新型锌镁基热浸镀锌耐腐蚀Mg-Ge-Sb锌合金
阅读：981发布：2024-02-22
专利汇可以提供新型锌镁基热浸镀锌耐腐蚀Mg-Ge-Sb锌合金专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了新型锌镁基热浸 镀 锌 耐 腐蚀 Mg-Ge-Sb锌 合金 及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Mg:4.0-6.0wt.%,Y:0.3-0.5wt.%,Ge:0.5-0.8wt.%,Co:1.5-2.0wt.%,Sb:0.5-0.8wt.%,Mn:0.5-1.2wt.%，余量为锌。该材料可以在320-340度用于 钢 板的 热浸镀锌 ，并取得优异的耐腐蚀能 力 。对于提升我国的产业化 进程 和调整 冶金 工业结构，必将具有重要意义。，下面是新型锌镁基热浸镀锌耐腐蚀Mg-Ge-Sb锌合金专利的具体信息内容。
1.一种新型锌镁基热浸镀锌耐腐蚀Mg-Ge-Sb锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Mg:4.0-6.0wt.%,Y:0.3-0.5wt.%,Ge:0.5-0.8wt.%,Co:1.5-2.0wt.%,Sb:0.5-0.8wt.%,Mn:0.5-1.2wt.%，余量为锌。
2.根据权利要求1所述新型锌镁基热浸镀锌耐腐蚀Mg-Ge-Sb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所述新型锌镁基热浸镀锌耐腐蚀Mg-Ge-Sb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钢板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。
新型锌镁基热浸镀锌耐腐蚀Mg-Ge-Sb锌合金
技术领域
[0001] 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
[0002] 金属材料的腐蚀给国民经济带来的损失十分惊人。据统计，世界上每年因腐蚀而失效的金属制品的重量约相当于金属年产量的三分之一。在工业发达的英美两国，因腐蚀造成的经济损失约占国民经济总产值的4%。我国由于钢材的防护措施实施不利，腐蚀造成的损失所占比例更大。实施热镀锌工艺是目前世界上钢铁防腐蚀方法中最基本、最广泛的方法之一。通过热镀锌工艺在钢铁制品表面生成一层镀锌层，利用十分致密而又耐腐蚀的锌层，有效地将易腐蚀的钢基体与外界电解质隔离开，使工件免受外界电解质的腐蚀。
[0003] 由于锌的标准电极电位负于铁，因此在水和潮湿的空气中镀锌层具有牺牲阳极保护钢基的作用，从而可以大大的延长钢材的使用寿命。在工业上常用的镀锌层有热浸镀锌、电镀锌、机械镀锌和热喷涂（镀）锌等，其中热镀锌约占镀锌总量的95%，热镀锌用锌量在世界范围内占锌产量的40%，在中国约占锌产量的30%左右。
[0004] 热浸镀锌是延缓钢铁材料环境腐蚀的最有效手段之一，它是将表面经清洗、活化后的钢铁制品浸于熔融的锌液中，通过铁锌之间的反应和扩散，在钢铁制品表面镀覆附着性良好的锌合金镀层。一般而言，热浸镀锌的工艺可以表述为：浸锌件检查-除油-酸性除锈-浸溶剂-烘干-浸锌-冷水爆光-钝化-清洗-整修-检验-打包-入库。与其它金属防护方法相比，热浸镀锌工艺在镀层的物理屏障与电化学保护相结合的保护特性上，镀层与基体的结合强度上、镀层的致密性、耐久性、免维护性和经济性及其对制品形状与尺寸的适应性上，具有无可比拟的优势。
[0005] 目前热浸镀锌产品主要有钢板、钢带、钢丝、钢管等，其中热浸镀锌钢板所占比例最大。长期以来，热浸镀锌工艺因其低廉的施镀成本，优良的保护特性和漂亮的外观而备受人们的青睐，广泛应用于汽车、建筑、家电、化工、机械、石油、冶金、轻工、交通、电力、航空和海洋工程等领域。
[0006] 二十一世纪，钢铁产品仍将是人类社会最主要的不可替代的结构材料和产量最大、覆盖面最广的功能材料。世界冶金工业结构调整步伐加快，生产的重心将由发达国家向发展中国家转移。目前我国正处于工业化进程中，国民经济各部门的持续、快速发展和产业升级对热浸镀锌钢铁产品的品种、质量提出了更高的要求。加快了我国冶金工业的结构调整，将具有重要意义。
[0007] 寻求更好的材料设计方法成为解决热浸镀锌钢板应用研究和产业化中的关键问题之一。此外，通过先进的材料学设计也是解决热浸镀锌用合金在热浸镀锌生产过程中重大问题的解决方向之一。合金化设计方法是在热浸镀锌合金中选择和添加合适的合金元素来影响该合金在热浸镀锌和随后的使用过程。因而，如何在锌合金中平衡各种元素的类型和含量，是当前热浸镀锌用合金领域亟待解决的问题。该类合金产业化可以获得极大的经济和社会效益。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。
发明内容
