CN106881372B - 一种高铝锌铝伪合金棒材与丝材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铝锌铝伪合金棒材与丝材的制备方法，包括将纯铝棒或者铝合金棒、纯锌棒按照一定顺序放到材质为纯铝或铝合金的包套中，形成复合坯料；加热复合坯料和挤压机的挤压模具后，将复合坯料放入挤压模具中，挤压坯料，制备出复合伪合金棒材；将得到的复合伪合金棒材经过多道次的拉拔减径，制成丝材。本发明通过挤压置于包套中的铝棒和锌棒，使其变形混合并形成伪合金棒材，再对棒材进行拉拔减径得到高铝锌铝伪合金丝材，上述过程中锌铝只发生变形，直径减小，之间并未发生合金化，不会产生共晶组织以及硬脆相，所得到的棒材变形能力好，可以通过拉拔减径制备成伪合金丝材后在防腐蚀涂层的热喷涂制备中形成高铝锌铝涂层。

Description

一种高铝锌铝伪合金棒材与丝材的制备方法

技术领域

本发明属于金属成型技术领域，尤其是涉及一种高铝锌铝伪合金棒材与丝材的制备方法。

背景技术

腐蚀是金属构件破坏的主要形式之一，金属腐蚀问题给建筑、石油、桥梁和船舶等多个行业带来了不可估计的损失，造成严重的后果。由于钢铁的用量大，因而关于钢铁的腐蚀成为腐蚀领域最主要的问题，减少钢铁的腐蚀具有巨大的社会意义和经济意义。目前对钢铁构件常用的防腐方法有阴极保护法、耐候钢、热浸镀、涂层法等。由于涂层法及阴极保护法都有各自的缺点，比如涂层不可避免的存在一定的透气性和渗水性，阴极保护法保护范围小、受环境影响严重、寿命短等。而热喷涂锌或铝涂层则由于同时具有涂层法及阴极保护法的优点具有良好的发展前景。具体应用为采用热喷涂工艺将锌或铝合金丝喷涂到钢铁构件表面形成均匀致密的金属覆盖层，可以到达长期保护各种腐蚀环境的钢铁构件。

目前锌或铝热喷涂所用的材料主要有纯铝、纯锌、Zn5Al合金和Zn15Al合金等。其中纯铝涂层含有相对较高的孔隙率，且对水中存在的Cl-非常敏感，易发生点蚀，并且对机械损伤也比较敏感。纯锌涂层在海洋环境、弱酸性环境以及含SO₂工业大气的环境中耐蚀性较差，腐蚀率较高，使得涂层的消耗很快，影响了涂层的防腐寿命。Zn5Al和Zn15Al的耐腐蚀性能虽然较纯铝纯、锌的耐腐蚀性能要好，但是依然有待提高。据现有研究表明，随着Al含量的提高，涂层表面趋于完整致密，而Al含量较少的合金涂层抗渗性不足，容易穿透，耐腐蚀性能明显低于Al含量较高的合金涂层。

然而，高铝锌铝涂层的制备依然存在一定的问题，目前高铝锌铝涂层的制备方法有热浸镀法、涂料烧结法、粉芯丝材法以及电弧喷涂纯锌丝和纯铝丝法。其中热浸镀和涂料烧结法只能对较小工件处理，由于浸镀池和干燥箱的限制这两种方法无法对大型钢结构进行防护。粉芯丝材的工艺复杂，而且高质量合金粉的成本较高，现在还处于研究阶段。如果用一根Zn丝和一根Al丝进行电弧热喷涂时，通过调节两丝的进给速度或采用不同直径的丝材组合，可以制备出高Al含量的Zn-Al伪合金涂层。但这种涂层的缺陷在于不同的丝材直径或送丝速度组合，导致雾化不均匀，涂层的成分在局部区域变化不定，从而影响了涂层的性能。

此外还有采用高铝锌铝合金丝材对工件表面进行热喷涂的工艺，其所用的高铝锌铝合金丝材均为采用纯铝和纯锌熔炼得到铸锭后挤压拉拔减径后获得，但此熔炼铸造过程中，纯铝和纯锌形成锌铝合金，而对于Al含量超过15％的锌铝合金，继续增加Al的含量会使合金中脆性相的形成，导致得到的铸锭很难进行拉拔减径得到丝材，加工难度和加工成本大大提高，限制了高铝锌铝合金丝材的发展和应用。如何制备出高铝的热喷涂锌铝合金丝材成为解决问题的关键。目前也有采用锌皮包覆铝粉通过拉拔的方法制备Zn-15～30Al的粉芯丝材进行热喷涂的方法，但是粉芯丝材喷涂过程不稳定，影响防腐涂层的性能，而且高质量纳米粉体的制备及丝材使用成本较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高铝锌铝伪合金棒材与丝材的制备方法，本发明不经过熔炼，坯料通过挤压拉拔后成型，不产生脆性相，提高了丝材的变形能力，解决了高铝锌铝合金丝材难以成型的问题。

