Al-Ni-Re微合金热镀锌层成分设计与性能研究

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240069

山东科学 ›› 2025, Vol. 38 ›› Issue (1): 44-52.doi: 10.3976/j.issn.1002-4026.20240069

Al-Ni-Re微合金热镀锌层成分设计与性能研究

郭雷¹(), 刘长春¹^,^*(), 张婧², 殷子强³, 李波¹

1.济南迈科管道科技有限公司,山东济南 250400
2.齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛 266100
3.济南大学机械工程学院,山东济南 250022

收稿日期:2024-05-15 出版日期:2025-02-20 发布日期:2025-01-21
通信作者: *刘长春,男,助理工程师,研究方向为钢管成型焊接及表面处理。E-mail: 18660291362@126.com,Tel: 18660291362
作者简介:郭雷(1978—),男,正高级工程师,研究方向为钢管成型焊接及表面处理技术。E-mail: guolei@meide-casing.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(51305245);国家自然科学基金项目(51505267);国家自然科学基金项目(51805303);山东省自然科学基金项目(ZR2012EEQ013);山东省自然科学基金项目(ZR2020ME150);山东省科技型中小企业创新能力提升工程项目(2022TSGC1130)

Research on the composition design and performance of Al-Ni-Re micro-alloyed hot-dip galvanized coating

GUO Lei¹(), LIU Changchun¹^,^*(), ZHANG Jing², YIN Ziqiang³, LI Bo¹

1. Jinan Mech Piping Technology Co., Ltd, Jinan 250400, China
2. Institute of Oceanographic Instrumentation, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Qingdao 266061,China
3. School of Mechanical Engineering, University of Jinan, Jinan 250022,China

Received:2024-05-15 Online:2025-02-20 Published:2025-01-21

摘要/Abstract

摘要：

为解决传统纯锌镀层耐蚀性不足的问题,以直径为30 mm的Q195焊管为基体,通过向锌液中微量添加Al、Ni、Re等合金元素,制备了一系列热镀锌合金镀层。通过四因素三水平正交试验初步确定影响指标的主要因素,针对主要因素进一步细化实验水平,开展单因素试验,从而获得最优参数组合。采用高低温湿热实验、中性盐雾实验、金相分析、SEM等方法研究分析了镀层的组织特征和耐腐蚀性能。结果表明,合金元素的引入抑制了ζ层生长,使得镀层组织细小致密,提高了镀层的耐蚀性。制备的镀层可实现盐雾实验72 h、湿热实验120 h表面无锈蚀。该镀层的制备工艺与现有纯锌镀层生产工艺基本相同,具有良好的可推广性,对镀锌产品性能提升具有重要意义。

关键词: 热浸镀, 镀锌, 合金镀层, 圣德林效应

Abstract:

To improve the corrosion resistance of traditional pure Zn coatings, we used 30 mm diameter Q195 welded pipes as the substrate and prepared a series of hot-dip galvanized alloy coatings by adding trace amounts of alloy elements such as Al, Ni, and Re to the Zn bath. First, the main factors affecting corrosion resistance were identified through a four-factor and three-level orthogonal experiment. Then, the experiment was further improved for the primary factors, and single-factor experiments were conducted to obtain the optimal parameter combination. Finally, the microstructure characteristics and corrosion resistance of the coating were studied and analyzed using methods such as high and low temperature humidity test, neutral salt spray test, metallographic analysis, and scanning electron microscopy. Results indicate that the introduction of alloying elements suppresses the growth of ζ layer, which makes the coating structure compact, and improves the corrosion resistance of the coating. The coating prepared in this study could remain rustless throughout a 72 h salt spray test and a 120 h humidity test. The process for preparing the alloy coating is same as the existing production process for traditional Zn coatings.

Key words: hot-dip, galvanizing, alloy coating, aandelin effect

中图分类号:

TG174.4

郭雷, 刘长春, 张婧, 殷子强, 李波. Al-Ni-Re微合金热镀锌层成分设计与性能研究[J]. 山东科学, 2025, 38(1): 44-52.

GUO Lei, LIU Changchun, ZHANG Jing, YIN Ziqiang, LI Bo. Research on the composition design and performance of Al-Ni-Re micro-alloyed hot-dip galvanized coating[J]. Shandong Science, 2025, 38(1): 44-52.

图/表 17

表1

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参考文献 15

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项目名称	指标值
温度范围	-50~100 ℃
温度波动度	±0.5 ℃
温度均匀度	±2.0 ℃
升温时间	由20 ℃升至100 ℃约需35 min(空载时)
降温时间	由20 ℃降至-50 ℃约需60 min(空载时)
湿度范围	20%~98%RH

项目名称	指标值
温度范围	35~55 ℃
温度均匀度	≤±2 ℃
温度波动度	≤±0.5 ℃
盐雾沉降率	1~2 mL/(80 cm²·h)
喷雾方式	气流喷雾,连续喷雾/间歇喷雾,可调可设

名称	ω(Zn)	ω(Pb)	ω(Cd)	ω(Fe)	ω(Cu)	ω(Sn)	ω(Al)	ω(Ni)	ω(Re)
0#锌锭(标称)	≥99.995	≤0.003	≤0.002	≤0.001	≤0.001	≤0.001	≤0.001	—	—
多元合金(实测)	87.976	—	—	0.007	—	—	11.414	0.497	0.145
Zn-1%Ni合金(实测)	99	0.003	0.002	0.001	0.001	0.001	0.001	0.973	—

水平	ω(Al)/%	ω(Ni)/%	T/℃	t/s
1	0.1	0.005	435	30
2	0.2	0.035	445	45
3	0.3	0.065	455	60

名称	ω(Al)	ω(Ni)	T	t	未锈蚀部分占比/%
实验1	1	1	1	1	20
实验2	1	2	2	2	42
实验3	1	3	3	3	35
实验4	2	1	2	3	30
实验5	2	2	3	1	20
实验6	2	3	1	2	56
实验7	3	1	3	2	25
实验8	3	2	1	3	35
实验9	3	3	2	1	30
均值1	33.333	25.000	30.000	25.000
均值2	36.667	25.000	36.667	43.333
均值3	23.333	43.333	26.667	25.000
极差	8.334	28.333	11.667	18.333

Al-Ni-Re微合金热镀锌层成分设计与性能研究

Research on the composition design and performance of Al-Ni-Re micro-alloyed hot-dip galvanized coating

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