一种采用锌基石墨烯铝硅合金进行热浸镀的方法技术

一种采用锌基石墨烯铝硅合金进行热浸镀的方法，属于金属热浸镀技术领域，其特征是(1)按质量百分比含Al 5～10％，石墨烯1.0～4.0％，Si 0.7～1.0％和其余为Zn准备好原料；(2)在惰性气体保护将锌、铝、硅熔化，降温后加入石墨烯，保温、搅拌并浇铸制成热浸镀合金；(3)将热浸镀合金加热至400～500℃保温5～20min；(4)将钢板在550～650℃下热浸镀10～20s，然后自合金液中拉出，同时用气刀抹试钢板的表面。采用本发明专利技术所获得的镀层材料的耐腐蚀性能等得到极大提高。性能等得到极大提高。性能等得到极大提高。

【技术实现步骤摘要】
一种采用锌基石墨烯铝硅合金进行热浸镀的方法


[0001]本专利技术属于金属热浸镀
，特别涉及一种采用锌基石墨烯铝硅合金进行热浸镀的方法。

技术介绍

[0002]热浸镀具体是将被镀的钢铁材料浸入熔融的镀层金属容器中，经过一定时间之后再取出冷却，使其表面形成金属镀层的一种材料表面防腐处理方法，它广泛用于低熔点金属锌、锡、铝、铅及其合金镀层的生产，主要以防蚀为目的，并有一定装饰作用。
[0003]由于石墨烯具有较好的物理、化学性能，已在防腐领域的应用中取得了显著的进展，其中将石墨烯做为热浸镀涂覆材料使用时，在涂覆金属表面形成涂层后，小分子腐蚀介质很难通过因石墨烯的加入而形成的致密隔绝层，因此石墨烯作为良好的屏蔽剂可将金属基体与周围腐蚀环境做到相对隔绝，进而延长了涂覆后材料的使用寿命。
[0004]石墨烯及其复合材料在与金属基底间形成的界面相容性仍就是表面涂层领域研究的焦点；通过添加石墨烯在热浸镀液态合金液中，镀层微观组织得到了很大的改善，致密性，疏水性有极大提高，在当今市场中热浸镀防腐领域，石墨烯复合材料具有很好的应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种采用锌基石墨烯铝硅合金进行热浸镀的方法，通过添加石墨烯在锌基铝硅熔体中来制备热浸镀原料，进行后续的热浸镀过程，通过石墨烯本身特性对金属基体形成很好的保护层提高金属基体的耐蚀性能。
[0006]本专利技术中锌基石墨烯铝硅合金按以下步骤进行：
[0007]1、以粒度均在10mm以下的锌、铝、金属硅和自制备的少层电化学剥离石墨烯为原料，全部原料总成分按质量百分比含Al：5.0～45.0％，石墨烯：1.0～4.0％，Si：0.7～1.0％，其余为Zn；
[0008]2、在惰性气体保护条件下，将预先按比例配制好锌、铝、金属硅原料的放入电阻炉中，在200～300℃下保温30min以去除水汽，随后以5℃/min的速率将电阻炉中的温度升至700～800℃，在锌、铝和金属硅完全熔化形成熔体后，将熔体降温至500～600℃，随后将石墨烯按质量分数为1:1的比例分成2份，分次加入熔体中，第一次加入1份石墨烯后，搅拌2min使其均匀分散，再把另1份的石墨烯全部加入，再搅拌均匀保温2～3min，并浇铸，获得锌基石墨烯铝硅合金热浸镀原料；
[0009]3、将上述锌基石墨烯铝硅合金热浸镀原料加热至400～500℃，并用惰性气体进行保护以防止合金氧化以及石墨烯烧损，待其完全熔化后保温5～20min，以此保证锌基石墨烯铝硅合金热浸镀熔液成分均匀；
[0010]4.将准备好的钢板进行表面清洁、碱洗、酸洗后，置于提前配置好的预处理液中静置2～4h；
[0011]5.将钢板置于真空干燥箱下于60℃下保温10～20min，然后放入锌基石墨烯铝硅合金热浸镀熔液中进行热浸镀，热浸镀温度为550～650℃，热浸镀时间为5～10s，随即以0.5m/s的提拉速度将钢板从锌基石墨烯铝硅合金热浸镀熔液中拉出，同时用喷吹压强为0.01～0.3MPa的气刀抹试钢板的表面，使表面的镀层均匀。
[0012]上述方法中，步骤5用喷吹压强为0.01～0.3MPa的气刀，气刀与钢板之间角度为10
°
～30
°
，气刀喷吹时距离液态合金液液面为50～100mm，气刀抹拭钢板表面，使钢板表面的镀层均匀平整。
[0013]上述方法中，所使用的石墨烯为利用电化学法所制备，利用该方法制备的石墨烯横向尺寸约5～10μm，网状结构更完整。同时也可选用化学气相沉积法(CVD)来生长制备横向大尺寸石墨烯，但CVD方法成本过高，限制其大规模应用。
[0014]上述方法中采用的钢板为普通低碳钢板。
[0015]上述方法中选用的惰性气体为氩气或者氮气。
