[发明专利]一种热浸镀锌铝钙合金镀层及其热浸镀方法

说明书

技术领域

本发明属于金属防腐领域，具体涉及Zn-Al-Ca合金镀层及其热浸镀方法。

背景技术

热浸镀锌是一种有效的钢铁表面防腐工艺。镀锌层对钢铁基体材料具有隔离作用和阴极保护作用，在大多数自然环境中，锌的腐蚀速度只有钢的1/10-1/100，因此能对钢铁基体提供较好的保护作用。

在工业污染、沿海及潮湿等地区，普通热浸镀锌层的防腐寿命明显降低，往往不能满足设计要求。研究发现在镀锌中添加铝，可提高镀层的耐蚀性能，随着Al含量的增加，镀层的抗腐蚀性能提高，当达到Zn-Al共晶成分时(Al含量5%左右)，镀层主要由薄片状交替分布的α-Al相和β-Zn相组成。此外，共晶成分的合金还具有较低的熔点，适于进行热浸镀。在此基础上添加铈镧混合稀土形成的Zn-5%Al-RE（商业名Galfan），耐蚀性为热镀纯锌的2-3倍。

锌铝镁合金镀层具有更好的耐蚀性能，如Zn-6%Al-3%Mg合金镀层，成为近年来研究的热点。但Mg加入Zn-Al合金镀层金属中时，使批量热浸镀的工艺性变差，镀层粗糙，且产生漏镀，由于没有适用的助镀剂，目前不能用于批量热浸镀，只应用于连续热浸镀工艺，用在像洗衣机外壳、汽车外壳这样的薄板，不能用于大型钢结构。当前由于空气污染，大气腐蚀性加剧，对提高批量热浸镀层耐蚀性的需求十分强烈。因此，研究新的可批量热浸镀、价格低廉、可代替稀土并有更好耐腐性的合金镀层具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型热浸镀Zn-Al-Ca合金镀层，与Galfan合金镀层(Zn-5%Al-RE)相比，该合金镀层具有更好的耐蚀性能，Ca元素在地壳中含量丰富，可代替稀缺资源稀土元素。

本发明的另一目的是提供一种上述合金镀层的批量热浸镀方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种热浸镀锌铝钙合金镀层，含有以下百分含量的成分：铝4%-6.5%，钙0.1-0.8%，余量为锌和不可避免的杂质；所述杂质包括铅，镉，锡，锑等，总量≤0.05%。

作为优选，上述热浸镀锌铝钙合金镀层含有以下百分含量的成分：铝4.5%-6%，钙0.3-0.5%，余量为锌和不可避免的杂质。

所述铝、钙以锌-铝中间合金和铝-钙中间合金方式加入。

上述热浸镀锌铝钙合金镀层采用以下方法制备：加热锌、锌-铝中间合金至完全熔化，再加入铝-钙中间合金加热至完全熔化。

上述热浸镀锌铝钙合金镀层的热浸镀方法，包括以下步骤：合金镀层的熔炼；钢铁材料基体的预处理；热浸镀；所述热浸镀的温度为430℃-450℃；时间为10s-3min。

所述锌铝钙合金的熔炼方法，包括以下步骤：将称量好的锌、锌-铝中间合金加入熔炼炉中，升温至500℃，等完全熔化后加入铝-钙中间合金，升温至620℃，等完全熔化后降低温度至热浸镀温度430℃-450℃。

所述预处理，采用以下步骤为：在15wt%的Na(OH)₂溶液中碱洗除油→清水冲洗→在10wt%的盐酸中酸洗除锈→清水冲洗→助镀剂助镀→干燥。

上述预处理中，碱洗温度为70-90℃，时间3-5min；所述酸洗时间为3-5min；助镀温度为70-90℃，时间30s；干燥温度为100-120℃，时间为2-3min。

一种热浸镀锌铝钙合金镀层的助镀剂，包括以下成分：500g/L ZnCl₂，90g/L SnCl₂，10g/L CeCl₃，7.5mL/L十二烷基磺酸钠。

在常规热浸镀温度附近，Ca在Zn或Al中的溶解度不高，并且溶解度随着冷却过程而降低，镀后的试样在冷却过程中，会有细小金属间化合物析出，形成结晶晶核，使镀层晶粒细化，提高耐蚀性能。另外，Ca和Mg具有相似的化学性质，加入Zn-Al合金中可起到相似的作用，在腐蚀性介质中可调节微区酸碱性，提高镀层在含Cl¯环境中的耐蚀性。但Mg加入Zn-Al合金镀层金属中时，使批量热浸镀的工艺性变差，镀层粗糙，且易产生漏镀，尚未能成功应用于批量热浸镀。而加入Ca时无此不良影响。与稀土相比，Ca在地壳中的含量丰富，价格低廉，Zn-Al-Ca合金具有比Zn-Al-RE（Galfan）更好的耐蚀性能。

本发明具有以下有益优点：本发明的热浸镀锌铝钙合金镀层价格低廉、可批量热浸镀、热镀工艺简单、耐腐蚀性好，优于Zn-5%Al-RE；在钢材防腐方面，尤其是在重腐蚀地区有广阔应用前景。

附图说明