一種采用鋅鋁硅鎂稀土熱浸鍍原料進行熱浸鍍的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于熱浸鍍技術(shù)領域，特別涉及一種采用鋅鋁硅鎂稀土熱浸鍍原料進行熱浸鍍的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國民生產(chǎn)生活中應用最廣泛的鋼鐵材料，在大氣，土壤及海水等環(huán)境條件下使用時，會發(fā)生不同程度的氧化和腐蝕，從而造成了嚴重的經(jīng)濟損失和自然資源及能源的浪費。熱鍍鋅鍍層就是在這樣的背景下產(chǎn)生的，隨著工業(yè)的發(fā)展和環(huán)境條件的不斷改變，最早出現(xiàn)的工業(yè)純鋅鍍層及其簡單的合金鍍層已經(jīng)無法滿足市場的需求，所以需要迫切開發(fā)出新的耐腐蝕性更強的合金鍍層。
[0003]為了綜合鋅鋁鍍層的優(yōu)點于一體，國外相繼開發(fā)出了不同種類的鋁鋅合金鍍層，如 Zn-5%Al-0.1%RE 鍍層(Galfan)、Ζη-55% Α1_1.6Si 鍍層(Galvalume)、Zn_6%Al_3%Mg 合金鍍層(ZAM)、Zn-ll%Al-3%Mg-0.2Si 鍍層(Super Dyma)和 Zn-23%A1_0.3%Si 鍍層，目前的合金鍍層的耐蝕性能還不夠理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種采用鋅鋁硅鎂稀土熱浸鍍原料進行熱浸鍍的方法，通過合理設計熱浸鍍原料中鋁和稀土的成分，在熱浸鍍過程中促進晶粒細化，強化晶界，改善鍍層性能，提高熱浸鍍層的耐腐蝕能力。
[0005]本發(fā)明的采用鋅鋁硅鎂稀土熱浸鍍原料進行熱浸鍍的方法按以下步驟進行:
1、準備鋅錠、鋁硅合金、鎂錠和Al-RE中間合金作為原料，全部原料總成分按重量百分比含 Al 20-30%, Si 0.05-0.50%，Mg 0.5-3.0%，RE 0.05-0.25%，余量為 Zn 和不可避免雜質(zhì)；其中Al-RE中間合金為Al-Ce-La合金，La的重量百分比為3.5%，Ce的重量百分比為
6.5% ；
2、在惰性氣體保護條件下，將鋅錠放入溫度為500~650°C的電阻爐中，待鋅錠完全熔化形成鋅熔體后，將鋅熔體升溫至700~750°C，依次加入鋁硅合金、Al-RE中間合金和鎂錠，待全部金屬熔化后保溫3~5min，再攪拌均勻并澆鑄，獲得鋅鋁硅鎂稀土熱浸鍍原料；
3、將鋅鋁硅鎂稀土熱浸鍍原料加熱至400~500°C，待其完全熔化后保溫5~20min，使得到的鍍液成分均勻；
4、將鋼板在100~300°C加熱20~40min;用熱浸鍍模擬機進行熱浸鍍，熱浸鍍溫度為500-6000C，熱浸鍍時間為5~15s，在鋼板表面獲得熱浸鍍層。
[0006]上述方法中，熱浸鍍完成后，將鋼板從鍍液中被提起，鋼板表面用氣刀噴吹平整，氣刀噴吹時的壓力為0.01~0.3MPa，氣刀噴吹時與鋼板之間的角度是0° ~20°，氣刀噴吹時距離鍍液液面50~500mm，氣刀噴吹結(jié)束后，將鋼板空冷至室溫。
[0007]上述方法的鋁硅合金由鋁錠和硅熔煉獲得，成分按重量百分比含Al 85%，Si 15%。
[0008]上述方法中的惰性氣體選用氬氣。
[0009]上述方法中采用的鋼板為普通低碳鋼板。
[0010]研宄發(fā)現(xiàn)，Al是鍍鋅過程中最常見的合金元素之一，既可以提高鍍層的光亮度，減少鋅的氧化，又可以改變鍍層的組織結(jié)構(gòu)，提高鍍層的附著力和可塑性，另外，鋁和鐵的親和力較強，熱鍍時優(yōu)先基體表面形成一層很薄的Fe-Al合金層，使鍍層變薄且黏附性良好，在腐蝕過程中，Al能阻止富鋅相的溶解，提高其抗腐蝕能力；
Mg元素的加入對鍍層的耐腐蝕性能有所改善，少量的鎂能使合金鍍層的腐蝕阻力增加，抑制Zn-Al合金的晶界腐蝕，并且能促使合金鍍層在腐蝕時，產(chǎn)生耐腐蝕很好的Zn5(0H)8C12.H20腐蝕產(chǎn)物，這些都能有效提高鍍層的耐腐蝕性；
Si的添加能使鋅鋁固溶體由等軸枝晶變成樹葉狀枝晶，促進其擇優(yōu)生長，少量的鋁硅含量還能有效地減少漏鍍；Si主要聚集在鍍層內(nèi)部，尤其是在鋼基體/鍍層的界面上濃度最高，它能夠阻礙Al的擴散，從而導致合金層生長緩慢，對合金層生長有強烈的抑制作用，降低鍍層的厚度；
