复合锌铝合金镀层材料及热浸镀方法技术

本发明专利技术公开了一种复合锌铝合金镀层材料及热浸镀方法，制备一种热浸镀用共析成分Zn‑Al‑Si‑Mg‑Ti合金镀层，其成份按照质量百分比计算，Al含量为10~30%，Si含量为0.1~1%，Ti含量为0.04~1%，Mg含量不高于5%，其余为Zn。镀液合金采用熔盐覆盖的方法进行熔炼；待电镀件在入锌锅在还原气氛为5~50%氢氮混合气中预还原，还原温度为500~680℃，预热时间为3～10min，锌锅温度控制在550~640℃，浸镀时间控制在3s~30min；板材出锌锅后，利用气刀控制镀层的厚度，同时冷却镀层，得到预期的热浸镀板材。本发明专利技术得到的镀层表面平整、镀液中底渣量少。

Composite zinc aluminum alloy coating material and hot dipping method

The invention discloses a method for composite zinc Aluminum Alloy coating materials and hot dip coating, a preparation for hot-dip Zn Al Si eutectoid Mg Ti alloy, the composition calculated by mass percentage, the content of Al is 10~30%, the content of Si is 0.1~1%, Ti content of 0.04~1%, Mg content is not the rest is higher than 5%, Zn. Plating solution by using the method of molten salt covered for smelting; to be electroplated into zinc pot in a reducing atmosphere for 5~50% hydrogen nitrogen mixed gas in pre reduction, reduction temperature is 500~680 DEG C, the preheating time is 3 ~ 10min, the zinc pot temperature control at 550~640 DEG C, dipping time control in 3s~30min; the plate out of the zinc pot after using the air knife control coating thickness, coating and cooling, get hot dip sheet expected. The coating surface smooth, the plating liquid slag amount.

