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CN111304661A - 铝硅镁镀层及其制备方法 - Google Patents

铝硅镁镀层及其制备方法 Download PDF

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CN111304661A
CN111304661A CN201911405102.0A CN201911405102A CN111304661A CN 111304661 A CN111304661 A CN 111304661A CN 201911405102 A CN201911405102 A CN 201911405102A CN 111304661 A CN111304661 A CN 111304661A
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吴广新
谢昀映
史航
张捷宇
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Beijing Transpacific Technology Development Ltd
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Abstract

本发明公开了一种铝硅镁镀层及其制备方法，铝硅镁镀层中硅含量为5‑15wt.％，镁含量为3‑10wt.％，并添加1.0‑2.0wt.％的钛、0.2‑1.0wt.％的铬和0.01‑0.1wt.％的稀土。其制备方法为：先通过在Al‑Si镀液中添加Ti细化镀层晶粒，添加Cr提高镀层抗氧化性，添加RE改善镀液流动性，得到铝硅镀层板；再采用真空蒸发镀膜机在铝硅镀层板上蒸镀一层镁薄膜；然后对蒸镀镁薄膜的铝硅镀层板进行真空扩散退火，得到新型铝硅镁镀层板。本发明方法制得的铝硅镁镀层板相比于热浸镀方法制得的铝硅镀层板，具有更好的综合性能，表面质量和耐蚀性能优异，制备方法绿色环保，对环境更加友好。

Description

铝硅镁镀层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镀层及其制备方法，特别是涉及一种铝硅镀层及其制备方法，应用于金属腐蚀与保护、金属表面处理技术领域。
背景技术
Al-Si镀层是常用的耐高温镀层，该镀层具有优良的抗高温氧化性，可以有效地防止钢板在高温条件下的表面氧化和脱碳。在Al-Si镀液中添加Ti可以细化镀层晶粒，添加Cr可以提高镀层抗氧化性，添加稀土(RE)可以改善镀液流动性。由于Al-Si镀层具有加热时无氧化皮脱落，冲压后无需喷砂，成形精度高等特点，目前已被广泛用于热冲压钢的生产中，特别是在汽车制造领域具有广阔的应用前景。
常温下，干燥空气的直接氧化对金属镀层的损耗非常小，但是在潮湿环境或水环境中，电化学腐蚀行为会显著加速金属镀层的消耗，显著增大镀层的腐蚀速率。向Al-Si镀层中添加适量的Mg，镀层中出现足量的Mg2Si相，镀层的耐蚀性可以明显提高，且Mg的添加能增强镀层腐蚀产物的致密性，使得镀层的耐蚀性更好。
由于镁的化学性质非常活泼，使得镀液中镁含量不能高于3wt.％，否则镀锅内的镀液表面将发生严重的氧化，影响镀层与基板的附着力，因此镀层中镁的有效含量难以控制，采用热浸镀制备Al-Si-Mg镀层存在极大的技术难度。目前现有的Al-Si镀层仅有抗高温氧化性能，没有电化学耐腐蚀性能，这远不能满足现代工业对Al-Si镀层更高的性能要求。添加适量的Mg可以使Al-Si镀层不仅具有抗高温氧化性能，而且具有电化学耐腐蚀性能。若采用传统的热浸镀方法制备Al-Si-Mg镀层，则该镀层的结合力弱、耐蚀性低，因此目前制备Al-Si-Mg镀层的工艺方法具有很大的社会需求，特别是高镁含量(Mg>3wt.％)Al-Si-Mg镀层。
