CN108396189A - 适合上加热式热浸镀锌用高导热含Ca和Bi锌合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适合上加热式热浸镀锌用高导热含Ca和Bi锌合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ca：0.2‑0.4wt.%,Bi:3.0‑3.5wt.%,Sb:0.5‑0.8wt.%,Ni：0.2‑0.4wt.%，Al:1.5‑2.0wt.%,Ce:0.2‑0.4wt.%,余量为锌。该热浸镀锌用合金用于钢后所得镀锌层具备优异的导热性能。此外,还具有降低锌的非正常消耗,节约成本的作用。

Description

适合上加热式热浸镀锌用高导热含Ca和Bi锌合金

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种锌合金。

背景技术

钢铁在空气、水或土壤中很容易生锈，甚至完全损坏。每年因腐蚀造成的钢铁损失约占整个钢铁产量的1/10，另一方面，为使钢铁制品与零件表面具有某种特殊功能，同时赋予其表面装饰性的外观，所以，一般采用镀锌的方式对其处理。热浸镀锌是一种有效的金属防腐方式，主要用于各行业的金属结构设施上。通常加工件热浸镀锌，是将钢材浸入450℃的熔融锌中，镀层由铁锌金属间化合物以及最外层的锌层构成，合金层紧密而连续。由于使钢构件表面附着锌层，从而起到防腐的目的。自从1836年法国把热镀锌应用于工业以来，已经有一百四十年的历史了。然而，热镀锌工业是近三十年来伴随冷轧带钢的飞速发展而得到了大规模发展。

热浸镀锌具有一系列优点:（1）具有较厚的致密的纯锌层覆盖在钢铁表面上，它可以避免钢铁基体与任何的腐蚀溶液的接触，保护钢基体免受腐蚀。在一般大气中，锌层表面形成一层很薄而密实的氧化锌层表面，它很难溶于水，故对钢基体起着一定保护作用。如果氧化锌与大气中其它成分生成不溶性锌盐后，则防蚀作用更理想。（2）具有铁-锌合金层，结合致密，在海洋性盐雾大气及工业性大气中表现特有抗腐蚀性；（3）由于结合牢固，锌-铁互溶，具有很强的耐磨性；（4）由于锌具有良好的延展性，其合金层与钢基附着牢固，因此热镀件可进行冷冲、轧制、拉丝、弯曲等各种成型而不损坏镀层；（5）钢结构件热镀锌后，相当于一次退火处理，能有效改善钢基体的机械性能，消除钢件成型焊接时的应力，有利于对钢结构件进行车削加工。

随着科学技术生产的发展，热浸镀锌工业所涉及的领域越来越广泛。目前，热浸镀锌的应用已遍及国民经济的各个生产和研究部门。例如，机器制造、电子、精密仪器、化工、轻工、交通运输、兵器、航天、原子能等等，在国民经济中有重大意义。

目前,热镀锌工业中常见的两种热镀锌加热方式:(1)铁锅的外侧加热。这种加热方式锌锅的成本低、制造工艺简单、升温快、维修方便。但是铁锅锌液腐蚀严重，使用寿命极短。(2)陶瓷锌锅的上加热。陶瓷锌锅不与锌液反应，不会生成锌渣，但由于这种材料的导热性差，不能像铁锅那样采用热传导方式外侧加热，因此陶瓷锅的加热方式以上加热为主。

当采用陶瓷坩埚的上加热方式时,锌的非正常消耗尤其严重。在采用上加热时，被加热锌表面在空气中液面温度较高，由于锌液表面和空气直接接触造成锌液表面的挥发和氧化加剧。锌的非正常挥发明显增加了锌耗的非正常值，而且对环境造成了严重的污染。此外,由于覆盖在液锌表面的氧化锌的导热系数低,相当于在上加热过程中引入了一个隔热层,使得热量的从上往下传递更加困难。因而不可避免的导致能耗非正常的增加。热浸镀锌行业为了解决这个问题,必须不停地清除锌液表面产生的氧化锌,并使得新鲜的锌液表面裸露在加热设备下方。而新鲜锌液表面更容易发生氧化,产生更多锌灰，造成了纯锌的大量浪费。据估计,全世界锌产量的40%用于热浸镀锌。由于热浸镀锌加热方式的局限，约40-50%的锌非正常消耗掉。由此造成的浪费是惊人的。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在360-450度大气条件下使用的适合上加热式热浸镀锌用高导热含Ca和Bi锌合金。该合金在此温度区间对钢进行热浸镀锌时，所得镀锌层具有降低锌的非正常消耗,节约成本的作用。可以预计，该类合金的产业化可以获得极大的经济和社会效益，特别是对于桥梁构件和电力塔之类的防腐要求高的镀件意义更加重大。在不久的将来，随着更多工程应用领域拓展，该类新型合金必将在更多的热浸镀锌中得到广泛应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适合上加热式热浸镀锌用高导热含Ca和Bi锌合金。按重量百分比计，合金的组成为：Ca： 0.2-0.4wt.%,Bi:3.0-3.5wt.% ,Sb:0.5-0.8wt.%,Ni：0.2-0.4wt.%，Al:1.5-2.0wt.%, Ce:0.2-0.4wt.%,余量为锌。该锌合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-2.0wt.%左右。

上述适合上加热式热浸镀锌用高导热含Ca和Bi锌合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到500-600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为5-8m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为360-450度，热浸时间为15-20秒。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明专利针对目前陶瓷坩埚热浸镀锌时采用上加热方式造成锌的非正常消耗过大的现状提供了一种材料学的解决方案。该锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能，可以达到在400-800度温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的氧化和挥发。

