專利名稱：一種熱浸鍍鋅鋁鎂鋯合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋅合金鍍層材料及其制備方法，特別涉及一種熱浸鍍鋅鋁鎂鋯合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
熱浸鍍鋅是一種經(jīng)濟(jì)、方便、有效的應(yīng)用于各行業(yè)金屬結(jié)構(gòu)件的防腐蝕方法。純鋅鍍層具有優(yōu)良的犧牲防護(hù)作用，但鍍層耐用期短；熱浸鍍鋁層致密，耐用期長(zhǎng)，但陰極保護(hù)能力差；鋅鋁合金鍍層則兼顧了鋅的陰極保護(hù)性和鋁的耐久保護(hù)性，其鍍層的各種性能較單一金屬鍍層的性能優(yōu)越，防腐蝕性能更是比同等厚度的純鋅鍍層高出許多，為提高鍍鋅產(chǎn)品的抗腐蝕性能和鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量，一些合金元素常被加入到鋅池之中，如鋁、鎂、鎳、硅、稀土等。
現(xiàn)有研究結(jié)果表明，鋁是一種提高鍍鋅層耐腐蝕性的最有效的合金元素；在鋅池中加入少量的鋁，由于鋁與鐵基體具有極強(qiáng)的化學(xué)親和力，在鍍層形成過(guò)程中鋁能優(yōu)先與鐵基反應(yīng)并在其表面生Fe-Al金屬間化合物，抑制Fe-Zn反應(yīng)及脆性Fe-Zn相的生長(zhǎng)，使鍍層減薄并具有良好的粘附性能。在鋅池中加入鎂能與含硅活性鋼中的硅生成穩(wěn)定的鎂硅化合物，取代鐵硅化合物的形成而抑制鐵鋅反應(yīng)，在鋅鋁合金中加入少量的鎂能使鍍層的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，適當(dāng)?shù)卦黾渔V的含量，鍍層的晶粒逐漸細(xì)化，鍍層組織變得均勻；鎂在鍍層中主要分布于鋅鋁的晶界上，起到強(qiáng)化晶界的作用，對(duì)鍍層的電極反應(yīng)具有強(qiáng)烈的抑制作用，使鍍層表現(xiàn)出優(yōu)越的抗腐蝕性能。鋯是一種高熔點(diǎn)金屬元素，常作為強(qiáng)化元素或變質(zhì)劑添加到其它金屬或合金中；鋯具有極高的熔點(diǎn)和優(yōu)異的抗腐蝕性能，鋯的熔點(diǎn)比鈦更高，鋯的抗腐蝕性能比鈦合金更好，被廣泛用于航天、軍工、核反應(yīng)、原子能等領(lǐng)域。由于鋅鋁鎂合金鍍層具有卓越的抗腐蝕性能，國(guó)外開(kāi)展了廣泛的研究，開(kāi)發(fā)了多種鋅鋁鎂合金鍍層，并進(jìn)行了專利保護(hù)。中國(guó)專利檢索結(jié)果表明在鋅鋁鎂合金鍍層中通常加入鈦、硼、鋯、稀土等元素，但加入量很小，一般都是微量，質(zhì)量百分比為O. 001-0. 05%;當(dāng)鋯的加入量大于O. 05%以上，單獨(dú)采用鋯作為熱浸鍍鋅鋁鎂鍍層的合金化添加劑來(lái)細(xì)化鍍鋅合金的顯微組織、優(yōu)化鍍層組織結(jié)構(gòu)和改善鍍層力學(xué)性能，尚未見(jiàn)有報(bào)道。因此，利用鋯來(lái)改善熱浸鍍鋅鋁鎂合金鍍層組織和擴(kuò)展鋅鋁鎂合金系鍍層的應(yīng)用范圍，對(duì)形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的合金鍍層和更好地滿足生產(chǎn)應(yīng)用，是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供了一種熱浸鍍鋅鋁鎂鋯合金，將高熔點(diǎn)合金元素鋯加入到熱浸鍍鋅鋁鎂合金中，能顯著改善合金的顯微組織和鍍層性能，本發(fā)明還提供了該熱浸鍍鋅鋁鎂鋯合金的制備方法。本發(fā)明熱浸鍍鋅鋁鎂鋯合金采用的技術(shù)方案是由Zn、Al、Mg、Zr組成，按質(zhì)量百分比計(jì)，含有 Al 4. 5-6. 