如何添加Mg是制备Al-Si-Mg镀层的关键问题，而物理气相沉积(PVD)技术是一种可行的方法。真空蒸镀是PVD中应用最早、工艺最成熟的方法，采用真空蒸镀可以得到电化学耐腐蚀性能优良的Al-Si-Mg镀层。真空蒸镀是在真空条件下，首先将镀料加热并蒸发或升华，使大量的原子、分子气化并离开液体镀料或固体镀料表面，然后气态的原子、分子在真空中经过很少的碰撞迁移到基体，最终镀料原子、分子沉积在基体表面，凝结、成核、长大、成膜，形成薄膜。真空蒸镀具有设备简单、操作容易，薄膜纯度高、质量好、厚度可控，沉积速率快、效率高等优点，在汽车、建筑、电气和计算机等行业有广泛的应用。沉积Al-Si-Mg镀层成本高，多元共蒸控制难度高，效率较低，限制了其在常规金属件镀层方面的运用。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种铝硅镁镀层及其制备方法，本发明铝硅镁镀层中镁的含量高，耐腐蚀性优异，本发明采用“热浸镀-真空蒸镀-扩散退火”的联用方法，制备Mg≥3wt.％的高镁含量的Al-Si-Mg镀层，不仅提高了镀层的表面质量和使用性能，而且整个制备过程相比于现有热浸镀工艺更加绿色环保和环境友好。
为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：
一种铝硅镁镀层，镀层中硅含量为5-15wt.％，镁含量为3-10wt.％，钛含量为1.0-2.0wt.％，铬含量为0.2-1.0wt.％，稀土RE含量为0.01-0.1wt.％。
作为本发明优选的技术方案，镀层中形成Mg-Si合金相和Mg-Al合金相组成的Al-Si-Mg中间过渡层。优选铝硅镁镀层具有基体Fe表面形成具有Al-Si/Al-Si-Mg/Mg-MgO结构的复合镀层。
一种本发明铝硅镁镀层的制备方法，包括以下步骤：
a.热浸镀过程：
在铝硅镀液中加入Ti、Cr和稀土，设置热浸镀温度和时间，对待镀处理的钢板件进行热浸镀铝硅，形成基础镀层；
b.真空蒸镀过程：
将在所述步骤a中制备的镀有铝硅镀层的钢板件取出，冷却，然后放入真空蒸发镀膜机中，通过调节真空镀膜机的放电电流，控制蒸发温度，在真空环境中，对镁进行蒸发，完成蒸镀后，取出钢板件，得到蒸镀镁薄膜的铝硅镀层板；
c.扩散退火处理：
对在所述步骤b中制备的蒸镀镁薄膜的铝硅镀层的钢板板进行真空扩散退火处理，然后进行冷却，最终得到铝硅镁镀层板。
作为本发明优选的技术方案，进行热浸镀过程时，控制热浸镀温度为670-690℃，处理时间为30-60s。在铝硅镀液中添加1.0-2.0wt.％的钛，主要用于细化镀层晶粒；添加0.2-1.0wt.％的铬，主要用于提高镀层的抗氧化性；添加0.01-0.1wt.％的稀土RE，主要用于改善镀液的流动性。
作为本发明优选的技术方案，控制热浸镀过程，得到铝硅镀层厚度为10-30μm。
作为本发明优选的技术方案，进行真空蒸镀过程时，控制蒸镀电压为1.0-1.6V，蒸镀电流为100-120A，蒸镀时间为5-10min。采用真空蒸镀镁可以有效避免钢板热浸镀镁过程中的漏镀现象，提高了铝硅镁镀层板的表面质量，制备的铝硅镁镀层中镁含量高达3-10wt.％，具有优良的综合应用性能，特别是优异的高温抗氧化性能和电化学耐腐蚀性能。
作为本发明优选的技术方案，控制真空蒸镀过程，得到镁薄膜厚度为1-2μm。本发明不需要制备镁厚膜，也不需要沉积合金薄膜，只需要制备厚度为1-2μm的镁薄膜，制造成本相对较低，易于控制，效率高。
作为本发明优选的技术方案，进行扩散退火处理时，控制退火温度为440-460℃，保温时间为2-5min。采用真空扩散退火处理方法，不仅有效阻止了镁薄膜表面的过度氧化，而且提高了镀层与基板的结合力，还使得蒸镀镁薄膜的铝硅镀层形成了铝硅镁合金层，最终获得了具有优异耐蚀性能的铝硅镁镀层板。
作为本发明优选的技术方案，在进行热浸镀过程之前，首先将待处理的钢板切割成设定的尺寸，先进行碱洗除油、酸洗除锈，后进行乙醇或丙酮超声清洗，吹干待用；再将已预处理的钢板放入助镀剂中进行助镀，助镀完毕后，将钢板吹干备用。
