一种钢构件高耐腐蚀性热浸镀锌合金镀层及其制备工艺

摘要

本发明所提供的一种钢构件高耐腐蚀热浸镀合金镀层，其改进之处在于合金镀层制备时采用的合金锭由按重量百分比计的下列成分组成：Al0.01-2%、Mg0.01-2%、Re0.05-3%，Cu0.002-1%，余量为Zn；该合金镀层具有适用于输电线路钢构件的高耐腐蚀性、低锌耗和经济性较好等特点，且该合金镀层可以有效提高输电线路钢构件的防腐寿命，可以保证在不提高镀层厚度的同时，使防腐寿命较工业热浸镀纯锌提高2倍以上。

说明书

【技术领域】

本发明涉及金属材料热浸镀工艺，具体地讲，涉及一种钢构件高耐腐蚀性热浸镀锌合金 镀层及其制备工艺。

【背景技术】

钢构件作为一种输电线路杆塔的通用基础结构件，其工作性能的可靠性直接关系到电网 运行的安全与稳定。钢铁的腐蚀破坏所带来的损失是巨大的，有资料表明，中国每年钢铁腐 蚀损失约5000亿人民币，占国民生产总值的6%，由此可见，钢铁的腐蚀造成了材料及能源 的极大浪费。热浸镀能够有效地提高钢铁的耐腐蚀性能，从而可使钢铁因被腐蚀带来的损失 降低20~30%。

目前，通过在锌液中添加合金元素，在热浸镀过程中在钢构件的表面镀覆一层合金镀层 的方法被广泛使用，该合金镀层的耐腐蚀性能优于纯锌镀层，进而能够提高热浸镀合金镀层 钢构件的耐腐蚀寿命，使其满足钢构件全寿命周期建设的要求。近年来已经开发的合金镀层 主要有锌铝合金镀层、锌镁合金镀层、锌钛合金镀层等，但是由于镀层成本高，技术不成熟 等原因，都尚未在输电线路钢构件中使用，因此有必要针对该应用背景，在现有的合金镀层 研究成果上进行改进和创新，提高合金镀层耐腐蚀性的同时，通过降低合金含量降低合金镀 层的成本。

随着世界范围内工业的迅速发展，全球气候环境不断恶化，大量工业废气的排放使大气 中的硫化物、氮氧化合物等强腐蚀气体含量大大增加，在酸性气体环境下输电线路杆塔腐蚀 迅速，而形成的酸雨更是加快了腐蚀速度，尤其沿海地区的海洋环境下，输电线路钢构件每 两年要进行一次防腐处理，不仅成本高，而且还需停电处理，经济损失严重。因此，研发适 用于输电线路杆塔长效防腐、技术性和经济性较好的喝酒镀层，对提高输电线路杆塔的防腐 寿命，降低输电线路杆塔的防腐及运行成本具有十分重要的意义。

专利号为200710179677.6，发明名称为一种输电线路杆塔长效防腐合金镀层及其制备工艺中 公开了一种输电线路杆塔长效防腐合金镀层及其制备工艺，其合金镀层由32～55%的锌， 43～65%的铝，0.5～8%的镁，0.5～3%的稀土镍，0.01～0.2%的钛组成。其制备工艺为将镀 件放到防腐合金镀层的合金配方的镀液中，430℃～450℃下浸镀3～10分钟。但该专利合 金镀层配方中的Al含量过高，对目前普遍使用的输电线路钢构件热镀锌生产设备（08F钢制 锌锅内壁）腐蚀严重，锌锅需频繁更换。

【发明内容】

为克服现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种输电线路钢构件用的高耐腐蚀性 合金镀层。

本发明的另一目的在于提供一种输电线路钢构件高耐腐蚀性的热浸镀合金镀层的制备工 艺。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所提供的一种钢构件高耐腐性的热浸镀合金镀层，其改进之处在于，所述合金镀 层制备时采用的合金锭由按重量百分比计的下列组分制备而成：

