一种合金化镀层钢筋的生产工艺制造技术

本发明专利技术为一种合金化镀层钢筋的生产工艺，对钢筋进行环保型热浸镀处理，在钢件表面镀液凝固前，以浸镀后的熔融液态镀液为溶剂，通过向溶剂中喷加合金元素，再通过高频感应加热的集肤效应仅对合金层感应加热，使镀层表层进一步合金化获得以基体为底层向表层过渡的含合金元素的梯度合金化镀层的合金化镀层钢筋。本发明专利技术工艺能更为有效且成本适中的提供防护措施对钢筋进行全面腐蚀控制，最大限度延长钢筋混凝土结构的服役寿命，降低维护成本。降低维护成本。降低维护成本。

【技术实现步骤摘要】
一种合金化镀层钢筋的生产工艺


[0001]本专利技术属于金属腐蚀防护
，具体涉及一种合金化镀层钢筋的生产工艺。

技术介绍

[0002]海洋基础设施建设(诸如海港码头、隧道、跨海大桥、海洋钻井平台等)规模非常巨大， 各种海洋钢筋混凝土构筑物工程、海洋装备投资巨大，其使用寿命和耐久性直接影响国民经 济可持续发展战略。钢筋是混凝土结构重要的骨架材料，钢筋的耐蚀性直接关系到钢筋混凝 土结构的耐久性。由于钢筋自身的特性以及周围环境的变化，导致由于钢筋腐蚀而引起的混 凝土开裂和结构破坏问题日益严重，很多海洋基础设施还没有到达使用年限就需要进行大规 模的维修，钢筋的腐蚀造成的直接和间接损失之大远超乎人们的想象。因此，如何采取有效 的措施和对策,防止由于钢筋的锈蚀而导致海工混凝土结构的过早失效,确保建筑物达到预 期的使用寿命成为国内外学术界、工程界极为关切的热点问题。
[0003]表面涂镀层防护是解决钢筋防腐提高钢筋耐蚀性和混凝土结构耐久性的重要途径之一。 因此，开发新型的高耐蚀镀层钢筋及制备技术，对提高钢筋混凝土结构的耐久性和使用寿命， 减少混凝土构筑物后期维护的成本和投入以及推动海洋强国建设具有重大的安全和经济意 义。
[0004]针对钢筋混凝土中钢筋的腐蚀问题，中国专利201320220754.9公开一种锌、环氧双涂层 钢筋及加工方法，该专利采用在钢筋上热喷涂获得锌层，锌层厚度在50
‑
100μm，锌层与基 体之间并非冶金结合，锌层通常抗弯折能力差，而且锌层与基体在钢筋折弯过程容易引起锌 层开裂的问题，进而影响涂层的完整性。专利CN110923616A公开了一种热喷涂稀土铝合 金覆层钢筋，采用热喷涂方式，将稀土铝合金丝材喷涂到表面清洁处理后的钢筋基体上，形 成热喷涂稀土铝合金覆层，热喷涂涂层与基体结合是机械嵌合方式，覆层钢筋存在热喷涂结 合力差，生产成本高等不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对当前海洋工程对高耐蚀钢筋的迫切需求以及现有钢筋防护技术中存在的一 系列问题，本专利技术提供一种热镀锌铝系合金镀层/涂层多体系防护层合金化镀层钢筋及其生产 工艺。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]一种合金化镀层钢筋的生产工艺，其特征在于：对钢筋进行环保型热浸镀处理，在钢件 表面镀液凝固前，以浸镀后的熔融液态镀液为溶剂，通过向溶剂中喷加合金元素，再通过高 频感应加热的集肤效应仅对合金层感应加热，使镀层表层进一步合金化获得以基体为底层向 表层过渡的含合金元素的梯度合金化镀层的合金化镀层钢筋。
[0008]合金化镀层钢筋的生产工艺的具体步骤是：
[0009]一、环保型热镀锌
[0010]可采用如下三种方案：
