專利名稱：一種熱噴涂鋅鋁合金線材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱噴涂合金線材，具體地說是一種熱噴涂鋅鋁合金線材成分及其制備方法。
背景技術(shù)：
采用熱噴涂工藝將鋅、鋁或其合金絲噴涂到鋼鐵構(gòu)件表面形成金屬覆蓋層，可以長期保護各種腐蝕環(huán)境的鋼鐵設(shè)施。熱噴涂鋅和熱噴涂鋁涂層分別具有自己的優(yōu)點，熱噴涂鋅涂層對鋼鐵具有良好的陰極保護作用，熱噴涂鋁涂層則有優(yōu)越的抗腐蝕、抗沖擊性能。如果將其結(jié)合，在鋼材上噴涂鋅鋁合金，既可以提供良好的陰極保護性能，又具有耐腐蝕的性能，延長了鋼材的壽命。所以鋅-鋁合金線材被人們所信賴，但目前常用的鋅-15％鋁合金線材也有自身的弱點，那就是容易產(chǎn)生晶間腐蝕。而在鋅鋁合金中加入稀土、鈦、鎂等合金化元素，可使鋅鋁合金晶粒細化，塑性和耐蝕性得到提高，應(yīng)該是一種避免晶間腐蝕發(fā)生的好方法，但目前并沒見成功實例之報道。
金屬材料的水平連鑄技術(shù)是一種用于生產(chǎn)難變形的高合金線材的高新技術(shù)。但在熱噴涂領(lǐng)域生產(chǎn)鋅鋁合金線材尚無相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐腐蝕性能優(yōu)良的熱噴涂鋅鋁合金線材，使基體鋼材能得到充分的保護，延長其使用壽命；同時本發(fā)明的目的還在于開發(fā)基于熱噴涂鋅鋁合金線材的水平連鑄方法，利用該方法可用于直接成形鋅鋁合金線材。
本發(fā)明的特征在于按重量百分比計，熱噴涂鋅鋁合金線材組份的組成為Al10％～20％；0.006％≤M≤1.5％；總量小于、等于1％的雜質(zhì)(Fe、Si等)；余量為Zn；其中M為RE(RE是指含鈰質(zhì)量分數(shù)≥45％的混合稀土金屬，其中稀土金屬總質(zhì)量分數(shù)≥98％)、Mg、Ti或B中的一種、兩種、三種或四種的組合；具體如下1)若為其中的一種成分，則分別為RE為總量的0.015％～0.5％，或Mg為總量的0.03％～0.5％，或Ti為總量的0.03％～0.5％，或B為總量的0.006％～0.1％；2)若為其中的兩種成分，則分別為占總量0.06％～0.5％的RE和占總量0.03％～0.5％的Mg(或Ti)，其中成份RE，Mg或Ti應(yīng)滿足RE∶Mg(或Ti)＝1∶(0.5～8)；或為占總量0.03％～0.5％的Mg和占總量0.03％～0.5％的Ti，其中成份Ti和Mg應(yīng)滿足Ti∶Mg＝1∶(0.5～2)；或為占總量0.03％～0.5％的Ti和占總量0.003％～0.05％的B，其中成份Ti和B應(yīng)滿足Ti∶B＝(3～10)∶1；3)若為三種成分，則分別為占總量0.015％～0.5％的RE和占總量0.03％～0.5％的Ti，以及占總量0.03％～0.5％的Mg(或占總量0.003％～0.05％的B)，其中RE，Ti，Mg或B應(yīng)滿足RE∶Ti∶Mg＝1∶(0.5～2.5)∶(0.5～2.5)，或RE∶Ti∶B＝(5～25)∶(5～10)∶1；或為占總量0.03％～0.5％的Mg，占總量0.03％～0.5％的Ti，以及占總量0.003％～0.05％的B，其中Mg，Ti和B應(yīng)滿足Mg∶Ti∶B＝(5～20)∶(5～10)∶1；4)若為四種成分，則分別為占總量0.01 5％～0.5％的RE，占總量0.03％～0.45％的Mg，占總量0.03％～0.5％的Ti，以及占總量0.003％～0.05％的B，應(yīng)滿足RE∶Mg∶Ti∶B＝(5～50)∶(2.5～10)∶(5～10)∶1。
