一种高耐蚀镀层钢筋的生产方法
阅读说明：本技术 一种高耐蚀镀层钢筋的生产方法 (Production method of high corrosion-resistant coating steel bar ) 是由 刘昕 李远鹏 张�杰 邱肖盼 张子月 江社明 张启富 于 2020-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高耐蚀镀层钢筋的生产方法,属于金属镀层技术领域,解决了现有技术中镀层形成操作复杂,镀层中镁元素含量具有一定限制等问题。本发明高耐蚀镀层钢筋的生产方法,在钢筋表面进行热镀锌,然后通过载流气体对镀层表面喷金属粉末,经保温处理后在表面形成锌合金镀层。本发明适用于高耐蚀镀层钢筋的生产。(The invention discloses a production method of a high-corrosion-resistance plating layer steel bar, belongs to the technical field of metal plating layers, and solves the problems that the plating layer forming operation is complex, the content of magnesium in the plating layer has certain limitation and the like in the prior art. The production method of the high corrosion-resistant coating reinforcing steel bar comprises the steps of carrying out hot galvanizing on the surface of the reinforcing steel bar, spraying metal powder on the surface of the coating through carrier gas, and forming a zinc alloy coating on the surface after heat preservation treatment. The invention is suitable for the production of the high corrosion-resistant coating reinforcing steel bar.)
技术领域
本发明属于金属镀层技术领域，特别涉及一种高耐蚀镀层钢筋的生产方法。
背景技术
热浸镀是一种通过采用热镀的方式，将金属或合金镀覆于钢材表面，其突出的优点是有效的防腐功能。根据涂覆的金属或合金种类的不同，热镀纯锌镀层目前是钢材镀层最传统最经济的镀层制备方式。
目前，热镀纯锌层是钢结构热镀锌中应用最广的镀层防腐方式。钢丝镀层经常用于使用环境较差的桥梁或海洋性气候地区，通过双锅先在钢丝表面镀一层纯锌然后进入铝含量较高的锌合金锅中进行浸镀，在表面最终形成高铝含量的锌合金镀层，从而使镀层钢丝的耐腐蚀性大大提高。
随着用户使用要求的提高，以及节能降耗的需求，提高镀层耐腐蚀性成为防腐蚀保护的不懈追求。国内外研究表明，在锌合金中加入镁元素，能够大幅提高镀层耐蚀性能。
目前双锅法是一种解决方案，但是双锅法会使第一次浸镀的纯锌层部分纯锌融入到第二锅锌合金锅中，会不断稀释第二锅中的合金元素的含量，必须不断往第二锅中添加合金元素以保证镀层中合金元素的稳定。同时由于镁等元素易在空气中烧蚀，在第二口锅中的镁元素含量会有一定比例要求，对镀层中镁元素含量也有了限制。
发明内容
