一種熱浸鍍多用型無銨助鍍劑及其使用方法技術

本發明專利技術提供一種熱浸鍍多用型無銨助鍍劑及其使用方法，適用于熱浸鍍各種鋁含量的鋅鋁合金，并且助鍍效果好、浸鍍時煙塵量少，可以改善生產環境。本發明專利技術的技術方案如下：每升助鍍溶液的配比成分為ZnCl2：240～300g，NaCl：10～24g，CaCl2：5～12g，SnCl2：20～60g，K2ZrF6：16～60g，其余為水。使用該助鍍水溶液前，將工件在60℃～80℃的10%～25%NaOH溶液中堿洗除油，水洗后，在常溫的20~40%HCl溶液酸洗除銹，再水洗后，將工件浸入無銨助鍍劑中助鍍處理，助鍍溶液的溫度控制在40℃~80℃范圍內，最后將助鍍處理后的工件置于90℃～120℃的烘干箱內烘干。該助鍍溶液的特點是：助鍍劑各成分間不發生相互反應；對基體的腐蝕作用小；可清除熔池表面的氧化物，有效保護基體；分解產物不進入鋅浴中；成本低廉。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術提供，適用于熱浸鍍各種鋁含量的鋅鋁合金，并且助鍍效果好、浸鍍時煙塵量少，可以改善生產環境。本專利技術的技術方案如下：每升助鍍溶液的配比成分為ZnCl2：240～300g，NaCl：10～24g，CaCl2：5～12g，SnCl2：20～60g，K2ZrF6：16～60g，其余為水。使用該助鍍水溶液前，將工件在60℃～80℃的10%～25%NaOH溶液中堿洗除油，水洗后，在常溫的20~40%HCl溶液酸洗除銹，再水洗后，將工件浸入無銨助鍍劑中助鍍處理，助鍍溶液的溫度控制在40℃~80℃范圍內，最后將助鍍處理后的工件置于90℃～120℃的烘干箱內烘干。該助鍍溶液的特點是：助鍍劑各成分間不發生相互反應；對基體的腐蝕作用小；可清除熔池表面的氧化物，有效保護基體；分解產物不進入鋅浴中；成本低廉。【專利說明】
本專利技術提供，屬于鋼鐵材料的表面鍍覆工藝
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技術介紹
鋼鐵制件熱浸鍍鋅前除需堿洗除油、酸洗除銹外，還有一道熔劑助鍍處理。目前世界各國均采用該方法進行批量熱鍍鋅。助鍍作為熱浸鍍鋅前處理中的一道重要工序，不僅直接影響鍍層質量，還對鍍層的耐腐蝕性能及鋅耗成本等有較大影響。通常認為助鍍劑的主要作用為:清除酸洗后工件表面殘留的鐵鹽，并將生成的FeO溶解，從而提高表面活性；能夠在鋼基表面形成均勻連續的鹽膜，使基體經脫脂、除銹處理后不被繼續氧化；降低熔融合金表面張力，提高合金熔體對鋼基的浸潤性。助鍍劑自身各成分間不發生相互反應；對基體的腐蝕作用小、與基體不發生反應或反應很弱；清除熔池表面的氧化物，有效保護基體；分解產物不進入鋅浴中；助鍍劑無毒性，不污染環境。助鍍劑的選擇主要以氯化物和氟化物為主。氯化物的添加可選擇KC1、NaCl、CaCl2、AlCl3、SnCl2與BaCl2等，但不論是氯化物或氟化物的添加量都需考慮其在水中的溶解度。其中氟化物主要為堿金屬氟化物(如KF，NaF等)。常用的助鍍液為氯化鋅與氯化銨的混合溶液，但浸鍍時煙塵多，污染環境。當鋅浴中鋁含量較高(鋁含量不低于35%)時，由于熔融鋁的表面張力較大，傳統的鋅銨助鍍劑中的氯化銨受熱揮發產生的氣泡短時間難以脫離工件表面致使鍍層表面質量下降，產生氣泡、鋅瘤、漏鍍等缺陷。 除了上述幾種較典型的氯化物和氟化物外，還可以向助鍍劑中加入一些有機物，如乙醇可以促進助鍍劑迅速揮發，改善鍍層質量。也有人提出一種植酸鹽助鍍劑，但由于成本及環保等綜合因素，并未得以應用。本工作在前人研究成果的基礎上通過一系列正交試驗，綜合各常用助鍍劑成分的作用，優勢互補，進行了深入探討并獲得了一種成本低廉、浸鍍時煙塵量少的新型無銨助鍍工藝。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有的助鍍工藝的不足，提供一種新型的無銨助鍍劑及使用方法。使用該助鍍方法在工件表面形成均勻致密的鹽膜；增強鹽膜的穩定性；防止工件二次氧化；提高鍍層的表面質量；減少煙塵量，改善鍍鋅生產環境。本專利技術采用無機助鍍劑作為助鍍溶液的主要成分，利用各氟化物和氯化物的作用機理，研制出以氯化鋅為主的助鍍劑配方為=ZnCl2 240~300g/L，NaCl 10~24g/L，CaCl25 ~12g/L, SnCl2 20 ~60g/L, K2ZrF616 ~60g/L，其余為水。