其具體的制備方法為1)先將所需質(zhì)量的鋅錠、鋁錠加入合金熔煉爐中加熱熔化，當熔煉溫度高于、等于923K后進行精煉，然后加入所需質(zhì)量的中間合金，在充分攪拌至熔清、靜置0.5～2hr、扒渣后轉(zhuǎn)移至保溫結(jié)晶爐準備進行水平連續(xù)鑄造；2)調(diào)整保溫結(jié)晶爐爐溫，保證爐內(nèi)的合金液溫度穩(wěn)定在熔點60～220K，以避免過熱而影響固殼的形成和線坯芯部熱量返回表面而造成表面缺陷；爐內(nèi)的合金液面高度保持在高于結(jié)晶器上出料孔3～20mm的范圍內(nèi)，維持多線路連續(xù)生產(chǎn)的需要及均衡的液壓，推動從出料孔中結(jié)晶出來的線材向外延伸；合金液通過水冷系統(tǒng)的冷卻逐漸被凝固，形成鑄絲，并按一定的線速度被牽引裝置引入導(dǎo)線槽，拉出的線材毛坯，經(jīng)導(dǎo)線槽進入卷取裝置卷繞成圈；結(jié)晶器可采用石棉水泥板模子或銅質(zhì)結(jié)晶器，拉鑄合金線坯的牽引速度通?？刂圃?.010～0.020m/s；石棉水泥板模子的冷卻溫度在288～328K之間，冷卻水位置距?？?～50毫米，水壓以不沖破剛出模孔的線坯表皮為度，并保持水壓穩(wěn)定；用銅質(zhì)結(jié)晶器生產(chǎn)合金線毛料時，水壓應(yīng)保持在0.12～0.15×105Pa；另外，結(jié)晶器中還需通入冷卻水，當拉鑄速度為0.010～0.015m/s時，出水溫度應(yīng)保持在313～318K之間，當拉鑄速度為0.015～0.020m/s時，應(yīng)在308～313K之間；3)水平連鑄獲得的鋅鋁合金毛坯粗線，在473～573K下進行1.5～3.0hr的均勻化退火處理，再并經(jīng)3～8次拉拔、減徑成鋅鋁合金絲產(chǎn)品，并盤繞成圈。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.本發(fā)明解決了鋅鋁合金難于成型、成品率低、線材長度短、施工不便的問題，并且設(shè)備簡單，操作方便，而且可同時鑄出很多根毛料，因此適用于中、小型工廠的大批量生產(chǎn)。
2.本發(fā)明水平連鑄的鋅鋁合金鑄絲表面質(zhì)量好，光亮、無劃傷刻痕，同時，由于冷卻強度大，提高了鑄絲的精度，減小了橢圓度，增加了鑄絲的致密性，獲得了近終成型的線坯毛料，可經(jīng)簡單的熱處理和拔絲減徑等二次冷加工，獲得滿足熱噴涂施工所需要的成品線材。
3.本發(fā)明制備的鋅鋁合金線材具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和機械性能，可作為適應(yīng)于現(xiàn)場施工的新型熱噴涂材料，使在工業(yè)大氣區(qū)、海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)和全浸區(qū)等腐蝕環(huán)境下使用的大型鋼結(jié)構(gòu)能得到充分的保護，延長其使用壽命。


圖1為本發(fā)明鋅鋁合金線材毛坯水平連鑄設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例詳述本發(fā)明。
實施例1線材主要元素重量百分比見表1。
表1實施例1線材成份舉例(wt％)

制備本發(fā)明所采用的水平連鑄設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。其中1為保溫結(jié)晶爐；2為結(jié)晶器；3為壓輥；4為拉輥；5為卷取裝置；6為冷卻水管；7為導(dǎo)線槽；8為鑄造線毛料。
1)將熔煉爐的坩堝預(yù)熱至暗紅色，加入質(zhì)量分數(shù)為90％的鋅錠，再加入鋁錠，加熱熔化待熔液溫度達923K以上時，用質(zhì)量分數(shù)0.1～0.3％的精煉劑(本實施例采用0.2％的氯化鋅)進行精煉，加入其余鋅錠，并用石墨鐘罩將粒度10～20mm、經(jīng)預(yù)熱的鋁鎂、鋁鈦硼中間合金(為防止氧化，中間合金用鋁箔包裹)壓入，不斷攪拌，直至熔清。靜置0.5hr、扒渣后轉(zhuǎn)移至保溫結(jié)晶爐，調(diào)整溫度后進行水平連鑄。
