本發(fā)明屬于金屬成型技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高鋁鋅鋁偽合金棒材與絲材的制備方法。

背景技術(shù)：

腐蝕是金屬構(gòu)件破壞的主要形式之一，金屬腐蝕問(wèn)題給建筑、石油、橋梁和船舶等多個(gè)行業(yè)帶來(lái)了不可估計(jì)的損失，造成嚴(yán)重的后果。由于鋼鐵的用量大，因而關(guān)于鋼鐵的腐蝕成為腐蝕領(lǐng)域最主要的問(wèn)題，減少鋼鐵的腐蝕具有巨大的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。目前對(duì)鋼鐵構(gòu)件常用的防腐方法有陰極保護(hù)法、耐候鋼、熱浸鍍、涂層法等。由于涂層法及陰極保護(hù)法都有各自的缺點(diǎn)，比如涂層不可避免的存在一定的透氣性和滲水性，陰極保護(hù)法保護(hù)范圍小、受環(huán)境影響嚴(yán)重、壽命短等。而熱噴涂鋅或鋁涂層則由于同時(shí)具有涂層法及陰極保護(hù)法的優(yōu)點(diǎn)具有良好的發(fā)展前景。具體應(yīng)用為采用熱噴涂工藝將鋅或鋁合金絲噴涂到鋼鐵構(gòu)件表面形成均勻致密的金屬覆蓋層，可以到達(dá)長(zhǎng)期保護(hù)各種腐蝕環(huán)境的鋼鐵構(gòu)件。

目前鋅或鋁熱噴涂所用的材料主要有純鋁、純鋅、Zn5Al合金和Zn15Al合金等。其中純鋁涂層含有相對(duì)較高的孔隙率，且對(duì)水中存在的Cl-非常敏感，易發(fā)生點(diǎn)蝕，并且對(duì)機(jī)械損傷也比較敏感。純鋅涂層在海洋環(huán)境、弱酸性環(huán)境以及含SO₂工業(yè)大氣的環(huán)境中耐蝕性較差，腐蝕率較高，使得涂層的消耗很快，影響了涂層的防腐壽命。Zn5Al和Zn15Al的耐腐蝕性能雖然較純鋁純、鋅的耐腐蝕性能要好，但是依然有待提高。據(jù)現(xiàn)有研究表明，隨著Al含量的提高，涂層表面趨于完整致密，而Al含量較少的合金涂層抗?jié)B性不足，容易穿透，耐腐蝕性能明顯低于Al含量較高的合金涂層。

然而，高鋁鋅鋁涂層的制備依然存在一定的問(wèn)題，目前高鋁鋅鋁涂層的制備方法有熱浸鍍法、涂料燒結(jié)法、粉芯絲材法以及電弧噴涂純鋅絲和純鋁絲法。其中熱浸鍍和涂料燒結(jié)法只能對(duì)較小工件處理，由于浸鍍池和干燥箱的限制這兩種方法無(wú)法對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)。粉芯絲材的工藝復(fù)雜，而且高質(zhì)量合金粉的成本較高，現(xiàn)在還處于研究階段。如果用一根Zn絲和一根Al絲進(jìn)行電弧熱噴涂時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)兩絲的進(jìn)給速度或采用不同直徑的絲材組合，可以制備出高Al含量的Zn-Al偽合金涂層。但這種涂層的缺陷在于不同的絲材直徑或送絲速度組合，導(dǎo)致霧化不均勻，涂層的成分在局部區(qū)域變化不定，從而影響了涂層的性能。

此外還有采用高鋁鋅鋁合金絲材對(duì)工件表面進(jìn)行熱噴涂的工藝，其所用的高鋁鋅鋁合金絲材均為采用純鋁和純鋅熔煉得到鑄錠后擠壓拉拔減徑后獲得，但此熔煉鑄造過(guò)程中，純鋁和純鋅形成鋅鋁合金，而對(duì)于Al含量超過(guò)15％的鋅鋁合金，繼續(xù)增加Al的含量會(huì)使合金中脆性相的形成，導(dǎo)致得到的鑄錠很難進(jìn)行拉拔減徑得到絲材，加工難度和加工成本大大提高，限制了高鋁鋅鋁合金絲材的發(fā)展和應(yīng)用。如何制備出高鋁的熱噴涂鋅鋁合金絲材成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。目前也有采用鋅皮包覆鋁粉通過(guò)拉拔的方法制備Zn-15～30Al的粉芯絲材進(jìn)行熱噴涂的方法，但是粉芯絲材噴涂過(guò)程不穩(wěn)定，影響防腐涂層的性能，而且高質(zhì)量納米粉體的制備及絲材使用成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高鋁鋅鋁偽合金棒材與絲材的制備方法，本發(fā)明不經(jīng)過(guò)熔煉，坯料通過(guò)擠壓拉拔后成型，不產(chǎn)生脆性相，提高了絲材的變形能力，解決了高鋁鋅鋁合金絲材難以成型的問(wèn)題。