[0008] 本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在320-340度大气条件下使用的新型锌镁基热浸镀锌耐腐蚀Mg-Ge-Sb锌合金。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种新型锌镁基热浸镀锌耐腐蚀Mg-Ge-Sb锌合金。按重量百分比计，合金的组成为：
Mg:4.0-6.0wt.%,Y:0.3-0.5wt.%,Ge:0.5-0.8wt.%,Co:1.5-2.0wt.%,Sb:0.5-0.8wt.%,Mn:
0.5-1.2wt.%，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。
Mg:4.0-6.0wt.%,Y:0.3-0.5wt.%,Ge:0.5-0.8wt.%,Co:1.5-2.0wt.%,Sb:0.5-0.8wt.%,Mn:
0.5-1.2wt.%，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。
[0010] 上述新型锌镁基热浸镀锌耐腐蚀Mg-Ge-Sb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氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。
[0011] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：（1）热镀锌覆盖能力好，镀层致密，无有机物夹杂，且在腐蚀一旦开始，还具有一定的自愈能力，这是镀锌层的自修复对基体重新起到保护作用。但是随着大气环境、沿海盐雾及化工酸雨区腐蚀环境状况日益加剧，环境中腐蚀元素浓度逐渐增大，锌层自修复速率低于热镀锌层的腐蚀破坏速率，锌层出现腐蚀破坏状况。在环境条件比较苛刻的区域，这种破坏作用还相当严重，某些地区甚至5-10年热镀锌产品就必须更换或维护。本专利对目前热浸镀锌产品耐腐蚀性能亟待提高的现状提供了一种材料学的解决方案。
[0012] （2）该新型锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能。在热浸镀锌工业生产时，该合金在暴露于大气中时，合金表面会生成一层氧化物和氮化物膜。这些膜结构致密，铺展性强，可以提供优良的保护，防止锌合金熔体的进一步氧化和蒸发。整体而言,采用本专利的合金,锌由于氧化和挥发的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右,而一般热浸镀锌的锌非正常消耗量可以达到40wt.% 。
[0013] （3）该材料用于薄板的热浸镀锌的温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。相比较而言，传统的热浸镀锌温度为360-450度，热浸时间为30-60秒。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。在海洋环境下，该材料的腐蚀速度-5为1.4×10 mm/年。因而在海洋气候下，该材料可以安全使用30年以上而没有明显的腐蚀现象发生。相比而言，普通热浸镀锌用合金的镀锌层在环境中腐蚀元素浓度逐渐增大海洋环境下一般工作寿命为5-8年左右。
[0014] （4）热镀锌涂层结合力采用涂层附着力划痕试验机进行测试，压头水平滑动速度4 mm /min垂直方向载荷加载速度为100 N/min。该材料制备的热浸镀锌层载荷达到92 N时镀层完全被划破，而传统热镀锌层载荷达到70N时镀层被划破。可见，该新型热浸镀锌用合金同钢材基体的涂层结合状况明显改善，在受到外加载荷时能够减缓裂纹扩展速率，从而提高界面的结合力。此外，该新型镀层内部组织比较致密，保证了镀层各个区域性能的连续性。无漏镀、锌瘤锌刺等缺陷。
[0015] （5）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。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。
具体实施方式
[0016] 实施例1一种在320-340度使用新型锌镁基热浸镀锌耐腐蚀Mg-Ge-Sb锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Mg:4.0wt.%,Y:0.3wt.%,Ge:0.5wt.%,Co:1.5wt.%,Sb:0.5wt.%,Mn:
0.8wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。
0.8wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。