Al0.01-2%、Mg0.01-2%、Re0.05-3%，Cu0.002-1%，余量为Zn。

本发明所提供的第一优选的钢构件高耐腐性的热浸镀合金镀层，所述合金镀层制备时采 用的合金锭由按重量百分比计的下列组分制备而成：

Al0.01～1.5%、Mg0.01～1.5%、Re0.05～1.5%，Cu0.002～0.9%，余量为Zn。

本发明提供的第二优选的钢构件高耐腐性的热浸镀合金镀层，所述合金镀层制备时采用 的合金锭由按重量百分比计的下列组分制备而成：

Al0.02～0.9、Mg0.02～1.4%、Re0.3～1.4%，Cu0.003～0.8%，余量为Zn。

本发明提供的第三优选的钢构件高耐腐性的热浸镀合金镀层，所述稀土为La和Ce混合 稀土。

本发明所提供的一种钢构件高耐腐性的热浸镀合金镀层的制备工艺，包含镀件进行热浸 镀前的酸洗、水洗、助镀与烘干处理；其特征在于采用浓度为10~20%盐酸进行镀件热浸镀前 的酸性，酸洗时间5-30分钟，酸性后经水洗再进行助镀，助镀温度30-100℃，助镀时间为 40-60秒；

镀件助镀处理后，在120-150℃温度下烘干20-40s，待试样表面泛白后立即将镀件放入 合金镀液中，控制合金镀液温度为440-460℃条件下，浸镀50-200s后，立即将试样提出合 金液进行空冷，即得产品。

合金镀层制备所使用的合金锭各组成元素的作用如下：

锌（Zn）：合金镀层的主要合金成分，对钢铁基体起到电化学保护作用，在腐蚀的过程中 作为腐蚀阳极，通过牺牲自身以保护输电线路杆塔基体金属；

铝（Al）：微合金化元素，铝元素在该含量范围内可与锌形成金属间化合物，形成粘附镀 层的媒介质，使镀层的附着力增强，且在合金镀层晶体生长过程中，可在镀层表面形成氧化 铝薄膜保护合金镀层，提高整体镀层的耐腐蚀寿命；

镁（Mg）：微合金元素，均匀分布在镀层中，细化组织和增强镀层与集体的附着力，提 高镀层的耐腐蚀性。

稀土（La和Ce混合稀土）：微合金元素，由于稀土具有突出的化学活性和很强的亲和力， 使锌铝熔液粘度大为降低，提高锌液流动性，降低锌液润湿角和表面张力，提高镀层均匀性。 且镀液中的杂质得到净化，从而改善了对钢基体的浸润性。使合金镀层形成光亮完整的镀层， 表面耐腐蚀性、成形性大大提高和改善。

铜（Cu）：微合金元素，显著改善镀层的耐大气腐蚀性能。

本发明是在前期发明名称为“一种输电线路钢构件热浸镀锌合金镀层及其制备工艺”的 基础上所做的改进，本发明新加入了铜元素后，耐腐蚀性能进一步提高。以盐雾试验失重作 为合金镀层耐腐蚀考核标准，在Al0.02%、Mg0.01%、Re0.2%，余量为Zn的前期配方下， 耐蚀性能为纯锌镀层的2.1倍，而在Al、Mg、Re含量不变，加入Cu0.003%，余量为Zn的 本发明中，耐蚀性能为纯锌镀层的3.0倍。本发明所提供的一种钢构件高耐腐性的热浸镀合 金镀层，具有适用于输电线路角钢塔和钢管塔等钢构件的高耐腐性、低锌耗和经济性较好等 特点，并且可以有效提高输电线路钢构件的防腐寿命，降低输电线路的运行维护成本。

本发明以盐雾试验第一锈点时间作为合金镀层耐蚀性考核标准。前期发明名称为“一种 输电线路钢构件热浸镀锌合金镀层及其制备工艺”的合金镀层耐腐蚀性较热镀纯锌镀层提高 1倍。而铜元素的加入以及其它合金元素配比调整后，在镀层厚度相同的条件下，本发明的 合金镀层的耐腐蚀性较工业热镀纯锌镀层提高2倍。与现有技术相比，本发明提供的一种钢 构件高耐腐性热浸镀合金镀层及其制备工艺具有以下优点：

