[发明专利]一种高铝热喷涂实芯丝材及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于钢构件的金属热喷涂技术领域，涉及一种高铝热喷涂实芯丝材及其制备方法与应用。

背景技术

国内外的大量工程和研究都表明了热喷涂涂层的优异耐蚀性能，热喷涂防腐蚀技术已被公认为钢结构长效防腐蚀中最有竞争力的方法之一。

随着钢构件热喷涂技术的发展，热喷涂涂层出现了锌、铝、锌铝合金、锌铝伪合金以及锌铝多元合金涂层。锌由于在大气中良好的耐蚀性能、经济性以及对钢铁的阴极保护作用，成为钢铁构件最常用的防腐的涂层之一。但是在工业和海水环境中，其对钢结构的保护作用要差于铝。铝涂层由于氧化膜的存在，其阴极保护效果要差于锌涂层。

Zn-Al涂层同时具备锌涂层和铝涂层的优点，其防腐效果要优于纯锌或者纯铝涂层。目前热喷涂制备Zn-Al涂层主要有三种方式：伪合金涂层，即一根锌丝和一根铝丝喷涂制备出的涂层；实芯丝材制备涂层，即首先制备出锌铝实芯丝材，再进行双丝喷涂制备；粉芯丝材制备涂层，由于当实芯丝材Al含量超过15％时，脆性相的增加导致丝材制备的困难，多采用空心锌皮包裹锌铝粉末的方法，制备涂层。

目前，针对热喷涂Zn-Al涂层的研究与开发，国内主要是通过改变Al的含量以及加入少量的Mg、Cu、稀土等金属元素来提高涂层的耐腐蚀性能。Mg或Li的加入可以消除杂质元素Sn和Cd的不良影响，净化晶界，降低各元素间的电位差。Mg还可以长期抑制氧化锌(ZnO)和碱式碳酸锌[Zn₄CO₃(OH)₆·H₂O]等腐蚀产物的形成，具有优异的抑制阴极反应的能力。稀土可以净化杂质，减少合金中的阴极相，阻滞阴极过程的进行，从而提高了合金的耐腐蚀性。稀土还能降低形成晶核的临界尺寸，使核心增加，为合金结晶提供异质晶核，可细化晶粒。且在一定范围内，Zn-Al涂层的耐蚀性能也会随着铝含量的增加而提高。

相对于实芯丝材制备出的涂层，伪合金涂层以及粉芯丝材制备出的涂层的均匀性较差，喷涂工艺的稳定也难以保证，导致涂层的整体耐蚀性能较差。因此，制备高铝含量的多元合金热喷涂锌铝镁稀土实芯丝材十分有意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高铝热喷涂实芯丝材及其制备方法与应用。该丝材制备工艺可以解决目前制备高铝含量的锌基实芯丝材的问题，同时给出一种具备优异耐蚀性能的钢构件热喷涂涂层。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种高铝热喷涂实芯丝材，由以下组分组成：Al 18-22％，Mg 0.1-0.5％，RE 0.1-0.5％，杂质含量小于0.05％，其余为Zn，其中，RE为混合稀土。

优选的，一种高铝热喷涂实芯丝材，由以下组分组成：Al 22％，Mg 0.1％，RE 0.1％，杂质含量小于0.05％，其余为Zn，其中，RE为混合稀土。该配比的高铝喷涂实芯丝材中的铝的含量最高，且该配比的实芯丝材制备容易，喷涂生成的涂层的防腐效果好，且涂层均匀性好。

一种高铝热喷涂实芯丝材的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备Zn-Al-RE10中间合金：将锌和铝稀土合金块熔化后，搅拌均匀，浇铸；

(2)合金熔铸：将纯锌和纯铝加热熔化，保温，加入Zn-Al-RE10中间合金；待Zn-Al-RE10中间合金熔化后，加入镁块，待镁块熔化后，用精炼剂和变质剂对熔液进行处理，处理后浇铸；

镁块必须最后添加，这是由于镁较高的金属活性，直接融化易烧蚀，在锌铝合金溶液中融化能保证其添加量的准确，且镁含量较少，为了保证精确必须最后添加。由于铝活性较高，为了避免过多的氧化、烧蚀，在融化完纯锌块后再加入。中间合金由于质量较少，宜在锌、铝溶化后加入。

(3)合金挤压：对步骤(2)中得到的铸锭进行退火处理，预热后，在润滑剂作用下进行挤压处理；

(4)丝材拉拔：对步骤(3)挤压处理过的合金进行热拉拔，然后进行冷拉拔，在热拉拔和冷拉拔的过程中都要对合金进行退火处理；

(5)丝材清洗，缠盘。

制备铝合金稀土块是由于稀土在合金中所占比例较少，且稀土金属在空气中易氧化，直接添加难度较大，且不能保证合金成分。Al-10RE为比较成熟的商业合金，购买、使用方便，为了后续制备合金的方便调节成分，才制备了Zn-Al-RE10中间合金。

优选的，步骤(1)中，所述铝稀土合金块的熔化温度为700-750℃。

优选的，步骤(1)中，所述浇铸的温度为650-700℃。该浇铸温度是为了保证合金液具有良好的流动性。