CN114686727A - 一种高性能热镀锌合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能热镀锌合金材料，其特征在于，包括钢基材及热镀于钢基材表面的多元合金镀层，所述多元合金镀层的组成成分及质量百分比为：Ni 0.01%‑0.03%、Al 9%‑15%、Bi 0.1%‑0.5%、稀土元素0.03%‑0.08%，余量为Zn和不可避免的杂质。本发明还公开了一种所述高性能热镀锌合金材料的制备方法。本发明公开的高性能热镀锌合金材料表面质量好、结合力强，耐腐蚀性佳，抗氧化能力足，成本低，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，尤其涉及一种高性能热镀锌合金材料及其制备方法。
背景技术
金属材料是一种常见的结构材料，其与人类文明的发展和社会的进步关系十分密切，被誉为“工业的骨骼”，然而，许多金属材料应用环境常常是暴露在空气中的，如果不做好防腐工作，会产生较多的锈蚀，进而影响其使用寿命，存在较大的安全隐患。传统防腐手段是在金属材料表面设置镀锌层，镀锌层为主要阴极成分，牺牲阴极，保护内部的金属材料，其工艺简单、防腐蚀性能良好而被普遍应用。
连续热镀锌是一种常见的镀锌层技术，其是通过在带钢表面镀上一层锌层以起到防腐蚀作用的工艺，该工艺效率高、成本低廉，广泛应用于汽车、家电及建筑等行业。在热镀锌过程中，镀锌线上的多种部件均浸渍在锌锅中的高温熔融锌液内，而高温熔融锌液具有一定的腐蚀性，严重影响带钢的使用寿命和安全性。除此之外，市面上的热镀锌合金材料还或多或少存在镀层过厚、色差、麻点等问题显著，表面光洁度欠佳，熔体流动性差，镀锌成本高，镀层的耐腐蚀性能，表面质量，镀层结合力等方面均有待进一步提高的缺陷。
为了解决上述问题，中国发明专利申请CN113106370A公开了一种热镀锌铝镁多元合金制备方法，所述热镀锌铝镁多元合金成分为：3-9wt％的Al、0.1-2.0wt％的Si、0.05-0.2wt％的Ti、0.01-0.15wt％的RE、0.5-5wt％的Mg，余量为Zn；所述制备方法包括：混合、加热熔炼和浇铸，所述锌的主要原料问零号锌，且熔炼选用燃气反射炉分别将原料置于混合罐中进行人工混合，所述混合原料置于燃气反射炉中进行熔炼，所述燃气反射炉对原料进行加热，将原料进行融化，从而进行浇铸。该发明通过在镀锌镁铝合金中添加钛元素，使得铸锭晶粒细化，成分均匀保障了铸锭的化学成分，同时还节省了材料制作成本。然而，该合金材料耐腐蚀性、镀层表面质量和结合力仍有待进一步提高。
可见，本领域仍然需要一种镀件表面质量好、结合力强，耐腐蚀性佳，抗氧化能力足，成本低，使用寿命长的高性能热镀锌合金材料及其制备方法。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种镀件表面质量好、结合力强，耐腐蚀性佳，抗氧化能力足，成本低，使用寿命长的高性能热镀锌合金材料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高性能热镀锌合金材料，其特征在于，包括钢基材及热镀于钢基材表面的多元合金镀层，所述多元合金镀层的组成成分及质量百分比为：Ni 0.01%-0.03%、Al 9%-15%、Bi 0.1%-0.5%、稀土元素0.03%-0.08%，余量为Zn和不可避免的杂质。
优选的，所述钢基材为Q345B半镇静钢。
优选的，所述稀土元素为Gd、Pr、Ce按质量比(2-4):1:(1-3)混合形成的混合物。
优选的，所述多元合金镀层的制成成分还包括0.001%-0.005%的In。
优选的，所述多元合金镀层的制成成分还包括0.001%-0.003%的Sr。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述高性能热镀锌合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、按照质量百分比将组成成分配料，熔炼得到多元合金熔体，制成多元合金镀层材料；
步骤S2、将待热镀的钢基材超声洗涤至洗脱液呈中性；
步骤S3、浸入助镀剂中进行助镀，助镀完毕后，在100-110℃的真空干燥箱中干燥至恒重；
步骤S4、将助镀后的钢基材浸入合金镀层材料中进行热浸镀，接着依次进行钝化处理、卸件后，得到高性能热镀锌合金材料。
优选的，步骤S1中配料时是以Ni-Zn中间合金、Al-Zn中间合金、Bi-Zn中间合金、Gd-Zn中间合金、Pr-Zn中间合金、Ce-Zn中间合金和纯锌锭为原料的。
优选的，步骤S3助镀剂是由如下按重量份计的各组分制成：柠檬酸三钠0.1-0.8份、氯化锌30-40份、氟化钠0.1-0.4份、氯化铵10-20份、硝酸钠1-3份、氯化铝2-5份、水60-80份。
优选的，步骤S4中所述热浸镀温度为390-660℃，浸镀时间为3-8min。
具体实施方式
下面将结合对本发明优选实施方案进行详细说明。
一种高性能热镀锌合金材料，其特征在于，包括钢基材及热镀于钢基材表面的多元合金镀层，所述多元合金镀层的组成成分及质量百分比为：Ni 0.01%-0.03%、Al 9%-15%、Bi 0.1%-0.5%、稀土元素0.03%-0.08%，余量为Zn和不可避免的杂质。
