本发明专利技术提供了一种新型Ａｌ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｍｇ合金镀层的热浸镀工艺方法，属钢板表面防腐蚀处理技术领域。本发明专利技术的合金镀液的组分及其重量百分比为：Ａｌ６５～９０％，Ｚｎ３．５～２７．５％，Ｍｇ１～５％，Ｓｉ１．５～３．０％，Ｔｉ０．００１～０．１％。镀液合金采用中频电磁感应熔炼炉来制备。热浸镀过程在自行研制的热浸镀设备上进行：钢板浸镀前在氢气含量为５％～３０％的氢氮混合气中预热，预热温度为６２０～６６０℃，浸镀温度为６４０～６８０℃，浸镀时间为２～１０ｓ；钢板出镀液后受气刀平整，然后用冷水冷却至室温。本发明专利技术得到的镀层表面平整光滑，具有良好的耐腐蚀性能和优良的抗高温氧化性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新型Al-Zn-Si-Mg镀层的热浸镀工艺方法，属钢板表面防腐蚀 处理
技术介绍
工业上应用的最广泛的钢铁材料在大气、海水、土壤中使用时，会发生不同程 度的氧化和腐蚀。热浸镀涂层就是在金属防护的背景下应运而生的一种工艺产品。随着 工业的不断发展，最早出现的热镀Zn及其合金产品已无法满足需求，尤其是在强腐蚀环 境和高温环境下，镀Zn钢板的腐蚀和氧化速度较快。20世纪40年代开发出的热镀Al层，高温下在极短时间内表面即可形成连续致 密的Al2O3保护膜，同时其腐蚀产物为非晶态高抗腐蚀产物，两者共同作用使得纯Al镀 层具有比镀Zn层更优良的耐腐蚀性和抗高温腐蚀性。但作为耐腐蚀涂层，纯Al镀层阳 极电位较高，没有纯Zn镀层的牺牲型防护，因此不能对钢板起到切边保护作用。而且 热镀Al的浸镀温度高(热镀Zn过程工艺温度约为450°C，而热镀Al过程工艺温度约为 720°C)，缩短了锌锅的使用寿命且能耗较大，因此仍不是理想的钢板防护材料。为了将铝、锌镀层的优点集合于一体，国外相继研究开发出了不同种类的铝锌 合金镀层。其中，已经商品化的高Al合金镀层主要是Galvalume合金镀层。Galvalume 合金含(重量百分比)铝55%、硅1.6%、锌43.4%，其耐蚀性为普通热镀锌板的2 6 倍，能耐600 800°C的高温，在高温下长期使用具有良好的耐热性和抗氧化性，并通过 添加大量的铝元素使镀层的密度降低为纯锌层的一半，使生产同样镀层厚度的镀层板节 省了一半的原材料，从而降低了成本。随着研究的进展，当前热浸镀Al-Zn合金镀层产品正向着多元合金化的方向发 展。在对合金元素的研究中人们发现，Si元素在高Al镀层中可以有效控制镀层厚度， Mg元素的加入主要是与Si元素形成具有良好耐蚀性的Mg2Si相，从而进一步提高镀层的 耐蚀性。欧洲专利EP1557478公开了一种高耐蚀的合金镀层，镀层合金的成分按重量百 分比为4 22%A1，1 5%Mg，0.000001 0.5%Si，0.000001 0.1%Ti和余量的Zn。 此篇专利主要利用了高耐蚀性的Mg2Si来提高镀层的耐蚀性。同时发现Ti在Zn-Al合金 中有细化晶粒的作用，Ti与Al形成的TiAl3存在于每个树枝晶内部。世界知识产权组织国际局专利W02006/105593A1公开的一种钢材热浸镀用 Al-Zn-Si合金，其成分按重量百分比为45 60%A1，1.2 2.3%Si，余量为Zn，并向 镀液中加入1 5%Mg，以进一步提高镀层钢板的耐蚀性能。Galvalume镀层的生产工艺是在连续热镀锌的工艺基础上发展而来的，主要采用 的是改良森基米尔法热浸镀连续生产工艺。该工艺主要包括钢板的还原退火和预热段、 热浸镀段、气刀段、水冷段四个部分，各段的工艺参数目前已发展成熟。在各段的工艺 中，对镀层性能影响较大的工艺参数主要包括预热时间、预热环境气氛中的H2含量、钢板入池温度、浸镀时间、浸镀温度、以及包括气刀角度、气刀吹气压力在内的气刀工 艺参数等。在高Al体系镀层的研究工作中，对同时加入Mg、Si、Ti元素的作用的研究尚不 多见，尤其是对添加Mg元素的研究，大多是在富Zn体系镀层上研究的，Al含量一般不 超过60wt%。且对于高Al的Al-Zn-Si-Mg镀层的工艺报道尚不多见。本专利技术的主要内 容就是提出一种新型热浸镀Al-Zn-Si-Mg镀层，并给出其制备过程中的主要工艺参数。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型。本专利技术一种新型，其特征在于具有以 下的过程和步骤a.设计确定热浸镀Al-Zn-Si-Mg镀层的配方，该镀层合金的组成及其重量百分比为Al 65 90%， Zn 3.5 27.5%， Mg 1 5%， Ti 0.001 0.1% ；b.合金熔炼在中频电磁感应炉中熔炼合金；在氩气保护气氛下，先按照上述配方 的合金元素重量比熔炼Al-Si合金，再按元素重量比加入Mg块，熔炼成Al-Si-Mg合金， 最后按元素重量比加入Zn块，熔炼成Al-Zn-Si-Mg合金；并得到合金铸锭；C.