然后在铝硅镀液中加入1.0-2.0wt.％的Ti、0.2-1.0wt.％的Cr和0.01-0.1wt.％的稀土，设置热浸镀温度为670-690℃，时间为30-60s，对钢板进行热浸镀铝硅；再将钢板从镀液中提出后，立即进行水冷，制得铝硅镀层板；然后将铝硅镀层板放入真空蒸发镀膜机中，通过调节真空镀膜机的放电电流控制蒸发温度，在真空环境中对镁进行蒸发，蒸镀电压为1.0-1.6V，蒸镀电流为100-120A，蒸镀5-10min后，取出铝硅镀层板，得到蒸镀镁薄膜的铝硅镀层板待用；再对蒸镀镁薄膜的铝硅镀层板在440-460℃下进行真空扩散退火，保温时间为2-5min，最终得到铝硅镁镀层板。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明铝硅镁镀层的制备方法，相比于制备铝硅镀层的传统的热浸镀方法，具有以下特点和优点：
1)热浸镀过程中的浮渣量大大减少，捞渣量和捞渣次数也因此大大减少；
2)铝硅镁合金镀层中镁含量高达3-10wt.％，耐蚀性能大大提高；
3)镀层与基板结合力更强，镀层表面晶粒均匀，没有漏镀、裂纹等缺陷，有效提高了镀层的表面质量；
4)整个制备过程绿色环保，对环境更加友好，对镀层板的清洁生产具有参考意义；
2.本发明通过在Al-Si热浸镀液中添加Ti细化镀层晶粒，添加Cr提高镀层抗氧化性，添加稀土(RE)改善镀液流动性；通过真空蒸镀有效避免了钢板镀镁过程中的漏镀现象，提高了铝硅镁镀层板的表面质量，制备的铝硅镁镀层具有优良的综合应用性能，特别是优异的耐蚀性；通过扩散退火使镀层中形成Mg-Si合金相和Mg-Al合金相，不仅提高了铝硅镁镀层板的耐蚀性，而且该镀层板具有良好的焊接、涂装和成形等应用性能；
3.采用本发明制得的钢板镀层微观组织得到了极大的改善，晶粒得到了极大的细化，镀层耐腐蚀性得到了极大的提高；本发明可以有效地抑制Fe-Al间的反应，促进Mg-Si间的反应，提高铝硅镁镀层板的表面质量和性能；与现有的商业热浸镀铝硅镀层板相比，采用本方法制备的铝硅镁镀层板镀层与基板结合力强，镀层表面晶粒均匀，没有漏镀、裂纹等缺陷，有效提高了产品的质量；本发明铝硅镁合金镀层中镁含量可达3-10wt.％，耐蚀性相比于商业的铝硅合金镀层大大提高；采用本方面方法制备的铝硅镁镀层板在热浸镀工序中捞渣量和捞渣次数大大减少，而在真空蒸镀工序中可以有效解决捞渣问题；本发明制备的铝硅镁镀层板的“热浸镀-真空蒸镀-扩散退火”联用方法对环境更加友好，对镀层板的清洁生产具有重要的参考意义；
4.本发明方法简单易行，成本低，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例一方法制备的“热浸镀-真空蒸镀”后、“扩散退火”前的铝硅镁镀层样品的表面形貌图。
图2为本发明实施例一方法制备的铝硅镁镀层样品的表面形貌图
图3为本发明实施例一方法制备的“热浸镀-真空蒸镀”后、“扩散退火”前的铝硅镁镀层样品的截面形貌图。
图4为本发明实施例一方法制备的铝硅镁镀层样品的截面形貌图。
图5为本发明实施例一方法制备的“热浸镀-真空蒸镀”后、“扩散退火”前的铝硅镁镀层样品的截面线扫描分析结果。
图6为本发明实施例一方法制备的铝硅镁镀层样品的截面线扫描分析结果。
图7为本发明实施例一方法制备的“热浸镀-真空蒸镀”后、“扩散退火”前的铝硅镁镀层样品表面的XRD图谱。
图8为本发明实施例一方法制备的铝硅镁镀层样品表面的XRD图谱。
图9为本发明实施例一方法进行真空蒸镀Mg前后Al-Si镀层样品的极化曲线对比图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种铝硅镁镀层，镀层中硅含量为5-15wt.％，镁含量为3-10wt.％，钛含量为1.0-2.0wt.％，铬含量为0.2-1.0wt.％，稀土RE含量为0.01-0.1wt.％。
在本实施例中，一种铝硅镁镀层的制备方法，包括以下步骤：
1)打磨：将高强钢板表面经过600目、800目、1000目、1200目、1500目、2000目的砂纸打磨，除去其表面的氧化层；
2)碱洗：配制质量百分比浓度为5％的NaOH水溶液和质量百分比浓度为5％的Na2CO3的水溶液，把溶液放入温度为80℃的恒温水浴锅中保温，将待处理的钢板浸泡在溶液中以去除其表面的油污，碱洗时间为15min，之后取出钢板，并用温热的去离子水冲洗；
