[发明专利]一种铝合金镀层材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料。

背景技术

钢铁容易腐蚀，现在工业上都是采用热镀锌防护技术来对钢铁作保护，具有镀层厚度易控、耐蚀性强、成本低、工艺可控性好、效率高的特点。但随着钢铁产量的增加，需要的热浸镀用锌越来越多，全世界每年热浸镀用锌消耗量达到锌金属总产量的70%以上，造成锌资源短缺的形势越来越严峻。在我国锌短缺的情况尤为明显，008年以来，每年进口锌金属40万吨、锌矿砂300万吨。开发可替代锌的钢铁热浸镀用新材料，是世界和中国技术经济发展的必然趋势和要求；而最有希望作为代锌的材料，是铝锌合金和铝合金。

近年来，出现了Zn-Al-Mg及其相关组成的多元体系合金镀层材料，美国有Zn-Al-Mg-Ti-B-Si、Zn-Al-Mg-Si专利产品；日本有铝含量5％～12％的热镀锌合金板、Zn-Al-Mg-Si、Zn-Al-Mg-Si-Mn-Cr和Zn-Al-Mg专利等等，但这些新产品和专利的铝含量大多在50%以下；而且基本上没有可以实现低成本产业化应用的新型镀层材料专利技术。

目前的发展趋势是通过添加多种合金元素来改善镀层的综合性能，采用更多的Al组分来代替Zn，重点是实现铝的包覆保护能力与锌的牺牲阴极保护能力的最佳结合。而当镀液中有Al存在时，因Al的化学活性远高于Zn，优先与铁基发生Fe-Al反应，从而改变了Fe-Zn反应机制及其生成物结构，对于浸镀的效果，Al的加入既有增强镀层保护能力的预期作用，也有降低镀液对铁基体润湿和附着能力的非预期作用，随着镀液中铝组分的增加，镀层的附着能力往往也变坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题:

针对现在锌的产量相对于需求短缺问题，提供一种以铝为主体的低锌热浸镀铝合金镀层材料。

本发明的技术方案：

一种低锌热浸镀铝合金镀层材料，其特征在于：按元素重量百分比计，该合金成分为Zn:20~25，Mg:2~4.43，Li:1~1.67，Mn:0.01~0.05%，，Zr:0.05~0.14，C:≤0.15,Si:0.1～0.15,稀土添加剂0.01～0.8,沉淀硬化剂0.05~0.15,其余为Al和不可避免的杂质。

沉淀硬化剂包括Bi、Cd、Pb、Sb或Sn，每种可以单独使用，也可以混合使用。

稀土添加剂包括Pr或Sc。

本发明的有益效果：

1、锌的质量分数不足四分之一，用我国产量很高的铝来取代常量不足的锌，以满足越来越大的热浸镀需求。

2、Mg和Li可作为极化变质元素对溶剂元素Al和Al+Zn的原子极化变径作用，在微观状态下有效调整原子尺寸和近程有序的结构，使熔体在宏观上结构均匀，降低表面张力，并改善熔体与镀件基体的亲和性，使得铝镀层和基体的附着性提高。

3、Mg和Li还可以在熔体中形成强化相提高镀层的强度，特别在于铝锂合金具有良好高温强度。

4、稀土元素添加剂可增强极化变质剂、合金强化剂、溶剂钝化剂、晶粒细化剂的作用，并弥补其不足。

5、沉淀硬化剂也是时效强化剂，在合金体系中保持近单质状态，在体系虽然凝固但温度仍较高的状态下，它们依然保持液态，从而使体系在宏观上具备了半固态特征，为时效强化过程中加速合金中强化元素转化为实际的强化态(沉淀硬化或析出硬化)提供了条件，赋予合金优良的加工性能和耐磨性能。

具体实施方式：

实施例:

按元素重量百分比计，本实施例合金成分为Zn:20，Mg: 4.43，Li: 1.67，Mn: 0.05，，Zr: 0.14，C: 0.05,Si:0.15,稀土添加剂Pr：0.5,沉淀硬化剂Bi0.05,Al：72.96。

其制备方法包括如下步骤：

(1)根据合金总量和各元素百分比，推算出所需的每种单质金属的质量，或者合金的质量，或者混合金属添加剂的质量，编制合金生产配料表，并按配料表选足备料；

(2)先往熔炼炉中加入适量的铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；

(3)再按配方比例加入各种元素，最后再加入锌，搅拌均匀；现场取样分析，根据分析结果和配方范围，调整添加量；然后继续熔炼和搅拌，再次取样分析，直至各元素比例完全符合配方要求。

(4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中完成。

(5)精炼后除渣、除气、静置、调温至660～720℃，合金液倾倒出炉，同时过滤；滤液平缓倾入铸造锭模中，通过顺序式结晶方式，使熔体在锭模中自下而上凝结，形成银白色锭型。