一种热浸镀锌铝钙合金镀层及其热浸镀方法技术

本发明专利技术提供了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，总量≤0.05%；所述铝、钙以锌‑铝中间合金和铝‑钙中间合金方式加入；所述热浸镀锌铝钙合金镀层的热浸镀温度为430℃‑450℃；时间为10s‑3min。本发明专利技术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。

Hot dip aluminium calcium alloy coating and hot dip coating method thereof

The invention provides a hot-dip aluminum calcium alloy coating containing the following components: aluminum content of 4% 6.5%, CA 0.1 0.8%, the balance of zinc and unavoidable impurities; the impurities including lead, cadmium, tin, antimony, total less than 0.05%; the aluminum and calcium in zinc aluminum intermediate aluminum alloy and calcium master alloy added; the hot-dip aluminum calcium alloy coating hot dip temperature of 430 DEG C 450; time is 10s 3min. Hot dip galvanized aluminum calcium alloy coating of the invention has the advantages of low cost, the price can be batch hot dipping and hot plating has the advantages of simple process, good corrosion resistance, better than Zn 5%Al RE in; steel corrosion, especially has broad application prospects in heavy corrosion area.

【技术实现步骤摘要】
一种热浸镀锌铝钙合金镀层及其热浸镀方法
本专利技术属于金属防腐领域，具体涉及Zn-Al-Ca合金镀层及其热浸镀方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，本专利技术采用如下技术方案。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/LZnCl2，90g/LSnCl2，10g/LCeCl3，7.5mL/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。本专利技术具有以下有益优点：本专利技术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。附图说明图1为实施例1的热浸镀锌铝钙合金镀层的扫描电镜照片；图2为图1的局部放大照片；图3为实施例1的热浸镀锌铝钙合金镀层、对比例1热浸镀Zn-5%Al-RE的Tafel极化曲线。具体实施方式下面结合实施例与附图对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不受下述实施例的限制。所有实施例及对比例中均以Q345钢作为基体材料，使用机械切割法加工成50mm×50mm×3mm的片状试样。实施例1热浸镀锌铝钙合金镀层称取500gZnCl2，90gSnCl2，10gCeCl3溶于去离子水中，加入7.5mL十二烷基磺酸钠，加去离子水至1L，混合均匀，配制成助镀剂。按照以下方法进行热浸镀：（1）锌铝钙合金熔炼：称取878g纯Zn、92gZn-25%Al合金加入熔炼炉坩埚中，升温至500℃，等完成熔化后加入30gAl-10%Ca合金，再升温至620℃，等完全熔化后搅拌，降低温度至450℃，即得到1kg的Zn-5%Al-0.3%Ca合金；（2）材料基体的预处理：在15wt%的Na(OH)2溶液中70℃碱洗5min除油→清水冲洗→在10wt%的盐酸中酸洗5min除锈→清水冲洗→助镀剂70℃助镀处理30s→120℃干燥3min；（3）热浸镀：将上述预处理后的材料基体浸入Zn-5%Al-0.3%Ca合金液，450℃热浸镀30s。将试样从熔融合金中垂直提出。浸入及提出试样时，应拨开熔融合金表面的氧化物及浮渣。试样提出后以悬挂方式空冷，得到热浸镀材料S1，其表面镀层扫描电镜照片如图1、图2所示：表面形貌为全共晶结构，由于晶粒生长位向的不同，有些富铝相呈片层状，有些呈现短柱状，富铝相与富锌相存在互相嵌套现象，可使腐蚀产物更好地附着于镀层表面，提高镀层的耐蚀性。对比例1热浸镀Zn-5%Al-0.1%RE合金镀层（Galfan）（1）熔炼Zn-5%Al-RE合金。称取826g纯Zn、164gZn-25%Al合金加入熔炼炉中，升温至500℃，等完成熔化后加入10gAl-10%RE合金，再升温至620℃，等完全熔化后搅拌，降低温度至450℃，即得到1kg的Zn-5%Al-0.1%RE合金；（2）材料基体的预处理：在15wt%的Na(OH)2溶液中70℃碱洗5min除油→清水冲洗→在10wt%的盐酸中酸洗5min除锈→清水冲洗→助镀剂70℃助镀30s→120℃干燥3min；（3）热浸镀：将上述预处理后的材料基体浸入Zn-5%Al-0.1%RE合金液，450℃热浸镀30s。将试样从熔融合金中垂直提出。浸入及提出试样时，应拨开熔融合金表面的氧化物及浮渣。试样提出后以悬挂方式空冷，得到热浸镀材料C1。实施例2热浸镀锌铝钙合金镀层材料的电化学测试采用Tafel曲线外推法测定S1与C1的腐蚀电位和腐蚀电流。在3.5%NaCl溶液中进行Tafel极化测试(采用电化学工作站Parstat2273)，使用三电极体系：工作电极（试样），参比电极（饱和甘汞电极）和辅助电极（铂片），每个试样均在浸泡30mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热浸镀锌铝钙合金镀层，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种热浸镀锌铝钙合金镀层，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的热浸镀锌铝钙合金镀层，其特征在于，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。3.根据权利要求1或2任一所述的热浸镀锌铝钙合金镀层，其特征在于，所述铝、钙以锌-铝中间合金和铝-钙中间合金方式加入。4.根据权利要求1或2任一所述的热浸镀锌铝钙合金镀层，其特征在于，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即得。5.一种如权利要求1或2任一所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，其特征在于，所述热浸镀的温度为430℃-450℃；时间为10s-3min。6.根据权利要求5所述的热浸镀方...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳增武，张振岳，樊志彬，翟季青，刘延华，闫风洁，李辛庚，郭凯，李文静，王晓明，傅敏，吴亚平，米春旭，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37