[发明专利]一种热浸镀Zn-Al-Mn合金的制备方法及热浸镀工艺

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁材料防腐蚀领域，具体涉及一种热浸镀Zn-Al-Mn合金的制备方法及热浸镀工艺。

背景技术

近年来，热浸镀锌以其良好的耐蚀性和较高的性价比被广泛应用于钢铁材料防腐蚀领域。由于金属锌的金属活动性较高，并且电极电位低于铁的电极电位，所以纯锌镀层有良好的阳极保护作用，但纯锌镀层的镀锌件工作寿命短。为了提高镀层的耐蚀性以及综合性能，科研工作者提出并且尝试在锌液中添加一种或多种合金元素进行热浸镀。实验发现向锌浴中添加稀土、Bi、Al、Ti、Mg以及Mn等合金元素，能使镀层的某些性能得到优化或者提高，同时加入多种合金元素能得到综合性能良好的镀层。

圣德林效应会导致镀件出现灰暗、超厚、粘附性差的镀层，锌耗增加，产品质量下降。减轻或消除圣德林效应、得到综合性能良好的镀层是热浸镀锌行业的期盼。

在锌液中加微量Al，能有效减少锌灰、锌渣的产生，并且锌液流动性增大。另外，Al和Fe原子有较强的亲和力，若锌浴中添加Al，在浸镀初期，钢基表面会生成抑制Fe-Zn相生长的Fe-Al金属间化合物，使合金镀层变薄，可以减轻圣德林效应。随着锌液中Al含量增加，合金镀层中会相继生成稳定的Fe₂Al₅、FeAl₃化合物相，镀层中ζ、δ和Γ相会逐渐消失。在锌液中添加Mn元素，可以在镀层表面形成致密均匀的Mn的富氧氧化物薄膜(如MnO，ZnMn₂O₄，Mn₂O₃等)，能够有效的隔绝腐蚀介质，增强镀层的耐蚀性。另外，锌浴中添加的Mn元素能阻止Zn向Fe界面的扩散，从而有效的抑制Zn、Fe反应，克服含硅钢热浸镀锌产生的镀层超厚现象，有效的减轻圣德林效应。锌液中同时加入Al和Mn可以得到综合性能良好的镀层。

通过查阅国内外文献并结合中国专利检索结果知，有关Zn-Al-Mn合金制备及热浸镀方法尚未见报道，因此，研制Zn-Al-Mn合金、制备方法及热浸镀工艺，对获得具有自主知识产权的新型热浸镀锌合金及其镀层，促进热浸镀锌行业的发展具有重要理论和实际意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种热浸镀Zn-Al-Mn合金的制备方法及热浸镀工艺。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种热浸镀Zn-Al-Mn合金的制备方法，包括如下步骤：

S1、按比例称取Zn、Al、Mn；

S2、将石墨坩埚放入电阻炉中预热到深红色后，将Zn放置石墨坩埚中，撒上盐类覆盖剂，加热，使得Zn熔化，得Zn液；

S3、将步骤S2所得Zn液加热至590～610℃后，将Al压入Zn液中，保温一小时后用陶瓷棒搅拌使其完全均匀溶解，得Zn-Al合金液；

S4、将步骤S3所得的Zn-Al合金液升温至810～840℃后，将Mn压入Zn-Al合金中，保温两小时后搅拌均匀，得到Zn-Al-Mn合金液；

S5、关闭电阻炉，使Zn-Al-Mn合金液随炉降温，在降温过程中进行充分搅拌；

S6、随炉降温至470℃，除去液面杂质，使用已预热的钢模进行浇注。

所述Zn、Al、Mn的比例分别为：Zn：97.48～97.52％，Al：0.49～0.51％，Mn：1.99～2.01％。(重量百分比)

所述步骤S2中的盐类覆盖剂的配制过程为称量、研钵研磨、混合均匀(粒度小于2.0mm)、烘干(150℃，20min)。

所述步骤S2中的盐类覆盖剂各组分的纯度等级为分析纯。

所述步骤S2中的盐类覆盖剂各组分含量按重量百分比为：CaCl₂20-35％、KCl40-50％、LiCl15-40％。

所述步骤S6中的钢模在浇注前，在300℃下于箱式电阻炉中预热60min。

上述的一种热浸渡Zn-Al-Mn合金的热浸镀工艺，包括如下步骤：

(1)取Q235钢，切割成尺寸为30mm×30mm×3mm的试样，经打磨去除表面氧化皮，然后钻孔并在孔内固定铁丝；用上述Zn-Al-Mn合金配置所需浓度的合金镀浴成分，配置的合金镀浴成分为Zn-0.5％Al-xMn(x＝0.00、0.05、0.12、0.18、0.25wt％)；

(2)将试样放入质量分数为10％的热氢氧化钠溶液中进行脱脂处理，氢氧化钠溶液的温度为45℃，五分钟后取出放入纯水中清洗；