3)酸洗：将去离子水洗涤后的钢板放入质量百分比浓度为50％的HCl溶液和浓度为3g/L乌洛托品(六亚甲基四胺，缓蚀剂)的水溶液中除锈，把溶液静置在温度为40℃的恒温水浴锅中，酸洗时间为15min，取出后依次用去离子水、无水乙醇清洗，吹干备用；
4)助镀：将钢板放入质量百分比浓度为4％的K2ZrF6的助镀剂中进行助镀，助镀剂溶液置于温度为80℃的恒温水浴锅内，助镀时间为3min，助镀完毕后将钢板吹干备用；
5)器具准备：首先检查实验所用坩埚有无裂纹或其他缺陷，以防实验过程中发生危险；然后将实验中所用到的铁质坩埚钳、扒渣勺、搅拌棒、氩气吹管等的表面都涂上涂料，并在烘箱中烘干备用，这样可以有效避免合金熔液的增铁以及合金液的带出；实验中所用涂料的成分为：5％氧化锌，1.5％水玻璃，93.5％水；
6)合金熔炼：先将称量好的Al-10Si合金放入刚玉坩埚中，并加入Al-10Si合金总质量的1-5％的覆盖剂防止氧化，覆盖剂成分为质量比例为50％的NaCl和50％的KCl的混合覆盖剂；在井式炉中升温至750℃，待坩埚中合金完全熔化后，依次加入1.0-2.0wt.％的钛、0.2-1.0wt.％的铬和0.01-0.1wt.％稀土RE，并保温1h；等到加入的中间合金完全熔化后降温至720℃，通入高纯氩气进行精炼除气，精炼时间为1min，之后扒去表面的浮渣；
7)热浸镀：通入5L/min的N2进行气氛保护，设置热浸镀炉子的温度为680℃，等待合金完全熔化及炉温稳定下来后，进行热浸镀，浸镀时间为60s；
8)水冷：将钢板从镀液中提出后，立即进行水冷，水冷温度约为25℃，制得铝硅镀层高强钢板，铝硅镀层厚度为10-30μm；
9)抽真空：开启真空镀膜机的冷却水系统；将镁粒置于坩埚中，铝硅镀层高强钢板固定在基片盘上，距离坩埚口15-20cm，关闭真空室，依次开启真空系统和真空测量系统，开始抽真空；其中，真空系统由机械泵和分子泵组成泵组，先用机械泵将真空度从105Pa降至1Pa，再用分子泵将真空度从1Pa降至10-3Pa，分子泵的真空度可达10-5Pa；真空测量系统由电阻真空规和电离真空规组成，低真空度测量部分为电阻真空规，高真空度测量部分为电离真空规；
10)蒸发沉积：当真空度优于10-3Pa后，依次开启基片盘旋转装置、基片盘加热装置和坩埚加热装置，开始蒸镀，蒸镀时间为10min，蒸镀电压为1.5-1.6V，蒸镀电流为115-120A，蒸镀过程中尽量保持恒定功率；
11)取基片：蒸镀结束后，依次关闭坩埚加热装置、基片盘加热装置和基片盘旋转装置，待真空室降至一定温度后，依次关闭真空系统和真空测量系统，待冷却至室温后，打开真空室，取出基片，制得蒸镀镁薄膜的铝硅镀层高强钢板，镁薄膜厚度为1-2μm。关闭真空镀膜机的冷却水系统；
12)扩散退火：将蒸镀镁薄膜的铝硅镀层高强钢板在450℃下进行真空扩散退火，保温时间为2-5min，随后进行水冷，水冷温度约为25℃，得到铝硅镁镀层高强钢板，其中Si含量为5-15wt.％，Mg含量为3-10wt.％。
图1和图2为采用本实施例方法制得样品进行扩散退火前后的表面形貌图。扩散退火前，该样品表面可以观察到Mg晶粒，表层沉积有大量的金属Mg。扩散退火后，Mg晶粒间的界线逐渐消失。图3和图4为该样品进行扩散退火前后的截面形貌图，图5和图6为该样品进行扩散退火前后的截面线扫描分析结果。扩散退火前，该样品截面可以观察到一层Mg沉积层，该沉积层由Mg和少量MgO组成，Mg层与Al-Si层分界线明显。真空退火可以提高镀Mg层与Al-Si镀层表面的粘附力。扩散退火后，该样品中Mg层和Al-Si层转化为一层由Al-Mg、Mg-Si、Al-Si等化合物组成的具有Al-Si/Al-Si-Mg/Mg-MgO结构的复合镀层。
