CN103045981A - 一种含稀土和镁的热镀铝锌合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种含稀土和镁的热镀铝锌合金及其制备方法，属于表面热镀技术领域，解决了现有合金热镀板加工成形性差，镀层的耐黑变性差的问题，本发明首先提供了一种含稀土和镁的热镀铝锌合金，包括以下重量百分比含量的组分：铝54-59%，硅1.2-1.8%，稀土0.05-0.15%，镁0.3-0.7%，其余为锌和不可避免的杂质；其中稀土是指铈或镧或铈与镧的混合稀土。本发明还提供了制备上述合金的方法：在Galvalume合金熔体中加入镁，以及镧或铈或铈与镧的混合稀土，得到的熔体浇入铸模中，得到含稀土和镁的热镀铝锌合金。本发明产品提高了热镀层的耐蚀性、加工成形性和耐黑变性，细化了镀层表面锌花。

Description

一种含稀土和镁的热镀铝锌合金及其制备方法

技术领域

本发明属于钢板及钢结构件表面热镀技术领域，涉及一种热镀铝锌合金。

背景技术

热镀铝锌合金，又称Galvalume合金（Al55%-Si1.5%-余量Zn），由美国伯利恒钢铁公司1970年发明，主要用于钢板等热镀层保护，它综合了铝的优异耐蚀性与锌的阴极腐蚀保护性，耐蚀性是热镀锌的2-6倍，由于合金以铝为主，比重轻，在相同的热镀层厚度下，成本比热镀锌要低得多，因而具有较高的性价比。

目前在国内，热镀铝锌合金（Galvalume合金），主要用于电控柜用板等行业，还未在汽车、家电等领域广泛应用，主要原因是该合金热镀板加工成形性、耐蚀性、表面锌花（粗大，不均匀）、表面外观质量（由于镀层夹渣引起的颗粒缺陷等）以及镀层的耐黑变性等方面还不能完全满足要求。

发明内容

为解决现有的合金热镀板加工成形性差，耐蚀性差，表面锌花粗大、不均匀，表面外观质量差，以及镀层的耐黑变性差的问题，本发明提供一种含稀土和镁的热镀铝锌合金，其实施方案如下：

一种含稀土和镁的热镀铝锌合金，包括以下重量百分比含量的组分：

铝54-59%，硅1.2-1.8%，稀土0.05-0.15%，镁0.3-0.7%，其余为锌和不可避免的杂质；

其中稀土是指铈或镧或铈与镧的混合稀土。

作为本发明的优选方案，其中各组分的重量百分比含量为：

铝55.0%，硅1.5%，稀土0.07%，镁0.5%，余量为锌和不可避免的杂质。

作为本发明的优选方案，其中各组分的重量百分比含量为：

铝55.0%，硅1.5%，稀土0.12%，镁0.5%，余量为锌和不可避免的杂质。

本发明还提供了制备上述一种含稀土和镁的热镀铝锌合金的方法，包括以下步骤：

在Galvalume合金熔体中控制加入稀土和镁，得到含稀土和镁的热镀铝锌合金熔体，其中稀土是指铈或镧或铈与镧的混合稀土，稀土的加入量为含稀土和镁的热镀铝锌合金熔体的重量百分比含量的0.05-0.15%，镁的加入量为含稀土和镁的热镀铝锌合金熔体的重量百分比含量的0.3-0.7%，然后将含稀土和镁的热镀铝锌合金熔体浇入铸模中，得到含稀土和镁的热镀铝锌合金。

作为本发明的优选方案，其中各组分的重量百分比含量为：

所述稀土的加入量为含稀土和镁的热镀铝锌合金熔体的重量百分比含量的0.12%或0.07%，镁的加入量为含稀土和镁的热镀铝锌合金熔体的重量百分比含量的0.5%。

本发明提供了一种比热镀铝锌合金性能更优良的热镀合金及熔体。

本发明提出在原有的热镀铝锌合金及熔体中通过加入稀土和镁元素，从而明显提高热镀层的耐蚀性、加工成形性和耐黑变性，细化镀层表面锌花，提高镀层的综合性能。

本发明热镀稀土铝锌合金及熔体的制备方法：以工业纯铝、工业纯锌、工业纯硅、锌镁中间合金、工业纯稀土或铝稀土中间合金为基本原料。按54.0~59.0wt%Al，1.2~1.8wt%Si，0.05~0.15wt%La(或Ce，或La+Ce)，镁0.3-0.7%，余量为Zn的配比在中频炉或工频炉熔化后，浇入铸铁模（或铸钢模）中生产出热镀用合金锭；或按上述成分要求直接在热镀锌锅或预熔锅中配制成熔体后用于热镀。

