热浸镀锌用协调释放型多元合金、其制备方法及锌液成分反馈控制方法与流程

本发明属于金属表面防护及热浸镀锌工艺控制，尤其涉及一种热浸镀锌用协调释放型多元合金、其制备方法及锌液成分反馈控制方法。

背景技术：

1、热浸镀锌过程中，为改善镀层组织、控制镀层厚度并调节锌液性能，通常需要向锌液中加入含铝、镍、镁等元素的合金材料，使锌液中各功能元素维持在预定成分范围内。由于不同合金元素在锌液中的熔化、溶解及扩散特性存在差异，多元合金加入锌液后，各元素并非必然以相同速率进入锌液，因此，除多元合金自身的总体元素配比外，其内部不同含元素相的组织形态、分布状态以及不同相之间的界面结构，也会影响各功能元素由合金向锌液中的释放过程。与此同时，在连续热浸镀锌生产过程中，还需要根据锌液的实际成分变化对合金添加量和添加时机进行调节，以维持锌液成分稳定。

2、现有多元合金通常主要通过限定各元素的总体含量满足锌液成分调节需求，对不同功能元素在合金内部的相分布及其释放先后关系关注不足。当易于熔化或扩散的含铝组分较快进入锌液，而含镍组分仍以较大或相对难溶的富集相存在时，容易在合金加入后的阶段性过程中产生镍、铝释放不同步的现象，使锌液虽然最终平均成分能够达到设定范围，但在添加过程中仍可能出现短时间的成分比例偏移。现有成分调节方式又多依据某一检测时点的元素绝对含量决定是否继续补加合金，难以判断当前检测结果对应的是已经趋于稳定的成分状态，还是合金内部剩余组分仍在持续释放的动态状态，由此容易出现前一批合金尚未完成释放即再次补加的情况，增加后续成分叠加和成分过冲的风险。因此，需要解决的技术问题是：如何通过多元合金内部组织结构的构建，使不同功能元素在进入热浸镀锌液时具有更加协调的释放过程，并进一步依据不同检测时点的元素相对含量变化识别当前批次合金的释放状态，以据此控制后续合金的添加时机，从而减少因不同元素释放不同步以及连续补加所引起的锌液阶段性成分波动。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的多元合金中不同功能元素释放不同步，且难以根据元素释放状态合理确定后续合金添加时机，易导致热浸镀锌液阶段性成分波动及成分过冲的问题，本发明提供了一种热浸镀锌用协调释放型多元合金、其制备方法及锌液成分反馈控制方法。

2、本发明是这样实现的，一种热浸镀锌用多元合金，包括锌铝基体相、分散于所述锌铝基体相中的镍富集相以及位于所述镍富集相与所述锌铝基体相之间的界面富集区；所述镍富集相中的镍含量高于所述锌铝基体相中的镍含量，所述界面富集区中的镁含量高于所述锌铝基体相中的镁含量，且所述界面富集区至少分布于所述镍富集相的部分外周。

3、本发明的优点和效果是：

4、本发明通过在热浸镀锌用多元合金中构建锌铝基体相、分散于锌铝基体相中的镍富集相以及位于镍富集相与锌铝基体相之间的界面富集区，使镍组分以分散状态存在，并利用界面富集区对镍富集相与锌液之间的界面状态进行调节，从而减小锌铝基体相与镍富集相在进入锌液过程中的释放差异，使铝、镍等功能元素的释放过程更加协调；同时，通过先形成镍富集相、再形成界面富集区的制备顺序，使上述多相组织能够在合金制备过程中稳定建立。进一步地，在锌液成分反馈控制过程中，通过在同一批添加合金加入后的不同检测时点分别获取镍含量和铝含量，并根据其相对变化判断当前批次添加合金的释放状态，在释放状态尚未趋于稳定时继续混合和/或循环而暂缓下一批合金的加入，在释放状态趋于稳定后再结合当前锌液成分确定后续添加操作，由此能够减少前一批合金尚未完成释放即继续补加所造成的成分叠加和过冲，使热浸镀锌液在连续调节过程中的阶段性成分波动得到抑制，并提高合金添加过程与锌液实际成分变化之间的匹配性。

5、在上述技术方案中，优选的，所述多元合金按质量百分比包括：铝1%～10%、镍0.1%～3%、镁0.05%～2%，余量包括锌。

6、在上述技术方案中，优选的，所述多元合金还包括稀土元素，所述稀土元素包括铈和镧中的至少一种，所述界面富集区中的所述稀土元素含量高于所述锌铝基体相中的所述稀土元素含量。

7、在上述技术方案中，优选的，所述镍富集相包括含镍金属间化合物相，多个所述镍富集相彼此间隔地分散于所述锌铝基体相中，所述界面富集区沿对应的所述镍富集相与所述锌铝基体相之间的界面连续分布或间断分布。