5%, Mg 3. 0-4. 0%, Zr O. 25-0. 75%、余量為 Zn。上述熱浸鍍鋅鋁鎂鋯合金的制備方法采用的技術(shù)方案是按如下步驟(1)按比例稱量好Zn塊、Al塊、Mg塊、AlZr中間合金，按質(zhì)量百分比計(jì)，Al塊占1. 0-6. 5%、Mg塊占3. 0-4. 0%、AlZr中間合金占2. 5-7. 5 % ； (2)預(yù)熱石墨坩堝至暗紅色，將按比例稱量好的鋁塊置于坩堝中，并在鋁塊表面撒上鹽類(lèi)覆蓋劑，然后升溫至700°C -720°C ；(3)待鋁塊完全熔化后加入鋅塊，鋅熔化后攪拌均勻形成鋅鋁合金液；(4)將鎂塊壓入鋅鋁合金液中，并在熔液表面撒上適量鹽類(lèi)覆蓋劑，以覆蓋熔液表面為準(zhǔn)；(5)待鎂塊完全熔化后加入鋁鋯中間合金，熔化并攪拌均勻；(6)將合金液隨爐降溫至650°C進(jìn)行精煉和除渣；(7)隨爐冷卻至450°C進(jìn)行撈渣和澆注。所述步驟(1)中的Zn塊、Al塊、Mg塊均采用市購(gòu)鋁錠、鋅錠、鎂錠，鋁鋯中間合金為AlZrlO或AlZrl5中間合金。所述步驟⑵中的鹽類(lèi)覆蓋劑為經(jīng)過(guò)脫水處理的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40_60%KC1和40-60%NaCl的均勻混合的固態(tài)粉末。所述步驟(6)中精煉和除渣采用的物質(zhì)為經(jīng)過(guò)脫水處理的質(zhì)量百分含量為=MgCl218-28%、KCl 35-45%、NaCl 30-40%、BaCl2 2-4%,CaCl2 2-4%,CaF2 2-4% 所述步驟(6)中精煉和除渣的溫度為650°C。所述步驟(6)中精煉和除渣的溫度不能低于630°C。本發(fā)明熱浸鍍鋅鋁鎂鋯合金的基體組織為Zn/Al/MgZn2三元共晶組織，合金的基體組織上分布著富Zn相,或分布著富Zn相和富Al相的混合相,或分布著富Zn相、富Al相和AlZnZr中間合金相的混合相。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)在現(xiàn)有熱浸鍍鋅鋁鎂合金中加入適當(dāng)含量的鋯，改善鍍鋅合金的顯微組織和結(jié)構(gòu)，使初晶相由原來(lái)的粗大富Zn相轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的富Zn相、富Al相、以及ZnAlZr中間合金相，初晶相的分布更加均勻，共晶組織也變得更加細(xì)小和致密，使用該鍍鋅合金將有利于提高熱浸鍍鋅鋁鎂合金鍍層的耐腐蝕性能，改善熱浸鍍鋅鋁鎂合金鍍層的顯微組織和力學(xué)性能。


圖1是熱浸鍍Zn-5. 5%A1_3. 5%Mg合金的掃描電鏡照片；
圖2是熱浸鍍Zn-5. 5%Al-3. 5%Mg-0. 25%Zr合金的掃描電鏡照片；
圖3是熱浸鍍Zn-5. 5%Al-3. 5%Mg-0. 5%Zr合金的掃描電鏡照片；
圖4是熱浸鍍Zn-5. 5%Al-3. 5%Mg-0. 75%Zr合金的掃描電鏡照片；
上述含量均為質(zhì)量百分比含量。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例1
(1)按比例稱量好Zn塊、Al塊、Mg塊，按質(zhì)量百分比計(jì)，合金的成分為Al5. 5%、Mg3. 5%、Zn 余量；
(2)預(yù)熱石墨坩堝至暗紅色，將按比例稱量好的鋁塊置于坩堝中，并在鋁塊表面撒上鹽類(lèi)覆蓋劑，然后升溫至720°C ；
(3)待鋁塊完全熔化后加入鋅塊，鋅熔化后攪拌均勻形成鋅鋁合金液；
(4)將鎂塊壓入鋅鋁合金液中，并在熔液表面撒上鹽類(lèi)覆蓋劑，以覆蓋熔液表面為
準(zhǔn)；
(5)待鎂塊完全熔化后，將合金熔液攪拌均勻；
(6)將合金熔液隨爐降溫至650°C進(jìn)行精煉和除渣；
