本发明专利技术涉及一种热喷涂锌铝镁稀土多元合金丝材合金成分设计、制备方法及其应用，属于耐蚀金属材料防腐技术领域。其组成成分和重量百分比为：5.0~15.0%的铝，0.1~1.0%的镁，0.1~0.5%的稀土（镧和铈），总量小于1.0%的杂质，余量为锌。其制备方法为：先将锌锭、铝锭加入合金熔炼炉中加热熔化后，再加入中间合金，搅拌至熔清、静置、扒渣后进行浇铸；将铸锭均匀化退火处理后进行挤压，挤压获得的锌铝镁稀土多元合金毛坯粗丝，经均匀化退火处理、拉拔、减径、丝材表面清洗制备成锌铝镁稀土多元合金丝产品。本发明专利技术制备的合金丝材适用于热喷涂技术制备耐蚀多元合金涂层的耐蚀性能明显高于纯锌涂层，适用于钢铁结构件的防护施工，对水利水电、港口、桥梁、船舶等防腐工程都具有重要意义和广泛应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种适合于热喷涂锌铝镁稀土多元合金防护涂层的丝材及制备方法， 属于钢结构的金属热喷涂及腐蚀与防护领域。
技术介绍
目前广泛用于防腐领域的热喷涂金属丝材主要有锌丝、铝丝及锌铝合金丝等。热喷涂技术是防腐蚀最有效和最有用的工艺技术，采用热喷涂技术在钢铁结构表面制备出上述金属涂层，并对涂层进行封孔处理可有效地延长钢铁结构件的使用寿命。自20世纪50年代起，日本腐蚀控制协会热喷涂专业委员会曾利用火焰喷涂技术对碳钢表面喷涂Zn-13wt%Al合金线材，并对比Zn、Al热喷涂涂层进行了 10年的海洋暴露试验发现，经封闭处理的Zn-13A1合金涂层显示出了优良的耐蚀性能。通过对Al含量分别为15%、22%、30%和55%的Zn-Al合金丝涂层的电化学试验研究表明，随着Al含量的增加， 电位向正方向移动，并在阳极极化试验时，表现出了钝化现象。但是当Al含量大于15%时， 材料变硬变脆致使合金丝的加工非常困难，因此，20世纪六七十年代，Zn-Al合金丝材喷涂主要集中在Zn-15wt%Al合金上，目前，Zn-15wt%Al合金已成为应用最为广泛和成熟的热喷涂金属线材。Zn-Al合金丝与纯Zn丝和纯Al丝相比，其喷涂后具有粘附性强、耐磨性和抗腐蚀性好、施工性能优越等特点。Zn-Al合金做牺牲阳极喷涂于钢铁结构表层，可使构件使用寿命延长5 10倍，这种涂层集合了既有锌涂层的阳极保护效果，又有对点蚀和裂纹不敏感的特性以及耐环境腐蚀的优点。热喷涂锌涂层对钢铁的电化学保护性能好，但其耐蚀性较差，热喷涂铝涂层具有较好的稳定性，但其电化学性能不及锌涂层；热喷涂锌铝合金涂层兼具了锌涂层良好的电化学性能和铝涂层的稳定性优点，成为目前主要应用于防腐领域的热喷涂涂层。事实上，随着铝含量的提高，其涂层的粘附性更强，耐磨性和抗腐蚀性能更好，但随着铝含量的增加， 塑性变形抗力增大，拉拔成丝越困难；锌铝合金丝材也有自身的弱点，就是容易发生晶间腐蚀。而在锌铝合金中加入镁、稀土等合金化元素，可使锌铝合金晶粒细化，同时改善涂层的自封闭效果、涂层组织的均匀性、降低涂层的孔隙率，进一步提高涂层的耐蚀性能。近几年的研究表明，向Zn-Al合金中加入其它的适量元素能显著改善涂层的耐蚀性能，如研制出的Zn-Al-RE合金、Zn-Al-Si合金、Zn-Al-Mg合金以及Zn-Al-Mg-RE合金等热喷涂合金材料，其中以Zn-Al-Mg系列合金最为突出。80年代初期，在国际铝锌研究组织的组织领导下，成功的开发了 Zn-5%Al-(0. 03、. 1%) RE合金镀层，稀土首次出现在合金镀层应用领域，接连开发Zn_Ni、 Zn-Ti、Al-Si、Al-Ti、Zn-Al-Mg、Zn-Al-Mg-Si等成熟的合金镀层。Al、Zn及其合金镀层家族中新的成员不断出现，为钢铁在使用环境下的有效保护提供了有力的保障。稀土是一种优良的添加剂，具有除气、净化、变质等作用，通过合金化可以增加润湿清洁钢铁表面的能力。目前国内外防腐实践证明，采用Zn-Al合金防腐涂层钢结构腐蚀防护的有效方法之一，但这类涂层体系对点蚀和机械损伤特别敏感，针对Zn-Al涂层防腐中存在的问题，国外出现了 Zn-Al-Mg防腐材料体系，该材料具有自封闭效果。