專利名稱：一種熱鍍用稀土鋅鎳鎂合金錠及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬結(jié)構(gòu)表面鍍覆用合金材料及制造方法，具體指一種熱鍍用稀土鋅
鎳鎂合金錠及其制造方法。
背景技術(shù)：
自1836年法國把熱鍍鋅應(yīng)用于工業(yè)以來，已經(jīng)有一百七十多年的歷史了。然而， 熱鍍鋅工藝技術(shù)是近五十多年來伴隨冷軋帶鋼的飛速發(fā)展才得到大規(guī)模發(fā)展。其主要方法 有 1、改良森吉米爾法它是一種用于連續(xù)熱浸鍍鋅的工藝方法；它把森吉米爾法中 各自獨立的氧化爐和還原爐由一個截面積較小的過道連接起來，這樣包括預(yù)熱爐、還原爐 和冷卻段在內(nèi)的整個退火爐構(gòu)成一個有機整體。該連續(xù)熱浸鍍鋅方法具有許多優(yōu)點優(yōu)質(zhì)、 高產(chǎn)、低耗、安全等優(yōu)點已逐漸被人們所認識。其發(fā)展速度非?？?，特別適用于幾何形狀相 對規(guī)則的構(gòu)件連續(xù)熱浸鍍鋅，自上世紀(jì)60年代以來，新建的大型連續(xù)熱浸鍍鋅生產(chǎn)線幾乎 全部采用了這種方法。 2、莎倫法及后續(xù)改良法上世紀(jì)四十年代美國莎倫公司開發(fā)了一種新型的熱鍍鋅 方法，后來稱之為莎倫法。該法是在退火爐內(nèi)向鋼基體噴射氯化氫氣體并使帶其到再結(jié)晶 溫度，所以也稱為氣體酸洗法。采用氯化氫氣體酸洗，不但能去除鋼基表面的氧化皮，而且 同時去除了鋼基表面的油脂，由于鋼基表面被氧化氣體腐蝕，形成麻面，所以使用莎倫法所 得到的鍍層粘附性特別好。 由于莎倫法氯化氫酸性氣體對于生產(chǎn)設(shè)備腐蝕嚴重，造成很高的生產(chǎn)設(shè)備維修和 更新費用。因此后人對這種方法加以改良，形成以鹽酸溶液或稀硫酸溶液進行鋼基表面除 銹處理，再進行熱浸鍍鋅的普通熱鍍鋅工藝，對于幾何形狀不規(guī)則的構(gòu)件而不能采用連續(xù) 鍍鋅方式基本都采用了這種方法。 3、 Galval聽及Calfan法:Galval聽法所采用的是"55% A1-43. 5% Zn-l. 5% Si"合金鍍層；而Calf an法采用含"鋁_5%，稀土 -0. 05% "合金鍍層，Galval咖e及Calfan 法將原單一的鍍鋅層改進成為鋅鋁合金鍍層，降低了鍍鋅溫度，特別是Calfan法首次采用 稀土鋅鋁合金鍍層，使鍍層表面質(zhì)量得到明顯改善。 熱鍍鋅是一種很受歡迎的防腐處理方法，其適應(yīng)環(huán)境廣，目前其已被廣泛運用于 電力、通信、國防、交通運輸及工民建筑等等鋼結(jié)構(gòu)的防腐處理上。隨著時代的發(fā)展，人們對 鍍層的要求越來越高，現(xiàn)有的熱鍍鋅所使用的合金材料防腐年限短，且不同環(huán)境中的防腐 年限不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀提供一種防腐時間更長且不 受環(huán)境影響的熱鍍用稀土鋅鎳鎂合金錠及制造方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該熱鍍用稀土鋅鎳鎂合金錠，其特征在于包括鎳2. 00 5. 00wt^，鎂0. 20 0. 25wt^，鋁3. 00 5. 00wt^，稀土金屬 混合物0. 11-0. 25wt^，和余量的鋅；其中所述的稀土金屬混合物包括鑭0. 06-0. 08%、鈰 0-0. 05、鐠0-0. 06%、釹0. 05-0. 07%，雜質(zhì)的含量不大于0. 03wt%。