本發(fā)明完整的技術(shù)路線包括：

一種高鋁鋅鋁偽合金棒材的制備方法，具體包括如下步驟：

1)復(fù)合坯料制備，將純鋁棒或者鋁合金棒、純鋅棒按照一定順序放到包套中，形成復(fù)合坯料；

2)復(fù)合偽合金棒材制備，加熱復(fù)合坯料和擠壓機(jī)的擠壓模具后，將復(fù)合坯料放入擠壓模具中，擠壓坯料，制備出復(fù)合偽合金棒材。

一種高鋁鋅鋁偽合金絲材的制備方法，具體包括如下步驟：

1)復(fù)合坯料制備，將純鋁棒或者鋁合金棒、純鋅棒按照一定順序放到包套中，形成復(fù)合坯料；

2)復(fù)合偽合金棒材制備，加熱復(fù)合坯料和擠壓機(jī)的擠壓模具后，將復(fù)合坯料放入擠壓模具中，擠壓坯料，制備出復(fù)合偽合金棒材；

3)復(fù)合偽合金絲材制備，將步驟2)得到的復(fù)合偽合金棒材經(jīng)過(guò)多道次的拉拔減徑，制成絲材。

所述的包套為杯狀包套，所述的包套材質(zhì)為純鋁或鋁合金。

所述鋅棒均勻分布在鋁棒之間。

所述步驟2)復(fù)合坯料加熱溫度為280～300℃，所述擠壓模具加熱溫度250℃～280℃。

所述步驟2)中還包括擠壓前在擠壓模具凹模和擠壓筒上刷一層擠壓潤(rùn)滑劑。

所述擠壓潤(rùn)滑劑采用60％～70％汽車(chē)潤(rùn)滑油加30％～40％15000目石墨粉，混合均勻。

所述步驟2)和3)之間還包括切除復(fù)合偽合金棒材的頭部和尾部，并對(duì)剩余部分校直。

所述步驟2)和3)之間還包括將校直后的棒材放入退火爐中，進(jìn)行退火，退火工藝為200℃～250℃，保溫30min～90min，隨爐冷卻。

所述步驟3)在多道次的拉拔減徑過(guò)程中還包括中間退火工藝，中間退火工藝為200℃～250℃，保溫30min～90min，隨爐冷卻。

一種用于高鋁鋅鋁偽合金棒材制備的復(fù)合坯料，其特征在于，所述的坯料包括包套，以及按照一定順序放到包套中的純鋁棒或者鋁合金棒，和純鋅棒，所述的包套材質(zhì)為純鋁或鋁合金。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中高鋁鋅鋁合金絲材在熔煉鑄造過(guò)程中，純鋁和純鋅形成鋅鋁合金，使合金中脆性相形成，導(dǎo)致得到的鑄錠很難進(jìn)行拉拔減徑得到絲材的技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)多芯包套擠壓，在三向壓應(yīng)力狀態(tài)下充分發(fā)揮了鋅的變形能力，縮短了工藝流程，大大減少了拉拔道次，降低了生產(chǎn)成本。該方法還可以根據(jù)生產(chǎn)要求調(diào)節(jié)改進(jìn)絲材成分，可以制備出Al含量15％～95％的鋅鋁偽合金絲材。解決了目前鋅鋁合金Al含量超過(guò)15％絲材難以成型，以及低Al含量涂層耐腐蝕性能差的問(wèn)題。絲材的成型性好：擠壓加工和純鋁純鋅的組合坯料，大大提高了其變形能力，使絲材的拉拔減徑過(guò)程更加容易和順利，通過(guò)調(diào)節(jié)組合坯料內(nèi)部鋅棒和鋁棒的比例以及鋁棒的成分可以簡(jiǎn)單方便的調(diào)節(jié)絲材的成分組成，采用擠壓和冷拉拔的成型過(guò)程，沒(méi)有熔煉、長(zhǎng)時(shí)間的均勻化退火等長(zhǎng)耗時(shí)、高耗能的生產(chǎn)過(guò)程，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)過(guò)程的能耗，提高了絲材中Al含量，降低了成本較高的Zn使用，而且高耗能的工藝過(guò)程少，降低了絲材的成本。擠壓過(guò)程棒材內(nèi)部鋅鋁只是發(fā)生變形，直徑減小，鋅棒和鋁棒以及鋅棒和包套之間并未發(fā)生合金化，不會(huì)產(chǎn)生共晶組織以及硬脆相。棒材的變形能力好，通過(guò)拉拔減徑制備成偽合金絲材。在防腐蝕涂層的熱噴涂制備中形成高鋁鋅鋁涂層，顯著促進(jìn)了高鋁鋅鋁合金絲材的發(fā)展和應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所公開(kāi)的杯狀包套剖面示意圖。