[0017] 本专利对目前热浸镀锌产品耐腐蚀性能亟待提高的现状提供了一种材料学的解决方案。该新型锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能。在热浸镀锌工业生产时，该合金在暴露于大气中时，合金表面会生成一层氧化物和氮化物膜。这些膜结构致密，铺展性强，可以提供优良的保护，防止锌合金熔体的进一步氧化和蒸发。整体而言,采用本专利的合金,锌由于氧化和挥发的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右,而一般热浸镀锌的锌非正常消耗量可以达到40wt.% 。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。
[0018] 在海洋环境下，该材料的腐蚀速度为1.4×10-5mm/年。因而在海洋气候下，该材料可以安全使用30年以上而没有明显的腐蚀现象发生。相比而言，普通热浸镀锌用合金的镀锌层在环境中腐蚀元素浓度逐渐增大海洋环境下一般工作寿命为5-8年左右。该新型热浸镀锌用合金同钢材基体的涂层结合状况明显改善，在受到外加载荷时能够减缓裂纹扩展速率，从而提高界面的结合力。此外，该新型镀层内部组织比较致密，保证了镀层各个区域性能的连续性。无漏镀、锌瘤锌刺等缺陷。
[0019] 实施例2一种在320-340度使用新型锌镁基热浸镀锌耐腐蚀Mg-Ge-Sb锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Mg:6.0wt.%,Y:0.5wt.%,Ge:0.8wt.%,Co:2.0wt.%,Sb:0.8wt.%,Mn:
1.2wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。
1.2wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。
[0020] 本专利对目前热浸镀锌产品耐腐蚀性能亟待提高的现状提供了一种材料学的解决方案。该新型锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能。在热浸镀锌工业生产时，该合金在暴露于大气中时，合金表面会生成一层氧化物和氮化物膜。这些膜结构致密，铺展性强，可以提供优良的保护，防止锌合金熔体的进一步氧化和蒸发。整体而言,采用本专利的合金,锌由于氧化和挥发的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右,而一般热浸镀锌的锌非正常消耗量可以达到40wt.% 。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。
[0021] 在海洋环境下，该材料的腐蚀速度为1.4×10-5mm/年。因而在海洋气候下，该材料可以安全使用30年以上而没有明显的腐蚀现象发生。相比而言，普通热浸镀锌用合金的镀锌层在环境中腐蚀元素浓度逐渐增大海洋环境下一般工作寿命为5-8年左右。该新型热浸镀锌用合金同钢材基体的涂层结合状况明显改善，在受到外加载荷时能够减缓裂纹扩展速率，从而提高界面的结合力。此外，该新型镀层内部组织比较致密，保证了镀层各个区域性能的连续性。无漏镀、锌瘤锌刺等缺陷。
[0022] 实施例3一种在320-340度使用新型锌镁基热浸镀锌耐腐蚀Mg-Ge-Sb锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Mg:4.5wt.%,Y:0.4wt.%,Ge:0.6wt.%,Co:1.8wt.%,Sb:0.6wt.%,Mn:
0.8wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。
0.8wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。
[0023] 本专利对目前热浸镀锌产品耐腐蚀性能亟待提高的现状提供了一种材料学的解决方案。该新型锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能。在热浸镀锌工业生产时，该合金在暴露于大气中时，合金表面会生成一层氧化物和氮化物膜。这些膜结构致密，铺展性强，可以提供优良的保护，防止锌合金熔体的进一步氧化和蒸发。整体而言,采用本专利的合金,锌由于氧化和挥发的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右,而一般热浸镀锌的锌非正常消耗量可以达到40wt.% 。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。
[0024] 在海洋环境下，该材料的腐蚀速度为1.4×10-5mm/年。因而在海洋气候下，该材料可以安全使用30年以上而没有明显的腐蚀现象发生。相比而言，普通热浸镀锌用合金的镀锌层在环境中腐蚀元素浓度逐渐增大海洋环境下一般工作寿命为5-8年左右。该新型热浸镀锌用合金同钢材基体的涂层结合状况明显改善，在受到外加载荷时能够减缓裂纹扩展速率，从而提高界面的结合力。此外，该新型镀层内部组织比较致密，保证了镀层各个区域性能的连续性。无漏镀、锌瘤锌刺等缺陷。
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