本发明完整的技术路线包括：

一种高铝锌铝伪合金棒材的制备方法，具体包括如下步骤：

1)复合坯料制备，将纯铝棒或者铝合金棒、纯锌棒按照一定顺序放到包套中，形成复合坯料；

2)复合伪合金棒材制备，加热复合坯料和挤压机的挤压模具后，将复合坯料放入挤压模具中，挤压坯料，制备出复合伪合金棒材。

一种高铝锌铝伪合金丝材的制备方法，具体包括如下步骤：

1)复合坯料制备，将纯铝棒或者铝合金棒、纯锌棒按照一定顺序放到包套中，形成复合坯料；

2)复合伪合金棒材制备，加热复合坯料和挤压机的挤压模具后，将复合坯料放入挤压模具中，挤压坯料，制备出复合伪合金棒材；

3)复合伪合金丝材制备，将步骤2)得到的复合伪合金棒材经过多道次的拉拔减径，制成丝材。

所述的包套为杯状包套，所述的包套材质为纯铝或铝合金。

所述锌棒均匀分布在铝棒之间。

所述步骤2)复合坯料加热温度为280～300℃，所述挤压模具加热温度250℃～280℃。

所述步骤2)中还包括挤压前在挤压模具凹模和挤压筒上刷一层挤压润滑剂。

所述挤压润滑剂采用60％～70％汽车润滑油加30％～40％15000目石墨粉，混合均匀。

所述步骤2)和3)之间还包括切除复合伪合金棒材的头部和尾部，并对剩余部分校直。

所述步骤2)和3)之间还包括将校直后的棒材放入退火炉中，进行退火，退火工艺为200℃～250℃，保温30min～90min，随炉冷却。

所述步骤3)在多道次的拉拔减径过程中还包括中间退火工艺，中间退火工艺为200℃～250℃，保温30min～90min，随炉冷却。

一种用于高铝锌铝伪合金棒材制备的复合坯料，其特征在于，所述的坯料包括包套，以及按照一定顺序放到包套中的纯铝棒或者铝合金棒，和纯锌棒，所述的包套材质为纯铝或铝合金。

本发明相对于现有技术的优点在于：

针对现有技术中高铝锌铝合金丝材在熔炼铸造过程中，纯铝和纯锌形成锌铝合金，使合金中脆性相形成，导致得到的铸锭很难进行拉拔减径得到丝材的技术问题，通过多芯包套挤压，在三向压应力状态下充分发挥了锌的变形能力，缩短了工艺流程，大大减少了拉拔道次，降低了生产成本。该方法还可以根据生产要求调节改进丝材成分，可以制备出Al含量15％～95％的锌铝伪合金丝材。解决了目前锌铝合金Al含量超过15％丝材难以成型，以及低Al含量涂层耐腐蚀性能差的问题。丝材的成型性好：挤压加工和纯铝纯锌的组合坯料，大大提高了其变形能力，使丝材的拉拔减径过程更加容易和顺利，通过调节组合坯料内部锌棒和铝棒的比例以及铝棒的成分可以简单方便的调节丝材的成分组成，采用挤压和冷拉拔的成型过程，没有熔炼、长时间的均匀化退火等长耗时、高耗能的生产过程，提高了生产效率，降低了生产过程的能耗，提高了丝材中Al含量，降低了成本较高的Zn使用，而且高耗能的工艺过程少，降低了丝材的成本。挤压过程棒材内部锌铝只是发生变形，直径减小，锌棒和铝棒以及锌棒和包套之间并未发生合金化，不会产生共晶组织以及硬脆相。棒材的变形能力好，通过拉拔减径制备成伪合金丝材。在防腐蚀涂层的热喷涂制备中形成高铝锌铝涂层，显著促进了高铝锌铝合金丝材的发展和应用。

附图说明

图1为本发明所公开的杯状包套剖面示意图。

图2为本发明所公开的复合坯料截面图。

图3为制备的高铝锌铝伪合金棒材截面组织图。

图4为制备的高铝锌铝伪合金丝材。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

步骤一：

制备杯状1050A铝包套，杯状包套剖面示意图如图1所示，制作过程为，将壁厚为10mm直径为80mm的1050A铝管切割长度为50mm的铝管，切割端面打磨或者车削光滑平整；将厚度10mm的1050A铝板切割出直径为80mm的圆形铝片。使用钨极氩弧焊将两者焊接成图2中所示的杯状包套。

包套还可以采用防腐性能好、变形能力好的其他Al合金，以及添加丝材所述成分的自设计铝合金。包套的尺寸还可以为：直径：78～82mm，厚度：10～30mm，高度50mm～200mm。