圖2為本發(fā)明所公開(kāi)的復(fù)合坯料截面圖。

圖3為制備的高鋁鋅鋁偽合金棒材截面組織圖。

圖4為制備的高鋁鋅鋁偽合金絲材。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

步驟一：

制備杯狀1050A鋁包套，杯狀包套剖面示意圖如圖1所示，制作過(guò)程為，將壁厚為10mm直徑為80mm的1050A鋁管切割長(zhǎng)度為50mm的鋁管，切割端面打磨或者車(chē)削光滑平整；將厚度10mm的1050A鋁板切割出直徑為80mm的圓形鋁片。使用鎢極氬弧焊將兩者焊接成圖2中所示的杯狀包套。

包套還可以采用防腐性能好、變形能力好的其他Al合金，以及添加絲材所述成分的自設(shè)計(jì)鋁合金。包套的尺寸還可以為：直徑：78～82mm，厚度：10～30mm，高度50mm～200mm。

步驟二：

將直徑10mm的1050A或者其他鋁合金棒材校直切割成50mm長(zhǎng)小棒。將直徑10mm的含99.995％的純鋅棒校直切割成50mm長(zhǎng)小棒。

步驟三：

使用超聲清洗杯狀包套、鋅棒以及純鋁棒材。然后取12根Zn棒和14根鋁棒按照一定順序放到杯狀包套中，盡量使Zn棒均勻分布在鋁棒之間，如圖2所示。

優(yōu)選的方式中，芯部棒材的數(shù)量≥2，至少有一根鋅棒一根鋁棒。鋅棒和鋁棒最大數(shù)根據(jù)包套內(nèi)部直徑以及棒材的直徑確定。

芯部棒材尺寸：h和包套內(nèi)部高度一致，為50mm～200mm。

步驟四：

將擠壓坯料放入加熱爐中加熱至280～300℃，保溫30min；擠壓模具加熱至250℃～280℃。

步驟五：擠壓模具凹模和擠壓筒上刷一層均勻的擠壓潤(rùn)滑劑。擠壓潤(rùn)滑劑采用60％～70％汽車(chē)潤(rùn)滑油+30％～40％15000目石墨粉混合均勻的潤(rùn)滑油，使用擠壓壓力350～400t擠壓機(jī)擠壓坯料。制備出10mm的復(fù)合偽合金棒材，棒材的截面組織圖如圖3所示，圖中白色箭頭所指為棒材中的Zn。

步驟五：

將擠出的10mm棒材切除擠壓頭部20cm～40cm和20cm～40cm的尾部，中間部分校直。

步驟六：

校直后的棒材放入退火爐中，進(jìn)行退火，退火工藝為200℃～250℃，保溫30min～90min，隨爐冷卻。

步驟七：

退火后的棒材經(jīng)過(guò)多道次的拉拔減徑和中間退火工藝，制成直徑為3mm的絲材。中間退火工藝為200℃～250℃，保溫30min～90min，隨爐冷卻。

通過(guò)以上步驟成功制備了表面光滑的3mm絲材，如圖4所示。

在另一種實(shí)施方式中，包套制備方法為使用實(shí)心圓柱鋁棒，在鋁棒中心鉆孔，或者使用其他工具加工出，杯狀內(nèi)孔，打磨至平整。

鋅棒的成為為99.995％的純鋅，鋁棒的成分為純鋁或者鋁合金。調(diào)節(jié)絲材Al含量，可以通過(guò)調(diào)節(jié)鋅棒和鋁棒的比例，需要添加其他元素如Mg、Si、Zr、Ti、Re等可以將這些成分添加到鋁棒中制備成鋁合金棒材。制備的鋅鋁防腐合金絲材除了含有鋅和Al以外可以含有以上一種或者多種成分。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。