一種電弧噴塗用鋅銅鈦合金絲材及其製備工藝的製作方法

2023-10-06 05:11:04 1

本發明涉及一種電弧噴塗用金屬絲材及其製備工藝，具體涉及一種電弧噴塗用鋅銅鈦合金絲材及其製備工藝，屬於金屬合金和電弧噴塗技術領域。

背景技術：

電弧噴塗技術在國內2000年左右興起的一種熱噴塗技術，應用領域非常廣泛。電弧噴塗技術是鋼結構防腐蝕最有效的工藝技術之一，採用該技術在鋼結構表面形成金屬塗層，並對塗層進行封孔及重防腐塗裝，有效地延長鋼結構件的使用壽命。

目前，廣泛應用於防腐領域的電弧噴塗金屬絲材有鋅絲、鋁絲及鋅鋁合金絲，但是現有這些絲材，在使用過程中存在以下不足，如表a所示。

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綜合以上分析，為了獲得更優異的塗層性能，使電弧噴塗技術能應用在更多的領域，適用不同工況的防腐、耐磨及其他性能要求，研發新型絲材是電弧噴塗技術大力推廣的一個方向。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種電弧噴塗用鋅銅鈦合金絲材及其製備工藝，製得的鋅銅鈦合金絲材具有優異的電化學腐蝕性能，且形成的電弧噴塗金屬塗層具有優異的附著力、良好的耐腐蝕性能，防腐壽命可達到40-50年，能夠有效地延長鋼結構的使用年限。

為了實現上述目的，本發明提供一種電弧噴塗用鋅銅鈦合金絲材，採用混煉法製備而成鋅銅鈦合金絲材，各組分及其重量百分數：Ti+Cu≤0.65%，其餘為Zn，其中Ti純度＞99.2%，Cu純度＞99.9%，Zn純度＞99.9%；

優選的，本發明鋅銅鈦合金絲材各組分的重量百分數為：Cu為0.1-0.45%，Ti為0.04-0.2%，餘量為鋅。

優選的，本發明鋅銅鈦合金絲材各組分的重量百分數為：Cu為0.2-0.4%,Ti為0.04-0.2%，餘量為鋅。

本發明又提供一種上述電弧噴塗用鋅銅鈦合金絲材的製備工藝，製備出絲材合金成分穩定、氧化夾雜含量少、表觀缺陷低，包括以下步驟：

（1）製備中間合金：先按上述鋅銅鈦合金絲材各組分及其重量百分數進行配料，然後在電阻熔爐中進行熔煉，製備Zn-Ti中間合金、Zn-Cu中間合金；

（2）鋅銅鈦合金熔煉：先將部分鋅錠放入熔爐，熔煉坩堝為高純石墨坩堝，採用高純氬氣為保護氣體，通電升溫至420℃-450℃，待鋅錠融化成鋅液（先熔化鋅錠的30%），逐步添加鋅錠，直至所有鋅錠熔化，去除鋅液表面的氧化皮和其他雜質，繼續通電升溫至1000℃-1500℃，依次添加Zn-Ti中間合金和Zn-Cu中間合金，待合金完全熔化並充分攪拌均勻至熔清，靜置0.5h -2h，木碳作覆蓋劑；

（3）鋅銅鈦合金澆鑄：合金熔煉完畢，在澆鑄前，取樣檢測實際化學成分，待檢測成分合格後，在400℃-600℃時扒渣澆鑄，將鋅銅鈦液澆鑄成棒狀，規格為Φ80-Φ150mm；

（4）鑄棒表面處理：待鑄棒完全冷卻至室溫，保證芯部與表面溫度一致，去除表面氧化皮，等待擠壓處理；

（5）預擠壓前熱處理：將鑄棒放入真空保溫爐中，升溫至200℃-300℃、保溫10h -15h，以達到均勻化的目的；

（6）預擠壓：鑄棒經擠壓機擠壓至Φ5-Φ8㎜絲材，將預擠壓材料再次放入熱處理爐中退火處理；

（7）拉拔成絲：將Φ5-Φ8㎜絲材經拉絲生產設備3-5次拉拔，拉拔後絲材規格為Φ2-Φ4㎜。

鈦元素固溶在鋅基體中，使得鋅銅鈦合金的晶粒更加細化，避免高溫條件下晶粒過快粗化長大；銅元素在鋅銅鈦合金基體中彌散分布，起到很好的強化作用，有效地提高了合金的強度。同時添加銅、鈦元素，優化鋅基合金內部金屬晶體結構，避免晶間腐蝕發生，提高合金組織耐腐蝕性能，改善合金的物理機械性能。