图7和图8为采用本实施例方法制得样品进行扩散退火前后的表面XRD图谱。扩散退火前，样品表层主要由Mg和Al组成。扩散退火后，Mg层与Al-Si层分界线逐渐消失，Mg扩散进入Al-Si层，Al扩散进入Mg层，Mg2Si、Al3Mg2和Al12Mg17不断生成，并取代Mg和Al成为样品表层的主要物相，最终样品表层主要由Mg2Si、Al3Mg2和Al12Mg17组成。Al-Mg、Mg-Si化合物层的存在有助于提高镀层的耐腐蚀性能，使铝硅镁镀层板不仅具有良好的高温抗氧化性能，而且具有优异的电化学耐腐蚀性能。
图9为真空蒸镀Mg前后Al-Si镀层样品的极化曲线，表1为样品的自腐蚀电流密度和自腐蚀电位。其中样品1、2为Al-Si镀层；样品3为Al-Si-Mg镀层；样品4为Al-Si-Mg镀层，450℃退火5min。自腐蚀电流密度反映了材料发生腐蚀的快慢程度，自腐蚀电流密度越低，材料发生腐蚀的速率就越慢。自腐蚀电位反映了材料发生腐蚀是难易程度，自腐蚀电位越高，材料越不容易发生腐蚀。相比于Al-Si镀层，Al-Si-Mg镀层具有更低的自腐蚀电流密度和自腐蚀电位。自腐蚀电流密度的降低说明镀层的腐蚀速率明显下降，而自腐蚀电位的负移将使镀层更好地发挥牺牲阳极的作用，更好地保护铁基体，因此Al-Si镀层板真空蒸镀Mg后，Al-Si镀层板的耐腐蚀性能提高，真空退火后，Al-Si镀层板的耐腐蚀性能进一步提高。采用本发明所述方法制得的Al-Si-Mg镀层板的耐腐蚀性能要优于热浸镀Al-Si镀层板，因此添加适量的Mg可以使Al-Si镀层不仅具有良好的抗高温氧化性能，而且具有优异的电化学耐腐蚀性能。
表1真空蒸镀Mg前后Al-Si镀层样品的自腐蚀电流密度和自腐蚀电位
Figure BDA0002348419730000071
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种铝硅镁镀层的制备方法，进行热浸镀过程时，控制热浸镀温度为690℃，处理时间为30s；进行真空蒸镀过程时，控制蒸镀电压为1.0V，蒸镀电流为100A，蒸镀时间为5min；进行扩散退火处理时，控制退火温度为460℃，保温时间为2min，然后进行冷却，最终得到铝硅镁镀层板。本实施例采用与实施例一不同的参数条件，同样制备了铝硅镁镀层。本实施例方法首先热浸镀铝硅镀层，通过在Al-Si镀液中添加1.0-2.0wt.％Ti细化镀层晶粒，添加0.2-1.0wt.％Cr提高镀层抗氧化性，添加0.01-0.1wt.％RE改善镀液流动性，得到铝硅镀层板；然后进行真空蒸镀镁薄膜，采用真空蒸发镀膜机在铝硅镀层板上蒸镀一层镁薄膜；再进行镀层板扩散退火处理，对蒸镀镁薄膜的铝硅镀层板进行真空扩散退火，最终得到新型铝硅镁镀层板。采用本实施例方法制得的铝硅镁镀层板相比于热浸镀方法制得的铝硅镀层板，具有更好的综合性能，特别是具有优异的表面质量和耐蚀性能。本制备方法相比于现有的热浸镀方法，绿色环保，对环境更加友好，对镀层板的清洁生产具有重要意义。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种铝硅镁镀层的制备方法，进行热浸镀过程时，控制热浸镀温度为670℃，处理时间为30s；进行真空蒸镀过程时，控制蒸镀电压为1.0V，蒸镀电流为100A，蒸镀时间为5min；进行扩散退火处理时，控制退火温度为440℃，保温时间为2min，然后进行冷却，最终得到铝硅镁镀层板。本实施例采用与实施例一不同的参数条件，同样制备了铝硅镁镀层。本实施例方法首先热浸镀铝硅镀层，通过在Al-Si镀液中添加1.0-2.0wt.％Ti细化镀层晶粒，添加0.2-1.0wt.％Cr提高镀层抗氧化性，添加0.01-0.1wt.％RE改善镀液流动性，得到铝硅镀层板；然后进行真空蒸镀镁薄膜，采用真空蒸发镀膜机在铝硅镀层板上蒸镀一层镁薄膜；再进行镀层板扩散退火处理，对蒸镀镁薄膜的铝硅镀层板进行真空扩散退火，最终得到新型铝硅镁镀层板。采用本实施例方法制得的铝硅镁镀层板相比于热浸镀方法制得的铝硅镀层板，具有更好的综合性能，特别是具有优异的表面质量和耐蚀性能。本制备方法相比于现有的热浸镀方法，绿色环保，对环境更加友好，对镀层板的清洁生产具有重要意义。