（2）该合金在热浸镀锌中上加热的环境下可以在表面形成0.01-0.02mm厚的氧化层。该氧化层可以有效地降低加热时的传热障碍,并防止合金的进一步氧化。在长时间的热浸镀锌工业生产中,由于非正常氧化和挥发造成的锌损失维持在2-3%。

（3）一般热浸镀锌的工作温度为450-580度，热浸镀锌时间为30-60秒。采用本专利的镀锌用合金，在360-450度的低温环境下，就可以在15-20秒之内在钢表面热浸镀上厚度为50-80微米的镀层。由于工作温度低，热浸时间短，节能效果明显。便于工人操作，年耗费资金也较少，为热浸镀锌生产中的首选方法。

（4）该合金具备优异的导热性能,传热系数为130-140W/m·K。而传统锌合金的传热系数小于80 W/m·K。此外，该材料比传统锌基合金的密度降低2-3%左右。该合金镀层表面光滑、均匀、美观。

具体实施方式

实施例1

一种在360-450度使用适合上加热式热浸镀锌用高导热含Ca和Bi锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca： 0.2wt.%,Bi:3.0wt.% ,Sb:0.5wt.%,Ni：0.2wt.%，Al:1.5wt.%, Ce:0.2wt.%,余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到500-600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为5-8/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为360-450度，热浸时间为15-20秒。

该合金在热浸镀锌中上加热的环境下可以在表面形成0.01-0.02mm厚的氧化层。该氧化层可以有效地降低加热时的传热障碍,并防止合金的进一步氧化。在长时间的热浸镀锌工业生产中,由于非正常氧化和挥发造成的锌损失维持在2-3%。一般热浸镀锌的工作温度为450-580度，热浸镀锌时间为30-60秒。采用本专利的镀锌用合金，在360-450度的低温环境下，就可以在15-20秒之内在钢表面热浸镀上厚度为50-80微米的镀层。由于工作温度低，热浸时间短，节能效果明显。便于工人操作，年耗费资金也较少，为热浸镀锌生产中的首选方法。该合金具备优异的导热性能,传热系数为132W/m·K。而传统锌合金的传热系数小于80 W/m·K。此外，该材料比传统锌基合金的密度降低2-3%左右。该合金镀层表面光滑、均匀、美观。

实施例2

一种在360-450度使用适合上加热式热浸镀锌用高导热含Ca和Bi锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca： 0.2wt.%,Bi:3.2wt.% ,Sb:0.6wt.%,Ni：0.2wt.%，Al:1.8wt.%, Ce:0.2wt.%,余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到500-600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为5-8m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为360-450度，热浸时间为15-20秒。

该合金在热浸镀锌中上加热的环境下可以在表面形成0.01-0.02mm厚的氧化层。该氧化层可以有效地降低加热时的传热障碍,并防止合金的进一步氧化。在长时间的热浸镀锌工业生产中,由于非正常氧化和挥发造成的锌损失维持在2-3%。一般热浸镀锌的工作温度为450-580度，热浸镀锌时间为30-60秒。采用本专利的镀锌用合金，在360-450度的低温环境下，就可以在15-20秒之内在钢表面热浸镀上厚度为50-80微米的镀层。由于工作温度低，热浸时间短，节能效果明显。便于工人操作，年耗费资金也较少，为热浸镀锌生产中的首选方法。该合金具备优异的导热性能,传热系数为138W/m·K。而传统锌合金的传热系数小于80 W/m·K。此外，该材料比传统锌基合金的密度降低2-3%左右。该合金镀层表面光滑、均匀、美观。

实施例3

一种在360-450度使用适合上加热式热浸镀锌用高导热含Ca和Bi锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca： 0.4wt.%,Bi: 3.5wt.% ,Sb: 0.8wt.%,Ni：0.4wt.%，Al:2.0wt.%, Ce: 0.4wt.%,余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到500-600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为5-8m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为360-450度，热浸时间为15-20秒。

该合金在热浸镀锌中上加热的环境下可以在表面形成0.01-0.02mm厚的氧化层。该氧化层可以有效地降低加热时的传热障碍,并防止合金的进一步氧化。在长时间的热浸镀锌工业生产中,由于非正常氧化和挥发造成的锌损失维持在2-3%。一般热浸镀锌的工作温度为450-580度，热浸镀锌时间为30-60秒。采用本专利的镀锌用合金，在360-450度的低温环境下，就可以在15-20秒之内在钢表面热浸镀上厚度为50-80微米的镀层。由于工作温度低，热浸时间短，节能效果明显。便于工人操作，年耗费资金也较少，为热浸镀锌生产中的首选方法。该合金具备优异的导热性能,传热系数为135W/m·K。而传统锌合金的传热系数小于80 W/m·K。此外，该材料比传统锌基合金的密度降低2-3%左右。该合金镀层表面光滑、均匀、美观。

Claims (3)

1.一种适合上加热式热浸镀锌用高导热含Ca和Bi锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ca： 0.2-0.4wt.%,Bi:3.0-3.5wt.% ,Sb:0.5-0.8wt.%,Ni：0.2-0.4wt.%，Al:1.5-2.0wt.%, Ce:0.2-0.4wt.%,余量为锌。

2.根据权利要求1所述适合上加热式热浸镀锌用高导热含Ca和Bi锌合金，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到500-600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为5-8m/min。

3.根据权利要求1所述适合上加热式热浸镀锌用高导热含Ca和Bi锌合金，其特征在于包含如下加工步骤：该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为360-450度，热浸时间为15-20秒。