(7)隨爐冷卻至450°C進(jìn)行撈渣和澆注。 通過(guò)上述步驟得到的熱浸鍍Zn-5. 5%Al-3. 5%Mg合金的掃描電鏡照片如圖1所示，可以看出，該合金的基體組織為Zn/Al/MgZn2三元共晶組織,在基體上分布著樹(shù)枝狀的富Zn 初晶相，晶粒比較粗大。實(shí)施例2
(1)按比例稱量好Zn塊、Al塊、Mg塊、AlZr10中間合金，按質(zhì)量百分比計(jì)，合金的成分為Al 5. 5%、Mg 3. 5%、Zr O. 25%，余量為Zn，相應(yīng)的原材料的質(zhì)量百分比為A1塊3. 25%、Mg塊3. 5%、AlZrlO中間合金2. 5%、Zn塊余量；
(2)預(yù)熱石墨坩堝至暗紅色，將按比例稱量好的鋁塊置于坩堝中，并在鋁塊表面撒上鹽類(lèi)覆蓋劑，然后升溫至720V ；
(3)待鋁塊完全熔化后加入鋅塊，鋅熔化后攪拌均勻形成鋅鋁合金液；
(4)將鎂塊壓入鋅鋁合金液中，并在熔液表面撒上鹽類(lèi)覆蓋劑，以覆蓋熔液表面為
準(zhǔn)；
(5)待鎂塊完全熔化后加入AlZrlO中間合金，熔化并攪拌均勻；
(6)將合金熔液隨爐降溫至650°C進(jìn)行精煉和除渣；
(7)隨爐冷卻至450°C進(jìn)行撈渣和澆注。通過(guò)上述步驟得到的熱浸鍍Zn-5. 5%A1_3. 5%Mg_0. 25%Zr合金的掃描電鏡照片如圖2所示，可以看出，該合金的基體組織為Zn/Al/MgZn2三元共晶組織，共晶組織比不含鋯的合金組織更加致密；在基體上分布著樹(shù)枝狀的富Zn初晶相和富Al初晶相，晶粒較不含鋯的合金變得細(xì)小。實(shí)施例3
(1)按比例稱量好Zn塊、Al塊、Mg塊、AlZr10中間合金，按質(zhì)量百分比計(jì)，合金的成分為Al 5. 5%、Mg 3. 5%、Zr O. 5%，余量為Zn，相應(yīng)的原材料的質(zhì)量百分比為Al塊l%、Mg塊3. 5%、AlZrlO中間合金5%、Zn塊余量；
(2)預(yù)熱石墨坩堝至暗紅色，將按比例稱量好的鋁塊置于坩堝中，并在鋁塊表面撒上鹽類(lèi)覆蓋劑，然后升溫至710°C ；
(3)待鋁塊完全熔化后加入鋅塊，鋅熔化后攪拌均勻形成鋅鋁合金液；
(4)將鎂塊壓入鋅鋁合金液中，并在熔液表面撒上鹽類(lèi)覆蓋劑，以覆蓋熔液表面為
準(zhǔn)；
(5)待鎂塊完全熔化后加入AlZrlO中間合金，熔化并攪拌均勻；
(6)將合金熔液隨爐降溫至650°C進(jìn)行精煉和除渣；
(7)隨爐冷卻至450°C進(jìn)行撈渣和澆注。通過(guò)上述步驟得到的熱浸鍍Zn-5. 5%A1_3. 5%Mg_0. 5%Zr合金的掃描電鏡照片如圖3所示,該合金的基體組織為Zn/Al/MgZn2三元共晶組織,在基體上分布著樹(shù)枝狀的富Zn初晶相、富Al初晶相以及少量的ZnAlZr中間合金相，其中，ZnAlZr中間合金相主要分布在樹(shù)枝狀富Zn相和富Al相的中心，可以看出，隨著鋯含量的增加，共晶組織變得更加致密，初晶相也變得更加細(xì)小。實(shí)施例4
(1)按比例稱量好Zn塊、Al塊、Mg塊、AlZr15中間合金，按質(zhì)量百分比計(jì)，合金的成分為Al 5. 5%、Mg 3. 5%、Zr O. 75%，余量為Zn，相應(yīng)的原材料的質(zhì)量百分比為A1塊1. 25%、Mg塊3. 5%、AlZrl5中間合金5%、Zn塊余量；
(2)預(yù)熱石墨坩堝至暗紅色，將按比例稱量好的鋁塊置于坩堝中，并在鋁塊表面撒上鹽類(lèi)覆蓋劑，然后升溫至700°C ；
(3)待鋁塊完全熔化后加入鋅塊，鋅熔化后攪拌均勻形成鋅鋁合金液；
(4)將鎂塊壓入鋅鋁合金液中，并在熔液表面撒上鹽類(lèi)覆蓋劑，以覆蓋熔液表面為
準(zhǔn)；
(5)待鎂塊完全熔化后加入AlZrl5中間合金，熔化并攪拌均勻；
(6)將合金熔液隨爐降溫至650°C進(jìn)行精煉和除渣；
