專利名稱：鋼鐵結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋁方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬防腐蝕表面工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋼鐵結(jié)構(gòu)件的熱浸鍍鋁方法，尤其涉及熔劑法熱浸鍍鋁。
背景技術(shù)：
熱浸鍍鋁后的鋼鐵結(jié)構(gòu)件具有優(yōu)異的大氣耐腐蝕性，尤其針對(duì)含有S02、H2S和NO2 等的工業(yè)氣體。經(jīng)試驗(yàn)證明，鋼鐵結(jié)構(gòu)件鍍鋁后的耐腐蝕性明顯優(yōu)于鍍鋅后的耐腐蝕性，但是，目前為止，熱浸鍍鋁在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用還不到熱浸鍍鋅的2%。因?yàn)?，熱浸鍍鋁在實(shí)際操作中工藝復(fù)雜，工藝條件要求嚴(yán)格，存在較大的困難和技術(shù)瓶頸。目前，國(guó)內(nèi)外熱浸鍍鋁一般采用覆蓋熔劑法，由于熔融鋁液很容易與空氣發(fā)生反應(yīng)，所以在鋁液表面覆蓋一層熔融覆蓋鹽，起到還原并阻隔空氣的作用，但是，當(dāng)鋼鐵結(jié)構(gòu)件鍍鋁后，覆蓋鹽必然會(huì)沾染在鍍件表面，嚴(yán)重影響鍍鋁效果，后續(xù)清除覆蓋鹽困難，而且熔融覆蓋鹽中含有大量有毒的氟化物，氟化物在高溫的鋁浴中揮發(fā)性加大，加劇了有毒物質(zhì)的擴(kuò)撒，對(duì)環(huán)境及工人健康產(chǎn)生了很大的影響。另一種鍍鋁方法稱鈍化法，是先對(duì)鋼鐵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)氧化處理，使之表面生成FeO和!^e3O4鈍化膜，之后進(jìn)行熱浸鍍鋁，鈍化膜被熔融鋁還原成新生態(tài)鐵，熔融鋁極易浸潤(rùn)新生態(tài)鐵發(fā)生冶金反應(yīng)和原子擴(kuò)散而制出鍍鋁層。鈍化法工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程中無(wú)毒，無(wú)害，但是熔融鋁還原鈍化膜需要760V -820°C的高溫，以及更長(zhǎng)的浸鍍時(shí)間，而且鈍化法熱浸鍍鋁在大批量的生產(chǎn)條件下容易出現(xiàn)漏鍍，鍍層不光滑等缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)熱浸鍍鋁方法中存在氟化物覆蓋鹽含量較高，且覆蓋鹽在高溫鋁浴中揮發(fā)出大量的有毒物質(zhì)，覆蓋鹽后續(xù)清除難，以及鈍化法產(chǎn)品合格率低的問題，本發(fā)明提供一種新的鋼鐵結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋁方法，大大降低了覆蓋鹽的清除難度，使有毒氟化物含量和揮發(fā)量都大大減少，且鍍鋁效果良好，完全避免了大批量生產(chǎn)條件下鈍化法漏鍍，產(chǎn)品合格率低的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種熱浸鍍鋁方法，其特征在于鍍鋁的基本工藝流程為1)前處理把鋼鐵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行除油除銹鍍鋁前的清洗；2)水溶液助鍍處理把清洗干凈的鋼鐵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行水溶液助鍍處理；3)烘干把涂上助渡劑的鋼鐵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行烘干處理；4)熔劑處理把烘干后的鋼鐵結(jié)構(gòu)件投放到質(zhì)量百分比為50% -52% KC1、 40% -42% NaCl,3% -5% Na3AlF6和3%-5% AlF3的熔融熔劑中進(jìn)行浸潤(rùn)處理；5)熱浸鍍鋁把熔劑浸潤(rùn)后的鋼鐵結(jié)構(gòu)件投放到含有質(zhì)量百分比為 97. 4% -98. 6% AlU. 2% -1. 5% Ζη,Ο. 08% -1. 0% Sb 和 0.1% Ti 的熔融鋁浴中進(jìn)行熱浸鍍鋁；其中，鋁浴上表面覆蓋了一層含有質(zhì)量百分比為50%的NaCl和50%的KCl熔融覆蓋劑，且覆蓋劑不包括氟化物等有毒物質(zhì)；