【技术实现步骤摘要】
复合锌铝合金镀层材料及热浸镀方法
本专利技术涉及一种金属材料及其镀层工艺，特别是涉及一种热浸镀层材料及其合金镀层制备方法，应用于热浸镀工艺

技术介绍
热浸镀锌铝镀层综合了铝的耐久保护性和锌的阳极保护性，不仅具有更长久的耐大气腐蚀性能，而且具有更优良的涂装性能及较好的抗高温氧化能力。热浸镀铝锌广泛应用于桥梁、建筑钢结构、汽车、矿山机械及造船等行业，目前发展比较成熟的铝锌合金镀层主要有Bethlehem钢铁公司的Galvalume、世界铅锌协会的Galfan、Nippon钢铁公司的SuperZinc等，其中以高铝Galvalume最为常见，但在热浸镀铝锌过程中，钢板经预处理处理进入锌锅后，钢板与镀液接触的瞬间便发生铁的溶解，当镀液中的铁含量超过其溶解度时将生成FeAl3、τ5(Al8Fe2Si)、τ6(Al5FeSi)，从而产生面渣、悬浮渣和底渣，在镀锌过程中，通常可以通过外加电磁场或者特定装置去除锌渣，例如专利文献公开号为CN101033532A和CN101092666A的上海交通大学的专利、专利文献公开号为CN102912273A常州大学的专利、专利文献公开号为CN102031472A的中国钢研科技集团有限公司专利。但这些方法只能去除面渣或者悬浮渣，对于较硬且重的底渣显得无能为力。随着渣量的逐渐增加，在后续生产过程中将必然会影响到镀层产品质量及生产效率，目前国内外还没有能够彻底解决该问题的方法。镀铝锌过程中底渣产生的根本性原因是锌锅中的高铝含量和过饱和铁。已有研究结果表明，合理的降低锌锅中的铝含量可明显降低Fe-Al反应驱动力，从而降低底渣量的产生。同时，由于铝含量的降低、锌含量的提高，使得镀液密度升高，底渣密度相对变小，从而在锌锅中产生较强的自然浮力，会使部分底渣转变为面渣或者悬浮渣，从而降低底渣的危害。但铝含量的降低，同时会带来一系列负面影响，如涂镀产品耐蚀性降低、表面光亮度下降等，直接影响产品的使用性能，给产品的市场推广带来一定的压力。目前，镀铝锌产品中通常会添加一定量的合金元素。硅可以形成能与基体紧密结合的抑制层，阻隔铁基体与熔体的直接接触，从而抑制铁铝反应速度、控制合金层厚度、使镀层的成形能力提高，如加拿大Comico公司就开发出Zn-22.3Al-0.3Si镀层。锌锅中添加Mg后，镀层富Zn的枝晶间区析出了富Mg相，如Mg2Si，MgZn2，Mg2Zn11等相，强化Galvalume镀层的枝晶间区，有效地提高了镀层的成形性，同时镀层的腐蚀产物更加致密，抑制了腐蚀介质的向内扩散，提高了镀层的耐蚀性，但对底渣的优化控制和对浸镀件表面质量的改善还不够理想。从国内外文献报道可以发现，锌铝镁合金镀层已成为热浸镀锌领域的研究热点，这类镀层包括：日本新日铁公司开发了Zn-6％Al-3％Mg合金(ZAM)、Zn-11％Al-3％Mg合金(SuperDym)、Zn-0.5％Mg(DymaZinc)，但对底渣的优化控制和对浸镀件表面质量的改善还不够理想。镀液中添加的钛会以TiAl3的形式存在，为钢带表面镀液的凝固过程提供异质形核质点，提高Al和AlFeSi相的形核率，进而起到细化晶粒的作用，宏观上表现为产生小锌花产品，改善涂镀产品的表面质量的作用。另外，现有研究结果表明，镀液中的钛还能起到提高耐蚀性能的作用，但目前尚未发现在低铝富锌镀层合金中同时添加Mg或者同时添加Mg和Ti的相关报道，也没有公开的有关的技术方案，如何更有效地降低热浸镀铝锌底渣及提高热浸镀件的表面质量成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种复合锌铝合金镀层材料及热浸镀方法，在低铝富锌合金的基础上，同时添加Mg元素或者同时添加Mg和Ti合金元素，不仅能够解决镀层耐蚀性能下降这一问题，而且能提高镀层的表面质量，并给出制备工艺参数，因此采用本专利技术的热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层或热浸镀Zn-Al-Si-Mg-Ti合金镀层具有优异的综合性能。本专利技术解决低铝富锌合金耐蚀性较差的问题，通过添加合金元素Mg、Ti，改变镀层组织结构，最终改善镀层的耐腐蚀性能及提高产品表面质量。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用下述技术方案：一种复合锌铝合金镀层材料，具有以下的主要元素组成及其重量百分比：Al的含量为10～30wt.％，Si含量为0.1～1wt.％，Mg含量不高于5wt.％，其余主要为Zn，形成Zn-Al-Si-Mg镀层材料。作为本专利技术的优选的技术方案，合金中还含有Ti元素，且Ti含量为0.04～1wt.％，形成Zn-Al-Si-Mg-Ti镀层材料。Ti元素对镀层的晶粒细化效果非常好。Ti与Al形成的TiAl3存在于每个树枝晶内部，可以起到形核中心的作用，但Ti的含量不能太高，否则当Ti含量大于1wt.％，会生成过多的TiAl3相，从而形成底渣。作为上述方案的进一步优选的技术方案，Ti含量为0.04～0.5wt.％。作为上述方案的进一步优选的技术方案，Al的含量为21～25wt.％，Si含量为0.15～0.55wt.％，Mg含量优选为0.5～3.5wt.％。Mg含量限定为0.5～3.5wt.％的理由是：Mg含量低于0.5％，或者Mg含量更低时，Mg含量不足时，Mg2Si从液相中直接析出的量少，镀层耐蚀性提高效果不明显；当Mg含量超过3.5wt.％，尤其是超过5％时，镀层耐蚀性能达到饱和，镀层中Mg2Si相聚集长大，影响镀层的均匀性和表面平整性，并且Mg的氧化物系浮渣更容易在镀液上产生。作为上述方案的进一步优选的技术方案，Al的含量为22.3wt.％，Si含量为0.3wt.％，Mg含量为1.5-3.5wt.％。一种降低热浸镀铝锌底渣量及提高镀层表面质量的热浸镀方法，包括如下步骤：a.热镀液制备过程：1)按照制备复合锌铝合金镀层材料所需的以下元素组成及其重量百分比称量配制原料：Al的含量控制在10～30wt.％，Si含量控制在0.1～1wt.％，Mg含量控制在不高于5wt.％，其余合金元素主要为Zn，将合金原料熔炼得到复合锌铝合金镀层合金熔体，浇铸于模具中冷却成型，制成复合锌铝合金镀层材料备用；作为本专利技术的优选的技术方案，在配制原料时，还添加Ti元素材料，制成Zn-Al-Si-Mg-Ti镀层材料，得到复合锌铝合金镀层材料，且Ti含量为所制备的Zn-Al-Si-Mg-Ti镀层材料的0.04～1wt.％；Ti与Al形成的TiAl3存在于每个树枝晶内部，可以起到形核中心的作用，但Ti的含量不能太高，否则当Ti含量大于1wt.％，会生成过多的TiAl3相，从而形成底渣；2)将在步骤1)中制备的复合锌铝合金镀层材料置入锌锅中，熔融后形成热镀液；b.热浸镀过程：ⅰ.热浸镀工序：将待进行热浸镀的基体材料件在置入锌锅前进行预还原过程，还原气氛采用含氢体积百分比浓度为5～50％的氢氮混合气，还原温度为500～680℃，基体材料件的预热时间为3～10min，然后将基体材料件进入锌锅，进入锌锅时的锌锅温度控制在550～640℃，浸镀时间控制在3s～30min；基体材料件入锌锅时的锌锅温度优选控制在580～610℃；ⅱ.镀后冷却工序：将覆有镀层的基体材料件移出锌锅后，利用气刀吹扫来控制镀层的厚度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合锌铝合金镀层材料，其特征在于,具有以下的主要元素组成及其重量百分比：Al的含量为10～30wt.％，Si含量为0.1～1wt.％，Mg含量不高于5wt.％，其余主要为Zn，形成Zn‑Al‑Si‑Mg镀层材料。