1、合金镀层具有热浸镀工艺简单，镀层厚度均匀，合金含量低、表面质量好，耐盐雾腐 蚀性能高的特点；

2、盐雾试验第一锈点时间作为合金镀层耐蚀性考核标准，在镀层厚度相同的条件下，合 金镀层的耐腐蚀性较工业热浸镀纯锌镀层提高2倍。

3、制备成本低，可以进行大规模生产。

【具体实施方式】

以下实施方式均采用现有的热浸镀设备，按照前面所述的步骤进行，下面对本发明提供 的一种钢构件高耐腐蚀性热浸镀合金镀层及其制备工艺做进一步更详细的说明。

实施例1

本实施例的钢构件高耐腐蚀性热浸镀合金镀层，合金镀层制备时采用的合金锭由按重量 百分比计的下列组分组成：

Al0.01%、Mg0.01%、Re0.05%，Cu0.002%，余量为Zn。

稀土为La和Ce混合稀土，两者混合比例为1：2

合金镀层的制备工艺，包括镀件进行热浸镀前的酸洗、水洗、助镀与烘干处理，其特征 在于采用浓度为10%的盐酸酸洗，酸洗5分钟，酸洗后经水洗在进行助镀，助镀温度为50℃ 热浸镀，助镀时间为40s；

镀件助镀处理后，在120℃温度下烘干20s，待试样表面泛白后立即将镀件放入合金镀液 中，控制合金镀液温度为440℃条件下，浸镀90s后，立即将试样提出合金液进行空冷，即得 产品。

采用本实施例的合金锭配方的合金浸镀液，镀件为L63×6角钢，镀层厚度为100um，盐 雾腐蚀实验，以第一锈点作为考核标准，耐腐蚀性较热浸镀纯锌镀层提高约2倍。

实施例2

本实施例的钢构件高耐腐蚀性热浸镀合金镀层，合金镀层制备时采用的合金锭由按重量 百分比计的下列组分组成：

Al0.015%、Mg0.01%、Re0.1%，Cu0.003%，余量为Zn。

稀土为La和Ce混合稀土，两者混合比例为2:1

合金镀层的制备工艺，包括镀件进行热浸镀前的酸洗、水洗、助镀与烘干处理，其特征 在于采用浓度为15%的盐酸酸洗，酸洗10分钟，酸洗后经水洗在进行助镀，助镀温度为70℃ 热浸镀，助镀时间为50s；

镀件助镀处理后，在120℃温度下烘干40s，待试样表面泛白后立即将镀件放入合金镀液 中，控制合金镀液温度为450℃条件下，浸镀120s后，立即将试样提出合金液进行空冷，即 得产品。

采用本实施例的合金锭配方的合金浸镀液，镀件为L63×6角钢，镀层厚度为120um，盐 雾腐蚀实验，以第一锈点作为考核标准，耐腐蚀性较热浸镀纯锌镀层提高约2倍。

实施例3

本实施例的钢构件高耐腐蚀性热浸镀合金镀层，合金镀层制备时采用的合金锭由按重量 百分比计的下列组分组成：

Al0.02%、Mg0.01%、Re0.2%，Cu0.005%，余量为Zn。

稀土为La和Ce混合稀土，两者混合比例为6：1。

合金镀层的制备工艺，包括镀件进行热浸镀前的酸洗、水洗、助镀与烘干处理，其特征 在于采用浓度为20%的盐酸酸洗，酸洗10分钟，酸洗后经水洗在进行助镀，助镀温度为70℃ 热浸镀，助镀时间为60s；

镀件助镀处理后，在120℃温度下烘干40s，待试样表面泛白后立即将镀件放入合金镀液 中，控制合金镀液温度为460℃条件下，浸镀150s后，立即将试样提出合金液进行空冷，即 得产品。

采用本实施例的合金锭配方的合金浸镀液，镀件为L100×10角钢，镀层厚度为120um， 盐雾腐蚀实验，以第一锈点作为考核标准，耐腐蚀性较热浸镀纯锌镀层提高约2倍。