综上所述，本发明热浸镀过程中的浮渣量大大减少，捞渣量和捞渣次数也因此大大减少；铝硅镁合金镀层中镁含量高达3-10wt.％，耐蚀性能大大提高；镀层与基板结合力更强，镀层表面晶粒均匀，没有漏镀、裂纹等缺陷，有效提高了镀层的表面质量；整个制备过程绿色环保，对环境更加友好，对镀层板的清洁生产具有参考意义。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明铝硅镁镀层及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种铝硅镁镀层，其特征在于：镀层中硅含量为5-15wt.％，镁含量为3-10wt.％，钛含量为1.0-2.0wt.％，铬含量为0.2-1.0wt.％，稀土RE含量为0.01-0.1wt.％。
2.根据权利要求1所述铝硅镁镀层，其特征在于：镀层中形成Mg-Si合金相和Mg-Al合金相组成的Al-Si-Mg中间过渡层。
3.根据权利要求2所述铝硅镁镀层，其特征在于：具有基体Fe表面形成具有Al-Si/Al-Si-Mg/Mg-MgO结构的复合镀层。
4.一种权利要求1铝硅镁镀层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.热浸镀过程：
在铝硅镀液中加入Ti、Cr和稀土，设置热浸镀温度和时间，对待镀处理的钢板件进行热浸镀铝硅，形成基础镀层；
b.真空蒸镀过程：
将在所述步骤a中制备的镀有铝硅镀层的钢板件取出，冷却，然后放入真空蒸发镀膜机中，通过调节真空镀膜机的放电电流，控制蒸发温度，在真空环境中，对镁进行蒸发，完成蒸镀后，取出钢板件，得到蒸镀镁薄膜的铝硅镀层板；
c.扩散退火处理：
对在所述步骤b中制备的蒸镀镁薄膜的铝硅镀层的钢板板进行真空扩散退火处理，然后进行冷却，最终得到铝硅镁镀层板。
5.根据权利要求4所述铝硅镁镀层的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，进行热浸镀过程时，控制热浸镀温度为670-690℃，处理时间为30-60s。
6.根据权利要求4所述铝硅镁镀层的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，控制热浸镀过程，得到铝硅镀层厚度为10-30μm。
7.根据权利要求4所述铝硅镁镀层的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，进行真空蒸镀过程时，控制蒸镀电压为1.0-1.6V，蒸镀电流为100-120A，蒸镀时间为5-10min。
8.根据权利要求4所述铝硅镁镀层的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，控制真空蒸镀过程，得到镁薄膜厚度为1-2μm。
9.根据权利要求4所述铝硅镁镀层的制备方法，其特征在于：在所述步骤c中，进行扩散退火处理时，控制退火温度为440-460℃，保温时间为2-5min。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115305446A (zh) * 2022-08-24 2022-11-08 常州大学 HK40耐热钢表面MgCr2O4镀层及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001123259A (ja) * 1999-10-21 2001-05-08 Nippon Steel Corp 耐食性に優れた溶融Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき鋼線およびその製造方法
CN102560312A (zh) * 2010-12-16 2012-07-11 贵州华科铝材料工程技术研究有限公司 七组合变质的低锌热浸镀铝合金镀层材料及其制备方法
CN102782175A (zh) * 2010-05-31 2012-11-14 新日本制铁株式会社 切断端面耐蚀性及加工部耐蚀性优良的热浸镀铝合金钢材及其制造方法
CN104328370A (zh) * 2014-11-11 2015-02-04 武汉钢铁(集团)公司 一种热镀锌镁合金钢板的生产方法