本方案中各元素在鋅液中的作用為 以輕質(zhì)混合稀土為主的混合稀土金屬包含鑭、鈰、鐠、釹。其混合稀土元素的加入 降低了鋅液的粘度，細化了鋅液晶粒，凈化了晶格，顯著增強了鋅液的流動性，降低了鍍覆 工作溫度，使鍍層均勻、致密，具有類似鋁合金的美觀外表； 鎳，鎳的加入能夠阻止硅鎮(zhèn)靜鋼熱鍍鋅的合金鍍層過厚、鍍層顏色灰暗以及粗糙 現(xiàn)象，主要形成了NiSi，減輕了硅的不利影B向，同時，鎳原子能進入鍍層的晶相結(jié)構(gòu)中，降低
了鐵和鋅的擴散速度，提高了鍍層的撓性并增強了鍍層的抗腐蝕性。另外鎳在鋅液中，有阻 礙鋼基體與鋅液反應(yīng)的能力，這一點有效克服了鋅、鋁等對鋅鍋的金屬腐蝕的缺點，大大提 高了鋅鍋的使用壽命，減少了鋅渣量。 鎂，鎂的加入能夠極大地提高鍍層的延展性與防腐能力。實驗證明隨著鎂含量的 增大，鍍層的耐蝕性能逐漸提高，但提高的幅度逐漸降低；鎂元素主要分布于晶相層的晶界 處，起到細化晶粒的作用，隨著鎂含量的增大，鍍層晶粒不斷細化，組織結(jié)構(gòu)趨于更均勻。
鋁，由于鋁與氧的親和力，故鋁的加入能防止鍍鋅層表面深層被氧化，S卩外層氧化 后阻止內(nèi)層氧化；同時鋁的加入，增加鍍層的光澤，鋁與鐵能快速形成F^Al5中間層，抑制 鐵鋅合金層的增長，從而提高了鍍層的撓性；鋁能與鋅液中的鐵作用生產(chǎn)FeAl、FeA^和 FeAl3從而降低了鋅液中鐵質(zhì)的影響。 稀土元素是一組化學(xué)性質(zhì)極其相似的17種金屬元素的統(tǒng)稱，是極活潑的金屬元 素。稀土元素的加入，如果含量<0.01%，則數(shù)量太少，此時稀土元素主要以固熔形式存 在于初生晶和共晶中，并不出現(xiàn)稀土相，因而作用不顯著；只有稀土元素含量增大，才能行 成稀土相，起到俘獲有害雜質(zhì)的作用；但是稀土元素含量過大，除了使成本上升之外，還容 易形成粘滯的稀土氧化物有夾雜和浮渣，使熔鑄過程難度加大，所以稀土元素的加入量以 0. 11-0. 25wt^為宜。 較好的，可以控制所述雜質(zhì)中含有的鐵< 0. Olwt %，硅< 0. Olwt %，鉛 < 0. 005wt % ，鎘< 0. 005wt % 。 采用上述配方的熱鍍用稀土鋅鎳鎂合金錠的制造方法為采用中頻真空熔煉儀進 行高純度的稀土鋅鎳鎂合金錠冶煉，并以稀土分析儀、元素分析儀、色譜儀對稀土鋅鎳鎂合 金錠進行成份及含量的分析與控制。具體步驟如下 將鎳2. 00 5. 00wt^、鎂0. 20 0. 25wt^、鋁3. 00 5. 00wtX、稀土金屬混合 物O. 11-0. 25"%和部分鋅；加入到1400 150(TC的合金熔煉爐中融化，攪拌均勻，鑄錠成 為合金錠； 其中，所述的稀土金屬混合物包括鑭0. 06-0. 08 % 、鈰0-0. 05、鐠0_0. 06 % 、釹 0. 05-0. 07% ;該熱鍍鋅合金溶液中雜質(zhì)的含量不大于O. 03wt% ; 較好的，可以控制所述雜質(zhì)中鐵的含量小于0. 01wt^，硅的含量小于0. 01wt%， 鉛的含量小于0. 005wt^，鎘的含量小于0. 005wt%。 應(yīng)用該熱鍍用稀土鋅鎳鎂合金錠進行鋼件鍍覆時，將該合金錠按照2.5 3. Owt^的比例加入到97 97. 5wt^的鋅液中，攪拌均勻即可制得鋼鐵鍍鋅用的熱鍍鋅合
4金溶液；然后將待鍍覆工件浸泡在合金溶液中一段時間后，鍍覆即可完成。