优选的，所述钢基材为Q345B半镇静钢。
优选的，所述稀土元素为Gd、Pr、Ce按质量比(2-4):1:(1-3)混合形成的混合物。
优选的，所述多元合金镀层的制成成分还包括0.001%-0.005%的In。
优选的，所述多元合金镀层的制成成分还包括0.001%-0.003%的Sr。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述高性能热镀锌合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、按照质量百分比将组成成分配料，熔炼得到多元合金熔体，制成多元合金镀层材料；
步骤S2、将待热镀的钢基材超声洗涤至洗脱液呈中性；
步骤S3、浸入助镀剂中进行助镀，助镀完毕后，在100-110℃的真空干燥箱中干燥至恒重；
步骤S4、将助镀后的钢基材浸入合金镀层材料中进行热浸镀，接着依次进行钝化处理、卸件后，得到高性能热镀锌合金材料。
优选的，步骤S1中配料时是以Ni-Zn中间合金、Al-Zn中间合金、Bi-Zn中间合金、Gd-Zn中间合金、Pr-Zn中间合金、Ce-Zn中间合金和纯锌锭为原料的。
优选的，步骤S3助镀剂是由如下按重量份计的各组分制成：柠檬酸三钠0.1-0.8份、氯化锌30-40份、氟化钠0.1-0.4份、氯化铵10-20份、硝酸钠1-3份、氯化铝2-5份、水60-80份。
优选的，步骤S4中所述热浸镀温度为390-660℃，浸镀时间为3-8min。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明提供的一种高性能热镀锌合金材料及其制备方法，该制备方法简单，操作方便，无需专用设备，资金投入少，适合工业化生产；通过组成配方和助镀剂组分及含量的合理选取，使得制成的合金材料表面质量好、结合力强，耐腐蚀性佳，抗氧化能力足，成本低，使用寿命长。使用较少量的镍，就可以发挥镍在热镀锌过程中抑制锌铁合金层生长过快、防止出现圣德林效应的作用，提高了镀件的质量，又降低了生产成本；铋降低了锌液的表面涨力，提高了锌液对钢基的浸润性，可以有效的降低镀层的厚度，减少纯锌层的带出，同时还可以提高镀层表面的平整度和光洁度，达到即提高镀件的质量，又降低了产品成本的目的；各组分相互配合共同作用能够有效减少锌渣的产生，提高镀件的抗氧化能力，改善对钢基材的浸润性，有效抑制液态金属的晶界腐蚀。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
实施例1提供一种高性能热镀锌合金材料，包括钢基材及热镀于钢基材表面的多元合金镀层，所述多元合金镀层的组成成分及质量百分比为：Ni 0.01%、Al 9%、Bi 0.1%、稀土元素0.03%，余量为Zn和不可避免的杂质。
所述钢基材为Q345B半镇静钢。
所述稀土元素为Gd、Pr、Ce按质量比2:1:1混合形成的混合物。
所述多元合金镀层的制成成分还包括0.001%的In、0.001%的Sr。
一种所述高性能热镀锌合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、按照质量百分比将组成成分配料，熔炼得到多元合金熔体，制成多元合金镀层材料；
步骤S2、将待热镀的钢基材超声洗涤至洗脱液呈中性；
步骤S3、浸入助镀剂中进行助镀，助镀完毕后，在100℃的真空干燥箱中干燥至恒重；
步骤S4、将助镀后的钢基材浸入合金镀层材料中进行热浸镀，接着依次进行钝化处理、卸件后，得到高性能热镀锌合金材料。
步骤S1中配料时是以Ni-Zn中间合金、Al-Zn中间合金、Bi-Zn中间合金、Gd-Zn中间合金、Pr-Zn中间合金、Ce-Zn中间合金和纯锌锭为原料的。
步骤S3助镀剂是由如下按重量份计的各组分制成：柠檬酸三钠0.3份、氯化锌35份、氟化钠0.3份、氯化铵15份、硝酸钠2份、氯化铝3.5份、水70份。
步骤S4中所述热浸镀温度为550℃，浸镀时间为5min。。
实施例2
实施例2提供一种高性能热镀锌合金材料及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，所述多元合金镀层的组成成分及质量百分比为：Ni 0.015%、Al 11%、Bi 0.2%、稀土元素0.04%，余量为Zn和不可避免的杂质；所述稀土元素为Gd、Pr、Ce按质量比2.5:1:1.5混合形成的混合物；所述多元合金镀层的制成成分还包括0.002%的In；所述多元合金镀层的制成成分还包括0.0015%的Sr。
实施例3
实施例3提供一种高性能热镀锌合金材料及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，所述多元合金镀层的组成成分及质量百分比为：Ni 0.02%、Al 12%、Bi 0.35%、稀土元素0.06%，余量为Zn和不可避免的杂质；所述稀土元素为Gd、Pr、Ce按质量比3:1:2混合形成的混合物；所述多元合金镀层的制成成分还包括0.0035%的In、0.002%的Sr。
