[发明专利]一种多元素耐蚀热浸合金镀层及原料的制取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锌基多元素热浸合金镀层及其所用原料的制备方法。

背景技术

钢铁是现有工业应用最广泛和用量最大的金属材料，但是钢铁在水、土壤及大气中都很容易受到腐蚀，因此如何保持钢铁材料各项性能长久不会受到影响和破坏显得十分的重要，进而必须采取一定的防腐措施。一般而言，对钢铁材料防腐的方法有两大类：一是合金化，二是金属表面镀层。合金化即通过向钢中添加合金元素，生产不锈钢，达到提高其耐腐蚀能力，但是不锈钢生产工艺复杂且成本较高，因此不利于其广泛应用。热浸镀锌及其锌合金是钢铁材料表面防腐技术中比较常见且行之有效的工艺之一，已被产业界广泛采用，其中的美钢联法或者是改进美钢联法、以及森基米尔法热浸镀锌制备金属镀层工艺流程应用的最为普遍。

实践证明，钢材热镀锌可以有效减缓钢铁腐蚀，延长其使用年限，并且与其他防腐方法相比具有生产成本低、工艺简单、镀层牢固、外观良好等优点，因此镀锌钢材已被普遍应用于建筑、机械、家电等行业领域。近年来，为进一步提高镀层的耐腐蚀性，镀锌材料也由纯锌向锌合金方向发展。这是因为锌合金镀层通常具有以下特点：

(1)耐腐蚀性能较纯锌镀层有一定的提高，通常可以达到普通纯锌镀层的5-7倍；

(2)锌合金流动性好，形成镀层后表面均匀、光滑，附着性好，可降低镀层厚度，节约原材料消耗进而降低了生产成本。

就未来而言，“薄镀层，高耐蚀”仍然是金属热浸镀层防腐处理技术的主要发展方向和研究热点。

发明内容

经初步研究，在合金热浸镀锌合金材料中，以锌元素为基本合金元素，当有其它合金元素加入时对于合金镀层将起到不同的作用。其中主要有：

Mg对镀层性能的影响：加入Mg后可以提高镀层质量，降低锌耗。其中在Zn-Al镀层中添加Mg可以起到细化晶粒，使镀层组织结构均匀，强化晶界的作用。在镀层中添加镁可以起到促进致密而绝缘性好的Zn₅(OH)₈C₁₂·H₂O的形成、抑制阴极反应、抑制无保护性腐蚀产物ZnO以及Zn₄CO₃(OH)₆·H₂O的形成，并且可以抑制Zn(OH)₂向ZnO转化，促进ZnC₁₂·4Zn(OH)₂的生成。还有一些学者认为加入Mg后会在合金镀层表面生成MgO，MgO能填充到镀层的腐蚀裂缝中，阻止其进一步腐蚀，使合金镀层具有自修复功能，因此耐蚀性得以提高。

Mg的加入可以提高镀层腐蚀产物的致密性和附着性，镀层中Mg的腐蚀产物部分转化为了Mg(OH)₂，Mg(OH)₂在水溶液中的溶度积为5.6×10^-12，难溶于水，并且有较强的黏性，可以提高镀层腐蚀产物的致密性，并且可以提高镀层腐蚀产物与镀层的粘附性，致密的腐蚀产物可以有效地阻止腐蚀介质对镀层的侵蚀，因此提高了镀层的耐腐蚀性。

Si对镀层性能的影响：Si和铁有极强的亲和力，所以Si主要聚集在镀层内部，尤其在钢基体/镀层的界面上浓度最高，因此可以提高镀层的机械加工性能。Si占据着Fe₂Al₅结构中Al原子快速扩散的空位，阻碍Al的扩散，从而导致合金层生长缓慢，对合金层生长有强烈的抑制作用，降低镀层的厚度，降低锌耗，节约生产成本。

Si的加入可以减低镀液的黏度，提高镀液的流动性，可以以此来控制镀层的厚度。硅是高熔点金属，可以和合金液中其他金属形成高熔点金属间化合物，增加形核核心，起到细化晶粒的作用。另外Si还可以和Mg协同作用大幅提高镀层的耐腐蚀性。

经试验是研究，稀土元素(RE)对镀层性能的影响比较明显，主要表现在以下几个方面：

(1)细化晶粒。RE主要富集在晶界上，起到强化晶界，阻止晶粒长大，使组织均匀，晶粒细化。

(2)净化晶界。RE能够降低晶间腐蚀速率，提高合金的耐腐蚀性，RE对腐蚀钢铁材料的有害元素O和S等杂质有脱除作用，抑制了腐蚀过程。

(3)改善镀层的表观质量。RE的加入可以明显提高镀液的流动性，使镀层变薄，降低锌耗。RE能降低锌液的表面张力，增强镀层与基体的结合强度，提高镀层表面的光洁度，

(4)提高基体润湿能力。在锌铝合金中添加RE元素后，能够缩小合金溶液在钢铁材料基体表面的润湿角一半左右，从而提高合金对的润湿性能，有效防止漏镀现象。