一种热浸镀铝用新型助镀剂及其使用方法与流程

本发明提供一种热浸镀铝用新型助镀剂及其使用方法，属于钢铁材料表面镀覆工艺技术领域。

背景技术：

热浸镀铝钢材在浸镀前除了一般的表面清洗技术外，最为关键的一道工序即为熔剂助镀处理。目前为止，许多国家均采用这种方法进行批量热浸镀铝。助镀处理的过程不仅会直接影响镀层的质量，还会对镀层的耐腐蚀性能及能耗等有较大的影响。助镀剂在热浸镀铝浸镀前的主要作用有：清除酸洗后工件表面残留的铁盐；与熔融铝在接触瞬间先反应生成界面活性产物，以有利于快速剥离镀件表面氧化膜，同时提高镀件表面活性；能够在钢基表面形成连续的氧化膜，防止工件的二次氧化；降低表面张力、提高铝液在镀件表面浸润性，起到助镀的作用。

助镀剂自身应该具有以下这些性质：助镀剂不仅自身应该具备成分稳定等良好的性能，此外还需有能在基体表面形成完整且无孔隙的保护膜，浸铝时能立即从基体表面脱除，对出现的一些氧化物有吸附溶解作用，助镀剂各成分间不发生相互反应，对铝液无污染，分解产物不进入铝浴中，不污染环境等性能。因此，助镀剂的选择主要以氯化物和氟化物为主，氯化物的添加可选择NaCl，KCl，AlCl₃，CaCl₂，SnCl₂，BaCl₂等，氟化物主要为碱金属氟化物(如KF，NaF等)或氟化物复合盐(如Na₃AlF₆，K₂ZrF₆等)，但不论是氯化物或氟化物的添加量都需考虑其在水中的溶解度。常用的传统助镀剂，即氯化锌与氯化铵的混合溶液，由于在热浸镀铝时熔融铝的表面张力大，助镀剂中的氯化铵受热挥发产生的气泡短时间难以脱离工件表面致使镀层质量下降，容易产生气泡、漏镀、结瘤等缺陷。

除了上述几种较为典型的氯化物与氟化物之外，还可以向助镀剂中添加某些有机物，以促进助镀剂的挥发，改善镀层的质量。但是由于成本及环保等综合因素，并未得到广泛的应用。本研究通过正交试验，确定了一种新型助镀剂配方及相应的助镀工艺参数，该助镀剂浸镀时无烟尘，助镀后表面盐膜均匀、致密、干燥时间短，浸镀后可获得表面质量较高的纯铝镀层及铝硅合金镀层。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有的助镀工艺的某些不足，提供一种新型的助镀剂及其使用方法。使用该助镀剂后，能够在工件表面形成均匀、致密的盐膜，增强盐膜的稳定性；防止工件的二次氧化；并且能够大大缩短盐膜干燥时间；浸镀过程中无烟尘，能够改善生产环境；浸镀后，能够提高镀层的表面质量。

本发明采用无机盐作为助镀溶液的主要成分，利用各氟化物与氯化物之间不同的作用机理，研制出以KF为主的助镀剂配方为：KF:100～120g/L，KCl：30～40g/L，NaCl：20～40g/L，SnCl₂：60～80g/L，其余为水。

该助镀剂的各种成分的作用机理如下：

(1) 氟化钾

KF在水中的溶解度很大，0℃～20℃时饱和溶解度为30.9%～48.7%，其水溶液在基体表面附着均匀，能够形成一层完整的盐膜，此外KF能够溶解铝液中的A1₂O₃，大大提高镀层的质量，因此可以作为助镀剂配方中主要的添加剂。通过试验表明，KF的浓度在100～120g/L为宜。

(2) 氯化钾

KCl的加入能够增加溶液中钾、氯的含量，可以减少烟尘的产生，因此可以减少对环境的危害，但加入量不宜过多。因此其加入量控制在30～40g/L较合适。

(3) 氯化钠

NaCl加入能够增加溶液中氯的含量，并且可以使得盐膜容易干透，也可以减少烟尘的产生，但加入的量过多，会产生点状结瘤、漏镀等缺陷。所以NaCl的加入量为20～40g/L为宜。

(4) 氯化亚锡

加入适当的SnCl₂的目的是使Sn元素与钢基表面的铁发生置换反应，在钢基表面析出一层连续的Sn膜，从而得到无缺陷的镀层。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。