鉴于以上分析，本发明旨在提供一种高耐蚀镀层钢筋的生产方法，至少解决了以下问题之一：双锅法第二口锅中需要不断补充合金元素，操作较为复杂；第二口锅中的镁元素含量会有一定比例要求，对镀层中镁元素含量具有一定限制。本发明能够获得更多种合金元素含量的合金镀层。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种高耐蚀镀层钢筋的生产方法，在钢筋表面进行热镀锌，然后通过载流气体对镀层表面喷金属粉末，经保温处理后在表面形成锌合金镀层。
进一步的，所述热镀锌过程中的锌液温度为430℃～460℃。
进一步的，在钢筋表面进行热镀锌后，钢筋经过环形气刀去除钢筋表面多余的锌液；
环形气刀喷出的气体为温度150℃～240℃的加热空气。
进一步的，所述金属粉末是锌粉、铝粉、镁粉中的一种或两种以上的混合物。
进一步的，所述金属粉末的粒径800～12500目。
进一步的，所述载流气体为氮气或氩气。
进一步的，所述载流气体温度为室温或100～300℃。
在一种可能的设计中，在钢筋表面进行热镀锌前，将钢筋表面的红锈经过喷砂或酸洗工艺去除；
然后在钢筋表面浸涂氯化锌和氯化铵混合溶液涂层，烘烤去除水分后，进入锌液中进行热镀锌。
进一步的，烘烤条件为120℃～280℃温度下烘烤30s～2min。
进一步的，氯化锌和氯化铵混合溶液中氯化锌和氯化铵的质量比范围0.5～2。
在一种可能的设计中，在钢筋表面进行热镀锌前，将钢筋表面的红锈经过喷砂或酸洗工艺去除；
然后将钢筋置于氮-氢混合保护气氛，350℃～500℃将表面还原成海绵铁。
进一步的，氮-氢混合保护气氛为氢气的体积百分比为5％～20％。
进一步的，所述保温处理为喷金属粉末后的钢筋进入合金化炉内，在350℃～500℃范围内保温处理0s～30s。
进一步的，保温处理后的钢筋在60℃～80℃的循环处理去离子水中进行冷却；将冷却后的钢筋进行表面钝化。
与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：
1)本发明镀一层纯锌后，在钢筋表面喷金属粉末，金属粉末在锌液表面融合并形成合金镀层。首先，本发明为通过喷洒粉末来形成合金镀层，不需要在第二口锅中再进行浸镀，不会产生第二锅中的合金元素的含量稀释的问题，操作简单。其次，本发明中金属粉末通过载流气体喷吹到镀锌钢筋表面，载流气体为氮气或氩气等不与金属粉末发生反应的气体，即使当金属粉末为镁等易在空气中烧蚀的元素时，也不会对金属粉末的喷吹量造成影响，能够获得更多种合金元素含量的合金镀层。再次，金属粉末也会增加镀层晶粒的形核率，从而对锌花进行细化。
2)在钢筋表面浸涂氯化锌和氯化铵混合溶液涂层，阻止氧气和水汽进入钢材表面，防止热浸镀时发生漏镀现象，在120℃～280℃温度下烘烤30s～2min，去除表面多余水分，防止钢筋进入锌液内发生爆锌。
3)清洗后也可不进行浸涂氯化锌和氯化铵混合溶液，可将除油除锈后的钢筋置于氮-氢混合保护气氛中进行加热还原。首先，可对钢筋表面进行再次清洁，钢筋表面上的污物通过加热过程中的挥发，燃烧而去除，使钢筋具有一个清洁的表面。其次，钢筋表面的一层氧化膜被氢气还原成纯铁层，为镀锌准备好附着力极强的表面状态。第三，对钢筋进行加热，使得钢筋达到与锌液接近的温度，从而缩短热镀锌时间，提高效率。
4)钢筋经过环形气刀去除钢筋表面多余的锌液。环形气刀喷出的气体为温度150℃～240℃的加热空气。将空气进行加热可避免气刀温度过低造成锌层冷却速率过快，可能会影响后续金属粉末融合的情况。
5)将冷却后的镀锌钢筋进行表面处理，包括不限于钝化、喷塑等处理方式。镀层为牺牲阳极的阴极保护法镀层，锌合金镀层活泼，较易被腐蚀，影响钢筋的表面外观，对钢筋进行表面处理可在运输、储存或后期使用等过程中实现对高耐蚀镀层钢筋的保护。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书中所特别指出的内容来实现和获得。