(7)隨爐冷卻至450°C進(jìn)行撈渣和澆注。通過(guò)上述步驟得到的熱浸鍍Zn-5. 5%A1_3. 5%Mg_0. 75%Zr合金的掃描電鏡照片如圖4所示,該合金的基體組織為Zn/Al/MgZn2三元共晶組織,在基體上分布著樹(shù)枝狀的富Zn初晶相、富Al初晶相以及ZnAlZr中間合金相,可以看出，隨著錯(cuò)含量的增加,共晶組織比實(shí)施例3的組織更加致密，初晶相更加細(xì)小。
權(quán)利要求
1.一種熱浸鍍鋅鋁鎂鋯合金，其特征在于所述合金由Zn、Al、Mg、Zr組成，按質(zhì)量百分比計(jì)，含有 Al 4. 5-6. 5%、Mg 3. 0-4. 0%、Zr O. 25-0. 75%、余量為 Zn。
2.如權(quán)利要求1所述的一種熱浸鍍鋅鋁鎂鋯合金的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)按比例稱量好Zn塊、Al塊、Mg塊、AlZr中間合金；(2)預(yù)熱石墨坩堝至暗紅色，將按比例稱量好的鋁塊置于坩堝中，并在鋁塊表面撒上鹽類(lèi)覆蓋劑，然后升溫至700°C -720°C ；(3)待鋁塊完全熔化后加入鋅塊，鋅熔化后攪拌均勻形成鋅鋁合金液；(4)將鎂塊壓入鋅鋁合金液中，并在熔液表面撒上鹽類(lèi)覆蓋劑，以覆蓋熔液表面為準(zhǔn)；(5)待鎂塊完全熔化后加入鋁鋯中間合金，熔化并攪拌均勻；(6)將合金液隨爐降溫至650°C進(jìn)行精煉和除渣；(7)隨爐冷卻至450°C進(jìn)行撈渣和澆注。
3.如權(quán)利要求2所述的一種熱浸鍍鋅鋁鎂鋯合金的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中的Zn塊、Al塊、Mg塊均采用市購(gòu)鋁錠、鋅錠、鎂錠，鋁鋯中間合金為AlZrlO或AlZrl5 中間合金。
4.如權(quán)利要求2所述的一種熱浸鍍鋅鋁鎂鋯合金的制備方法，其特征在于所述步驟(2)和步驟(4)中的鹽類(lèi)覆蓋劑為經(jīng)過(guò)脫水處理的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40-60%KCl和40-60%NaCl的均勻混合的固態(tài)粉末。
5.如權(quán)利要求2所述的一種熱浸鍍鋅鋁鎂鋯合金的制備方法，其特征在于所述步驟(6)中精煉和除渣采用的物質(zhì)的組分經(jīng)過(guò)脫水處理，組分按照質(zhì)量百分含量計(jì)算為=MgCl2 18-28%、KCl 35-45%、NaCl 30-40%、BaCl2 2-4%,CaCl2 2-4%,CaF2 2-4%
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋅合金鍍層材料及其制備方法，特別涉及一種熱浸鍍鋅鋁鎂鋯合金及其制備方法。該合金的各種成分的質(zhì)量百分含量為Al4.5-6.5%、Mg3.0-4.0%、Zr0.25-0.75%、余量為Zn，制備方法如下將鋁塊置于感應(yīng)爐中加熱，升溫至700℃-720℃生成鋁液，在鋁液表面撒上鹽類(lèi)覆蓋劑，將鋅塊加入，熔化后攪拌均勻形成鋅鋁合金液，再將鎂塊和鋁鋯中間合金壓入鋅鋁合金液中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝螅S爐降溫至650℃進(jìn)行精煉和除渣，再隨爐冷卻至450℃進(jìn)行撈渣和澆注。通過(guò)對(duì)鋅鋁鎂鋯合金中元素的合理配比，細(xì)化鍍鋅合金的顯微組織和結(jié)構(gòu)。使用該熱浸鍍鋅合金將有利于提高熱浸鍍鋅鋁鎂合金鍍層的耐腐蝕性能，改善熱浸鍍鋅鋁鎂合金鍍層的顯微組織和力學(xué)性能。
文檔編號(hào)C23C2/06GK103014581SQ20121056737
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者王建華, 尹力, 蘇旭平, 劉亞, 吳長(zhǎng)軍, 彭浩平 申請(qǐng)人:常州大學(xué)