[0016]上述方法中所使用的预处理液为十二烷基硫酸钠(SDS)，能改变钢板材料表面的接触角，使得材料本身和液态合金液原料接触更紧密。
[0017]本项专利技术引入一定量的石墨烯加入到热浸镀镀液中，通过石墨烯形成的致密涂层，能够进一步提高镀层的耐腐蚀性能，改善镀层的微观组织。通过后期的腐蚀机理分析和相关文献可知，加入石墨烯后的镀层组织很大程度上得到了优化。
[0018]本项专利技术的制作成的产品其质量和性能比普通镀层金属板有着更多的优点，主要表现在：
[0019](1)石墨烯的表面效应使得石墨烯与水的接触角很大，水分子很难在石墨烯表面铺展，从而起到防水作用。
[0020](2)小粒径石墨烯还能延长腐蚀介质的扩散路径，从而阻止和延缓了腐蚀介质侵入金属基体，增强了涂层的防腐性能，对基底金属形成良好的防护。
[0021](3)复合后的镀层和金属基体发生化学反应，金属表面会发生钝化或形成具有防护性的膜层，以增强涂层的防护能力，进一步提高其耐蚀性能。
[0022](4)石墨烯具有优良的力学性能，可以提高镀层本身的抗磨性能。
附图说明
[0023]图1为本项专利技术方法的制备工艺备流程图
[0024]图2为采用热浸镀原料进行热浸镀后钢板表面的合金镀层的SEM图；
[0025]图3为本专利技术实施例1中进行热浸镀后钢板表面的合金镀层的SEM图；
[0026]图4为本专利技术实施例2中进行热浸镀后钢板表面的合金镀层的SEM图；
具体实施方式
[0027]本专利技术实施例中采用的铝锭、锌锭为市购产品，纯度为99.90％。
[0028]本专利技术实施例中采用的石墨烯为电化学自制备石墨烯。
[0029]本专利技术实施例中采用的冶金硅为市购产品，纯度为99.99％。
[0030]本专利技术实施例中搅拌熔体采用的材料为石墨棒。
[0031]本专利技术实施例中的钢板在热浸镀前先进行表面预处理，除了正常的清洁钢板表
面、碱洗、酸洗外，还要在预处理液中静置2～4h。
[0032]本专利技术实施例中采用的热浸镀模拟机为板带热镀模拟试验机。
[0033]本专利技术实施例中热浸镀时的工艺参数为：气刀喷吹压力为0.01～0.3MPa，气刀与钢板之间的角度10
°
～30
°
，气刀距离液态合金液液面距离50～100mm。
[0034]本专利技术实施例中采用的电子扫描设备为日本Hitachi公司生产S
‑
4800型扫描电镜。
[0035]本专利技术实施例中采用中性盐雾腐蚀试验(NSS)来表征锌基石墨烯铝硅热浸镀镀层的耐蚀性，实验参照GB/T 10125
‑
2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》标准执行，利用失重速度来评价镀层的耐蚀性；
[0036]依据GB/T 10125
‑
2012的要求，试样的被测试面在盐雾箱中呈15
°
～45
°
摆放，具体的实验参数为：温度35
±
2℃，NaCl浓度50
±
5g/L，盐雾沉降量1.5
±
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用锌基石墨烯铝硅合金进行热浸镀的方法，其特征在于具体包括以下工艺过程：(1)以粒度均在10mm以下的锌、铝、金属硅和自制备的少层电化学剥离石墨烯为原料，全部原料总成分按质量百分比含Al：5.0～45.0％，石墨烯：1.0～4.0％，Si：0.7～1.0％，其余为Zn；(2)在惰性气体保护条件下，将预先按比例配制好锌、铝、金属硅原料的放入电阻炉中，在200～300℃下保温30min以去除水汽，随后以5℃/min的速率将电阻炉中的温度升至700～800℃，在锌、铝和金属硅完全熔化形成熔体后，将熔体降温至500～600℃，随后将石墨烯按质量分数为1:1的比例分成2份，分次加入熔体中，第一次加入1份石墨烯后，搅拌2min使其均匀分散，再把另1份的石墨烯全部加入，再搅拌均匀保温2～3min，并浇铸，获得锌基石墨烯铝硅合金热浸镀原料；(3)将上述锌基石墨烯铝硅合金热浸镀原料加热至400～500℃，并用惰性气体进行保护以防止合金氧化以及石墨烯烧损，待其完全熔化后保温5～20min，以此保证锌基石墨烯铝硅合金热浸镀熔液成分均...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建辉，高波，樊泽贵，石泽源，胡亮，
申请(专利权)人：惠博新型材料有限公司，
类型：发明
国别省市：