合金镀层的热浸镀将上述合金铸锭放入石墨坩埚中，在高温炉内升温熔化铸锭 并保温5h ；被处理钢板入池前预热3 lOmin，预热温度620 660°C;预热过程在含有 体积百分比5% 30%H2的流动氢氮混合气下进行；热浸镀温度为640 680°C，热浸镀 时间为2 IOs ；d.热浸镀后处理钢板在出镀液后受气刀平整，气刀吹气压力为0.2 0.5MPa，气 刀与钢板之间的角度为78 90° ；气刀吹扫结束后，将所述钢板在水冷箱中快速冷却至室温。有关本专利技术工艺方法中的机理和理论。众所周知，Al具有优良的耐蚀性能，其含量限定为65 90%的理由是Al含量 不足60%时，镀层耐蚀性提高效果不充分，易造成大量的(Si)直接从液相析出，恶化镀 层耐蚀性，且当Al含量不足65%时，高温氧化时无法形成致密、连续的Al2O3保护膜， 抗高温氧化效果极大降低。Mg和Si的主要作用是通过生成耐蚀性能优异的Mg2Si相来提高镀层的耐蚀性 能。Mg含量限定为1 5%，Si含量限定为1.5 3.0%的理由是Mg含量不足1%， Si含量小于1%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，且少 量的Si不能很好抑制中间合金层的生长。当Mg含量超过5%，Si含量超过3.0%时，镀 层耐蚀性能达到饱和，镀层中Mg2Si相聚集长大，影响镀层的均勻性和表面平整性，并 且Mg的氧化物系浮渣更容易在镀液上产生。当Mg/Si>3时，Mg含量过多导致Mg与 Zn反应生成镁锌化合物量增加，会恶化镀层的耐蚀性。Ti元素对镀层的晶粒细化效果非常好。微量Ti元素加入Al-Zn-Si-Mg镀液 能显著抑制镀层中Mg2Zn11的生长。Ti含量为0.001 0.1%的理由是当Ti含量小于 0.001%,不能充分抑制Mg2Zn11相生长。当Ti含量大于0.1%时，过量Ti (AlxSi1J 2出现 在镀层中，会产生有损外观的“凸起”，恶化镀层表面性能。热浸镀温度确定为640 680 °C是由相图结合实验得出。本专利技术的热浸镀过程在 自行设计的设备(专利ZL200820153902.9.和ZL200920066413.4.)上进行。为了让钢板 与镀液较快地发生合金化反应，就要求钢板在进入镀液之前的温度与镀液接近，因此在 制备过程中预热温度为620 660°C。预热时间达到3 IOmin时，可使钢板完全达到上 述预热温度。钢板的预热过程在流动的还原气氛下进行，还原气采用H2+N2混合气体， 其中H2含量(体积百分比)为5% 30%，因为H2低于5%不利于钢板的表面活化，高 于30%会在操作过程中增加安全隐患。热浸镀时间为2 10s，因为当时间小于2s，镀 液与钢板未完全反应，易出现漏镀，当浸镀时间超过10s，会生成超厚合金层，同时也使 生产效率降低。附图说明图1为本专利技术高Al的Al-Zn-Si-Mg镀层的表面金相图(放大倍数1085倍)。图2为本专利技术实施例1的Al-Zn-Si-Mg镀层钢板模型凝固模拟计算结果相图。图3为本专利技术实施例2的Al-Zn-Si-Mg镀层钢板模型凝固模拟计算本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型Ａｌ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｍｇ合金镀层的热浸镀工艺方法，其特征是具有以下的过程和步骤：ａ．设计确定热浸镀Ａｌ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｍｇ镀层的配方，该镀层合金的组成及其重量百分比为：Ａｌ ６５～９０％，Ｚｎ ３．５～２７．５％，Ｍｇ １～５％，Ｔｉ０．００１～０．１％；ｂ．合金熔炼：在中频电磁感应炉中熔炼合金；在氩气保护气氛下，先按照上述配方的合金元素重量比熔炼Ａｌ－Ｓｉ合金，再按元素重量比加入Ｍｇ块，熔炼成Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ合金，最后按元素重量比加入Ｚｎ块，熔炼成Ａｌ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｍｇ合金；并得到合金铸锭；ｃ．合金镀层的热浸镀：将上述合金铸锭放入石墨坩埚中，在高温炉内升温熔化铸锭并保温５ｈ；被处理钢板入池前预热３～１０ｍｉｎ，预热温度６２０～６６０℃；预热过程在含有体积百分比５％～３０％Ｈ↓［２］的流动氢氮混合气下进行；热浸镀温度为６４０～６８０℃，热浸镀时间为２～１０ｓ；ｄ．热浸镀后处理：钢板在出镀液后受气刀平整，气刀吹气压力为０．２～０．５ＭＰａ，气刀与钢板之间的角度为７８～９０°；气刀吹扫结束后，将所述钢板在水冷箱中快速冷却至室温。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李谦，罗群，金峰，李冰，赵云鹤，张捷宇，周国治，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。