本发明的热镀稀土镁铝锌合金及熔体是在热镀铝锌合金（又称Galvalume合金，其成分为：54-59wt%Al，1.2-1.8%Si，余量Zn）的基础上添加适量的镁和稀土元素La（或Ce，或La+Ce）。加入的稀土含量在0.05~0.09wt%时，不仅能提高镀层的耐蚀性、加工成形性，提高熔体的流动性，同时可明显细化镀层表面锌花；加入的稀土含量在0.10~0.15wt%时，熔体的流动性更好，对钢材表面的润湿性更好，可明显提高镀层的耐蚀性，加工成形性和表面外观质量；加入0.5wt%Mg时，镀层的耐黑变性明显提高。

本发明的热镀稀土镁铝锌合金及熔体在热镀工艺上没有特别要求，仍采用原Galvalume合金热镀工艺。

具体来说，本发明热镀合金与原Galvalume合金相比，具有以下优点：

优点之一：热镀层的耐蚀性更好。由于在原Galvalume合金中添加了稀土元素La(或Ce，或La+Ce)，净化了熔体，消除了能在镀层合金晶界富集的杂质元素，从而提高了晶界的抗腐蚀能力，同时稀土与铝形成复杂的稀土铝氧化物，形成致密的保护膜覆盖在镀层表面延缓了腐蚀过程。通过对热镀板平板试样中性盐雾试验得知：Galvalume合金热镀层平板在1344小时出现腐蚀红锈，而本发明添加稀土和镁的合金热镀层平板在2484小时才出现腐蚀红锈。由此看出加入稀土后镀层耐蚀性明显提高，使用寿命也明显提高。

优点之二：热镀层的加工成形性更好，由于在原Galvalume合金中添加了稀土元素，稀土有突出的化学活性和很强的亲和力，可提高镀液的流动性，降低镀液的粘度，降低镀液的表面张力，降低形成临界尺寸的晶核所需要的功，从而提高对钢基的浸润性，提高了镀层的附着性和加工成形性；

通过对热镀板试样OT弯曲试验后得知：与图1中的现有技术Galvalume合金镀板试验样0T弯曲后微观形貌相对比，如图2所示的本发明加入稀土和镁的热镀板弯曲处开裂程度明显减轻；

通过对热镀板试样OT弯曲后中性盐雾试验后得知：Galvalume合金镀板OT弯曲后中性盐雾试验672小时弯曲面出现腐蚀红锈，而本发明添加稀土和镁的合金镀板OT弯曲后中性盐雾试验1428小时弯曲面出现腐蚀红锈。

由此看出，加入稀土和镁后镀层加工成形性和镀层附着性明显提高。

优点之三：热镀层表面锌花更细小，更均匀。由于添加了稀土元素，降低形核的临界尺寸，为合金结晶提供了异质晶核，使形核更易、更多；稀土能富集在合金结晶前沿，阻碍晶粒长大，这样就使晶粒的过快长大失去了机会；这两方面的作用使得镀层表面锌花更细，更均匀。

与图3中的现有技术Galvalume合金镀板镀层表面锌花形貌相对比，图4中的本发明加入稀土的热镀板的锌花明显细小均匀，这对镀层的外观质量及综合性能均有较大提升。

优点之四：热镀合金熔体的流动性更好。添加了稀土元素后，熔体的流动性有明显提高，通过标准的“水平直棒试验法”试验，不加稀土的Galvalume合金熔体流动长度为33.4mm；而本发明加入稀土0.12wt%和镁0.5wt%后，熔体流动长度达到51.6mm；由此看出，添加了稀土元素和镁后，熔体的流动性有明显提高，这会明显减少镀层夹渣等缺陷，提高镀层表面质量。

优点之五：热镀层的耐黑变性更好，由于在原Galvalume合金中添加了Mg元素，镀层得耐黑变性明显提高。耐黑变性采用盐雾试验前后色差值ΔL进行评价，ΔL值越小，说明耐黑变性越好。盐雾试验时间为72小时，盐雾试验前后试样色差ΔL值如下：