步骤二：

将直径10mm的1050A或者其他铝合金棒材校直切割成50mm长小棒。将直径10mm的含99.995％的纯锌棒校直切割成50mm长小棒。

步骤三：

使用超声清洗杯状包套、锌棒以及纯铝棒材。然后取12根Zn棒和14根铝棒按照一定顺序放到杯状包套中，尽量使Zn棒均匀分布在铝棒之间，如图2所示。

优选的方式中，芯部棒材的数量≥2，至少有一根锌棒一根铝棒。锌棒和铝棒最大数根据包套内部直径以及棒材的直径确定。

芯部棒材尺寸：h和包套内部高度一致，为50mm～200mm。

步骤四：

将挤压坯料放入加热炉中加热至280～300℃，保温30min；挤压模具加热至250℃～280℃。

步骤五：挤压模具凹模和挤压筒上刷一层均匀的挤压润滑剂。挤压润滑剂采用60％～70％汽车润滑油+30％～40％15000目石墨粉混合均匀的润滑油，使用挤压压力350～400t挤压机挤压坯料。制备出10mm的复合伪合金棒材，棒材的截面组织图如图3所示，图中白色箭头所指为棒材中的Zn。

步骤五：

将挤出的10mm棒材切除挤压头部20cm～40cm和20cm～40cm的尾部，中间部分校直。

步骤六：

校直后的棒材放入退火炉中，进行退火，退火工艺为200℃～250℃，保温30min～90min，随炉冷却。

步骤七：

退火后的棒材经过多道次的拉拔减径和中间退火工艺，制成直径为3mm的丝材。中间退火工艺为200℃～250℃，保温30min～90min，随炉冷却。

通过以上步骤成功制备了表面光滑的3mm丝材，如图4所示。

在另一种实施方式中，包套制备方法为使用实心圆柱铝棒，在铝棒中心钻孔，或者使用其他工具加工出，杯状内孔，打磨至平整。

锌棒的成为为99.995％的纯锌，铝棒的成分为纯铝或者铝合金。调节丝材Al含量，可以通过调节锌棒和铝棒的比例，需要添加其他元素如Mg、Si、Zr、Ti、Re等可以将这些成分添加到铝棒中制备成铝合金棒材。制备的锌铝防腐合金丝材除了含有锌和Al以外可以含有以上一种或者多种成分。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (2)

1.一种高铝锌铝伪合金棒材的制备方法，具体包括如下步骤：

1)制备杯状包套，将壁厚为10mm直径为80mm的铝或铝合金管切割长度为50mm的管，切割端面打磨或者车削光滑平整；将厚度10mm的铝或铝合金板切割出直径为80mm的圆形片,使用钨极氩弧焊将两者焊接成直径：78～82mm，厚度：10～30mm，高度50mm～200mm的杯状包套；

2)将直径10mm的1050A或者其他铝合金棒材校直切割成50mm长小棒，将直径10mm的含99.995％的纯锌棒校直切割成50mm长小棒，使用超声清洗杯状包套、锌棒以及纯铝棒材，然后取12根锌棒和14根铝棒按照一定顺序放到杯状包套中，尽量使锌棒均匀分布在铝棒之间，形成复合坯料；

3)将挤压坯料放入加热炉中加热至280～300℃，保温30min；挤压模具加热至250℃～280℃；

4)挤压模具凹模和挤压筒上刷一层均匀的挤压润滑剂，挤压润滑剂采用60％～70％汽车润滑油+30％～40％15000目石墨粉混合均匀的润滑油，使用挤压压力350～400t挤压机挤压坯料，制备出10mm的复合伪合金棒材。

2.一种高铝锌铝伪合金丝材的制备方法，具体包括如下步骤：

1)制备杯状包套，将壁厚为10mm直径为80mm的铝或铝合金管切割长度为50mm的管，切割端面打磨或者车削光滑平整；将厚度10mm的铝或铝合金板切割出直径为80mm的圆形片,使用钨极氩弧焊将两者焊接成直径：78～82mm，厚度：10～30mm，高度50mm～200mm的杯状包套；

2)将直径10mm的1050A或者其他铝合金棒材校直切割成50mm长小棒，将直径10mm的含99.995％的纯锌棒校直切割成50mm长小棒，使用超声清洗杯状包套、锌棒以及纯铝棒材，然后取12根Zn棒和14根铝棒按照一定顺序放到杯状包套中，尽量使Zn棒均匀分布在铝棒之间，形成复合坯料；

3)将挤压坯料放入加热炉中加热至280～300℃，保温30min；挤压模具加热至250℃～280℃；

4)挤压模具凹模和挤压筒上刷一层均匀的挤压润滑剂，挤压润滑剂采用60％～70％汽车润滑油+30％～40％15000目石墨粉混合均匀的润滑油，使用挤压压力350～400t挤压机挤压坯料，制备出10mm的复合伪合金棒材；

5)挤出的10mm棒材切除挤压头部20cm～40cm和20cm～40cm的尾部，中间部分校直，校直后的棒材放入退火炉中，进行退火，退火工艺为200℃～250℃，保温30min～90min，随炉冷却，退火后的棒材经过多道次的拉拔减径和中间退火工艺，制成直径为3mm的丝材，中间退火工艺为200℃～250℃，保温30min～90min，随炉冷却。