[发明专利]一种热浸镀用Zn‑Al‑Si中间合金及其制备方法和应用

说明书

技术领域

    本发明属于热浸镀锌技术领域，涉及一种钢材热浸镀用Zn-Al-Si中间合金及其制备方法和应用。

背景技术

热浸镀锌作为一种具有优良耐腐蚀性能的涂层技术，在汽车、建筑及家电行业中得到广泛应用。热浸镀锌液中添加微量元素可以有效地提高钢铁材料的耐腐蚀性能和改善镀层质量。为了抑制铁铝之间的放热反应，铝含量较高的热浸镀锌铝合金中通常会添加一定量的硅。在不同成分的热浸镀Zn-Al-Si合金制备过程中硅的加入通常是以铝硅中间合金的形式完成的，常规的加入温度为700℃左右，不同成分的铝硅合金，其熔入温度不同，但一般会高于此温度。由于锌铝合金与铝硅合金密度相差较大，熔炼过程中通常需用钟罩将铝硅压入熔池，熔解比较困难，硅不能快速熔入锌池而发生烧损，在熔池表面形成大量的浮渣，严重影响最终熔池中硅的收得率。

本发明通过制备Zn-Al-Si中间合金替代传统Al-Si中间合金，旨在解决用Al-Si中间合金制备热浸镀Zn-Al-Si时中间合金加入温度过高、熔炼时间较长以及熔炼过程出现大量硅浮渣的问题，降低合金烧损，提高熔池中硅的收得率。由于降低了中间合金加入温度，缩短了合金熔炼时间，减小了锌的烧损，提高了生产效率，降低了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于开发出一种新型镀锌中间合金，通过制备Zn-Al-Si中间合金替代传统Al-Si中间合金，解决熔解Al-Si中间合金出现大量硅浮渣问题，提高熔池中硅的收得率；降低中间合金的加入温度，缩短合金熔炼的时间，减小锌的烧损，提高了生产效率，降低了生产成本。大大提高连续镀锌生产线的效率。

一种钢材热浸镀用Zn-Al-Si中间合金，所用原材料为锌锭、铝锭、硅粉。其中：Al的含量控制在20~30wt.%，Si的含量控制在0~35wt.%，其余为Zn。

所述的Zn-Al-Si中间合金的制备步骤如下：

（1）配制Zn-Al-Si中间合金

所用原材料为锌锭、铝粉、和硅粉。按重量比计，Zn-Al-Si中间合金中Al占20~30%，Si占0~35%,其余为Zn；

（2）熔炼Zn-Al-Si中间合金

按照步骤（1）中重量百分比准确称量Zn、Al和Si，将Zn、Al和Si在氩气保护下真空封装，放炉中升温到500℃~550℃，保温15min；然后升温至800℃-850℃，保温1h；取样时充分摇匀，使其成分均匀，然后淬火处理，得到Zn-Al-Si中间合金。

本发明还公开了权利要求1所述的钢材热浸镀用Zn-Al-Si中间合金用于制备热浸镀Zn-Al-Si合金的用途。

一种制备热浸镀Zn-Al-Si合金的方法，是先将锌锭置于中频感应炉中，待锌锭熔化后加入铝锭，升温至650℃，熔炼，搅拌均匀生成合金液，在合金液表面加盐类覆盖剂，降温至500℃，保温30min，再将权利要求1所述的Zn-Al-Si中间合金压入合金液中，熔炼，搅拌使其混合均匀生成熔融合金液，保温30min，最后捞渣，浇注到扁平金属模中快速冷却。

本发明中Al含量保持在20~30wt.%，Si含量保持在0~35wt.%，其主要目的是尽量降低中间合金的熔化温度和密度，并使合金中混合的Si达到均匀分布的效果。在Zn-Al-Si合金凝固过程中，由于硅含量较高，会从液相中析出块状初生硅相，然后再形成铝硅共晶组织。其中一部分共晶硅以不规则的形态镶嵌在富铝的枝晶中，另一部分以针状的形式析出富集在富铝枝晶的晶界上。针状共晶硅及其细小的共晶铝阻碍了枝晶的生长，细化了晶粒。另外，由于采用了扁平模快速冷却，避免了偏析的产生。

由Zn-Al二元相图可知，Zn-30%Al合金在600℃温度下Zn、Al完全互熔，根据Zn-Al-Si中间合金的具体情况，其作为中间合金的加入温度通常会低于600℃；而且与Al-30%Si及Al-50%Si相比，其凝固过程中的温度波动不大。

实际生产中熔炼Al-Si中间合金的温度一般为700℃左右，可以看出熔化Al-Si中间合金的温度明显高于熔化Zn-Al-Si中间合金的温度。实验表明，Al-Si中间合金700℃加入熔池时，Al-Si中间合金完全熔入熔池的时间是Zn-Al-Si中间合金500℃熔入熔池时间的2~3倍，更高的熔炼温度和更长的停留时间，使得Al-Si中间合金加入熔池中极易出现硅的烧损现象和大量不熔硅，最终在熔池表面形成浮渣，降低了熔池中硅的实际收得率。更高的熔炼温度也增加了能耗，缩短了中频炉的使用寿命；更长的熔炼时间也严重影响了生产效率。