8、综上所述，进一步地，通过限定镍富集相的具体形态、分散状态以及界面富集区中镁和稀土元素的进一步富集关系，可以在不显著增加合金元素总加入量的情况下，进一步细化和稳定多元合金内部的相界面结构，使镍富集相与锌铝基体相之间形成更明确的成分梯度和界面过渡区域，从而降低镍富集相发生粗化、团聚或者局部难溶的可能性，并改善镍富集相与熔融锌液接触时的界面状态；其中，稀土元素与镁在界面区域的协同富集还能够使界面调节作用更加集中于镍富集相外围，有利于缩小不同批次多元合金在元素释放过程中的差异，提高多元合金微观组织与后续释放行为之间的一致性和可控性，为获得更加稳定的多元素协调释放状态提供进一步保障。

9、本发明提出一种热浸镀锌用多元合金的制备方法，包括：

10、将含锌材料和含铝材料熔化并混合，形成锌铝熔体；

11、向所述锌铝熔体中加入含镍材料，并对加入所述含镍材料后的所述锌铝熔体进行混合和降温，使含镍组分在所述锌铝熔体中形成分散的镍富集相；

12、在形成所述镍富集相后，向含有所述镍富集相的所述锌铝熔体中加入含镁材料，并进行混合，使镁在所述镍富集相与所述锌铝熔体之间的界面区域富集；

13、对加入所述含镁材料后的所述锌铝熔体进行冷却凝固，形成包括锌铝基体相、分散于所述锌铝基体相中的镍富集相以及位于所述镍富集相与所述锌铝基体相之间的界面富集区的多元合金。

14、在上述技术方案中，优选的，所述含镍材料在第一温度条件下加入，所述含镁材料在第二温度条件下加入，所述第二温度低于所述第一温度，且所述第二温度高于所述锌铝熔体完全凝固的温度。

15、在上述技术方案中，优选的，在形成所述镍富集相后，还向含有所述镍富集相的所述锌铝熔体中加入含稀土元素材料，所述含稀土元素材料中的稀土元素包括铈和镧中的至少一种，并在加入所述含稀土元素材料后进行混合和冷却，使所述稀土元素与镁共同分布于所述镍富集相与所述锌铝基体相之间的界面富集区。

16、本发明的热浸镀锌用多元合金制备方法，通过先形成分散的镍富集相，再在较低温度阶段加入含镁材料并促使镁在镍富集相与锌铝基体相之间的界面区域富集，使镍富集相的形成过程与界面富集区的构建过程具有明确的先后关系，从而避免镁在高温长时间处理过程中完全均匀化，并有利于获得分散程度较高的镍富集相及其外围的界面富集结构。由此，可使多元合金内部不同功能组分形成较稳定的空间组织关系，为后续加入热浸镀锌液后不同元素的协调释放提供组织基础，同时提高该类多相组织的制备可重复性和工艺可控性。

17、本发明更提出一种热浸镀锌锌液的成分反馈控制方法，采用上述的热浸镀锌用多元合金作为添加合金，所述成分反馈控制方法包括：

18、向待调节的锌液中加入所述添加合金；

19、在所述添加合金加入后的第一检测时点，分别获得所述锌液中的镍含量和铝含量，并获得第一镍铝含量比值；

20、在所述第一检测时点之后的第二检测时点，再次分别获得所述锌液中的镍含量和铝含量，并获得第二镍铝含量比值；

21、获得所述第一镍铝含量比值与所述第二镍铝含量比值之间的比值变化量；

22、将所述比值变化量与预设变化阈值进行比较，在所述比值变化量大于所述预设变化阈值时，使所述锌液继续进行混合和/或循环且不执行下一批所述添加合金的加入操作；在所述比值变化量不大于所述预设变化阈值时，根据所述锌液的当前成分与预设目标成分之间的偏差确定是否执行下一批所述添加合金的加入操作。

23、在上述技术方案中，优选的，所述比值变化量按照下式获得：

24、

25、其中，

26、

27、

28、式中，和分别为所述第一检测时点获得的镍含量和铝含量，和分别为所述第二检测时点获得的镍含量和铝含量。

29、在上述技术方案中，优选的，还根据所述锌液中的镍含量和铝含量获得成分协调参数，所述成分协调参数按照下式获得：

30、

31、式中，和分别为当前检测时点获得的镍含量和铝含量，和分别为预设目标镍含量和预设目标铝含量；根据所述成分协调参数与预设协调范围之间的关系以及所述比值变化量与所述预设变化阈值之间的关系，共同确定下一批所述添加合金的加入时机。

32、本发明的热浸镀锌锌液成分反馈控制方法，通过在同一批添加合金加入后的不同检测时点分别获取锌液中的镍含量和铝含量，并根据两个检测时点的镍铝含量比值变化判断当前批次添加合金的释放状态，从而能够区分“当前成分接近目标但仍处于持续变化状态”和“当前成分已经基本趋于稳定”两种情况；在释放状态尚未稳定时暂缓下一批合金加入，在释放状态趋于稳定后再根据当前锌液成分决定后续添加操作，可以减少前一批合金尚未充分释放即继续补加所造成的成分叠加及过冲，提高合金添加时机与锌液实际成分变化过程之间的匹配性，并降低连续热浸镀锌生产过程中阶段性成分波动的风险。