專利名稱：一種熱噴涂鋁鋅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鋁鋅合金線材及其制備方法。
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，可以長期保護(hù)各種腐蝕環(huán)境的鋼鐵設(shè)施。一般來說，熱噴涂鋅涂層對鋼鐵具有良好的陰極保護(hù)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，在鋼材上噴涂鋅和鋁的合金，既可以提供良好的陰極保護(hù)性能，又具有耐腐蝕的性能，延長了鋼材的壽命。目前國內(nèi)常見的是鋅-15％鋁合金線材，其弱點(diǎn)是容易產(chǎn)生晶間腐蝕；相比較而言，鋁鋅合金的耐腐蝕性能比鋅鋁合金更為出色，但尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)熱噴涂鋁鋅合金線材制備的相關(guān)報道。此外，在鋁鋅合金中進(jìn)一步加入稀土、鈦、鎂等元素進(jìn)行合金化處理，可使合金的晶粒細(xì)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，但目前并無此方法的報道。
鋁鋅合金中的鋁含量相對較高(WAl在54％～56％)，強(qiáng)度、硬度較高，室溫及高溫的可塑性較差，變形困難，直接采用通常的鍛、軋工藝成形，成材率較低，成本高。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)鋁鋅合金線材尚無相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種耐腐蝕性能優(yōu)良的熱噴涂鋁鋅合金線材，以使戶外使用的大型鋼結(jié)構(gòu)能得到充分的保護(hù)，延長其使用壽命。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種熱噴涂鋁鋅合金線材的制備方法，利用本發(fā)明的水平連鑄方法將鋁鋅合金從液態(tài)通過水冷快速結(jié)晶成固態(tài)，可以同時多路連續(xù)鑄造成線材毛坯，通過均勻化退火處理后可以直接用于制備鋁鋅合金線材。
本發(fā)明技術(shù)方案如下按重量百分比計(jì)，熱噴涂鋁鋅合金線材組份的組成為Al54％～56％；M0.004％～1.08％；總量小于、等于1％的雜質(zhì)(Fe、Si、Cu等)；余量為Zn；其中M為RE(RE是指含鈰質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥45％的混合稀土金屬，其中稀土金屬總質(zhì)量分?jǐn)?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0.01％～0.2％，或Mg為總量的0.02％～0.4％，或Ti為總量的0.02％～0.4％，或B為總量的0.004％～0.08％；2)為其中的兩種成分，則分別為占總量0.01％～0.2％的RE和占總量0.02％～0.4％的Mg(或Ti)，其中成份RE，Mg或Ti，應(yīng)滿足RE∶Mg(或Ti)＝1∶(1.5～2.5)；或?yàn)檎伎偭?.02％～0.4％的Mg和占總量0.02％～0.4％的Ti，其中成份Ti和Mg應(yīng)滿足Ti∶Mg＝1∶(0.5～2)；或?yàn)檎伎偭?.02％～0.4％的Ti和占總量0.004％～0.08％的B，其中成份Ti和B應(yīng)滿足Ti∶B＝(4～8)∶1；3)若為三種成分，則分別為占總量0.01％～0.2％的RE和占總量0.02％～0.4％的Ti，以及占總量0.02％～0.4％的Mg(或占總量0.008％～0.08％的B)，其中，存在的RE，Ti，Mg或B滿足RE∶Ti∶Mg＝1∶(1.5～2.5)∶(1.5～2.5)，或RE∶Ti∶B＝(2～3)∶(4～8)∶1；或?yàn)檎伎偭?.02％～0.4％的Mg，占總量0.02％～0.4％的Ti，以及占總量0.008％～0.08％的B，存在的Mg，Ti和B應(yīng)滿足Mg∶Ti∶B＝(4～8)∶(4～8)∶1；4)若為四種成分，則分別為占總量0.01％～0.2％的RE，占總量0.02％～0.4％的Mg，占總量0.02％～0.4％的Ti，以及占總量0.004％～0.08％的B；滿足RE∶Mg∶Ti∶B＝(2～3)∶(4～8)∶(4～8)∶1。
其具體的制備方法為1)先將所需質(zhì)量的鋅錠加入合金熔煉爐中呈熔融狀態(tài)的鋁液中，控制熔煉溫度963～1003K，待鋅熔化后進(jìn)行精煉，然后加入所需質(zhì)量的中間合金，在充分?jǐn)嚢柚寥矍?、靜置0.5～2hr、扒渣后轉(zhuǎn)移至保溫結(jié)晶爐準(zhǔn)備進(jìn)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)定在高于熔點(diǎn)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(jìn)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?？?～50mm，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(dāng)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(dāng)拉鑄速度為0.015～0.020m/s時，應(yīng)在308～313K之間；3)水平連鑄獲得的鋁鋅合金毛坯粗線，在473～573K下進(jìn)行1.5～3.0hr的均勻化退火處理，再并經(jīng)3～8次拉拔、減徑成鋁鋅合金絲產(chǎn)品，并盤繞成圈。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明解決了鋁鋅合金難于成型、成品率低、線材長度短、施工不便的問題。且本發(fā)明可同時鑄出多根毛料，因此適用于中、小型工廠的大批量生產(chǎn)。
2.本發(fā)明水平連鑄的鋁鋅合金鑄絲表面質(zhì)量好，光亮、無劃傷刻痕，同時，由于冷卻強(qiáng)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)明制備的鋁鋅合金線材具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和機(jī)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(hù)，延長其使用壽命。


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

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?jǐn)?shù)為90％的鋅錠，再加入鋁錠，加熱熔化待熔液溫度達(dá)923K以上時，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1～0.3％的精煉劑(本實(shí)施例采用0.2％的氯化鋅)進(jìn)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(jìn)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(diǎn)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(dāng)合金液冷凝結(jié)晶速度與牽引速度平衡時，鋁鋅合金線材就被連續(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(jìn)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(shí)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323K，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。鋁鋅合金經(jīng)水平連鑄獲得φ4.2～4.5mm的毛坯粗線。