Galvalume合金镀板：31.86；

加稀土合金镀板：30.63；

加稀土和镁合金镀板：20.11；

由此看出，加入镁后镀层的耐黑变性明显提高。

附图说明

图1为现有技术中的Galvalume合金镀板试验样0T弯曲后微观形貌的示意图；

图2为本发明加入稀土和镁的热镀板试验样0T弯曲后微观形貌的示意图；

图3为现有技术中的Galvalume合金镀板镀层表面锌花形貌的示意图；

图4为本发明加入稀土和镁的热镀板镀层表面锌花形貌的示意图。

具体实施方式

实施例1：

材料组成为：

55.0wt%Al，1.5wt%Si，0.07wt%La+Ce，余量为Zn。按材料成分配料将工业纯铝、工业纯锌、工业纯硅、工业纯稀土Ce或La或La+Ce（或铝稀土中间合金）在中频炉（或工频炉）中熔化，浇入铸模中制成热镀用合金锭，供热镀钢带连续生产线使用或供热镀钢构件生产线使用。采用的热镀工艺与原Galvalume合金的热镀工艺相同。

实施例2：

材料组成为：

55.0wt%Al，1.5wt%Si，0.12wt%La+Ce，余量为Zn。按材料成分配料将工业纯铝、工业纯锌、工业纯硅、工业纯稀土Ce或La或La+Ce（或铝稀土中间合金）在中频炉（或工频炉）中熔化，浇入铸模中制成热镀用合金锭，供热镀钢带连续生产线使用或供热镀钢构件生产线使用。采用的热镀工艺与原Galvalume合金的热镀工艺相同。

实施例3：

材料组成为：

55.0wt%Al，1.5wt%Si，0.07wt%La+Ce，余量为Zn。按材料成分配料将工业纯铝、工业纯锌、工业纯硅、工业纯稀土Ce或La或La+Ce（或铝稀土中间合金）直接在热镀线上的锌锅或预熔锅中熔化后，直接进行热镀生产。

实施例4：

材料组成为：

55.0wt%Al，1.5wt%Si，0.12wt%La+Ce，余量为Zn。按材料成分配料将工业纯铝、工业纯锌、工业纯硅、工业纯稀土Ce或La或La+Ce（或铝稀土中间合金）直接在热镀线上的锌锅或预熔锅中熔化后，直接进行热镀生产。

以上实例的说明只是用于帮助本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，如对原Galvalume合金成范围的改变，稀土成分范围的改变。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种含稀土和镁的热镀铝锌合金，其特征在于，包括以下重量百分比含量的组分：铝54-59%，硅1.2-1.8%，稀土0.05-0.15%，镁0.3-0.7%，其余为锌和不可避免的杂质；其中稀土是指铈或镧或铈与镧的混合稀土。

2.根据权利要求1所述的一种含稀土和镁的热镀铝锌合金，其特征在于，其中各组分的重量百分比含量为：

铝55.0%，硅1.5%，稀土0.07%，镁0.5%，余量为锌和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种含稀土和镁的热镀铝锌合金，其特征在于，其中各组分的重量百分比含量为：

铝55.0%，硅1.5%，稀土0.12%，镁0.5%，余量为锌和不可避免的杂质。

4.制备权利要求1所述的一种含稀土和镁的热镀铝锌合金的方法，其特征在于包括以下步骤：

在Galvalume合金熔体中控制加入稀土和镁，得到含稀土和镁的热镀铝锌合金熔体，其中稀土是指铈或镧或铈与镧的混合稀土，稀土的加入量为含稀土和镁的热镀铝锌合金熔体的重量百分比含量的0.05-0.15%，镁的加入量为含稀土和镁的热镀铝锌合金熔体的重量百分比含量的0.3-0.7%，然后将含稀土和镁的热镀铝锌合金熔体浇入铸模中，得到含稀土和镁的热镀铝锌合金。

5.制备权利要求4所述的一种含稀土和镁的热镀铝锌合金的方法，其特征在于：

所述稀土的加入量为含稀土和镁的热镀铝锌合金熔体的重量百分比含量的0.12%或0.07%，镁的加入量为含稀土和镁的热镀铝锌合金熔体的重量百分比含量的0.5%。

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