一种稀土钇锌铝镁合金镀层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土钇锌铝镁合金镀层及其制备方法，所述镀层由Zn、Al、Mg、Y制备而成，其中：Al的掺量为镀层的2wt.％，Mg的掺量为Zn的1wt.％，Y的掺量为Zn的0.03～0.10wt.％，优选为0.08wt.％。本发明专利技术在Zn‑Al‑Mg镀层的基础上，选择向Zn‑Al‑Mg镀液中添加稀土Y元素。随着稀土元素Y的加入，生成的腐蚀产物连续覆盖在镀层表面，腐蚀产物的形态也比较致密。正是这些致密的腐蚀产物，阻止了腐蚀介质的侵入，对基体起到了保护作用。本发明专利技术制备出的多元合金镀层具有较好的耐腐蚀性，而且不改变现有热镀锌生产线，有利于推广应用。

A rare earth yttrium zinc aluminum magnesium alloy coating and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种稀土钇锌铝镁合金镀层及其制备方法
本专利技术涉及一种锌基合金镀层及其制备方法，具体涉及一种稀土钇锌铝镁合金镀层及其制备方法。
技术介绍
对于提高生产设备耐蚀性能的研究，不仅仅是简单的技术问题，还是关系到节能环保、安全生产、保证生产和日常生活顺利进行的首要经济和社会问题。钢铁由于产量大、价格相对低、性能优异而直接或间接地应用于工业生产的各个行业，而腐蚀对钢铁造成的损失是极其严重的，全世界每年钢产量的1/3因腐蚀而损失。根据相关统计显示，每年因腐蚀而无法继续使用的钢铁占总生产量的十分之一。目前全世界因腐蚀而带来的经济损失高达7000亿美元，约占国民生产总值的2％～4％，因此有必要研究钢铁的腐蚀防护技术。热浸镀是通过将镀件浸入熔化金属液一段时间后取出，经冷却后获得结合力优良且均匀镀层的技术。当镀件浸入镀层金属液后，镀件表面会和镀液发生复杂的化学反应，金属镀液会在镀件表面溶解并扩散最终形成结合紧密的合金镀层。从熔化的镀液中取出镀件后，熔融金属镀液会在镀件表面迅速凝固，经过冷却后形成镀层。由此可以看出热浸镀所获得的镀层与镀件之间的结合力十分牢固。另外，热浸镀比电镀和化学镀获得的镀层厚，这也是热浸镀镀层具有良好的耐蚀性的原因之一。稀土元素是指钪、钇和全部镧系元素。由于它们在地壳中的含量稀少，它们的氧化物与氧化钙等土族元素性质相似，因而得名。钇和另一稀土元素铈是稀土元素中在地壳中含量较大的两种元素，因而它们在稀土元素中首先被发现，价格也比其他稀土氧化物便宜。更高耐蚀性的锌基合金镀层和特殊性能的镀层，也越来越受到重视。这些镀层的耐蚀性虽比传统热镀锌有较大提高，但生产工艺复杂，生产成本较高，在国内应用还不是很广泛。研究生产成本与传统热镀锌相当、耐蚀性能有较大提高的新镀层，仍然是该领域的研究趋势之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种稀土钇锌铝镁合金镀层及其制备方法，该方法在Zn-Al-Mg镀液中加入了适量的稀土钇元素，制备出的多元合金镀层具有较好的耐腐蚀性，而且不改变现有热镀锌生产线，有利于推广应用。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种稀土钇锌铝镁合金镀层，由Zn、Al、Mg、Y制备而成，其中：Al的掺量为镀层的2wt.％，Mg的掺量为Zn的1wt.％，Y的掺量为Zn的0.03～0.10wt.％，优选为0.08wt.％。一种上述稀土钇锌铝镁合金镀层的制备方法，采用电解活化助镀剂法热镀Zn-Al-Mg-Y合金镀层，包括如下步骤：步骤1：向装有Zn-Al-Mg镀液的熔融合金炉中添加稀土元素Y，稀土元素Y以中间合金的方式添加，为减少合金元素烧损，熔融后的合金表面采用熔剂保护，熔剂主要成分为MgCl2、KCl、CaF2，MgCl2、KCl、CaF2的质量比为3:2:1；步骤2：将预处理并烘干后的基材浸入400～500℃的熔融合金炉中热镀1～5min；步骤3：将基材提抽出来，在空气气氛条件下，自然冷却至室温，即在基材表面获得稀土钇锌铝镁合金镀层，其中：抽提速度在0.1～0.3m/s的范围内。相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：本专利技术在Zn-Al-Mg镀层的基础上，选择向Zn-Al-Mg镀液中添加稀土Y元素。随着稀土元素Y的加入，生成的腐蚀产物连续覆盖在镀层表面，腐蚀产物的形态也比较致密。正是这些致密的腐蚀产物，阻止了腐蚀介质的侵入，对基体起到了保护作用。