表面狀況和性能有很大改善，主要表現(xiàn)為鋅灰、鋅渣和鍍層厚度減少，鍍層表面光 亮度和耐腐蝕性能提高，其中熱浸鍍Zn-0. 5% A1-0. 12% Μη合金鍍層的性能最佳。
[0057] 表1合金成分對(duì)鍍層顯微硬度的影響
[0058]

【權(quán)利要求】
1. 一種熱浸鍍Zn-Al-Mn合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： 31、按比例稱取211、41、皿11; 52、 將石墨坩堝放入電阻爐中預(yù)熱到深紅色后，將Zn放置石墨坩堝中，撒上鹽類覆蓋 齊U，加熱，使得Zn熔化，得Zn液； 53、 將步驟S2所得Zn液加熱至590?610°C后，將A1壓入Zn液中，保溫一小時(shí)后用陶 瓷棒攪拌使其完全均勻溶解，得Zn-Al合金液； 54、 將步驟S3所得的Zn-Al合金液升溫至810?840°C后，將Μη壓入Zn-Al合金中，保 溫兩小時(shí)后攪拌均勻，得到Zn-Al-Mn合金液； 55、 關(guān)閉電阻爐，使Zn-Al-Mn合金液隨爐降溫，在降溫過程中進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁? 56、 隨爐降溫至470°C，除去液面雜質(zhì)，使用已預(yù)熱的鋼模進(jìn)行澆注。
2. 如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍Zn-Al-Mn合金的制備方法，其特征在于，所述Ζη、Α1、Mn 的比例分別為：Zn :97. 48 ?97. 52%，A1 :0· 49 ?0· 51%，Μη :1. 99 ?2· 01%。
3. 如權(quán)利要求1中所述的熱浸鍍Zn-Al-Mn合金，其特征在于，所述步驟S2中的鹽類覆 蓋劑的配制過程為稱量、研缽研磨、混合均勻（粒度小于2. 0mm)、烘干（150°C，20min)。
4. 如權(quán)利要求1中所述的熱浸鍍Zn-Al-Mn合金，其特征在于，所述步驟S2中的鹽類覆 蓋劑各組分的純度等級(jí)為分析純。
5. 如權(quán)利要求2中所述的熱浸鍍Zn-Al-Mn合金，其特征在于，所述步驟S2中的鹽類覆 蓋劑各組分含量按重量百分比為：CaCl 220-35 %、KC140-50 %、LiCl 15-40 %。
6. 如權(quán)利要求2中所述的熱浸鍍Zn-Al-Mn合金，其特征在于，所述步驟S6中的鋼模在 澆注前，在300°C下于箱式電阻爐中預(yù)熱60min。
7. -種Zn-Al-Mn合金的熱浸鍍工藝，其特征在于，包括如下步驟： (1) 取Q235鋼，切割成尺寸為30mmX30mmX3mm的試樣，經(jīng)打磨去除表面氧化皮，然后 鉆孔并在孔內(nèi)固定鐵絲；用上述Zn-Al-Mn合金配置所需濃度的合金鍍?cè)〕煞郑渲玫暮辖?鍍?cè)〕煞譃閆n-0. 5% Al-xMn ; (2) 將試樣放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的熱氫氧化鈉溶液中進(jìn)行脫脂處理，氫氧化鈉溶液的 溫度為45°C，五分鐘后取出放入純水中清洗； (3) 將清洗后的試樣放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸中進(jìn)行除銹處理，鹽酸溶液的溫度為 室溫，90s后取出放入純水中清洗； (4) 將清洗后的試樣放入70°C的助鍍劑溶液中進(jìn)行電解活化助鍍； (5) 電解活化助鍍后取出試樣，放入干燥箱進(jìn)行烘干處理，干燥箱溫度為120°C，干燥 時(shí)間為10分鐘；試樣烘干后將試樣取出進(jìn)行熱浸鍍鋅，浸鍍溫度為455°C?465°C，浸鍍時(shí) 間為60s ; (6) 試樣浸鍍后放入純水中冷卻。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種Zn-Al-Mn合金的熱浸鍍工藝，其特征在于，所述步驟 (4)中的助鍍劑為550g/L氯化鋅、100g/L氯化銨、20g/L氯化亞錫、15g/L氟鋁酸鈉、15g/L 氟化鈉和l〇g/L氯化鈰的混合溶液。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種Zn-Al-Mn合金的熱浸鍍工藝，其特征在于，所述步驟 (4)中電解活化助鍍的具體過程為：將石墨碳棒作為電解陽極，將試樣懸掛在陰極銅棒上， 助鍍60s后將試樣換面繼續(xù)電解助鍍60s，使試樣兩側(cè)的助鍍劑鹽膜更加均勻，電解電流為
【文檔編號(hào)】C23C2/06GK104099550SQ201410314622
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】賀志榮, 解凱 申請(qǐng)人:陜西理工學(xué)院