該無銨助鍍劑中各成分的作用機理如下: (O氯化鋅ZnCl2溶于水生成配合酸-羥基二氯合酸鋅而具有顯著酸性，能溶解金屬氧化物，它還具有熔點低、沸點高、易溶于水等特點，因此可作為助鍍劑的主要成分。通過試驗驗證ZnCl2的濃度在240~300g/L為宜。(2)氯化鈉 NaCl的加入可以使鹽膜容易干透，同時減少煙塵的產生，從而減小對環境的危害。但加入的量過多，會產生點狀結瘤、漏鍍等缺陷。因此NaCl的濃度控制在10~24g/L較適宜。(3)氯化鈣 CaCl2可以降低熔池與基體結合面的張力，增強熔池對鋼基的浸潤能力，增強基體與熔池反應的活性。CaCl2的加入量為5~12g/L。(4)氯化亞錫 加入適當的SnCl2的目的是使其與鋼基表面的鐵發生置換反應，在鋼基表面析出一層連續的Sn膜，避免因Al的加入延遲Fe-Zn反應而造成漏鍍問題。但SnCl2在水中的溶解度很低，因此添加量不宜過多。SnCl2的合適添加量為20~60g/L。(5)氟鋯酸鉀 K2ZrF6可以溶解鋁鋅熔池表面的Al2O3;它受熱分解產生的低熔點分解產物可以剝離工件表面的氧化膜，增強基體與熔池間的浸潤性，促進界面反應。經實驗確定K2ZrF6的最佳濃度為16~60g/L。本專利技術的熱浸鍍多用型無銨助鍍劑的使用方法為:使用前先將工作放于10%~25%的60°C~80°C NaOH溶液中進行堿洗除油，然后水洗后將工件置于常溫下20~40%的HCl溶液進行酸洗除銹，再經水洗后將工件浸入無銨助鍍劑中助鍍處理，助鍍溶液溫度控制在400C~80°C范圍內，最后將助鍍處理后的工件置于90°C~120°C溫度環境下干燥或烘干。【專利附圖】【附圖說明】圖1 (a) (b)分別為經實施例1無銨助鍍工藝后，在610°C浸鍍60s獲得的Galvalume鍍層表面形貌及截面組織；從圖中可以看出鍍層表面平整，鍍層均勻，無漏鍍等缺陷。從顯微組織中可以看出，基體界面上形成了連續致密的金屬間化合物層，在鍍層外側以細小的鋁鋅共晶組織為主，無組織缺陷。而(C)為鋅胺助鍍工藝處理后的鍍層表面形貌，面積不平滑，有針孔狀漏鍍；(d)為不在本專利技術助鍍劑濃度范圍內的無銨助鍍工藝處理后的鍍層表面形貌，表面有少量鋅瘤及針孔狀漏鍍。圖2為經實施例2無銨助鍍工藝后，在610°C浸鍍60s獲得的Galvalume鍍層表面形貌及截面組織；從圖中可以看出鍍層表面平整，鍍層均勻，無漏鍍等缺陷。從顯微組織中可以看出，基體界面上形成了連續致密的金屬間化合物層，在鍍層外側以細小的鋁鋅共晶組織為主，無組織缺陷。經過該濃度的助鍍溶液處理后的鍍層組織與實施例1相比，幾乎沒有變化。圖3 (c) Cd)分別為經實施例3中無銨助鍍工藝處理后熱浸鍍獲得的純鋅鍍層表面形貌及截面組織。對比(a) (b)中鋅銨助鍍工藝處理后的純鋅鍍層表面形貌及截面組織可見，兩者組織形貌相似，純鋅鍍層主要由三層化合物層組成，由內向外依次為δ相、ζ相、Π相，無組織缺陷。從圖(C)中可以看出，經無銨助鍍劑處理后的鍍層表面質量仍較高，表面光亮，鍍層均勻，無鋅瘤漏鍍缺陷。【具體實施方式】以下結合實例對本專利技術做進一步詳述 實施例1:取氯化鋅300g，氯化鈉24g，氯化鈣12g，氯化亞錫60g，氟鋯酸鉀60g，加入IL水配制成助鍍溶液，將該溶液加熱至70°C，加熱過程中充分攪拌均勻。將經過堿洗除油、酸洗除銹并沖洗過的尺寸為50 X 50 X 2mm的Q235鋼片浸入助鍍溶液中保持4min，再將Q235鋼片從助鍍溶液中提出，在溫度為120°C的烘干箱中烘干4min，然后將浸入Galvalume熔池中進行熱浸鍍，浸入時未發生爆鋅，熔池表面有少量煙塵產生，熔池表面有上浮的黑色氧化物；浸鍍完成后將Q235鋼片從熔池中緩慢提出后迅速水冷，發現鋼材表面鍍層平整且均勻、無起殼、鋅瘤和漏鍍等缺陷。實施例2:取氯化鋅240g，氯化鈉10g，氯化鈣5g，氯化亞錫20g，氟鋯酸鉀16g，加入IL水配制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熱浸鍍多用型無銨助鍍劑，助鍍溶液各成分配比如下：ZnCl2?240～300g/L，NaCl?10～24g/L，CaCl2?5～12g/L，SnCl2?20～60g/L，K2ZrF616～60g/L，其余為水。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李智，王韜，尹付成，王鑫銘，劉永雄，趙滿秀，
申請(專利權)人：湘潭大學，
類型：發明
國別省市：