具体实施方式
以下结合具体实施例对一种高耐蚀镀层钢筋的生产方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。
一种高耐蚀镀层钢筋的生产方法，在钢筋表面进行热镀锌，然后在钢板表面镀层尚未完全凝固前，通过载流气体对镀层表面喷金属粉末，经保温处理后在表面形成锌合金镀层。
本发明镀一层纯锌后，在钢筋表面喷金属粉末，金属粉末在锌液表面融合并形成合金镀层。首先，本发明为通过喷洒粉末来形成合金镀层，不需要在第二口锅中再进行浸镀，不会产生第二锅中的合金元素的含量稀释的问题，操作简单。其次，本发明中金属粉末通过载流气体喷吹到镀锌钢筋表面，载流气体为氮气或氩气等不与金属粉末发生反应的气体，即使当金属粉末为镁等易在空气中烧蚀的元素时，也不会对金属粉末的喷吹量造成影响，能够获得更多种合金元素含量的合金镀层。再次，金属粉末也会增加镀层晶粒的形核率，从而对锌花进行细化。
高耐蚀镀层钢筋的生产方法为：钢筋除油除锈→表面预处理→热镀锌→喷金属粉末→保温处理→水冷→钝化。
具体的，钢筋除油除锈为：钢筋表面的红锈和油经过喷砂或酸洗工艺去除。
在本发明的一个实施例中，表面预处理为：在钢筋表面浸涂氯化锌和氯化铵混合溶液涂层，阻止氧气和水汽进入钢材表面，防止热浸镀时发生漏镀现象，在120℃～280℃温度下烘烤30s～2min，去除表面多余水分，防止钢筋进入锌液内发生爆锌。氯化铵助镀效果明显，但其分解温度低，受热时易分解失效，所以带有涂层的钢筋温度不宜超过280℃，若温度太低则会造成烘干速率较慢。
氯化锌和氯化铵混合溶液中氯化锌和氯化铵的质量比范围0.5～2。钢筋进入锌液后在锌液中高温的作用下气化。氯化铵的气化温度比较低，可促进氯化锌脱出。
氯化铵会引起较大烟尘，氯化锌容易受潮，但热稳定性较好，热镀锌时产生烟尘较少。当氯化锌和氯化铵的质量比小于0.5时，氯化铵含量较高，在钢筋表面形成的盐膜稳定性较差，且会产生较多烟尘；当氯化锌和氯化铵的质量比大于2时，氯化锌含量较高，较易受潮。在进入锌液后造成爆锌。所以本发明氯化锌和氯化铵混合溶液中氯化锌和氯化铵的质量比范围0.5～2。
在本发明的另一个实施例中，表面预处理为：然后将除油除锈后的钢筋置于氮-氢混合保护气氛中进行加热还原。首先，可对钢筋表面进行再次清洁，钢筋表面上的污物通过加热过程中的挥发，燃烧而去除，使钢筋具有一个清洁的表面。其次，钢筋表面的一层氧化膜被氢气还原成纯铁层，为镀锌准备好附着力极强的表面状态。第三，对钢筋进行加热，使得钢筋达到与锌液接近的温度，从而缩短热镀锌时间，提高效率。
具体的，氮-氢混合保护气氛为氢气的体积百分比为5％～20％，其余为氮气。在350℃～500℃将表面还原成海绵铁。
热镀锌过程中的锌液温度为430℃～460℃，当温度过低时，锌无法熔化形成锌液；当温度过高时，锌液会产生蒸汽，挥发严重，且加热到较高温度会造成能量的浪费，镀锌后需要冷却的时间也增长，延长生产周期。
在钢筋表面进行热镀锌后，钢筋经过环形气刀去除钢筋表面多余的锌液。环形气刀喷出的气体为温度150℃～240℃的加热空气，压力为0.5～8atm。将空气进行加热可避免气刀温度过低造成锌层冷却速率过快，可能会影响后续金属粉末融合的情况。
金属粉末可以是锌粉、铝粉、镁粉中的一种或两种以上的混合物或锌、铝、镁两种以上的合金粉末。
优选的，金属粉末的粒径800～12500目，当金属粉末粒径过大时，金属粉末熔覆时间较长，可能会造成金属粉末尚未流平，镀层就已固化的情况，在镀层中形成大颗粒，造成镀层粗糙，耐蚀性能下降；当金属粉末粒径过小时，会成本过高。
载流气体温度为室温或100～300℃。
