本發(fā)明提供一種熱浸鍍鋁用新型助鍍劑及其使用方法，屬于鋼鐵材料表面鍍覆工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

熱浸鍍鋁鋼材在浸鍍前除了一般的表面清洗技術(shù)外，最為關(guān)鍵的一道工序即為熔劑助鍍處理。目前為止，許多國家均采用這種方法進(jìn)行批量熱浸鍍鋁。助鍍處理的過程不僅會(huì)直接影響鍍層的質(zhì)量，還會(huì)對(duì)鍍層的耐腐蝕性能及能耗等有較大的影響。助鍍劑在熱浸鍍鋁浸鍍前的主要作用有：清除酸洗后工件表面殘留的鐵鹽；與熔融鋁在接觸瞬間先反應(yīng)生成界面活性產(chǎn)物，以有利于快速剝離鍍件表面氧化膜，同時(shí)提高鍍件表面活性；能夠在鋼基表面形成連續(xù)的氧化膜，防止工件的二次氧化；降低表面張力、提高鋁液在鍍件表面浸潤性，起到助鍍的作用。

助鍍劑自身應(yīng)該具有以下這些性質(zhì)：助鍍劑不僅自身應(yīng)該具備成分穩(wěn)定等良好的性能，此外還需有能在基體表面形成完整且無孔隙的保護(hù)膜，浸鋁時(shí)能立即從基體表面脫除，對(duì)出現(xiàn)的一些氧化物有吸附溶解作用，助鍍劑各成分間不發(fā)生相互反應(yīng)，對(duì)鋁液無污染，分解產(chǎn)物不進(jìn)入鋁浴中，不污染環(huán)境等性能。因此，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NaCl，KCl，AlCl₃，CaCl₂，SnCl₂，BaCl₂等，氟化物主要為堿金屬氟化物(如KF，NaF等)或氟化物復(fù)合鹽(如Na₃AlF₆，K₂ZrF₆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。常用的傳統(tǒng)助鍍劑，即氯化鋅與氯化銨的混合溶液，由于在熱浸鍍鋁時(shí)熔融鋁的表面張力大，助鍍劑中的氯化銨受熱揮發(fā)產(chǎn)生的氣泡短時(shí)間難以脫離工件表面致使鍍層質(zhì)量下降，容易產(chǎn)生氣泡、漏鍍、結(jié)瘤等缺陷。

除了上述幾種較為典型的氯化物與氟化物之外，還可以向助鍍劑中添加某些有機(jī)物，以促進(jìn)助鍍劑的揮發(fā)，改善鍍層的質(zhì)量。但是由于成本及環(huán)保等綜合因素，并未得到廣泛的應(yīng)用。本研究通過正交試驗(yàn)，確定了一種新型助鍍劑配方及相應(yīng)的助鍍工藝參數(shù)，該助鍍劑浸鍍時(shí)無煙塵，助鍍后表面鹽膜均勻、致密、干燥時(shí)間短，浸鍍后可獲得表面質(zhì)量較高的純鋁鍍層及鋁硅合金鍍層。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有的助鍍工藝的某些不足，提供一種新型的助鍍劑及其使用方法。使用該助鍍劑后，能夠在工件表面形成均勻、致密的鹽膜，增強(qiáng)鹽膜的穩(wěn)定性；防止工件的二次氧化；并且能夠大大縮短鹽膜干燥時(shí)間；浸鍍過程中無煙塵，能夠改善生產(chǎn)環(huán)境；浸鍍后，能夠提高鍍層的表面質(zhì)量。

本發(fā)明采用無機(jī)鹽作為助鍍?nèi)芤旱闹饕煞郑酶鞣锱c氯化物之間不同的作用機(jī)理，研制出以KF為主的助鍍劑配方為：KF:100～120g/L，KCl：30～40g/L，NaCl：20～40g/L，SnCl₂：60～80g/L，其余為水。

該助鍍劑的各種成分的作用機(jī)理如下：

(1) 氟化鉀

KF在水中的溶解度很大，0℃～20℃時(shí)飽和溶解度為30.9%～48.7%，其水溶液在基體表面附著均勻，能夠形成一層完整的鹽膜，此外KF能夠溶解鋁液中的A1₂O₃，大大提高鍍層的質(zhì)量，因此可以作為助鍍劑配方中主要的添加劑。通過試驗(yàn)表明，KF的濃度在100～120g/L為宜。

(2) 氯化鉀

KCl的加入能夠增加溶液中鉀、氯的含量，可以減少煙塵的產(chǎn)生，因此可以減少對(duì)環(huán)境的危害，但加入量不宜過多。因此其加入量控制在30～40g/L較合適。

(3) 氯化鈉

NaCl加入能夠增加溶液中氯的含量，并且可以使得鹽膜容易干透，也可以減少煙塵的產(chǎn)生，但加入的量過多，會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)狀結(jié)瘤、漏鍍等缺陷。所以NaCl的加入量為20～40g/L為宜。

(4) 氯化亞錫

加入適當(dāng)?shù)腟nCl₂的目的是使Sn元素與鋼基表面的鐵發(fā)生置換反應(yīng)，在鋼基表面析出一層連續(xù)的Sn膜，從而得到無缺陷的鍍層。但是SnCl₂在水中的溶解度也有限，因此其加入量控制在60～80g/L。

