[发明专利]一种钢材热浸镀锌基合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种广泛应用于腐蚀环境中的钢材防护的钢材热浸镀锌基合金。。

背景技术

热浸镀锌是一种较为有效而方便的钢铁防腐方法，在工程中得到了广泛应用，锌镀层具有优良的牺牲防护作用，但镀层耐用期短。热浸镀铝层致密，耐用期长，但阴极保护能力差。而锌铝合金镀层则兼顾了铝的耐久保护性和锌的阴极保护性，其镀层的性能较单一元素镀层的性能优越，防腐性能更是比纯锌镀层高出数倍。Galvalume镀层（镀铝锌板，含有重量比为55%的Al，43.4%的Zn，1.6%的Si）具有独特的显微结构，其优良的耐腐蚀性能、成型性能及焊接性能在汽车、建材及家电等行业得到了广泛应用，有取代镀铝板和部分镀锌板的趋势。但是，Galvalume合金镀层过厚、熔池中渣量过多的问题严重影响到产品质量。一直以来，熔池渣滓问题是连续镀锌生产线上普遍存在的一个问题，根据锌池中的组成不同，渣滓可分为氧化物类型（锌、铝的氧化物）和金属间化合物类型（铁锌、铁铝金属间化合物）两大类。而根据其密度大小不同，又可分为浮渣和底渣，密度较小的浮在锌池的表面形成浮渣，密度较大的沉入锌池底部形成底渣。锌池的表面主要是氧化物组成的浮渣，但密度较小的金属间化合物也可形成浮渣；而底渣主要是一些含铁的金属间化合物，此外少量杂质也可形成底渣。

在热浸镀过程中，当钢板经预处理进入池中后，钢板与锌池接触的瞬间便发生铁的溶解，但此时并没有产生金属间化合物。然而，由于钢板与锌池间处于亚稳平衡状态，界面处的铁含量远高于平衡状态下的铁在锌池中的溶解度，因此钢板与锌池迅速发生反应，在钢板上生成金属间化合物，并阻止铁进一步溶解；未反应完全的剩余铁则扩散进入锌池。在连续的浸镀过程中，钢板中的铁不断地进入锌池中，当锌池中的铁含量超过其溶解度时，因为过量的铁不能与熔融的锌池相互共存，即铁与锌池间不存在平衡，因此存在很大的驱动力使铁与锌池发生反应生成金属间化合物。此外锌池中的金属间化合物还有一部分来自钢板镀层的剥落。这些金属间化合物熔点很高且不溶于锌池，所以密度较小的金属间化合物将浮在锌池表面成为浮渣，而密度较大的经聚集长大沉入底部形成底渣。

热镀纯锌时，锌池中的浮渣相为Fe2Al5 和氧化物，底渣相主要是δ(FeZn7)。根据TANG描绘的Fe-Zn-Al 体系460 ℃等温截面的富锌角部分可以知道，铝含量(质量分数)为0.135%处为与Liq-Zn 平衡的相的分界点，也即是锌池中底渣出现的分界点。因此，保持锌池中的有效铝含量高于0.135%，基本上不会在低铝的锌池中产生底渣。镀低铝镀层时，通过控制锌池中的有效铝含量可以很好的解决底渣问题。但是，与热镀纯锌的锌池相比，Galvanlume熔池中的成分发生了很大变化，由于铝含量较高，铝的活性高于锌，且其质量比（55%）和体积比（80%）都远远大于锌，固态铁与液态锌铝之间的反应受铝的扩散控制，热镀过程中的主要物理扩散和化学作用几乎都是在铁和铝之间发生的。反应初期，在钢基表面形成Fe-Al相。随着浸镀时间的延长，锌扩散至先期形成的Fe-Al相的晶界，将破坏连续的Fe-Al相层，使液态锌直接与钢基体接触，形成迸发状生长的Fe-Zn相，造成镀层急剧增厚且外观粗糙。为了控制镀层的厚度，通常向锌池中添加一定量的硅来改善镀层的质量。热镀纯锌的锌池镀液密度大约为6.6 g/cm³，而Galvanlume熔池中镀液密度大约为3.327g/cm³。因此，Galvanlume熔池中更容易形成底渣，底渣相一般为含有锌的FeAl3 和Fe-Al-Si 金属间化合物。

由此可知，熔池中过饱和的铁是锌渣形成的原因。钢板的溶入是锌池中铁的主要来源，铁元素在锌液中的溶解度是随温度增加而增加，浸镀温度越高，钢板与锌池间的扩散越快，铁的溶解速度也就越快，因此减少由钢板溶入锌池的铁量，就可有效减少底渣的产生。此外，当锌池铝重量含量超过10%时，钢板与镀液之间的反应将非常剧烈，随着镀液中铝含量的提高，特别是铝重量含量超过20%时，铁的溶解速度迅速大幅提高，铁、铝之间的放热反应更加剧烈。可见，熔池中高的铝含量也是底渣形成的主要原因之一，通过有效降低锌池铝含量的方法能减少锌渣的形成，并且随着铝含量的降低，锌池镀液密度增大，可以使底渣转化为浮渣。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有Galvalume熔池中渣量过多的问题，提供一种能有效降低熔池中渣量的钢材热浸镀锌基合金，本发明同时还提供该钢材热浸镀锌基合金的制备方法。