[0011]第一种方案：将经过环保除锈的钢筋穿过充满惰性气体(主要为氮气或氩气)或惰性气 体/氢气混合气体的密闭管式电阻炉(温度为450～700℃)，然后水平快速穿过熔融的锌液 (450～480℃)使钢筋表面镀覆一层锌；
[0012]第二种方案：将经过环保除锈的钢筋穿过充满惰性气体(主要为氮气或氩气)或惰性气 体/氢气混合气体的密闭陶瓷管或石英管，同时施加高频感应加热，然后水平快速穿过熔融的 锌液使钢筋表面镀覆一层锌；
[0013]第三种方案：将经过环保除锈的钢筋进行助镀和烘干后进入熔融的锌液使钢筋表面镀覆 一层锌，亦可采用传统的前处理进行脱脂除锈、助镀以后进行热镀锌；
[0014]进一步地，所述三种热镀锌方案的环保除锈主要为机械除锈(包括但不限于抛丸除锈、 钢刷除锈等)、激光除锈、环保除锈剂除锈中的至少一种；其优势在于整个过程不涉及任何 化学药剂排放、尤其是前两种方案无需助镀和水洗等工序，具有工艺流程短、节能减排、环 保、高效等优势。
[0015]二、镀锌层感应重熔并合金化
[0016]可采用如下方式实现：
[0017]第一种方案：钢筋镀锌后，在钢件表面锌液凝固前进行喷粉合金化，同时在惰性气体保 护作用下施加高频感应加热，通过高温气刀吹扫、水冷，控制上锌量，以钢筋表面熔融态锌 液作为溶剂，以喷涂的金属或合金粉末为溶质，通过惰性气体保护感应加热使镀层保持熔融 态，利用高频感应加热的集肤效应使喷洒的合金粉末与熔锌发生冶金反应，使镀层合金化， 然后通过气刀吹扫并迅速水冷，在钢筋表面形成具有一定厚度的合金化覆盖层，即得到以锌 或锌铁合金为底层向表层过渡的梯度合金化镀层，镀层之间为冶金结合；
[0018]第二种方案：钢筋镀锌凝固前，在惰性气体保护下通过热喷涂金属或合金(可以是粉末 或丝材)使镀锌钢筋表面覆盖合金层，随即进行气体保护高频感应加热，使热喷合金涂层快 速加热到合金熔点以上温度，并与预镀的锌层发生冶金反应，形成具有冶金结合的合金化， 然后通过气刀吹扫并迅速水冷，形成具有冶金结合的合金化覆盖层，即得到以锌或锌铁合金 为底层向表层过渡的梯度合金化镀层的合金化镀层钢筋。
[0019]进一步地，钢筋镀锌后，或者是对于上述两种方案获得的合金化镀层钢筋，采用中高频 感应加热装置在几秒内使钢筋迅速加热到550～560℃使镀覆的合金层与镀锌后的铁基体发生 扩散反应，形成由基体内部向表层过渡的具有冶金键合的合金化镀层钢筋。
[0020]所述高频感应加热频率为50
‑
100KHz，加热深度为1
‑
3mm；所述中高频感应加热的频率 为1～50kHz，加热厚度不小于10mm，通过调整高频、中高频感应加热的频率范围能实现添 加合金元素后锌
‑
铁合金层的制备。
[0021]进一步地，所述生产工艺全程为卧式水平生产，卧式镀锌方式可为溢流式或非溢流式；
[0022]进一步地，所述生产工艺中涉及的设备体系主要包括氨分解装置(提供生产所需的氮气 和氢气)和控制阀、高频感应加热系统(包括保护加热和感应重熔处理)、密闭熔锌装置、 喷涂设备系统(热喷涂或普通喷涂)、石英管或陶瓷管(密闭环境)、镀层控制系统(控制 气刀工作的系统)、钢筋剪裁或收线系统。
[0023]密闭熔锌装置，包括工作池和补给池，工作池和补给池下部联通，工作池上部封闭，补 给池上部与大气相通，在工作池和补给池的上部同高度开设有供长材进出的穿过
孔，所有穿 过孔内依次通过石英管件连接在一起，形成供钢筋通过的通道；所述工作池和补给池中均加 入处理液体，所述工作池的液面高于穿过孔上端所在位置。
[0024]所述工作池和补给池设有加热系统，其加热方式可以是内加热、燃气加热、感应加热等。
