阅读说明：本技术 一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层 (Corrosion-resistant alloy coating with excellent welding performance for fastener ) 是由 张贤发 于 2019-12-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层,其原料配比为：Al含量为3-9wt%,Mg含量为0.03-0.09wt%,Pb含量为0.1-0.3 wt%,Bi含量为0.1-0.2 wt%,稀土含量为0.05-0.15wt%,余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物,三者的质量比为10-20：3-5：1。相比于现有技术,综合性能大大提高,中性盐雾试验4800h后外观评级为9-10级,浸锡试验的上锡面积均大于95%,表明本发明的合金镀层具有优异的耐腐蚀性能和焊接性能。(The invention discloses a corrosion-resistant alloy plating layer of a fastener with excellent welding performance, which comprises the following raw materials in parts by weight: 3 to 9 weight percent of Al, 0.03 to 0.09 weight percent of Mg, 0.1 to 0.3 weight percent of Pb, 0.1 to 0.2 weight percent of Bi, 0.05 to 0.15 weight percent of rare earth and the balance of zinc; wherein the rare earth is a mixture of lanthanum, cerium and praseodymium, and the mass ratio of the lanthanum to the cerium to the praseodymium is 10-20: 3-5: 1. compared with the prior art, the alloy plating layer has the advantages that the comprehensive performance is greatly improved, the appearance rating is 9-10 grades after 4800h of a neutral salt spray test, and the tinning areas of a tin immersion test are all larger than 95%, so that the alloy plating layer has excellent corrosion resistance and welding performance.)

一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层

技术领域

本发明涉及紧固件表面处理技术领域，尤其涉及一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层。

背景技术

材料与周围环境发生化学电化学反应后被破坏的现象是材料腐蚀。材料腐蚀遍及国民经济的各个领域，给国民经济带来巨大损失。搞好材料的防腐蚀工作，己不是单纯的技术问题，而是关系到保护资源、节约能源、节省材料、保护环境、保证正常生产和人身安全、发展新技术等一系列的重大社会和经济问题。

紧固件作为一种通用基础件，其可靠性对主机工作性能和结构安全性起着重要作用。在电力行业，输电线路铁塔和金具连接设施都大量使用紧固件，因此紧固件的质量好坏直接关系到电网运行的安全和稳定。

在热镀材料中应用最为广泛的金属是锌，随着新兴工业和科技的发展以及环境污染的日趋严重，以往的纯锌镀层制品在耐蚀性能、机械性能等方面已远不能满足要求，所以，锌基合金镀层成为热镀工业的主要发展方向和内容。其中，新耐蚀镀锌层开发是镀锌工业中最重要的发展方向之一。目前，提高镀层耐蚀性能的主要方法是通过在锌液中添加合金元素的方法，热浸镀过程中在钢铁紧固件表面沉积一层合金镀层。合金镀层的耐腐蚀性能优于纯锌镀层，从而提高热浸镀合金镀层紧固件的耐腐蚀寿命，使其满足输变电工程全寿命周期建设的要求。近几年来，耐蚀性能优异的镀锌层主要有Zn-Al、Zn-Al-Mg等系列，日本日新制钢公司的高耐蚀新型Zn-Al-Mg合金镀层，耐蚀性为纯锌镀层的10倍，为Galfan合金镀层的5倍。

目前，现有技术已经公开了一些合金镀层的技术方案，例如申请公布号CN104711502 A的中国专利申请，公开了一种耐蚀锌铝镁稀土合金镀层及其制备和热浸镀方法，耐蚀锌铝镁稀土合金镀层的原料配比为：Al3-9wt%，Mg0.03-0.09wt%，稀土0.01-0.15wt%，余量为锌。其中稀土为镧、铈或镨。各种原料混合经过合金熔融步骤制备成熔融合金，该镀液的流动性好，对钢基具有良好的浸润性；经过表面预处理的钢材在制备好的熔融合金进行热浸镀后，表面就镀上了耐蚀锌铝镁稀土合金镀层，该镀层表面平整光滑，具有优良的防腐蚀性能。但是，该锌铝镁稀土合金镀层的焊接性能存在不足，还有进一步提高的空间。因此，在现有的合金镀层基础上进行改进和创新，不仅要提高合金镀层的耐腐蚀性能，同时还要提高焊接性能，从而获得综合性能更优异的合金镀层。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种耐腐蚀性能和焊接性能更优异的合金镀层。具体地，本发明采用如下技术方案：