採用現有電弧噴塗技術，對經噴砂處理達到Sa3級以上要求的鋼結構表面電弧噴塗鋅銅鈦合金絲，並對其進行附著力、孔隙率測量及耐鹽霧試驗，檢測結果表明：與基體的結合強度≥6.5MPa，塗層孔隙率＜2%，2400h中性耐鹽霧試驗，金屬塗層無紅色鏽蝕，表面無起泡現象發生。

本發明與現有技術相比，具有如下優點：

（1）本發明製備的鋅銅鈦合金絲材具有優異的電化學腐蝕性能，形成的鋅銅鈦合金塗層與基體結合強度高、塗層孔隙率低、耐蝕性能好，防腐壽命可達40-50年，延長鋼結構工程服役壽命，降低鋼結構全壽命防腐成本。

（2）鋅銅鈦合金絲材具有良好的物理機械性能，滿足在現有電弧噴塗設備上使用要求。

（3）本發明提出的鋅銅鈦合金絲材製備工藝，解決了合金成分偏析、氧化夾雜缺陷多的問題，且製備出的鋅銅鈦合金絲材具有表面質量好，硬度適中，並滿足電弧噴塗施工的要求。

（4）鋅銅鈦合金絲材產品成本適中，適合規模化生產，具有大力推廣的前景。

有益效果是：本鋅銅鈦合金絲材製備條件要求高、成本適中、綜合力學性能良好、自身耐蝕性好；電弧噴塗絲材形成的鋅銅鈦合金塗層，具有塗層緻密、孔隙率低、與基體結合強度高、耐蝕性好等優點，延長鋼結構工程服役壽命，可廣泛應用於鋼結構的腐蝕防護。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步的說明。

本發明電弧噴塗用鋅銅鈦合金絲材，採用混煉法製備，各組分及其重量百分數如下：Ti+Cu≤0.65%，餘量為Zn，其中Ti純度＞99.2%，Cu純度＞99.9%，Zn純度＞99.9%。實施例1至實施例5製備本絲材的具體成分及其重量百分數如表1所示。

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實施例1至實施例5所提供的鋅銅鈦合金絲材的製備工藝，包括以下具體步驟：

（1）製備中間合金：按表1的重量百分數進行配料，然後在電阻熔爐中進行熔煉，製備Zn-Ti中間合金、Zn-Cu中間合金；

（2）鋅銅鈦合金熔煉：先將部分鋅錠放入熔爐，熔煉坩堝為高純石墨坩堝，採用高純氬氣為保護氣體，通電升溫至420℃-450℃，待鋅錠融化成鋅液（先熔化鋅錠的30%），逐步添加鋅錠，直至所有鋅錠熔化，去除鋅液表面的氧化皮和其他雜質，繼續通電升溫至1000℃-1500℃，依次添加Zn-Ti中間合金和Zn-Cu中間合金，待合金完全熔化並充分攪拌均勻至熔清，靜置0.5h -2h，木碳作覆蓋劑；

（3）鋅銅鈦合金澆鑄：合金熔煉完畢，在澆鑄前，取樣檢測實際化學成分，待成分檢測合格後，於400℃-600℃時扒渣澆鑄，將鋅銅鈦液澆鑄成棒狀，規格為Φ80-Φ150mm；

（4）鑄棒表面處理：待鑄棒完全冷卻至室溫，保證芯部與表面溫度一致，去除表面氧化皮，等待擠壓處理；

（5）預擠壓前熱處理：將鑄棒放入真空保溫爐中，升溫至200℃-300℃，保溫10h -15h；

（6）預擠壓：鑄棒經擠壓機擠壓至Φ5-Φ8㎜絲材，將預擠壓材料再次放入熱處理爐中進行熱處理；

（7）拉拔成絲：將Φ5-Φ8㎜絲材經拉絲生產設備3-5次拉拔，拉拔後絲材規格為Φ2-Φ4㎜。

將實施例1至實施例5製備的鋅銅鈦合金絲材安裝在江蘇中礦大正表面工程技術有限公司研製的大功率二次霧化電弧噴塗設備（型號為DGL-600）上。DGL-600設備的最優施工參數為噴塗電壓為27V、噴塗電流為200A、噴塗距離為250㎜。首先採用噴砂方法除去鋼結構表面鏽蝕產物，處理後鋼結構表面清潔度應達到Sa3級以上、表面粗糙度應達到Rz60-100μm；然後對金屬表面進行電弧噴塗，形成鋅銅鈦合金塗層，塗層厚度為50-260μm。具體的數據如下表2所示。

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對鋼結構表面形成的鋅銅鈦合金塗層進行附著力、孔隙率測量及耐中性鹽霧測試，檢測結果為與基體的結合強度≥6.5Mpa，孔隙率＜2%，2400h耐中性鹽霧測試，金屬塗層表面無紅色鏽蝕、表面無起泡現象，預測可耐腐蝕年限為40-50年。