6)水淬清洗把鍍鋁后的鋼鐵結(jié)構(gòu)件在空氣中冷卻至250°C左右，之后淬入到 600C _85°C循環(huán)清水中10秒左右，之間在水中震動(dòng)鋼鐵結(jié)構(gòu)件三次；7)鍍件的鍍后處理把水淬處理后的鋼鐵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行鈍化、漂洗等鍍后處理。優(yōu)選地，在步驟4)中的熔融熔劑中再加入質(zhì)量百分比3% -5%的&iCl2。優(yōu)選地，步驟4)中熔融熔劑包含質(zhì)量百分比為50%-52% KCl,40%-42% NaCl, 3. 5% Na3AlF6 和 4. 2-4. 8% AlF3。優(yōu)選地，所述NaCl和KCl熔融覆蓋劑完全覆蓋在鋁浴上表面，且控制形成的熔融覆蓋劑厚度為2mm。優(yōu)選地，在所述步驟5)鋼鐵結(jié)構(gòu)件投放到鋁浴中鍍鋁之前，用工具刮掉鋁浴表面新生成的氧化物浮渣，使鋼鐵結(jié)構(gòu)件在進(jìn)入鋁浴時(shí)不與氧化物浮渣相接觸。由于本發(fā)明提供的熱浸鍍鋁方法，把原本覆蓋在熔融鋁浴表面的覆蓋鹽單放到一個(gè)加熱鍋中進(jìn)行加熱熔融，形成熔融熔劑，并在鋼鐵結(jié)構(gòu)件水溶液助鍍處理并烘干后，把鋼鐵結(jié)構(gòu)件投放到此熔融熔劑中進(jìn)行浸潤(rùn)助鍍，此時(shí)，含有50% -52% KCl.40%-42% NaCl, 3% -5% Na3AlFf^P 3%-5% AlF3的覆蓋鹽形成熔融熔劑的溫度為615°C左右，并且熔融熔劑中的氟鹽質(zhì)量百分比不超過(guò)10%，這就比現(xiàn)有技術(shù)中覆蓋在鋁浴表面的熔融熔劑溫度低了 100°C以上，且比現(xiàn)有技術(shù)中的氟鹽含量低了很多，這樣，就大大降低了熔融熔劑中有毒氟鹽的揮發(fā)量，降低了有毒氟鹽對(duì)環(huán)境和人員的影響。另外，現(xiàn)有技術(shù)中，把水溶液助鍍并烘干后的鋼鐵結(jié)構(gòu)件直接放入鋁浴中進(jìn)行熱浸鍍鋁，實(shí)際的批量生產(chǎn)中，還會(huì)有少數(shù)鋼鐵結(jié)構(gòu)件沒有被完全烘干，有殘余水分被帶到鋁浴中，在高溫鋁浴中被分解成氫氣和氧氣，沿著鋼鐵結(jié)構(gòu)件表面從鋁浴中冒出，起泡的過(guò)程嚴(yán)重的影響了鋁浴在鋼鐵結(jié)構(gòu)件表面的附著，大大降低了鋼鐵結(jié)構(gòu)件鍍層的光滑、平整性。 而本發(fā)明提供的熱浸鍍鋁方法，在水溶液助鍍并烘干后，把鋼鐵結(jié)構(gòu)件再放入到熔融熔劑中進(jìn)行浸潤(rùn)，此時(shí)含有少量水分的鋼鐵結(jié)構(gòu)件將在熔融熔劑鍋中完全被烘干。從而使熱浸鍍鋁過(guò)程中沒有氣體冒出，降低對(duì)鍍鋁效果的影響。由于S1Cl2的熔點(diǎn)較低，經(jīng)試驗(yàn)證明，在本發(fā)明提供的熔融熔劑中加入適量的 SiCl2，還可以有效的降低整個(gè)熔融熔劑的熔點(diǎn)，而沒有任何副作用，所以，更加降低了熔融熔劑中有毒氟鹽的揮發(fā)。本發(fā)明提供的熱浸鍍鋁方法，在鋁浴表面覆蓋熔融的NaCl和KC1，質(zhì)量百分比各 50%，起到隔絕空氣與熔融鋁浴發(fā)生氧化反應(yīng)的作用，由于此覆蓋熔劑中不包含難容和有毒的氟鹽成分，所以此過(guò)程沒有毒性物質(zhì)的揮發(fā)，且鋼鐵結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋁后，表面只是沾染了 NaCl和KCl易溶于水的物質(zhì)，因此比現(xiàn)有技術(shù)大大降低了后續(xù)清除覆蓋鹽的難度。本發(fā)明提供的熱浸鍍鋁方法，在鋁浴中加入適量的Zn、Sb、Ti元素，經(jīng)發(fā)明人反復(fù)試驗(yàn)，記錄了多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)格控制三種金屬元素在鋁浴中的質(zhì)量百分比Si 1. 2% -1. 5%, Sb 0. 08% -1. 0%和Ti 0. 1%，才能發(fā)揮其最有效的協(xié)同效應(yīng)，更好的提高鋁浴對(duì)鍍件表面的附著性能，最有效的提高鍍層的平滑性和光澤性。實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳盡，具體的說(shuō)明。準(zhǔn)備熔融熔劑加熱鍋，在加熱鍋中投放質(zhì)量百分比為50% -52% KCl,40% -42%NaCl,3% -5% ^4^^^^3^-5% AlF3,加熱至615°C左右，使上述四種物質(zhì)形成熔融狀態(tài)。優(yōu)選地，在加熱鍋中再加入質(zhì)量百分比3%-5%的SiCl2，經(jīng)發(fā)明人多次試驗(yàn)證明， 加入適量的 SiCl2 可以有效的降低 50%-52% KC1,40% -42% NaCl,3% -5% Na3AlF6 和 3%-5% AlF3四種物質(zhì)的熔點(diǎn)至590°C左右，由于加熱溫度的降低，進(jìn)一步降低了毒性氟鹽 Na3AlF6和AlF3的揮發(fā)性，也進(jìn)一步減少了能源的消耗。