Zn-Al-Mg涂层由于Mg的加人， Mg和Al形成的Al，Mg氢氧化物薄膜除了起到钝化膜的作用外，腐蚀后也生成相应的有自封闭能力的腐蚀产物，与Zn的腐蚀产物一起去堵塞涂层中的缺陷，形成更加致密的腐蚀产物层，加强了涂层的自封闭效果，使得涂层在腐蚀后期的耐蚀性能大大提高。Zn-Al-Mg合金涂层在海洋环境下具有比Zn-Al涂层更优异的耐腐蚀性能，并在美国、英国等国家已经开始应用。早期的Zn-Al-Mg合金材料，当含Mg量大于0. 5%后,合金将变硬变脆而难于制成丝材，采用伪合金和粉芯丝材的办法可解决这一问题。有资料表明，利用伪合金和粉芯丝材技术向涂层中添加0. 7% 1.4%(wt)的Mg后，涂层的抗红锈能力是纯 Zn或纯Al涂层的4倍。本实验室对Zn-Al-Mg系列合金涂层也展开了研究,采用高速电弧喷涂技术并结合粉芯丝材制备了不同Al、Mg含量的Zn-A12Mg系列合金涂层，并利用盐雾腐蚀试验和电化学腐蚀试验研究了 Al、Mg对Zn-Al涂层耐腐蚀性能的影响，为这种新型防腐涂层的大规模工业应用奠定了理论基础。Zn-Al-Mg涂层表现出较强的自封闭作用，但仍不稳定。研究表明由于RE元素的加入，Zn-Al-Mg-RE涂层的腐蚀产物与Zn-Al-Mg涂层比较并没有明显差别，但RE元素可细化涂层颗粒，使颗粒粒度均匀，降低涂层孔隙率，使涂层组织致密，进而减少了腐蚀通道。因此腐蚀反应进行一定时间后，由于钝化膜及腐蚀产物的堵塞，腐蚀介质很难通过涂层表面的缺陷进人涂层到达涂层/基体的界面，涂层的自封闭效果更加明显，大幅度提高了涂层腐蚀产物层的稳定性，从而使Zn-Al-Mg-RE涂层表现出更好的耐蚀性。因此，Zn- Al-Mg-RE 涂层表现出了优异的耐蚀性。RE元素的加人对涂层耐蚀性影响的主要原因是降低了涂层的孔隙率，起到了净化和细化组织的作用，从而使涂层腐蚀过程中的表面活性点减少，从而表现出明显且稳定的自封闭效果。
技术实现思路
本文专利技术的目的是提供一种耐蚀性能优良的热喷涂锌铝镁稀土多元合金丝材、制备方法及其应用。该丝材可应用于钢铁结构件热喷涂防腐涂层上，使钢铁结构件得到充分保护，延长其使用寿命。本专利技术的特征在于I、锌铝镁稀土多元合金丝材成分设计(I)Mg对Zn-Al合金的影响Mg固溶于Zn中，过量则形成金属间化合物。它能够减轻晶间腐蚀，提高强度、硬度，但显著降低塑性、韧性，增大热裂、冷裂倾向。在Zn-Al合金涂层中添加少量的Mg元素可进一步提高Zn-Al合金涂层的耐蚀能力。热喷涂技术制备的Zn-Al-Mg伪合金涂层是通过喷涂两种不同材料的丝材或采用粉芯丝材的方法获得的相应涂层。在热喷涂过程中，Mg更容易氧化和蒸发，优先形成尖晶石结构的氧化物。(2)稀土元素对Zn-Al合金的影响在Zn-Al合金涂层中添加少量的RE能进一步提高涂层的耐蚀性能，RE元素能细化涂层的微观结构，减少喷涂层的孔隙率，同时对Zn-Al合金涂层具有一定的强化作用。RE在Zn-Al合金中主要以三种形式存在固溶在基体中；偏聚在相界、晶界和枝晶界；固溶在化合物中或以化合物形式存在。当含量较低时(低于0.1%)，稀土主要以前两种形式强化，其中第一种形式起到有限固溶强化的作用，第二种形式增加变形阻力，稀土与Al，Mg, Si等元素形成的金属间化合物呈球状和短棒状分布，在晶界或界内组织中有大量位错分布；当稀土含量大于0. 3%时，最后一种强化形式占主导地位，这时，稀土与合金中的其它元素形成许多含稀土元素的新相，同时使第二相的形状、尺寸发生变化，可能使第二相从长条等形状转变成短棒状粒子，粒子的尺寸也变得比较细小，且呈弥散分布，大部分含稀土元素的第二相都出现了粒子化、球化和细化的特征，这种变化在一定程度上强化了 Zn-Al合金。(3)锌铝镁稀土多元合金丝材成分设计原则在Zn-Al合金涂层中添加少量的Mg元素可进一步提高Zn-Al合金涂层的耐蚀能力。但由于Mg固溶于Zn中，过量则形成金属间化合物。它能够减轻本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：肖葵，李晓刚，高瑾，刘安强，董超芳，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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