锌铝合金片状粉及其制备方法

607 编辑：中冶有色技术网来源：湖南新威凌新材料有限公司

2023-12-04 10:41:37

权利要求书： 1.一种锌铝合金片状粉，其组分按重量百分比为：Zn：70％?97％、Al：3％?30％、改性助剂和研磨助剂：2?4％，其中铅、镉含量均小于50ppm，杂质总量不超过0.01％的杂质；

所述锌铝合金片状粉的平均片径为5?20μm，片厚为0.1?0.3μm，其中径厚比为50?200；

制备所述锌铝合金片状粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)预合金化超细粉末原料的制备

将锌锭、铝锭按上述比例加入熔炼炉中，熔炼成合金熔液，将熔融合金导入预热的、底部带有限流孔的中间包中，合金熔液通过限流孔进入雾化罐顶部的雾化器，在雾化器中合金熔液被3～5MPa的高压惰性气体雾化成球形或类球形的颗粒状合金粉末，再经气流分级机分级，可获得D50为5～20μm的颗粒状合金粉；

(2)片状化及表面改性

以D50为5～20μm的颗粒状合金粉为原料，配以研磨助剂和改性助剂在研磨机中，采用干磨或湿磨的方法将粒状合金粉末研磨成D50为8～20μm、厚度为0.1～0.3μm之间的片状合金粉末，湿磨需用溶剂油作为湿磨介质，溶剂油可重复使用，湿磨后用离心机或压滤机经固液分离即可得到膏状产品；膏状产品经干燥工序获得干粉；经过上述工艺过程，获得片厚在

0.1～0.3μm之间、表面包覆改性助剂和研磨助剂的片状合金粉末；

(3)干粉后处理

将片状合金粉末定量加入有惰性气体保护的气流分级机中进行分级，选出合格粒度的产品，并定量密封包装；

所述步骤(2)中的干磨方法为：

(1)片状化研磨

3

选用2～6m卧式滚筒球磨机，球磨机外壁设有夹套，用循环冷却水间接冷却研磨料浆，冷却水进口水温控制在4～8℃之间；选用8～20mm钢球做磨介，装球量为4～10T；原料粒度控制在10～20μm之间，原料加入量为500～1000kg；研磨助剂和改性助剂添加量为金属量的

2～5％之间；研磨前，抽真空再充氮气，控制在0.01～0.03MPa之间；球磨机工作频率为15～

45Hz之间；研磨时间取决于原料粒度和产品规格，为8～16小时；

(2)整形

3

选用1～2m的抛光机，选用1～4mm的不锈钢球做抛光球，抛光球添加量为1～3T；半成品片状锌铝合金粉的处理量为200～500kg；抛光前，先抽真空再充氮气，确保抛光机内的氮气压力略高于环境压力，压力差控制在0.01～0.03MPa之间；抛光频率为20～40Hz，抛光时间为1～4h；

(3)分级

选用气流分级及对抛光后的产品进行分级，分级采用氮气保护；分级给料量控制在60～100kg之间；一级分级叶轮工作频率为10～30Hz之间，二级分级叶轮工作频率为25～40Hz之间；

所述步骤(2)中的湿磨方法为：

(1)片状化研磨

3

选用1～2m卧式滚筒球磨机，球磨机外壁设有夹套，用循环冷却水间接冷却研磨料浆，冷却水进口水温控制在4～8℃之间；选用2～8mm钢球做磨介，装球量为1.5～3T；用溶剂油做研磨液，可防止合金粉末在研磨过程产生冷焊及氧化，溶剂油的添加量为500～1500L；原料粒度控制在3～10μm之间，原料加入量为300～500kg；研磨助剂和改性助剂添加量为金属量的2～5％之间；球磨机工作频率为20～45Hz之间；研磨过程料浆始终通过料浆泵将料浆打入通有冷却水的换热器中，经冷却的料浆再返回球磨机中，研磨时间为8～16小时；