实施例4
实施例4提供一种高性能热镀锌合金材料及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，所述多元合金镀层的组成成分及质量百分比为：Ni 0.025%、Al 14%、Bi 0.4%、稀土元素0.07%，余量为Zn和不可避免的杂质；所述稀土元素为Gd、Pr、Ce按质量比3.5:1:2.5混合形成的混合物；所述多元合金镀层的制成成分还包括0.004%的In、0.0025%的Sr。
实施例5
实施例5提供一种高性能热镀锌合金材料及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，所述多元合金镀层的组成成分及质量百分比为：Ni 0.03%、Al 15%、Bi 0.5%、稀土元素0.08%，余量为Zn和不可避免的杂质；所述稀土元素为Gd、Pr、Ce按质量比4:1:3混合形成的混合物；所述多元合金镀层的制成成分还包括0.005%的In、0.003%的Sr。
对比例1
对比例1提供一种高性能热镀锌合金材料及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加Bi、In和Gd。
对比例2
对比例2提供一种高性能热镀锌合金材料及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加Ni、Sr和Ce。
为了说明各实施例制成的高性能热镀锌合金材料的有益技术效果，对它们分别进行相关性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：
（1）中性盐雾试验：使用浓度为5wt％的氯化钠水溶液，对试验材料进行喷雾盐雾试验，试验温度为35℃；200小时后，观察有无锈蚀。
（2）附着力：根据GB/T5270-2005方法验证。
（3）外观：目测。
表1
从表1中数据可以看出，本申请实施例中涉及的高性能热镀锌合金材料附着力大，耐腐蚀性好，表面质量佳，这是各组分及配方协同作用的结果。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据依据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高性能热镀锌合金材料，其特征在于，包括钢基材及热镀于钢基材表面的多元合金镀层，所述多元合金镀层的组成成分及质量百分比为：Ni 0.01%-0.03%、Al 9%-15%、Bi0.1%-0.5%、稀土元素0.03%-0.08%，余量为Zn和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高性能热镀锌合金材料，其特征在于，所述钢基材为Q345B半镇静钢。
3.根据权利要求1所述的一种高性能热镀锌合金材料，其特征在于，所述稀土元素为Gd、Pr、Ce按质量比(2-4):1:(1-3)混合形成的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种高性能热镀锌合金材料，其特征在于，所述多元合金镀层的制成成分还包括0.001%-0.005%的In。
5.根据权利要求1所述的一种高性能热镀锌合金材料，其特征在于，所述多元合金镀层的制成成分还包括0.001%-0.003%的Sr。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述高性能热镀锌合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、按照质量百分比将组成成分配料，熔炼得到多元合金熔体，制成多元合金镀层材料；
步骤S2、将待热镀的钢基材超声洗涤至洗脱液呈中性；
步骤S3、浸入助镀剂中进行助镀，助镀完毕后，在100-110℃的真空干燥箱中干燥至恒重；
步骤S4、将助镀后的钢基材浸入合金镀层材料中进行热浸镀，接着依次进行钝化处理、卸件后，得到高性能热镀锌合金材料。
7.根据权利要求6所述的一种高性能热镀锌合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中配料时是以Ni-Zn中间合金、Al-Zn中间合金、Bi-Zn中间合金、Gd-Zn中间合金、Pr-Zn中间合金、Ce-Zn中间合金和纯锌锭为原料的。
8.根据权利要求6所述的一种高性能热镀锌合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S3助镀剂是由如下按重量份计的各组分制成：柠檬酸三钠0.1-0.8份、氯化锌30-40份、氟化钠0.1-0.4份、氯化铵10-20份、硝酸钠1-3份、氯化铝2-5份、水60-80份。
9.根据权利要求6所述的一种高性能热镀锌合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述热浸镀温度为390-660℃，浸镀时间为3-8min。
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