本發(fā)明的熱浸鍍鋁用助鍍劑的使用方法為：使用前先將工件置于15%～25%的70℃～80℃NaOH溶液中進(jìn)行堿洗除油，然后水洗后將工件置于常溫下15~20%的HCl溶液進(jìn)行酸洗除銹，再經(jīng)水洗后將工件浸入新型助鍍劑中助鍍處理，助鍍?nèi)芤簻囟瓤刂圃?0℃~80℃范圍內(nèi)，最后將助鍍處理后的工件置于60℃～100℃溫度環(huán)境下干燥或烘干。

附圖說明

圖1 (a) (b) 分別為經(jīng)實(shí)施例1新型助鍍工藝后，在700℃浸鍍150s獲得的純鋁鍍層表面形貌及截面組織；從圖中可以看出鍍層表面平整、光滑，有金屬光澤，無漏鍍等缺陷。從顯微組織可以看出，鍍層分為明顯的兩層，一層為基體界面層上形成了連續(xù)致密的呈舌狀的金屬間化合物層，另一層為純鋁層，無組織缺陷。而(c) 為常用助鍍工藝處理后的鍍層表面形貌，表面有漏鍍，結(jié)瘤等缺陷；(d) 為超過本發(fā)明助鍍劑范圍內(nèi)的新型助鍍劑配方工藝處理后的鍍層表面形貌，表面有針孔狀的漏鍍及少量不平整。

圖2為經(jīng)實(shí)施例2新型助鍍劑后，在700℃浸鍍150s獲得的純鋁鍍層表面形貌及截面組織；從圖中可以看出鍍層表面平整、光滑，有金屬光澤，無漏鍍等缺陷。從顯微組織可以看出，鍍層分為明顯的兩層，一層為基體界面層上形成了連續(xù)致密的呈舌狀的金屬間化合物層，另一層為純鋁層，無組織缺陷。經(jīng)過該濃度的助鍍?nèi)芤禾幚砗蟮腻儗咏M織與實(shí)例1相比，幾乎沒有變化。

圖3 (c) (d) 分別為經(jīng)實(shí)例3中新型助鍍劑工藝處理后熱浸鍍獲得的鋁硅鍍層表面形貌及截面組織。對(duì)比 (a) (b) 中常用助鍍劑工藝處理后的鋁硅鍍層的表面形貌及截面組織可見，兩者形貌相似，鍍層主要分為兩層，一層為呈帶狀的金屬間化合物層，另一層為Al-Si層，無組織缺陷。從圖 (c) 可以看出，經(jīng)新型助鍍劑處理后的鍍層表面質(zhì)量仍然較高，表面平整光亮，無漏鍍長瘤等缺陷。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述

實(shí)施例1：取氟化鉀120g，氯化鉀40g，氯化鈉40g，氯化亞錫80g，加入1L水配制成助鍍?nèi)芤?，將該溶液加熱?0℃，加熱過程中攪拌均勻。將經(jīng)過堿洗除油、酸洗除銹并沖洗過的尺寸為50×50×2mm的Q235鋼片浸入助鍍?nèi)芤褐斜３?min，再將Q235鋼片從助鍍?nèi)芤褐刑岢觯跍囟葹?00℃的烘干箱中烘干1min，然后浸入純鋁熔池中進(jìn)行熱浸鍍，浸入時(shí)未發(fā)生爆鋁，熔池表面無煙塵產(chǎn)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(fā)現(xiàn)鋼材表面鍍層平整均勻、無起殼、結(jié)瘤和漏鍍等缺陷。

實(shí)施例2：取氟化鉀100g，氯化鉀30g，氯化鈉20g，氯化亞錫60g，加入1L水配制成助鍍?nèi)芤?，將該溶液加熱?0℃，加熱過程中充分?jǐn)嚢杈鶆?。將?jīng)過堿洗除油、酸洗除銹并沖洗過的尺寸為50×50×2mm的Q235鋼片浸入助鍍?nèi)芤褐斜３?min，再將Q235鋼片從助鍍?nèi)芤褐刑岢?，在溫度?0℃的烘干箱中烘干1min，然后浸入純鋁熔池中進(jìn)行熱浸鍍，浸入時(shí)未發(fā)生爆鋁，熔池表面無煙塵產(chǎn)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(fā)現(xiàn)鋼材表面鍍層平整均勻、無起殼、結(jié)瘤和漏鍍等缺陷。

實(shí)施例3：取氟化鉀110g，氯化鉀35g，氯化鈉30g，氯化亞錫70g，加入1L水配制成助鍍?nèi)芤?，將該溶液加熱?0℃，加熱過程中充分?jǐn)嚢杈鶆?。將尺寸?0×50×2mm的Q235鋼片經(jīng)堿洗除油、酸洗除銹并沖洗后浸入助鍍?nèi)芤褐斜３?min，再從助鍍?nèi)芤褐刑岢?，在溫度?00℃的烘干箱中烘干1min，然后浸入Al-5Si熔池中進(jìn)行熱浸鍍，浸入時(shí)未發(fā)生爆鋁，熔池表面無煙塵產(chǎn)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(fā)現(xiàn)鋼材表面鍍層平整均勻、無起殼、結(jié)瘤和漏鍍等缺陷。