2)調(diào)整保溫結(jié)晶爐爐溫，保證爐內(nèi)的合金液溫度穩(wěn)定在高于熔點180K，以避免過熱而影響固殼的形成和線坯芯部熱量返回表面而造成表面缺陷；爐內(nèi)的合金液面高度保持在高于結(jié)晶器上出料孔3～20mm的范圍內(nèi)，維持多線路連續(xù)生產(chǎn)的需要及均衡的液壓，推動從出料孔中結(jié)晶出來的線材向外延伸。結(jié)晶器2與壓輥3、導(dǎo)線槽7、拉輥4和卷取裝置5構(gòu)成的牽引裝置配置成一水平直線，合金液通過水冷系統(tǒng)的冷卻逐漸被凝固，形成鑄絲，并按一定的線速度被牽引裝置引入導(dǎo)線槽7。當合金液冷凝結(jié)晶速度與牽引速度平衡時，鋅鋁合金線材就被連續(xù)的從水平方向拉鑄出來。拉出的線材毛坯，經(jīng)導(dǎo)線槽進入卷取裝置5卷繞成圈。結(jié)晶器采用石棉水泥板模子，本實施例拉鑄合金線坯的牽引速度控制在0.010m/s。石棉水泥板模子的冷卻溫度為298K，冷卻水位置距?？?0毫米，水壓以不沖破剛出?？椎木€坯表皮為度，并保持水壓穩(wěn)定。鋅鋁合金經(jīng)水平連鑄獲得φ4.2～4.5mm的毛坯粗線。
3)水平連鑄獲得的鋅鋁合金毛坯粗線，在473K進行均勻化退火，保溫2hr后空冷。均勻化退火后的毛坯經(jīng)4個道次的拉拔、減徑得到φ3.00-0.10+0.00mm的鋅鋁合金絲，并盤繞成圈，單根合金絲長度≥15m，產(chǎn)品捆重25.0±1.0kg。
本發(fā)明所涉及的鋅鋁合金中的鋅含量相對較高，其可塑性和變形性都較困難，這無疑增加了常規(guī)鍛、軋工藝的生產(chǎn)成本，然而本發(fā)明采用了水平連鑄這一用于生產(chǎn)難變形的高合金線材的高新技術(shù)使這種情況大為改觀。
實施例2與實施例1不同之處在于線材成份為Al，20％；RE，0.5％；雜質(zhì)，低于1％；余量Zn。采用銅質(zhì)結(jié)晶器鑄造合金線毛料，爐內(nèi)的合金液溫度穩(wěn)定在高于熔點60K，拉鑄速度為0.015m/s，冷卻水壓為0.15×105Pa，出水溫度為308K。毛坯粗線在513K下進行3.0hr的均勻化退火處理，再并經(jīng)8次拉拔、減徑成φ2.00+0.00-0.10mm的鋅鋁合金絲產(chǎn)品，并盤繞成圈。
實施例3與實施例1不同之處在于線材成份為Al，10％；RE，0.06％；Mg，0.03％；雜質(zhì)，低于1％；余量Zn。采用銅質(zhì)結(jié)晶器鑄造合金線毛料，爐內(nèi)的合金液溫度穩(wěn)定在高于熔點80K，拉鑄速度為0.015m/s，冷卻水壓為0.12×105Pa，出水溫度為308K。毛坯粗線在493K下進行3.0hr的均勻化退火處理。
實施例4與實施例1不同之處在于線材成份為Al，15％；RE，0.06％；Mg，0.03％；Ti，0.03％；B，0.003％；雜質(zhì)，低于1％；余量Zn。拉鑄速度為0.015m/s，冷卻水壓為0.15×105Pa，出水溫度為318K。毛坯粗線在513K下進行2.0hr的均勻化退火處理。
權(quán)利要求
1.一種熱噴涂鋅鋁合金線材，其特征在于按重量百分比計，其組份為Al10％～20％；0.006％≤M≤1.5％；總量小于、等于1％的雜質(zhì)；余量為Zn；其中M為RE、Mg、Ti或B中的任一種或其組合。
2.按照權(quán)利要求1所述熱噴涂鋅鋁合金線材，其特征在于所述RE是指含鈰質(zhì)量分數(shù)≥45％的混合稀土金屬，其中稀土金屬總質(zhì)量分數(shù)≥98％。
3.按照權(quán)利要求1所述熱噴涂鋅鋁合金線材，其特征在于所述M為RE、Mg、Ti或B中的任一種成分時，可以分別為RE為總量的0.015％～0.5％，或Mg為總量的0.03％～0.5％，或Ti為總量的0.03％～0.5％。
4.按照權(quán)利要求1所述熱噴涂鋅鋁合金線材，其特征在于所述M為RE、Mg、Ti或B中的兩種成分時，則可以分別為占總量0.06％～0.5％的RE和占總量0.03％～0.5％的Mg或Ti，其中成份RE，Mg或Ti應(yīng)滿足RE∶Mg或Ti＝1∶(0.5～8)；或為占總量0.03％～0.5％的Mg和占總量0.03％～0.5％的Ti，其中成份Ti和Mg應(yīng)滿足Ti∶Mg＝1∶0.5～2；或為占總量0.03％～0.5％的Ti和占總量0.003％～0.05％的B，其中成份Ti和B應(yīng)滿足Ti∶B＝3～10∶1。