不同温度气体会导致锌层冷却速度不同，当载流气体温度较低时，会减少锌、铝、镁元素的相互扩散速度，且气体温度低，镀层冷却速度快，可提高锌花的细化效果。但温度过低会影响后续金属粉末与锌层的融合，所以载流气体选择室温。
当载流气体温度较高时，冷却速率较慢，冷却时间较长，镀层会与钢筋形成锌铁合金相，从而加大镀层厚度，当需要厚镀层时，需加热空气提高空气温度。
保温处理为镀锌钢筋表面喷吹金属粉末后，将钢筋送入合金化炉内，在350℃～500℃范围内保温处理0s～30s。当镀层厚度较大或合金含量较高，喷吹的金属粉末较多时，采取的保温温度较高。
保温处理后的钢筋在60℃～80℃的循环处理去离子水中进行冷却。水冷过程若温度太高会在钢筋的镀层表面形成水纹，影响钢筋外观；水温太低，则需要提前对水进行制冷，成本提高。
进一步的，将冷却后的钢筋进行表面钝化。镀层为牺牲阳极的阴极保护法镀层，锌合金镀层活泼，较易被腐蚀，影响钢筋的表面外观，对钢筋进行表面钝化可在运输等过程中实现对高耐蚀镀层钢筋的保护。具体的，通过在合金镀层表面喷淋钝化液进行钝化。优选的，钝化采用无铬钝化。
实施例1
一种高耐蚀镀层钢筋的生产方法，其具体实施工艺包括：
经过喷砂去除钢筋表面的红锈和油。
在钢筋表面浸涂氯化锌和氯化铵混合溶液涂层，氯化锌和氯化铵的质量比为1，在140℃温度下烘烤1min。
然后将钢筋浸入锌液温度为450℃的锌锅中进行热镀锌。钢筋出锌锅后，经过环形气刀采用200℃的加热空气去除钢筋表面多余的锌液。
在表面锌镀层尚未凝固前，向其喷金属镁粉。载流气体为氩气，气体温度为200℃，金属镁粉粒径大小为800目。
将钢筋送入合金化炉内，在400℃条件下保温处理10s，然后进行水冷和钝化。
实施例2
一种高耐蚀镀层钢筋的生产方法，其具体实施工艺包括：
经过酸洗去除钢筋表面的红锈和油。
然后将钢筋置于氢气的体积百分比为8％的氮-氢混合保护气氛中，在400℃条件下进行加热还原。
然后将钢筋浸入锌液温度为430℃的锌锅中进行热镀锌。钢筋出锌锅后，经过环形气刀采用150℃的加热空气去除钢筋表面多余的锌液。
在表面锌镀层尚未凝固前，向其喷金属铝镁合金粉。载流气体为氮气，气体温度为180℃，金属镁粉粒径大小为1250目。
将钢筋送入合金化炉内，在450℃条件下保温处理5s，然后进行水冷和钝化。
实施例3
一种高耐蚀镀层钢筋的生产方法，其具体实施工艺包括：
对钢筋进行热镀锌，锌液温度为460℃。
钢筋表面附着锌液后，经气刀吹扫，在表面镀层尚未凝固前，向其喷金属镁粉和铝粉。
金属镁粉和铝粉粒径大小为800目。
载流气体为氮气，气体温度200度。
实施例4
一种高耐蚀镀层钢筋的生产方法，其具体实施工艺包括：
对钢筋进行热镀锌，锌液温度为460℃。
钢筋表面附着锌液后，经气刀吹扫，在表面镀层尚未凝固前，向其喷金属镁粉和锌粉。
金属镁粉和锌粉粒径大小为2500目。
载流气体为氮气，气体温度150度。
实施例5
一种高耐蚀镀层钢筋的生产方法，其具体实施工艺包括：
经过喷砂去除钢筋表面的红锈和油。
在钢筋表面浸涂氯化锌和氯化铵混合溶液涂层，氯化锌和氯化铵的质量比为2，在180℃温度下烘烤30s。
对钢筋进行热镀锌，锌液温度为430℃。
钢筋表面附着锌液后，经气刀吹扫，在表面镀层尚未凝固前，向其喷金属铝粉。
金属铝粉粒径大小为1250目。
载流气体为氮气，气体温度200度。
将钢筋送入合金化炉内，在500℃条件下保温处理20s，然后进行水冷和钝化。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解相同的含义。应进一步理解，诸如通用辞典中定义的那些术语应解释为具有与相关技术领域上下文中含义一致的含义，而不应解释为理想化或过度正式的意义，除非本文明确地如此定义。