一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层，其原料配比为：Al含量为3-9wt%，Mg含量为0.03-0.09wt%，Pb含量为0.1-0.3 wt%，Bi含量为0.1-0.2 wt%，稀土含量为0.05-0.15wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为10-20：3-5：1。

优选地，一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

在紧固件表面进行热浸镀获得所述合金镀层的方法，包括如下步骤：

（1）合金熔融：将锌加热至650-750℃，镁、铅、铋用铝片包裹压制成块状压入锌液中，在650-750℃温度下保持2h，过程中每隔20min 用石英棒进行搅拌；待充分熔融后，加热至850-880℃，将稀土压入熔池底部，850-880℃温度下保持1h，将温度降低到650-700℃待用；

（2）紧固件预处理：将紧固件在10wt% 的NaOH 碱液中50℃保持3-5min进行碱洗除油；然后取出用清水清洗；接着用10wt% 的盐酸溶液酸洗3min除锈；再用清水清洗；使用助镀剂在80℃助镀1-2min；然后105℃下2min将紧固件烘干；

（3）热浸镀：步骤（2）预处理后的紧固件置入步骤（1）制备的熔融合金中，浸镀温度为650-700℃，浸镀时间为10-20s。

其中，步骤（2）中助镀剂的成份包括：浓度为250-280g/L 的ZnCl₂，浓度为40-60g/L 的NH₄Cl，浓度为40-60g/L 的AlCl₃，浓度为30-50g/L 的LiCl，浓度为4-8g/L的乳化剂OP-10，以及溶剂水。

相比于现有技术，本发明的有益效果是：综合性能大大提高，耐腐蚀性能和焊接性能均更加优异。其中，中性盐雾试验4800h后外观评级为9-10级，浸锡试验的上锡面积均大于95%，表明本发明的合金镀层具有优异的耐腐蚀性能和焊接性能，使得经过本发明合金涂层处理后的紧固件具有更广的应用前景。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1：

一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

在紧固件表面进行热浸镀获得所述合金镀层的方法，包括如下步骤：

（1）合金熔融：将锌加热至750℃，镁、铅、铋用铝片包裹压制成块状压入锌液中，在750℃温度下保持2h，过程中每隔20min用石英棒进行搅拌；待充分熔融后，加热至850℃，将稀土压入熔池底部，850℃温度下保持1h，将温度降低到700℃待用；

（2）紧固件预处理：将紧固件在10wt% 的NaOH 碱液中50℃保持5min进行碱洗除油；然后取出用清水清洗；接着用10wt% 的盐酸溶液酸洗3min除锈；再用清水清洗；使用助镀剂在80℃助镀1min；然后105℃下2min将紧固件烘干；

（3）热浸镀：步骤（2）预处理后的紧固件置入步骤（1）制备的熔融合金中，浸镀温度为700℃，浸镀时间为20s。

其中，步骤（2）中助镀剂的成份包括：浓度为250g/L 的ZnCl₂，浓度为50g/L 的NH₄Cl，浓度为50g/L 的AlCl₃，浓度为30g/L 的LiCl，浓度为8g/L的乳化剂OP-10，以及溶剂水。

实施例2：

一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层，其原料配比为：Al含量为3wt%，Mg含量为0.09wt%，Pb含量为0.1wt%，Bi含量为0.2wt%，稀土含量为0.05wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为10：5：1。