[0025]所述工作池与补给池底部为连通设计，中间工作池上部两侧设有长材穿过孔，穿过孔处 设置防溢流装置。
[0026]所述工作池，顶部为密封设计，并设有抽气孔，抽气孔与压力控制补偿系统连接，且工 作时保证其液面高于穿过孔上端，实现工作池自动压力补偿，保持工作池内压强恒定。
[0027]所述补给池，补给池底部与中间工作池为连通设计，即在补给池和工作池相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合金化镀层钢筋的生产工艺，其特征在于：对钢筋进行环保型热浸镀处理，在钢件表面镀液凝固前，以浸镀后的熔融液态镀液为溶剂，通过向溶剂中喷加合金元素，再通过高频感应加热的集肤效应仅对合金层感应加热，使镀层表层进一步合金化获得以基体为底层向表层过渡的含合金元素的梯度合金化镀层的合金化镀层钢筋。2.根据权利要求1所述的合金化镀层钢筋的生产工艺，其特征在于：所述基体为锌或锌铝合金基体、铝或铝合金基体，所述锌铝合金基体具有锌铝(Galfan)、锌铝镁(ZAM)、锌铝硅(Galvalum)的锌铝系列镀层；喷加合金元素为纯金属、二元或多元合金、金属氧化物的粉末中的至少一种，纯金属包括铝、镁、镍、钴、锆、钛，且粉末为纳米级粉末。3.根据权利要求1所述的合金化镀层钢筋的生产工艺，其特征在于：该合金化镀层钢筋的生产工艺的具体步骤是：一、环保型热镀锌第一种方案：将经过环保除锈的钢筋穿过充满惰性气体或惰性气体/氢气混合气体的密闭管式电阻炉，然后水平快速穿过熔融的锌液使钢筋表面镀覆一层锌；所述电阻炉加热温度为450～700℃，所述锌液温度为450～480℃；第二种方案：将经过环保除锈的钢筋穿过充满惰性气体或惰性气体/氢气混合气体的密闭陶瓷管或石英管，同时施加高频感应加热，使钢筋表面温度达到500～800℃，然后水平快速穿过熔融的锌液使钢筋表面镀覆一层熔锌；第三种方案：将经过环保除锈的钢筋进行助镀和烘干后进入熔融的锌液使钢筋表面镀覆一层熔锌，或者采用脱脂除锈、助镀以后进行热镀锌；二、镀锌层感应重熔并合金化第一种方案：钢筋镀锌后，在钢件表面锌液凝固前进行喷粉合金化，同时在惰性气体保护作用下施加高频感应加热，通过高温气刀吹扫、水冷，控制上锌量，以钢筋表面熔融态锌液作为溶剂，以喷涂的金属或合金粉末为溶质，通过惰性气体保护感应加热使镀层保持熔融态，利用高频感应加热的集肤效应使喷洒的合金粉末与熔锌发生冶金反应，使镀层合金化，然后通过气刀吹扫并迅速水冷，在钢筋表面形成具有一定厚度的合金化覆盖层，即得到以锌或锌铁合金为底层向表层过渡的梯度合金化镀层钢筋，镀层之间为冶金结合；第二种方案：钢筋镀锌凝固前，在惰性气体保护下通过热喷涂金属或合金使镀锌钢筋表面覆盖合金层，随即进行气体保护高频感应加热，使热喷合金涂层快速加热到合金熔点以上温度，并与预镀的锌层发生冶金反应，形成具有冶金结合的合金化，然后通过气刀吹扫并迅速水冷，形成具有冶金结合的合金化覆盖层，即得到以锌或锌铁合金为底层向表层过渡的梯度合金化镀层的合金化镀层钢筋。4.根据权利要求3所述的合金化镀层钢筋的生产工艺，其特征在于：钢筋镀锌后，或者是对于上述两种方案获得的合金化镀...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冲冲，曹博皓，杨腾，张雪莲，
申请(专利权)人：北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：