(2)压滤固液分离

将磨好的料浆打入压滤机压滤；滤液作为研磨液反复使用，所得滤饼为配制膏状产品的原料；

(3)捏合配膏

将滤饼加入捏合机中，根据用户要求配适量的捏合剂，配制成膏状产品；

(4)干燥制粉

如需粉状产品，将步骤(3)中的滤饼放入真空干燥机中干燥；干燥温度控制在60～200℃之间；干燥恒温时间为6～15小时；

干燥后所获得的干粉再经与所述干磨方法相同的整形和分级工序即可得到各种规格的成品。

2.根据权利要求1所述的锌铝合金片状粉，其特征在于，所述锌铝合金片状粉的松装密3

度为0.2?0.6g/cm。

3.根据权利要求1所述的锌铝合金片状粉，其特征在于，所述步骤(2)中油料比为5～10升:3～6kg。

4.根据权利要求1所述的锌铝合金片状粉，其特征在于，其中研磨助剂和改性助剂包括分散剂、硬脂酸、硬脂酸盐、硬脂酸酰胺、硬脂酸甘油酯、棕榈酸异丙酯、偶联剂中的一种或几种复配。

5.根据权利要求1所述的锌铝合金片状粉，其特征在于，所述研磨助剂与改性助剂的助剂添加量为合金粉末重量的1～4％。

6.根据权利要求1所述的锌铝合金片状粉，其特征在于，研磨介质球为氧化锆或不锈钢，研磨介质球的直径为2～12mm。

说明书：一种锌铝合金片状粉及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及金属粉末深加工领域，具体涉及一种锌铝合金片状粉及其制备方法。背景技术[0002] 锌铝涂敷技术是近二十年在中国发展起来的一种新型钢铁表面高效防腐技术，包括锌铝涂敷液(达克罗涂液)制备技术和涂敷技术两部分。达克罗涂液主要由纯锌片状粉、纯铝片状粉、乳化剂分散剂和以铬酸为原料的钝化剂组成。其耐蚀性能好，耐盐雾时间可达+61000h以上。纯锌粉片状粉和纯铝片状粉是生产的普通达克罗(含Cr 离子)的主要原料。近+6 +6