附图说明图1为加入不同掺量稀土Y的镀层在3％NaCl溶液中的极化曲线，1-0.03％Y，2-0.05％Y，3-0.08％Y，4-0.10％Y；图2为镀Zn-Al-Mg-Y试件的表面分析；图3为镀Zn-Al-Mg-Y试件表面分析；图4为3000h盐雾试验后镀层表面微观形貌，(a)×5003000hZn-2％Al-1％Mg-0.08％Y，(b)×20003000hZn-2％Al-1％Mg-0.08％Y。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。本专利技术公开了一种稀土钇锌铝镁合金镀层的制备方法，所述方法采用现行热镀锌生产设备和工艺的理论，利用电解活化助镀剂法的基础上，添加不同掺杂量的稀土Y元素，制备得到热镀Zn-Al-Mg-Y合金镀层。具体步骤如下：步骤1：向锌液(99.8％)中添加2％Al、1％Mg，稀土元素以中间合金的方式添加，各元素加入量按照预镀镀层的化学组成进行计算。为减少合金元素烧损，熔融后的合金表面采用熔剂保护，其主要成分为MgCl2、KCl、CaF2，MgCl2、KCl、CaF2的质量比为3:2:1。步骤2：将预处理并烘干后的基材浸入450℃左右的熔融合金炉中热镀2min。步骤3：控制速度在0.1～0.3m/s的范围内，从坩埚电阻炉中提抽出来，在空气气氛条件下，自然冷却至室温。稀土钇能提高锌基镀层的耐蚀性能，其中Zn-2％Al-1％Mg-0.08％Y合金镀层的耐蚀性能最佳。本专利技术利用现行热镀锌生产设备和工艺，在电解活化助镀剂法热镀Al-Mg-Zn合金镀层基础上，加入少量的Al(2％)、Mg(1％)以及微量稀土元素，得到了具有较高耐蚀性的多元合金镀层。由图1的盐雾试验的结果可以得出以下结论，在镀层中添加合金元素之后，镀层的耐盐雾腐蚀能力有不同程度的提高，在加入Al和Mg之后，镀层的腐蚀速率不断降低，镀层的耐腐蚀性能也不断提高，其中，Zn-2％Al-1％Mg合金镀层的耐腐蚀性最优。在Zn-Al-Mg合金中加入稀土元素，使镀层的耐蚀性较纯锌镀层有了较大提高。在稀土Y掺量小于0.1％的范围内，镀层的耐蚀性随着稀土Y添加量的增加而不断提高。当掺量达到0.08％时，耐蚀性最佳，当继续增加稀土Y掺量达到0.10％时，耐蚀性下降。图2为试件的表面形貌。由SEM图可见，镀层表面完整，无显著缺陷，偶见少量颗粒状物质附着在表面上。由图3可知：表面还含有少量的Fe、O、C1等元素，主要来源于表面氧化及助镀剂，镀层中连续相为Zn，深色镶嵌物为Zn-Al合金，而白色附着物主要为Mg和Y。由图4可知：向锌液中加入Al、Mg、Y元素均能提高热镀锌层的耐蚀性能。Al能够在镀层表面形成致密的氧化膜；Mg可以细化晶粒，形成共晶组织；Y具有较高的化学活性，能提高锌基镀层的耐蚀性能，起到净化合金液及镀层表面的作用，另外，稀土钇氧化物相对其他稀土氧化物较便宜，经济实惠。几种合金镀层中，Al、Mg、Y的加入量较少，热镀温度、热镀时间等工艺参数与传统热镀锌相比变化不大，可以在不改变热镀锌生产线的条件下进行生产，便于推广应用。除此之外，在合金液中加入稀土元素后，会降低合金液的表面张力，使得镀液与基体充分润湿。而微量稀土的添加之所以能够细化晶粒也与其有关，因为合金液表面张力降低，固液界面的比表面能也随之减小，导致形核体系表面能变化减小，最终会使临界晶核半径减小，形核速率提高，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土钇锌铝镁合金镀层，其特征在于所述镀层由Zn、Al、Mg、Y制备而成，其中：Al的掺量为镀层的2wt.％，Mg的掺量为Zn的1wt.％，Y的掺量为Zn的0.03～0.10wt.％。/n

【技术特征摘要】
1.一种稀土钇锌铝镁合金镀层，其特征在于所述镀层由Zn、Al、Mg、Y制备而成，其中：Al的掺量为镀层的2wt.％，Mg的掺量为Zn的1wt.％，Y的掺量为Zn的0.03～0.10wt.％。


2.根据权利要求1所述的稀土钇锌铝镁合金镀层，其特征在于所述Y的掺量为Zn的0.08wt.％。


3.一种权利要求1-2任一项所述稀土钇锌铝镁合金镀层的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤1：向装有Zn-Al-Mg镀液的熔融合金炉中添加稀土元素Y，稀土元素Y以中间合金的方式添加，熔融后...

【专利技术属性】
技术研发人员：董瑶加，张舒婷，吕玉光，朱颐申，
申请(专利权)人：李艳华，
类型：发明
国别省市：江苏;32