RE元素可以和鍍液中的O、S、N等元素結(jié)合，具有凈化、除氣作用，同時能夠細化晶粒、強化晶界、改善鍍層性能。在熱鍍鋅液中添加少量的稀土元素，還可以提高鍍層的耐蝕性會K ;
本發(fā)明基于以上各合金元素的優(yōu)良作用，通過合理設計成分比例，研發(fā)出新型五元合金鍍層，以期得到性能更加優(yōu)良的鍍層材料。
[0011]在熱浸鍍過程中，由于熱浸鍍時間低于5s時，鍍液與鋼板未完全反應，容易出現(xiàn)漏鍍的現(xiàn)象，而浸鍍時間超過15s后，鋼板表面會生成超厚合金層，不利于生產(chǎn)，因此本發(fā)明控制熱浸鍍時間在5~15s。
[0012]采用本發(fā)明熱浸鍍原料進行鋼板的熱浸鍍，鍍層耐腐蝕性得到了極大的提高，鍍層微觀組織得到了很大的改善，晶粒得到了極大的細化，具有很好的市場應用前景。
【附圖說明】
[0013]圖1為傳統(tǒng)熱浸鍍原料進行熱浸鍍獲得的Zn-Al-Si三元合金鍍層的表面SEM圖(X500)；
圖2為本發(fā)明實施例1熱浸鍍后得到的Zn-Al-S1-Mg-RE五元合金鍍層的表面SEM圖(X500)；
圖3為本發(fā)明實施例2熱浸鍍后得到的Zn-Al-S1-Mg-RE五元合金鍍層的表面SEM圖(X500)；
圖4為本發(fā)明實施例3熱浸鍍后得到的Zn-Al-S1-Mg-RE五元合金鍍層的表面SEM圖(X500)；
圖中深色部分為純鋅相，淺色部分為鋅鋁共晶組織。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明實施例中采用的鋅錠為市購產(chǎn)品，純度99.99%ο
[0015]本發(fā)明實施例中采用的鋁錠為市購產(chǎn)品，純度為99.7%。
[0016]本發(fā)明實施例中采用的硅為市購產(chǎn)品，純度99.5%。
[0017]本發(fā)明實施例中采用的Al-RE中間合金為市購Al-Ce-La合金。
[0018]本發(fā)明實施例中采用的鐘罩為石墨鐘罩。
[0019]本發(fā)明實施例中攪拌熔體采用石墨棒。
[0020]本發(fā)明實施例中熱浸鍍基體采用的普通低碳鋼板為DC51鋼板，鋼板的厚度為2.0mm0
[0021]本發(fā)明實施例中的鋼板在熱浸鍍前先進行表面預處理，包括堿洗除油、酸洗除銹和弱酸侵蝕步驟，清潔表面。
[0022]本發(fā)明實施例中采用的熱浸鍍模擬機為申請?zhí)?01010160353X公開的板帶熱鍍鋅模擬試驗機。
[0023]本發(fā)明實施例中熱浸鍍時的工藝參數(shù)為:氣刀縫隙2~4mm，氣刀與鋼板的距離10?50mmo
[0024]本發(fā)明實施例中米用的電子掃描設備為SSX-550型鶴燈絲分析掃描電鏡。
[0025]本發(fā)明實施例中采用中性鹽霧腐蝕試驗(NSS)來評價鍍層的耐腐蝕性，為了測試的準確性，實驗參照GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗》標準執(zhí)行，利用失重速度來評價鍍層的耐蝕性；
依據(jù)GB/T 10125-2012的要求，試樣的被測試面在鹽霧箱中呈15° ~45 °擺放，具體的實驗參數(shù)為:溫度35±2°C，NaCl濃度50±5g/L，NaCl溶液pH6.5-7.2，鹽霧沉降量1.5±0.5mL/h.80cm2，噴霧周期 72h (連續(xù))，噴霧壓力 70~170KPa。
[0026]樣品的處理過程:用混合比為1:1的松香和石蠟加熱后密封樣品的側(cè)面及背面，用無水乙醇清洗樣品的被測試面并用吹風機吹干，用分析天平稱量出樣品腐蝕前的質(zhì)量；在鹽霧箱內(nèi)進行72小時連續(xù)腐蝕后，用軟刷蘸取質(zhì)量分數(shù)為15~25%檸檬酸二銨溶液清洗被測試面便于清除掉腐蝕產(chǎn)物，最后用蒸餾水清洗試樣并用吹風機吹干，稱量出鍍層腐蝕后的質(zhì)量；
腐蝕速度按以下公式計算:
V= (W1 - W2).S-1.Γ1
式中，V是指鍍鋅板的腐蝕速度，單位為g.πΓ2 指腐蝕前試樣的重量，單位為g ;W2為腐蝕后試樣重量(已清除腐蝕產(chǎn)物)，單位為g ;S是指試樣暴露面積，單位為m2;T是指腐蝕時間