[发明专利]Al-Zn-Si-Mg合金镀层的热浸镀工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型Al-Zn-Si-Mg镀层的热浸镀工艺方法，属钢板表面防腐蚀处理技术领域。

背景技术

工业上应用的最广泛的钢铁材料在大气、海水、土壤中使用时，会发生不同程度的氧化和腐蚀。热浸镀涂层就是在金属防护的背景下应运而生的一种工艺产品。随着工业的不断发展，最早出现的热镀Zn及其合金产品已无法满足需求，尤其是在强腐蚀环境和高温环境下，镀Zn钢板的腐蚀和氧化速度较快。

20世纪40年代开发出的热镀Al层，高温下在极短时间内表面即可形成连续致密的A1₂O₃保护膜，同时其腐蚀产物为非晶态高抗腐蚀产物，两者共同作用使得纯Al镀层具有比镀Zn层更优良的耐腐蚀性和抗高温腐蚀性。但作为耐腐蚀涂层，纯Al镀层阳极电位较高，没有纯Zn镀层的牺牲型防护，因此不能对钢板起到切边保护作用。而且热镀Al的浸镀温度高（热镀Zn过程工艺温度约为450℃，而热镀Al过程工艺温度约为720℃），缩短了锌锅的使用寿命且能耗较大，因此仍不是理想的钢板防护材料。

为了将铝、锌镀层的优点集合于一体，国外相继研究开发出了不同种类的铝锌合金镀层。其中，已经商品化的高Al合金镀层主要是Galvalume合金镀层。Galvalume合金含（重量百分比）铝55%、硅1.6%、锌43.4%，其耐蚀性为普通热镀锌板的2～6倍，能耐600～800℃的高温，在高温下长期使用具有良好的耐热性和抗氧化性，并通过添加大量的铝元素使镀层的密度降低为纯锌层的一半，使生产同样镀层厚度的镀层板节省了一半的原材料，从而降低了成本。

随着研究的进展，当前热浸镀Al-Zn合金镀层产品正向着多元合金化的方向发展。在对合金元素的研究中人们发现，Si元素在高Al镀层中可以有效控制镀层厚度，Mg元素的加入主要是与Si元素形成具有良好耐蚀性的Mg₂Si相，从而进一步提高镀层的耐蚀性。

欧洲专利EP1557478公开了一种高耐蚀的合金镀层，镀层合金的成分按重量百分比为：4～22%Al，1～5%Mg，0.000001～0.5%Si，0.000001～0.1%Ti和余量的Zn。此篇专利主要利用了高耐蚀性的Mg₂Si来提高镀层的耐蚀性。同时发现Ti在Zn-Al合金中有细化晶粒的作用，Ti与Al形成的TiAl₃存在于每个树枝晶内部。

世界知识产权组织国际局专利WO2006/105593A1公开的一种钢材热浸镀用Al-Zn-Si合金，其成分按重量百分比为：45～60%Al， 1.2～2.3%Si，余量为Zn，并向镀液中加入1～5%Mg，以进一步提高镀层钢板的耐蚀性能。

Galvalume镀层的生产工艺是在连续热镀锌的工艺基础上发展而来的，主要采用的是改良森基米尔法热浸镀连续生产工艺。该工艺主要包括钢板的还原退火和预热段、热浸镀段、气刀段、水冷段四个部分，各段的工艺参数目前已发展成熟。在各段的工艺中，对镀层性能影响较大的工艺参数主要包括：预热时间、预热环境气氛中的H₂含量、钢板入池温度、浸镀时间、浸镀温度、以及包括气刀角度、气刀吹气压力在内的气刀工艺参数等。

在高Al体系镀层的研究工作中，对同时加入Mg、Si、Ti元素的作用的研究尚不多见，尤其是对添加Mg元素的研究，大多是在富Zn体系镀层上研究的，Al含量一般不超过60wt%。且对于高Al的Al-Zn-Si-Mg镀层的工艺报道尚不多见。本发明的主要内容就是提出一种新型热浸镀Al-Zn-Si-Mg镀层，并给出其制备过程中的主要工艺参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型Al-Zn-Si-Mg合金镀层的热浸镀工艺方法。

本发明一种新型Al-Zn-Si-Mg合金镀层的热浸镀工艺方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a. 设计确定热浸镀Al-Zn-Si-Mg镀层的配方，该镀层合金的组成及其重量百分比为：

Al  65～90%，

Zn  3.5～27.5%，

Mg  1～5%，

Ti  0.001～0.1%；

b. 合金熔炼：在中频电磁感应炉中熔炼合金；在氩气保护气氛下，先按照上述配方的合金元素重量比熔炼Al-Si合金，再按元素重量比加入Mg块，熔炼成Al-Si-Mg合金，最后按元素重量比加入Zn块，熔炼成Al-Zn-Si-Mg合金；并得到合金铸锭；