[发明专利]一种钢材表面连续热浸镀Al–Zn–Mg–Si合金镀层的方法

说明书

本发明涉及一种钢材表面连续热浸镀Al–Zn–Mg–Si合金镀层及其制备工艺。本发明所制备的Al–Zn–Si–Mg合金镀层其组成为48~55 wt.%Al、40~50 wt.%Zn、1~4 wt.%Mg、1~3 wt.%Si。该镀层的制备工艺为：钢带（1）经表面清洁处理，（2）还原退火，（3）在550~700℃的镀液中热浸镀，（4）在400~700℃经0.1~5 s退火工艺，再经气刀平整，（5）冷却。制备的合金镀层中包含富Al枝晶相、富Zn枝晶间相、以及Mg₂Si相和少量的MgZn₂相。优选的合金成分可以保证镀液成分均匀，浮渣较少，通过连续热浸镀工艺制备的镀层质量均一稳定。浸镀后的退火工艺能增加镀层表面的Mg₂Si相含量，提高镀层的耐蚀性。

技术领域

本发明涉及一种钢材表面热浸镀用Al–Zn–Mg–Si合金镀层的方法，属于金属镀层的技术领域，可广泛应用于腐蚀环境中的钢材防护。

背景技术

热浸镀工艺是一种经济有效的金属结构件防腐蚀处理方法。热浸镀铝锌合金镀层具有良好的耐蚀性和阴极保护能力，在建筑业、汽车、家用电器、造船业、电气业等多个领域得到广泛应用。

连续热浸镀工艺一般包括五个部分：前处理段、镀前保护段、热浸镀段、气刀段、冷却段。前处理段主要是清洁钢板表面，去除氧化物；镀前保护段主要是将新鲜的铁基体裸露，并加热钢板；在热浸镀段，钢板浸入镀液，并形成金属镀层（在该工段可以更换镀液成分）；气刀用来刮平和刮除镀层表面的液态类物质，从而自动控制镀层的平整度、均匀性和厚度；镀层在冷却段得到冷却，根据不同的产品需求，之后还可进行表面钝化、有机物涂覆等工序。

研究者们发现向镀液中添加Mg能够提高镀层的耐蚀性。目前已开发多种锌含量高于85 wt.%的锌铝镁合金镀层，并成功实现商业化生产。也有研究者向铝锌合金镀层中添加镁，研究开发Al–Zn–Mg–Si合金镀层。此类产品最早由美国伯利恒钢铁公司在1982年申请了美国专利US4401727，随后日本新日铁公司（US6635359B1）、上海大学（CN101457320A）、澳大利亚蓝野钢铁公司（US20090269611A1）、江苏麟龙新材料股份有限公司（US8974728）也申请了相关专利。

虽然研究者们发现，在铝锌合金中添加Mg形成的Mg₂Si和MgZn₂相确实能提高镀层的耐蚀性。但经过多年尝试，目前尚未有成熟的Al–Zn–Mg–Si合金镀层商用产品。限制其应用推广的原因主要是该合金镀层较难实现连续热浸镀生产。研究发现，镀液中的Mg和Si会形成高熔点低密度的Mg₂Si相，而该相在镀液中易上浮形成浮渣，并造成镀液成分分布不均，导致难以制备高质量的Al–Zn–Mg–Si合金镀层产品。

本发明所要解决的问题是在制备Al–Zn–Mg–Si合金镀层过程中，控制镀液中Mg₂Si相的含量，防止该相偏聚并形成浮渣。同时，通过改变镀后的处理方法，增加炉冷退火工艺，促进Mg₂Si相在镀层表面的析出，提高Al–Zn–Mg–Si合金镀层的耐蚀性。

发明内容

本发明目的是开发一种可以用于连续热浸镀生产的Al–Zn–Mg–Si合金镀层；并针对该镀层合金相的特性，改进了制备工艺，提高合金镀层的耐蚀性。

一种钢材表面连续热浸镀Al–Zn–Mg–Si合金镀层的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a.设计确定合金的成分配方：Al：48~55wt.%、Zn：40~50wt.%、Mg：1~4.0wt.%、Si：1~3 wt.%；