本发明的热浸镀铝用助镀剂的使用方法为：使用前先将工件置于15%～25%的70℃～80℃NaOH溶液中进行碱洗除油，然后水洗后将工件置于常温下15~20%的HCl溶液进行酸洗除锈，再经水洗后将工件浸入新型助镀剂中助镀处理，助镀溶液温度控制在60℃~80℃范围内，最后将助镀处理后的工件置于60℃～100℃温度环境下干燥或烘干。

附图说明

图1 (a) (b) 分别为经实施例1新型助镀工艺后，在700℃浸镀150s获得的纯铝镀层表面形貌及截面组织；从图中可以看出镀层表面平整、光滑，有金属光泽，无漏镀等缺陷。从显微组织可以看出，镀层分为明显的两层，一层为基体界面层上形成了连续致密的呈舌状的金属间化合物层，另一层为纯铝层，无组织缺陷。而(c) 为常用助镀工艺处理后的镀层表面形貌，表面有漏镀，结瘤等缺陷；(d) 为超过本发明助镀剂范围内的新型助镀剂配方工艺处理后的镀层表面形貌，表面有针孔状的漏镀及少量不平整。

图2为经实施例2新型助镀剂后，在700℃浸镀150s获得的纯铝镀层表面形貌及截面组织；从图中可以看出镀层表面平整、光滑，有金属光泽，无漏镀等缺陷。从显微组织可以看出，镀层分为明显的两层，一层为基体界面层上形成了连续致密的呈舌状的金属间化合物层，另一层为纯铝层，无组织缺陷。经过该浓度的助镀溶液处理后的镀层组织与实例1相比，几乎没有变化。

图3 (c) (d) 分别为经实例3中新型助镀剂工艺处理后热浸镀获得的铝硅镀层表面形貌及截面组织。对比 (a) (b) 中常用助镀剂工艺处理后的铝硅镀层的表面形貌及截面组织可见，两者形貌相似，镀层主要分为两层，一层为呈带状的金属间化合物层，另一层为Al-Si层，无组织缺陷。从图 (c) 可以看出，经新型助镀剂处理后的镀层表面质量仍然较高，表面平整光亮，无漏镀长瘤等缺陷。

具体实施方式

以下结合实例对本发明做进一步详述

实施例1：取氟化钾120g，氯化钾40g，氯化钠40g，氯化亚锡80g，加入1L水配制成助镀溶液，将该溶液加热至80℃，加热过程中搅拌均匀。将经过碱洗除油、酸洗除锈并冲洗过的尺寸为50×50×2mm的Q235钢片浸入助镀溶液中保持3min，再将Q235钢片从助镀溶液中提出，在温度为100℃的烘干箱中烘干1min，然后浸入纯铝熔池中进行热浸镀，浸入时未发生爆铝，熔池表面无烟尘产生，熔池表面有上浮的黑色氧化物；浸镀完成后将Q235钢片从熔池中缓慢提出后迅速水冷，发现钢材表面镀层平整均匀、无起壳、结瘤和漏镀等缺陷。

实施例2：取氟化钾100g，氯化钾30g，氯化钠20g，氯化亚锡60g，加入1L水配制成助镀溶液，将该溶液加热至60℃，加热过程中充分搅拌均匀。将经过碱洗除油、酸洗除锈并冲洗过的尺寸为50×50×2mm的Q235钢片浸入助镀溶液中保持3min，再将Q235钢片从助镀溶液中提出，在温度为60℃的烘干箱中烘干1min，然后浸入纯铝熔池中进行热浸镀，浸入时未发生爆铝，熔池表面无烟尘产生，熔池表面有上浮的黑色氧化物；浸镀完成后将Q235钢片从熔池中缓慢提出后迅速水冷，发现钢材表面镀层平整均匀、无起壳、结瘤和漏镀等缺陷。

实施例3：取氟化钾110g，氯化钾35g，氯化钠30g，氯化亚锡70g，加入1L水配制成助镀溶液，将该溶液加热至70℃，加热过程中充分搅拌均匀。将尺寸为50×50×2mm的Q235钢片经碱洗除油、酸洗除锈并冲洗后浸入助镀溶液中保持3min，再从助镀溶液中提出，在温度为100℃的烘干箱中烘干1min，然后浸入Al-5Si熔池中进行热浸镀，浸入时未发生爆铝，熔池表面无烟尘产生，熔池表面有上浮的黑色氧化物；浸镀完成后将Q235钢片从熔池中缓慢提出后迅速水冷，发现钢材表面镀层平整均匀、无起壳、结瘤和漏镀等缺陷。