几年，因达克罗涂液中含有大量有毒Cr 离子而被限制使用，取而代之的是一种不含Cr 离子的无铬达克罗涂液。

[0003] 同时，中国发明专利CN103357867B提供了一种鳞片状多元锌铝合金粉末及其制备方法，其中所述鳞片状多元锌铝合金粉末的片厚为0.1～1μm，平均片径为5～35μm，且其中粒度的具体组成为：片径小于5μm占≤20％，片径5～33μm占≥70％，片径大于33μm≤10％，且所述鳞片状多元锌铝合金粉末的平均片径与片厚的径厚比为35～200。本发明提供的鳞片状金属粉末及其制备方法，特别适合用于生产无铬达克罗涂液、无机富锌漆、重防腐蚀涂料等领域。[0004] 但是，该专利需添加其他元素和昂贵的稀土元素，价格较高，生产工艺较复杂，需制备中间合金，需真空熔炼及真空雾化。[0005] 同时，用纯锌片状粉用于生产无铬环保达克罗防腐涂液，稳定性差，易发气、粘度变化较快，涂料保质期较短；耐腐蚀性能相对较差，通常耐盐雾时间只有300h～400h，仅为含铬达克罗的1/3。[0006] 因此，提供一种新型锌铝合金片状粉及其制备方法来兼顾无铬达克罗涂液的原料成本、加工成本优势以及产品的性能优势成为该领域急需解决的技术难题。发明内容[0007] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种满足价格优势以及性能优势的无铬锌铝合金片状粉及其制备方法，以降低无铬锌铝涂液生产成本，提高产品稳定性及耐腐蚀性。[0008] 本发明所采用的技术方案为：[0009] 一种锌铝合金片状粉，其组分按重量百分比为：Zn：70％?97％、Al：3％?30％、包覆剂：2?4％，其中总计不超过0.01％的杂质，所述锌铝合金片状粉的平均片径为5?20μm，片厚为0.1?0.3μm，其中径厚比为50?200。[0010] 优选的，所述锌铝合金片状粉的松装密度为0.2?0.6g/cm3。[0011] 另一方面，本发明还提供了一种锌铝合金片状粉的制备方法，包括以下步骤：[0012] (1)预合金化超细粉末原料的制备[0013] 将锌锭、铝锭按权利要求1所述比例加入熔炼炉中，熔炼成合金熔液，将熔融合金导入预热的、底部带有限流孔的中间包中，合金熔液通过限流孔进入雾化罐顶部的雾化器，在雾化器中合金熔液被3～5MPa的高压惰性气体雾化成球形或类球形的颗粒状合金粉末，再经气流分级机分级，可获得D50为3～10μm的颗粒状合金粉。[0014] (2)片状化及表面改性[0015] 以D50为3～10μm的颗粒状合金粉为原料，配以研磨助剂和改性助剂在研磨机中，采用干磨或湿磨的方法将粒状合金粉末研磨成D50为8～15μm、厚度为0.1～0.3μm之间的片状合金粉末；研磨介质可以是单一规格，亦可几种规格复配，采用湿磨的方式加工，产品的均匀性更好、改性剂包覆性更佳，湿磨需用溶剂油作为湿磨介质，溶剂油可重复使用，通常油料比为5～10升:3～6kg，湿磨后经用离心机或压滤机固液分离即可得到膏状产品，膏状产品经干燥等工序可获得干粉，经过上述工艺过程，可获得片厚在0.1～0.3μm之间、表面包覆改性助剂的片状合金粉末。[0016] (3)干粉后处理[0017] 将半成品片状合金粉末定量加入有惰性气体保护的气流分级机中进行分级，选出合格粒度的产品，并定量密封包装。[0018] 优选的，其中研磨助剂和改性助剂包括分散剂、硬脂酸、硬脂酸盐、硬脂酸酰胺、硬脂酸甘油酯、棕榈酸异丙酯、偶联剂中的一种或几种复配。[0019] 优选的，研磨助剂与改性助剂的助剂添加量为合金粉末重量的1～4％。[0020] 优选的，研磨介质球为氧化锆、不锈钢或其他材质钢球，研磨介质的直径为2～12mm。

[0021] 作为本发明制备方法的进一步方案，步骤(2)中的干磨方法为：[0022] (1)片状化研磨[0023] 选用2～6m3卧式滚筒球磨机，球磨机外壁设有夹套，用循环冷却水间接冷却研磨料浆，冷却水进口水温控制在4～8℃之间；选用8～20mm钢球做磨介，装球量为4～10T；原料粒度控制在10～20μm之间，原料加入量为500～1000kg；助剂添加量为金属量的2～5％之间；研磨前，抽真空再充氮气，确保球磨机内的氮气压力略高于环境压力，控制在0.01～0.03MPa之间；球磨机工作频率为15～45Hz之间；研磨时间取决于原料粒度和产品规格，通常为8～16小时。

[0024] (2)整形[0025] 为确保产品片形的平整度，研磨后需对产品进行整形处理；选用1～2m3的抛光机；选用1～4mm的不锈钢球做抛光球，抛光球添加量为1～3T；通常半成品片状锌铝合金粉的处理量为200～500kg；抛光前，抽真空再充氮气，确保抛光磨机内的氮气压力略高于环境压力，通常控制在0.01～0.03MPa之间；抛光频率为20～40Hz，抛光时间为1～4h。

[0026] (3)分级[0027] 选用气流分级机对抛光后的产品进行分级，分级采用氮气保护；分级给料量控制在60～100kg之间；一级分级叶轮工作频率为10～30Hz之间，二级分级叶轮工作频率为25～40Hz之间。

