[发明专利]一种钢板纳米复合热镀锌层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钢板热浸镀生产技术领域，具体涉及一种钢板纳米复合热镀锌层的制备方法。

背景技术

钢铁材料在国民经济建设中发挥着举足轻重的作用，但其在使用过程中腐蚀现象十分严重，世界上每年因腐蚀而损失的钢铁材料占总产量的五分之一。镀锌是防止钢铁材料腐蚀的重要方法，镀锌层不仅可以将钢铁材料与外界环境隔开，避免其和腐蚀介质直接接触，对钢铁材料具有隔离保护作用，而且锌电极电位比铁低，镀锌层作为牺牲阳极对钢铁基体具有电化学保护作用。目前，镀锌方法主要有电沉积、热浸镀、机械镀和热喷镀等，其中应用最为广泛的是电沉积锌和热浸镀锌技术。热浸镀锌层用于防止钢铁制品的锈蚀已有200多年的历史，至今，它在钢铁材料防蚀涂层中仍占有重要的地位。热浸镀锌是将被镀金属材料或工件浸入熔融锌液中一段时间后取出，在被镀材料上获得锌镀层的一种防腐技术。热浸镀锌发明于18世纪中叶，热浸镀锌过程中，由于铁锌之间的反应扩散，使得镀锌层与基体金属之间有很好的结合力；同时热浸镀与电镀、化学镀等相比，可获得较厚的镀层，作为防护涂层，其耐蚀性能有很大提高。所以，热浸镀锌层至今仍被广泛地用作钢铁材料的保护涂层。

随着环境中酸雨和风沙侵蚀的日益加重，人们对镀锌层的耐蚀性提出了更高的要求，而且还要求镀锌层具有高的耐磨性。因此，研究和开发新型高耐蚀、高耐磨锌基镀层具有十分重要的意义。

热镀锌层的合金化是提高耐蚀性能的成功技术，20世纪80年代国际铅锌研究组织(ILZRO)资助比利时列日冶金研究中心(CRM)开发出商品名为Galfan的Zn-5％Al-RE合金镀层材料，有研究发现Galfan合金镀层耐蚀性优于镀锌层，其耐蚀性为纯锌镀层的2～3倍。2001年，新日本制铁公司推出的Zn-11％Al-3％Mg-0.2％Si(SUPERDYMA)热浸镀钢板，同样具有较高的耐蚀性能。我国的热浸镀锌工业生产技术在五十年代初到六十年代中期发展迅速，但从六十年代末期开始，热浸镀锌生产技术逐渐与世界先进水平拉开差距。1984年国内开始研究Galfan合金，主要围绕镀层的微观结构，以及对Galfan合金的生产工艺进行探讨，但迄今Galfan合金材料的生产主要还是靠引进昂贵的国外生产线，而且生产过程中工艺上尚有一些问题有待解决。

纳米科学与技术的发展为新材料的开发开辟了一条全新的途径，也为传统材料的改性提供了新思路。将纳米粉末与表面涂层技术相结合，可形成表面纳米复合涂层。纳米复合涂层根据基体不同可分为金属基纳米复合涂层、无机非金属基纳米复合涂层以及树脂基纳米复合涂层。

纳米颗粒增强金属基复合涂层是指通过特定工艺将一种或几种金属或非金属纳米颗粒相添加到金属或合金基体材料之中形成的涂层。这种涂层材料由于纳米颗粒的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应的影响，以及纳米颗粒和基体金属的协同效应，使得纳米复合涂层材料的机械、物理和化学性能得到大幅提高，并具有性能可设计性。所以，纳米颗粒增强金属基复合涂层具有传统涂层无法比拟的优越性。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种钢板纳米复合热镀锌层的制备方法。

根据本发明的钢板纳米复合热镀锌层的制备方法包括以下步骤：

1)将锌粉与纯水按比例混合，进行球磨超细化处理，获得锌颗粒溶胶；

2)分别称取硝酸铈与聚乙烯吡咯烷酮，投入水热反应釜中，搅拌使其完全溶解；

3)将步骤1)得到的锌颗粒溶胶倒入步骤2)所述的装有硝酸铈水溶液的水热反应釜中，密封，升温并搅拌，进行水热反应后，自然冷却放料，获得的产物进行离心水洗后烘干，得到纳米CeO₂/Zn复合粉体，冷却至室温备用；

4)将步骤3)获得的纳米CeO₂/Zn复合粉体按一定比例与锌锭分次均匀投料，升温加热进行纳米复合热镀。

具体地，根据本发明的具体实施方式的钢板纳米复合热镀锌层的制备方法可以包括以下步骤：

1)选择一定粒径的锌粉与纯水按一定比例混合后，于卧式高能球磨机内进行超细化处理，达到一定粒径后放料，获得锌颗粒溶胶；

2)分别称取一定量的硝酸铈与聚乙烯吡咯烷酮，投入装有一定体积纯水的水热反应釜中，搅拌使其完全溶解；

3)将步骤1)得到的锌颗粒溶胶倒入步骤2)所述装有硝酸铈水溶液的水热反应釜中，密封，控制一定升温程序和搅拌速度，进行水热反应，一段时间后，自然冷却放料，获得的产物进行离心水洗后烘干，冷却至室温备用；