3)水平連鑄獲得的鋁鋅合金毛坯粗線，在473K進(jìn)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的鋁鋅合金絲，并盤繞成圈，單根合金絲長度≥15m，產(chǎn)品捆重25.0±1.0kg。
實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于線材成份為Al，55％；RE，0.03％；Ti，0.05％；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(diǎn)60K，拉鑄速度為0.020m/s，冷卻水壓為0.15×105Pa，出水溫度為308K。毛坯粗線在513K下進(jìn)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的鋁鋅合金絲產(chǎn)品，并盤繞成圈。
實(shí)施例3與實(shí)施例1不同之處在于線材成份為Al，55％；RE，0.18％；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(diǎn)80K，拉鑄速度為0.018m/s，冷卻水壓為0.12×105Pa，出水溫度為308K。毛坯粗線在493K下進(jìn)行3.0hr的均勻化退火處理。
實(shí)施例4與實(shí)施例1不同之處在于線材成份為Al，55％；RE，0.06％；Mg，0.13％；Ti，0.14％；B，0.03％；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(jìn)行2.0hr的均勻化退火處理。
權(quán)利要求
1.一種熱噴涂鋁鋅合金線材，其特征在于按重量百分比計(jì)，其組份為Al54％～56％；M0.004％～1.08％；總量小于、等于1％的雜質(zhì)(Fe、Si、Cu等)；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所述熱噴涂鋁鋅合金線材，其特征在于所述RE是指含鈰質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥45％的混合稀土金屬，其中稀土金屬總質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98％。
3.按照權(quán)利要求1所述熱噴涂鋁鋅合金線材，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0.01％～0.2％，或Mg為總量的0.02％～0.4％，或Ti為總量的0.02％～0.4％，或B為總量的0.004％～0.08％。
4.按照權(quán)利要求1所述熱噴涂鋁鋅合金線材，其特征在于所述M為RE、Mg、Ti或B中的任兩種成分時，則可以分別為占總量0.01％～0.2％的RE和占總量0.02％～0.4％的Mg或Ti，其中成份RE，Mg或Ti，應(yīng)滿足RE∶Mg(或Ti)＝1∶(1.5～2.5)；或?yàn)檎伎偭?.02％～0.4％的Mg和占總量0.02％～0.4％的Ti，其中成份Ti和Mg應(yīng)滿足Ti∶Mg＝1∶(0.5～2)；或?yàn)檎伎偭?.02％～0.4％的Ti和占總量0.004％～0.08％的B，其中成份Ti和B應(yīng)滿足Ti∶B＝(4～8)∶1。
5.按照權(quán)利要求1所述熱噴涂鋁鋅合金線材，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0.01％～0.2％的RE和占總量0.02％～0.4％的Ti，以及占總量0.02％～0.4％的Mg(或占總量0.008％～0.08％的B)，其中，存在的RE，Ti，Mg或B滿足RE∶Ti∶Mg＝1∶(1.5～2.5)∶(1.5～2.5)，或RE∶Ti∶B＝(2～3)∶(4～8)∶1；或?yàn)檎伎偭?.02％～0.4％的Mg，占總量0.02％～0.4％的Ti，以及占總量0.008％～0.08％的B，存在的Mg，Ti和B應(yīng)滿足Mg∶Ti∶B＝(4～8)∶(4～8)∶1。
6.按照權(quán)利要求1所述熱噴涂鋁鋅合金線材，其特征在于所述M為RE、Mg、Ti和B中的四種成分時，則可以為占總量0.01％～0.2％的RE，占總量0.02％～0.4％的Mg，占總量0.02％～0.4％的Ti，以及占總量0.004％～0.08％的B；滿足RE∶Mg∶Ti∶B＝(2～3)∶(4～8)∶(4～8)∶1。
7.一種熱噴涂鋁鋅合金線材的制備方法，其特征在于1)合金熔煉先將所需質(zhì)量的鋅錠、鋁錠加入合金熔煉爐中加熱熔化，當(dāng)熔煉溫度高于、等于923K后進(jìn)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(zhǔn)備進(jìn)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)定在高于熔點(diǎn)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(jìn)入卷取裝置卷繞成圈；3)熱處理及拔絲成材水平連鑄獲得的鋁鋅合金毛坯粗線，在473～573K下進(jìn)行1.5～3.0hr的均勻化退火處理，再并經(jīng)3～8次拉拔、減徑成鋁鋅合金絲產(chǎn)品，并盤繞成圈。
8.按照權(quán)利要求7所述熱噴涂鋁鋅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常控制在0.010～0.020m/s。
9.按照權(quán)利要求7所述熱噴涂鋁鋅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?？?～50mm，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所述熱噴涂鋁鋅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(dāng)拉鑄速度為0.010～0.015m/s時，出水溫度保持在313～318K之間，當(dāng)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鋁鋅合金線材成分及其制備方法。按重量百分比計(jì)，其組份為Al54％～56％；0.004％≤M≤1.08％；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(jìn)行水平連續(xù)鑄造；水平連鑄獲得的鋁鋅合金毛坯粗線，再進(jìn)行均勻化退火處理，經(jīng)拉拔、減徑成鋁鋅合金絲產(chǎn)品。采用本發(fā)明可使基體鋼材能得到充分的保護(hù)，延長其使用壽命。
文檔編號C23C4/08GK1629353SQ20031011915
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者李焰, 馬瑛, 張 杰, 趙澎 申請人:中國科學(xué)院海洋研究所