[发明专利]热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层及其热浸镀方法

说明书

技术领域

本发明涉及热浸镀技术领域，特指热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层及其热浸镀方法。

背景技术

金属腐蚀是指金属与周围环境中的介质发生化学或电化学反应，使金属遭到破坏，金属腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济总产值的1%-4%；金属腐蚀不仅造成经济上的损失，而且会造成自然资源和能源的浪费；随着工业的不断发展，大气环境也在不断恶化，特别是沿海地区与重工业区，金属腐蚀现象越发严重；传统的热浸镀锌镀层已经难以适应实际需要，所以迫切需要开发新的耐腐蚀性更强的合金镀层。

锌铝合金镀层因为其优良的耐腐蚀性和较好的阴极保护性能，一直受到国内外的关注，目前，主要以Galfan与Galvalume镀层的应用最广；特别是后者，因为其优良的耐大气和海洋腐蚀的能力而备受关注，但是镀液中高的含铝量不仅使得浸镀需要很高的温度，而且加大了锌铝的烧损，同时也增强了铁铝之间的放热反应，使得镀层金属间化合物层的厚度快速增长，并使锌渣的量增加；此外，由于大量铝的加入，使得熔体的密度下降，由此造成大量的锌渣在锌池底部沉积，以致必须隔一段时间就要停产捞渣，不利于生产效率的提高；由于助镀等原因的影响，目前Galvalume镀层主要是通过板材连续镀的方式获得，还没有大量应用于一些零部件的批量镀。

发明内容

本发明的目的在于提高高铝锌铝合金的耐腐蚀性，降低浸镀温度，增加熔体密度，减少渣的形成，使作为锌渣主要成分的FeAl₃变为悬浮渣，并且应用于一些对耐腐蚀性、外观质量要求比较高的零部件的批量镀，图1为热浸镀Zn-Al-Si-Mg合金镀层照片，从图中可以看出镀层表面光滑无漏镀。

为了进一步提高高铝锌铝合金镀层的耐腐蚀能力，降低浸镀温度，增大熔体密度，本发明将铝含量控制在25%~40%，这样使得作为镀锌铝中主要锌渣成分的FeAl₃上升成为悬浮渣，如附图2所示：白色为FeAl₃，其余的为锌铝合金。

本发明合适的浸镀温度为 560℃-580℃，这样可以降低锌铝的烧损以及氧化，还可以降低铁的损耗，减少渣的形成。

为了控制合金层的厚度，而且增大合金熔液的流动性，本发明中加入1.0%-1.5%的硅，当铝含量保持在25%~40%时，镀层凝固组织中的硅会以共晶硅的形式出现，而且根据图3可以发现因为硅的加入，使得镀层在凝固过程中没有粗大的初生硅形成，并会共晶组织形成，所以细化晶粒，而且使得镀层凝固组织中枝晶的排列更加规则，使得镀层的加工性能和耐腐蚀性能都得到提高；根据实验得到的镀层扫描电镜照片（图4）可以发现，当硅含量保持在1.0%-1.5%时，镀层的金属间化合物层中的抑制层τ_5C相能保持180秒左右不发生破裂，这样就能抑制合金层的厚度，还可以抑制合金层的剥落，这些剥落的合金层也是锌渣的一部分，所以将铝硅含量控制在这个范围能使得镀层的机械加工性能得到提高而且还能减少渣的形成，而且硅的加入能使镀层凝固组织的表面形成耐腐蚀性能良好的Al_3.21Si_0.47（图5为热浸镀Zn-Al-Si-Mg镀层腐蚀后XRD结果）。

加入1.0%~1.5%的镁的目的，是因为镁的加入能促使合金镀层在腐蚀时，产生耐腐蚀很好的Zn₅(OH)₈Cl₂.H₂O腐蚀产物（见图5）；而且因为镁的加入，能在镀层凝固组织中形成氧化镁，这些都能有效提高镀层的耐腐蚀性；而且因为合金中铝锌镁的含量远偏离三元共晶点（见图6），所以合金凝固组织中不会有MgZn₂的形成，所以有利于镀层机械加工性能的提高。

因为镁的加入使得熔液的粘稠度增大，所以加入0.3%-0.5%的稀土，用于增加熔液的流动性，细化晶粒，而且稀土能富集在合金凝固组织的晶界（见图7），能有效组织晶界处得腐蚀，所以也能增强其耐腐蚀性能；所述稀土为镧、铈或者镧铈混合稀土。

在熔炼合金时，因为镁的氧化会使得熔池表面产生一层氧化物，从熔池中取出镀件时，会使得氧化物附着在镀件上，影响镀件的外观，为了消除这一现象，合金在熔炼时，用RJ-2熔盐覆盖在熔池表面，所述混合熔盐的组分以质量百分比计算为：MgCl₂：38%~50%，KCl：32%~45%，BaCl₂：5%~10%，CaF₂：3%~8%。