CN108441800A (zh) * 2018-06-13 2018-08-24 无锡银荣板业有限公司 一种连续热浸镀铝硅合金钢板的工艺
WO2018158165A1 (en) * 2017-02-28 2018-09-07 Tata Steel Ijmuiden B.V. Method for producing a steel strip with an aluminium alloy coating layer
CN108796418A (zh) * 2018-06-20 2018-11-13 华冠新型材料股份有限公司 连续热浸镀铝硅镁合金钢板及其制备方法和镀液
WO2019004598A1 (ko) * 2017-06-27 2019-01-03 주식회사 포스코 합금 코팅 강판 및 이의 제조방법
WO2019132496A1 (ko) * 2017-12-26 2019-07-04 주식회사 포스코 절연 특성이 우수한 코팅 전기강판 및 이의 제조방법

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001123259A (ja) * 1999-10-21 2001-05-08 Nippon Steel Corp 耐食性に優れた溶融Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき鋼線およびその製造方法
CN102782175A (zh) * 2010-05-31 2012-11-14 新日本制铁株式会社 切断端面耐蚀性及加工部耐蚀性优良的热浸镀铝合金钢材及其制造方法
CN102560312A (zh) * 2010-12-16 2012-07-11 贵州华科铝材料工程技术研究有限公司 七组合变质的低锌热浸镀铝合金镀层材料及其制备方法
CN104328370A (zh) * 2014-11-11 2015-02-04 武汉钢铁(集团)公司 一种热镀锌镁合金钢板的生产方法
WO2018158165A1 (en) * 2017-02-28 2018-09-07 Tata Steel Ijmuiden B.V. Method for producing a steel strip with an aluminium alloy coating layer
WO2019004598A1 (ko) * 2017-06-27 2019-01-03 주식회사 포스코 합금 코팅 강판 및 이의 제조방법
WO2019132496A1 (ko) * 2017-12-26 2019-07-04 주식회사 포스코 절연 특성이 우수한 코팅 전기강판 및 이의 제조방법
CN108441800A (zh) * 2018-06-13 2018-08-24 无锡银荣板业有限公司 一种连续热浸镀铝硅合金钢板的工艺
CN108796418A (zh) * 2018-06-20 2018-11-13 华冠新型材料股份有限公司 连续热浸镀铝硅镁合金钢板及其制备方法和镀液

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
唐义慧主编: "《精密电工合金》", 31 March 1966 *
袁朴，岳德茂，朱廷凯，谈庆华: "《PS版技术及应用》", 30 June 1994 *
黄拿灿，胡社军编著: "《稀土表面改性及其应用》", 31 July 2007 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115305446A (zh) * 2022-08-24 2022-11-08 常州大学 HK40耐热钢表面MgCr2O4镀层及其制备方法
CN115305446B (zh) * 2022-08-24 2024-03-15 常州大学 HK40耐热钢表面MgCr2O4镀层及其制备方法

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