在這里，我們把現(xiàn)有技術(shù)中，原本覆蓋在鋁浴表面具有還原和隔絕空氣作用的覆蓋鹽單獨(dú)拿到加熱鍋中進(jìn)行加熱熔融，在鋼鐵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行水溶液助鍍、烘干后，在熱浸鍍鋁前，把鋼鐵結(jié)構(gòu)件放入到此熔融熔劑中進(jìn)行浸潤(rùn)助鍍。本發(fā)明提供的熔融熔劑配方中有毒氟鹽Na3AlF6和AlF3的含量明顯低于現(xiàn)有技術(shù)中氟鹽的含量，又由于熔融熔劑中加入適量的ZnCl2使熔點(diǎn)降低至590°C左右，使熔融熔劑中有毒氟鹽的揮發(fā)量得到了有效的控制。由于現(xiàn)有技術(shù)中覆蓋在鋁浴表面的覆蓋鹽，在熱浸鍍鋁時(shí)溫度達(dá)到730°C左右，造成覆蓋鹽中有毒氟鹽的大量揮發(fā)，消耗了一部分氟鹽，又由于730°C鋁浴中，雖有覆蓋鹽隔絕空氣，但鋁浴上層必定會(huì)有少部分氧化鋁生成，氟鹽又會(huì)還原新生成的氧化鋁，此時(shí)又會(huì)消耗部分氟鹽，而采用本發(fā)明提供的熱浸鍍鋁方法，把覆蓋鹽單獨(dú)放到一個(gè)加熱鍋中進(jìn)行加熱至615°C左右就會(huì)熔融，形成熔融熔劑，由于沒有和鋁浴直接接觸，沒有多余的氟鹽消耗，又因?yàn)榇藭r(shí)單獨(dú)加熱熔融熔劑的溫度比熔融熔劑覆蓋在鋁浴表面時(shí)的加熱溫度降低了 100°C以上，有效的控制了有毒氟鹽的大量揮發(fā)，減少了氟鹽不必要的損耗，從而可以把熔融熔劑中氟鹽的含量有效降低，而不影響其在鍍鋁過(guò)程中的還原作用。本發(fā)明提供的熱浸鍍鋁方法，使鋼鐵結(jié)構(gòu)件在熔融熔劑中進(jìn)行完全、充分的浸潤(rùn)與助鍍，浸潤(rùn)充分，時(shí)間長(zhǎng)，而現(xiàn)有技術(shù)中，熔融熔劑覆蓋在鋁浴表面，鋼鐵結(jié)構(gòu)件在鍍鋁過(guò)程中只是快速的穿過(guò)、浸沾，因此，只有少量的熔融熔劑被沾染在鋼鐵結(jié)構(gòu)件表面，不能像本發(fā)明提供的熱浸鍍鋁方法那樣，能夠使鋼鐵結(jié)構(gòu)件完全浸潤(rùn)在熔融助鍍?nèi)軇┲校浞职l(fā)揮其還原溶解氧化物的能力，和提高鋁浴對(duì)鋼鐵結(jié)構(gòu)件的附著能力。這也是本發(fā)明提供的熔融熔劑配方中有較少的氟鹽含量，而還能充分發(fā)揮其作用的原因。優(yōu)選地，在加熱鍋中投放質(zhì)量百分比為50% -52% KCl,40% -42% NaCl,3. 5% Na3AlF6和4. 2-4. 8% AlF3。Na3AlF6和AlF3具有強(qiáng)還原性，同時(shí)具有較強(qiáng)毒性，眾所周知， 兩種物質(zhì)在熔融熔劑中配比的含量越高，其還原性和毒性越高，但是，在多次的試驗(yàn)中，發(fā)明人驚奇的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Na3AlF6含量占熔融熔劑質(zhì)量百分比為3. 5%，A1F3質(zhì)量百分比占4. 2% 時(shí)，整體熔融熔劑的還原性有一個(gè)直線迅速的增長(zhǎng)，保持Na3AlF6質(zhì)量百分比為3. 5%不變， 逐漸增加AlF3含量，整體熔融熔劑的還原性成正玄函數(shù)式的增長(zhǎng)，當(dāng)AlF3含量占4. 8%時(shí)， 繼續(xù)增加AlF3含量，其整體熔融熔劑的還原性就如現(xiàn)有技術(shù)中記載的按正比列增長(zhǎng)了。如
圖1所示，反應(yīng)了氟鹽含量和整體熔融熔劑還原性的關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種鋼鐵結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋁方法，其特征在于鍍鋁的基本工藝流程為1)前處理把鋼鐵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行除油除銹鍍鋁前的清洗；2)水溶液助鍍處理把清洗干凈的鋼鐵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行水溶液助鍍處理；3)烘干把涂上助渡劑的鋼鐵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行烘干處理；4)熔劑處理把烘干后的鋼鐵結(jié)構(gòu)件投放到熔融熔劑中進(jìn)行浸潤(rùn)處理；5)熱浸鍍鋁把熔劑浸潤(rùn)后的鋼鐵結(jié)構(gòu)件投放到熔融鋁浴中進(jìn)行熱浸鍍鋁；6)水淬清洗把鍍鋁后的鋼鐵結(jié)構(gòu)件在空氣中冷卻至250°C左右，之后淬入到 