【技术特征摘要】
1.一种复合锌铝合金镀层材料，其特征在于,具有以下的主要元素组成及其重量百分比：Al的含量为10～30wt.％，Si含量为0.1～1wt.％，Mg含量不高于5wt.％，其余主要为Zn，形成Zn-Al-Si-Mg镀层材料。2.根据权利要求1所述复合锌铝合金镀层材料，其特征在于：合金中还含有Ti元素，且Ti含量为0.04～1wt.％，形成Zn-Al-Si-Mg-Ti镀层材料。3.根据权利要求2所述复合锌铝合金镀层材料，其特征在于：Ti含量为0.04～0.5wt.％。4.根据权利要求1～3中任意一项所述复合锌铝合金镀层材料，其特征在于：Al的含量为21～25wt.％，Si含量为0.15～0.55wt.％，Mg含量为0.5～3.5wt.％。5.根据权利要求4所述复合锌铝合金镀层材料，其特征在于：Al的含量为22.3wt.％，Si含量为0.3wt.％，Mg含量为1.5-3.5wt.％。6.一种降低热浸镀铝锌底渣量及提高镀层表面质量的热浸镀方法，其特征在于，包括如下步骤：a.热镀液制备过程：1)按照制备复合锌铝合金镀层材料所需的以下元素组成及其重量百分比称量配制原料：Al的含量控制在10～30wt.％，Si含量控制在0.1～1wt.％，Mg含量控制在不高于5wt.％，其余合金元素主要为Zn，将合金原料熔炼得到复合锌铝合金镀层合金熔体，浇铸于模具中冷却成型，制成复合锌铝合金镀层材料备用；2)将在所述步骤1)中制备的复合锌铝合金镀层材料置入锌锅中，熔融后形成热镀液；b.热浸镀过程：ⅰ.热浸镀工序：将待进行热浸镀的基体材料件在置入锌锅前进行预还原过程，还原气氛采用含氢体积百分比浓度为5～50％的氢氮混合气，还原温度为500～680℃，基体材料件的预热时间为3～10min；然后将基体材料件进入锌锅，进入锌锅时的锌锅温度控制在550～640℃，浸镀时间控制在3s～30min；ⅱ.镀后冷却工序：将覆有镀层的基体材料件移出锌锅后，利用气刀吹扫来控制镀层的厚度，使镀层厚度控制在20～35μm，同时冷却镀层，得到预期的热浸镀材料件。7.根据权利要求6所述降低热浸镀铝锌底渣量及提高镀层表面质量的热浸镀方法，其特征在于：在步骤a热镀液制备过程中的步骤1)中，在配制原料时，还添加Ti元素材料，制成Zn-Al-Si-Mg-Ti镀层材料，得到复合锌铝合金镀层材料，且Ti含量为所制备的Zn-Al-Si-Mg-Ti镀层材料的0.04～1wt.％。8.根据权利要求6或7所述降低热浸镀铝锌底渣量及提高镀层表面质量的热浸镀方法，其特征在于：在步骤a热镀液制备过程中的步骤1)中，在进行复合锌铝合金镀层材料制备时，首先按照制备复合锌铝合金镀层材料所需的元素组成及其重量百分比称量配制原料，主要包括Zn块、Al块、Si块和Mg块，然后采用如下制备工艺步骤：⑴Al-Mg中间合金制备：①首先称量一部分的一定量的Al块，然后加入一定含量的盐类覆盖剂，盐类覆盖剂为经过脱水处理的质量百分含量为30-50％的CaCl2、20-40％的KCl和质量百分含量为20％-30％NaCl的均...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴广新，彭望君，张捷宇，杨志良，丁德建，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31