所述的熔煉爐可以采用中頻真空熔煉儀。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點 1、附著性能好采用本發(fā)明所提供的熱鍍用稀土鋅鎳鎂合金錠所配制成的鍍液鍍 層與鋼基體間是冶金結(jié)合，成為鋼表面的一部份，因此鍍層的附著性能良好，持久性可靠；
2、稀土鋅鎳鎂多元合金鍍層的韌性強鍍層形成一種特別的冶金結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu) 能承受在運送及使用時受到外界機械損傷； 3、省時省力稀土鋅鎳鎂多元合金鍍鋅過程要比其他涂層的施工法更快捷，并且
可避免安裝后在工地上涂刷所需的時間； 4、能夠有效延長鍍層的防腐期限且不受環(huán)境影響。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
實施例1 該熱鍍用稀土鋅鎳鎂合金錠的成份和重量為鎳5. OOwt % 、鎂0. 25wt % 、鋁 4wt^、鑭0. 06wt^、釹0. 06wt^和余量的鋅，其中不可避免雜質(zhì)的含量不大于0. 03wt%， 并且雜質(zhì)中鐵的含量小于0. 01wt^，硅的含量小于0. 01wt^，鉛的含量小于0. 005wt^，鎘 的含量小于O. 005wt%。 步驟1 :將上述物質(zhì)加入到1400°C 150(TC的的中頻真空熔煉儀中融化，攪拌均 勻，鑄錠成合金錠； 下面是采用步驟1得到的合金錠進行熱鍍的方法 步驟2 :將97wt^的鋅加入到熱鍍鋅合金熔煉爐中熔化成為鋅液，然后取3wt^步 驟1所得到的合金錠，加入到熔融狀態(tài)的鋅液中，在48(TC左右的熔煉溫度下采用惰性氣體 攪拌裝置攪拌均勻即可制得鋼鐵鍍鋅用的熱鍍鋅合金溶液。
將上述熱鍍鋅合金溶液鍍覆鋼件結(jié)構(gòu)表面。 將前期處理好的鋼件浸入上述48(TC左右的熱鍍鋅合金溶液中鍍覆，經(jīng)過2-3分
鐘浸鍍后，取出鋼件，冷卻后該鋼件上即鍍覆上厚度為50微米的鍍層。 肉眼觀測鍍層的外觀，外觀發(fā)白、發(fā)亮，鍍層均勻、光滑、有光澤。 對該鍍層進行人工加速鹽霧腐蝕試驗，在1000小時還沒有產(chǎn)生白銹，1500小時仍
未能出現(xiàn)紅銹；進行人工加速二氧化硫試驗，在240小時發(fā)現(xiàn)只輕微失光，未見基本金屬腐蝕。 同時，由于本實施例中加入了稀土元素的混合物后，能降低合金溶液的粘度提高 其流動性，最大可提高20%，從而可以降低熱鍍合金溶液鍍鋅溫度10-20°C。尤其是鎂的加 入，能降低鋅耗10%以上，并使鍍層更均勻，從而提高抗腐蝕性能，抗腐蝕性能可提高2倍 以上。而鎳的加入則增加了鍍層的延展性，提高了鍍層磨光和抗腐蝕性。
本實施例中未涉及部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
實施例2 熱浸鍍稀土鋅鎳鎂合金錠是鋅基合金，其成份和重量百分含量為 鎳3. OOwt %、鎂0. 20wt %、鋁4. OOwt %、鑭0. 06wt %、鐠0. 05wt %、鈰0. 03wt^、釹0. 06wt^和余量的鋅。
其余同實施例l。
對比例 該熱鍍合金的成份和重量為鎳5. 00wt^、鎂0. 25wt^和余量的鋅。 步驟1 :將上述配比中的物質(zhì)加入到1400°C 150(TC的的中頻真空熔煉儀中融
化，攪拌均勻，鑄錠成合金錠； 步驟2 :將鋅加入到熱鍍鋅合金熔煉爐中熔化成為鋅液，然后將步驟l所得到的合 金錠，加入到熔融狀態(tài)的鋅液中，在50(TC左右的熔煉溫度下采用惰性氣體攪拌裝置攪拌均 勻即可制得鋼鐵鍍鋅用的熱鍍鋅鎳鎂合金溶液。