600C _85°C循環(huán)清水中10秒左右，之間在水中震動(dòng)鋼鐵結(jié)構(gòu)件三次；7)鍍件的鍍后處理把水淬處理后的鋼鐵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行鈍化、漂洗等鍍后處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鐵結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋁方法，其特征在于所述步驟4)中熔融熔劑包含質(zhì)量百分比為 50%-52% KC1,40% -42% NaCl,3% -5% Na3AlF6 和 3%-5% A1F3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼鐵結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋁方法，其特征在于所述步驟4)中熔融熔劑包含質(zhì)量百分比為 50%-52% KC1,40% -42% NaCl,3. 5% Na3AlF6 和 4. 2-4. 8% A1F3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3中任意一項(xiàng)所述的鋼鐵結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋁方法，其特征在于在步驟4)中所述的熔融熔劑中加入質(zhì)量百分比為3% -5%的&iCl2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鐵結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋁方法，其特征在于所述步驟5)中的鋁浴包含質(zhì)量百分比為 97. 4%-98. 6% AlU. 2% -1. 5% Ζη,Ο. 08% -1. 0% Sb 禾口 0.1% Ti。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的鋼鐵結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋁方法，其特征在于在所述步驟5) 中的鋁浴上表面加入質(zhì)量百分比50%的NaCl和50%的KCl熔融覆蓋劑，其中不包括氟化物等有毒物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋼鐵結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋁方法，其特征在于所述NaCl和KCl熔融覆蓋劑完全覆蓋在鋁浴上表面，且控制熔融覆蓋劑厚度為2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鐵結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋁方法，其特征在于在所述步驟5)鋼鐵結(jié)構(gòu)件投放到鋁浴中鍍鋁之前，用工具刮掉鋁浴表面新生成的氧化物浮渣，使鋼鐵結(jié)構(gòu)件在進(jìn)入鋁浴時(shí)不與氧化物浮渣相接觸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋼鐵結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋁方法，屬于金屬防腐蝕表面工程技術(shù)領(lǐng)域。本熱浸鍍鋁工藝流程包括鋼鐵結(jié)構(gòu)件的鍍前處理、水溶液助鍍處理、熔融熔劑助鍍處理、熱浸鍍鋁、鍍后處理。其中熔融熔劑包含質(zhì)量百分比為50％-52％ KCl、40％-42％ NaCl、3％-5％ Na3AlF6和3％-5％AlF3；熱浸鍍鋁的鋁浴包含質(zhì)量百分比為97.4％-98.6％ Al、1.2％-1.5％Zn、0.08％-1.0％ Sb和0.1％ Ti，并且鋁浴表面覆蓋質(zhì)量百分比為50％的NaCl和50％的KCl熔融覆蓋劑。本發(fā)明提供的熱浸鍍鋁方法鍍層平滑、光亮，無(wú)漏鍍，產(chǎn)品合格率高，并且在鍍鋁過(guò)程中毒性物質(zhì)含量低，揮發(fā)少，對(duì)工人健康及環(huán)境影響小。
文檔編號(hào)C23C2/30GK102560313SQ20121003331
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者許雷 申請(qǐng)人:北京海泰銳森環(huán)境能源技術(shù)開發(fā)有限公司