5.按照權(quán)利要求1所述熱噴涂鋅鋁合金線材，其特征在于所述M為RE、Mg、Ti或B中的三種成分時，則可以分別為占總量0.015％～0.5％的RE和占總量0.03％～0.5％的Ti，以及占總量0.03％～0.5％的Mg或占總量0.003％～0.05％的B，其中RE，Ti，Mg或B應(yīng)滿足RE∶Ti∶Mg＝1∶0.5～2.5∶0.5～2.5，或RE∶Ti∶B＝5～25∶5～10∶1；或為占總量0.03％～0.5％的Mg，占總量0.03％～0.5％的Ti，以及占總量0.003％～0.05％的B，滿足Mg∶Ti∶B＝5～20∶5～10∶1。
6.按照權(quán)利要求1所述熱噴涂鋅鋁合金線材，其特征在于所述M為RE、Mg、Ti和B中的四種成分時，則可以分別為占總量0.015％～0.5％的RE，占總量0.03％～0.45％的Mg，占總量0.03％～0.5％的Ti，以及占總量0.003％～0.05％的B，應(yīng)滿足RE∶Mg∶Ti∶B＝5～50∶2.5～10∶5～10∶1。
7.一種熱噴涂鋅鋁合金線材的制備方法，其特征在于1)先將所需質(zhì)量的鋅錠、鋁錠加入合金熔煉爐中加熱熔化，當熔煉溫度高于、等于923K后進行精煉，然后加入所需質(zhì)量的中間合金，在攪拌至熔清、靜置0.5～2hr、扒渣后轉(zhuǎn)移至保溫結(jié)晶爐準備進行水平連續(xù)鑄造；2)水平連鑄調(diào)整保溫結(jié)晶爐爐溫，保證爐內(nèi)的合金液溫度穩(wěn)定在熔點60～220K；爐內(nèi)的合金液面高度保持在高于結(jié)晶器上出料孔3～20mm的范圍內(nèi)，合金液通過水冷系統(tǒng)的冷卻逐漸被凝固，形成鑄絲，并按一定的線速度被牽引裝置引入導(dǎo)線槽，拉出的線材毛坯，經(jīng)導(dǎo)線槽進入卷取裝置卷繞成圈；3)水平連鑄獲得的鋅鋁合金毛坯粗線，在473～573K下進行1.5～3.0hr的均勻化退火處理，再并經(jīng)3～8次拉拔、減徑成鋅鋁合金絲產(chǎn)品，并盤繞成圈。
8.按照權(quán)利要求7所述熱噴涂鋅鋁合金線材的制備方法，其特征在于所述拉鑄合金線坯的牽引速度通?？刂圃?.010～0.020m/s。
9.按照權(quán)利要求7所述熱噴涂鋅鋁合金線材的制備方法，其特征在于所述結(jié)晶器可采用石棉水泥板模子，其冷卻溫度在288～328K之間，冷卻水位置距模孔5～50毫米，水壓以不沖破剛出?？椎木€坯表皮為度，并保持水壓穩(wěn)定。
10.按照權(quán)利要求7所述熱噴涂鋅鋁合金線材的制備方法，其特征在于所述結(jié)晶器可采用銅質(zhì)結(jié)晶器，其冷卻水壓應(yīng)保持在0.12～0.15×105Pa，當拉鑄速度為0.010～0.015m/s時，出水溫度保持在313～318K之間，當拉鑄速度為0.015～0.020m/s時，出水溫度應(yīng)保持在308～313K之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱噴涂合金線材，具體地說是一種熱噴涂鋅鋁合金線材成分及其制備方法。按重量百分比計，其組份為Al10％～20％；0.006％≤M≤1.5％；總量小于1％的雜質(zhì)；余量為Zn；其中M為RE、Mg、Ti或B中的任一種或其組合。其制備先將鋅錠、鋁錠加入合金熔煉爐中加熱熔化，在精煉后加入中間合金，攪拌至熔清、靜置、扒渣后進行水平連續(xù)鑄造；水平連鑄獲得的鋅鋁合金毛坯粗線，再均勻化退火處理、經(jīng)拉拔、減徑成鋅鋁合金絲產(chǎn)品。采用本發(fā)明可使基體鋼材能得到充分的保護，延長其使用壽命。
文檔編號C23C4/08GK1616703SQ20031010510
公開日2005年5月18日 申請日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者李焰, 曲立增, 馬瑛, 張 杰, 趙澎 申請人:中國科學院海洋研究所, 青島松山機械有限公司