在紧固件表面进行热浸镀获得所述合金镀层的方法同实施例1。

实施例3：

一种焊接性能优异的紧固件耐腐蚀合金镀层，其原料配比为：Al含量为9wt%，Mg含量为0.03wt%，Pb含量为0.3wt%，Bi含量为0.1wt%，稀土含量为0.15wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为20：3：1。

在紧固件表面进行热浸镀获得所述合金镀层的方法同实施例1。

对比例1：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

对比例1与实施例1的不同点在于，不含铅和铋。

对比例2：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.35wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

对比例2与实施例1的不同点在于，不含铋，铅含量为实施例1铅和铋的含量之和。

对比例3：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Bi含量为0.35wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

对比例3与实施例1的不同点在于，不含铅，铋含量为实施例1铅和铋的含量之和。

对比例4：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.05wt%，Bi含量为0.3wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

对比例4与实施例1的不同点在于，铅含量小于0.1wt%，铋含量大于0.2wt%，且铅和铋的含量之和与实施例1相同。

对比例5：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.33wt%，Bi含量为0.02wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

对比例5与实施例1的不同点在于，铅含量大于0.3wt%，铋含量小于0.1wt%，且铅和铋的含量之和与实施例1相同。

对比例6：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为1：1：1。

对比例6与实施例1的不同点在于，镧、铈和镨的质量比为1：1：1。

对比例7：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈的混合物，二者的质量比为15：5。

对比例7与实施例1的不同点在于，稀土为镧、铈的混合物，二者的质量比为15：5。

对比例8：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、镨的混合物，二者的质量比为15：1。

对比例8与实施例1的不同点在于，稀土为镧、镨的混合物，二者的质量比为15：1。

对比例9：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Pb含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为铈、镨的混合物，二者的质量比为5：1。

对比例9与实施例1的不同点在于，稀土为铈、镨的混合物，二者的质量比为5：1。

对比例10：

一种紧固件合金镀层，其原料配比为：Al含量为5wt%，Mg含量为0.06wt%，Cd含量为0.2wt%，Bi含量为0.15wt%，稀土含量为0.1wt%，余量为锌；其中稀土为镧、铈和镨的混合物，三者的质量比为15：5：1。

对比例10与实施例1的不同点在于，用镉替换铅。

一、测试本发明实施例1-3和对比例1-10合金镀层的耐盐雾性能

采用实施例1-3和对比例1-10的合金镀层材料和热浸镀方法对材质为35CrMo、尺寸100mm×100mm×5mm的平板样品进行热浸镀处理，每组样品3件，将得到的合金镀层样品进行中性盐雾试验。具体试验方法参照GB/T10125-1997 标准，NaCl溶液浓度为5%，试样摆放角度为30°，盐雾试验箱温度35℃，试验时间为4800h。外观评级标准参照GB/T6461-2002，即测试工件镀层外观的腐蚀程度以数字评级表示。工件镀层腐蚀越严重，外观评级数越小；腐蚀越轻微，外观评级数越大，若镀层无出现腐蚀现象，则外观评级数为10。测试结果取平均值见表1。

表1

二、测试本发明实施例1-3和对比例1-10合金镀层的焊接性能

将处理后的35CrMo平板样品进行浸锡试验。浸锡试验条件为255±5℃浸纯锡，5±0.5s。以各个样品合金镀层的上锡面积对锡镀层的焊接性能进行评价，上锡面积越大，则焊接性能越好。测试结果见表2。

表2

通过测试结果可知，本发明实施例1-3得到的合金镀层，其上锡面积均大于95%，上锡非常优异，表明本发明的合金镀层具有优异的焊接性能；而对比例1-9合金镀层的上锡面积小于50% 或小于75%，分别显示为大面积拒焊和部分面积拒锡。

上述的实施例仅为本发明的优选实施例，不能以此来限定本发明的保护范围，因此，依本发明申请专利保护范围所作的等同变化，仍属本发明涵盖的范围。