將上述熱鍍鋅合金溶液鍍覆鋼件結(jié)構(gòu)表面。 將前處理好的鋼件浸入上述50(TC左右的熱鍍鋅合金溶液中鍍覆，經(jīng)過2-3分鐘 浸鍍后，取出鋼件，冷卻，工件上得到鍍層。冷卻后該鋼件上即鍍覆上厚度為50微米的鍍 層。 肉眼觀測鍍層的外觀，鍍層外觀表面粗糙、灰暗、無光澤。 觀察鍍層的外觀，進行鹽霧試驗，96小時出現(xiàn)嚴重白銹，120小時出現(xiàn)紅銹；進行 人工加速二氧化硫試驗，可以觀察到鍍層在180小時已出現(xiàn)基本金屬腐蝕。
權(quán)利要求
一種熱鍍用稀土鋅鎳鎂合金錠，其特征在于包括鎳2.00～5.00wt％，鎂0.20～0.25wt％，鋁3～5wt％，稀土金屬混合物0.11-0.25wt％，和余量的鋅；其中所述的稀土金屬混合物包括鑭0.06-0.08wt％、鈰0-0.05wt％、鐠0-0.06wt％、釹0.05-0.07wt％，雜質(zhì)的含量不大于0.03wt％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱鍍用稀土鋅鎳鎂合金錠，其特征在于所述雜質(zhì)中鐵的 含量小于0. 01wt^，硅的含量小于0. 01wt^，鉛的含量小于0. 005wt^，鎘的含量小于 0. 005wt%。
3. —種如權(quán)利要求1所述的熱鍍用稀土鋅鎳鎂合金錠的制造方法，其特征在于將鎳 2. 00 5. 00wt^、鎂0. 20 0. 25wt^、鋁3 5wt^、稀土金屬混合物0. 11-0. 25wt^和余 量的鋅加入到1400 150(TC的合金熔煉爐中融化，攪拌均勻，鑄錠，即可得到熱鍍用稀土 鋅鎳鎂合金錠；其中，所述的稀土金屬混合物包括鑭0. 06-0. 08 % 、鈰0-0. 05、鐠0-0. 06 % 、釹 0. 05-0. 07% ;該熱鍍鋅合金錠中雜質(zhì)的含量不大于0. 03wt%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱鍍用稀土鋅鎳鎂合金錠的制造方法，其特征在于所述雜質(zhì) 中鐵的含量小于0. 01wt^，硅的含量小于0. 01wt^，鉛的含量小于`0. 005wt^，鎘的含量小 于0. 005wt%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱鍍用稀土鋅鎳鎂合金錠的制造方法，其特征在于所述的熔 煉爐為中頻真空熔煉儀。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種熱鍍用稀土鋅鎳鎂合金錠，其特征在于包括鎳2.00～5.00wt％，鎂0.20～0.25wt％，鋁3.00～5.00wt％，稀土金屬混合物0.11-0.25wt％，和余量的鋅；其中所述的稀土金屬混合物包括鑭0.06-0.08％、鈰0-0.05、鐠0-0.06％、釹0.05-0.07％，雜質(zhì)的含量不大于0.03wt％。利用本發(fā)明所提供的合金錠所配制成的溶液對工件進行鍍覆，由于鍍液的流動性更好，因此能夠降低鍍覆溫度，所得鍍層外觀發(fā)白、發(fā)亮，鍍層均勻、光滑、有光澤，且鍍層防腐時間更長且不受環(huán)境影響。
文檔編號C22C1/02GK101775567SQ20101010874
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者劉春旭, 李忠賀, 肖鋒 申請人:寧波滬甬電力器材股份有限公司