[0028] 作为本发明制备方法的进一步方案，步骤(2)中的湿磨方法为：[0029] (1)片状化研磨[0030] 选用1～2m3卧式滚筒球磨机，球磨机外壁设有夹套，可用循环冷却水间接冷却研磨料浆，通常冷却水进口水温控制在4～8℃；选用2～8mm钢球做磨介，装球量为1.5～3T；用溶剂油作研磨液，可防止合金粉末在研磨过程产生冷焊及氧化，溶剂油的添加量为500～1500L；原料粒度控制在3～10μm之间，通常原料加入量为300～500kg；助剂添加量为金属量的2～5％之间；球磨机工作频率为20～45Hz之间；研磨过程料浆始终通过料浆泵将料浆打入通有冷却水的换热器中，经冷却的料浆再返回球磨机中，料浆如此循环可有效降低料浆温度，同时提高产品的均匀性；研磨时间取决于原料粒度和产品规格，通常为8～16小时。

[0031] (2)压滤固液分离[0032] 将磨好的料浆打入压滤机压滤；滤液可作为研磨液反复使用，所得滤饼为配制膏状产品的原料。[0033] (3)捏合配膏[0034] 将滤饼加入捏合机中，根据用户要求配适量的捏合剂，配制成膏状产品。[0035] (4)干燥制粉[0036] 如需粉状产品，将步骤(3)中的滤饼放入真空干燥机中干燥；干燥温度通常控制在60～200℃之间；干燥恒温时间通常为6～15小时；

[0037] 干燥后所获得的干粉再经与干磨方法相同的整形和分级工序即可得到各种规格的成品。[0038] 本发明相对于现有技术来说，具有以下有益效果：[0039] 1、产品用于制作环保型无铬锌铝涂液，涂液不发气、粘度变化小，稳定性好。[0040] 2、产品片径小，产品径厚比大，有利于制备致密细腻的涂层，因而有利于提高涂层的耐蚀性能和获得光滑润泽的工件表面；[0041] 3、选用二元合金，合金成分简单，无需添加其他元素和昂贵的稀土元素即可使涂层的耐盐雾时间达到1000小时以上；[0042] 4、生产过程工艺简单，无需制备中间合金，可直接将锌锭和铝锭熔炼成液态合金后在常压下用氮气雾化成合金粉，无需真空熔炼真空雾化；[0043] 5、表面改性剂选择合理，产品在涂料中易分散，悬浮性好，涂料不易发气，涂料稳定性好；[0044] 6、原料成本和加工成本低，产品的市场竞争力强。附图说明[0045] 图1为本发明粉状产品外观图[0046] 图2为本发明膏状产品外观图[0047] 图3为本发明粉状产品扫描电镜图[0048] 图4为本发明膏状产品扫描电镜图[0049] 图5为耐盐雾腐蚀试验工件的前后对比图。具体实施方式[0050] 本实施例锌铝合金片状粉具体的制备方法为：[0051] 一、预合金化超细粉末原料的制备[0052] 将锌锭、铝锭按比例加入熔炼炉中，熔炼成合金熔液，将熔融合金导入预热的、底部带有限流孔的中间包中，合金熔液通过限流孔进入雾化罐顶部的雾化器，在雾化器中合金熔液被3～5MPa的高压惰性气体雾化成球形或类球形的颗粒状合金粉末，再经气流分级机分级，可获得D50为3～10μm的颗粒状合金粉。[0053] 二、片状化及表面改性[0054] 以D50为3～10μm的颗粒状合金粉为原料，配以研磨助剂和改性助剂，研磨助剂和改性助剂包括分散剂、硬脂酸、硬脂酸盐、硬脂酸酰胺、硬脂酸甘油酯、棕榈酸异丙酯、偶联剂中的一种，亦可多种复配，助剂添加量为合金粉末重量的2％，在卧式滚筒式球磨机中，采用干磨或湿磨的方式将粒状合金粉末研磨成D50为8～15μm、厚度为0.1～0.3μm之间的片状合金粉末。研磨介质球为不锈钢球，研磨介质球的直径为2～12mm。[0055] 采用湿磨的方式加工，产品的均匀性更好、改性剂包覆性更佳，用溶剂油作为湿磨介质，溶剂油可重复使用；油料比为7:4。湿磨后经离心机或压滤机进行固液分离即可得到膏状产品，膏状产品经干燥等工序可获得干粉，经过上述工艺过程，可获得片厚在0.1～0.3μm之间、表面包覆改性助剂的片状合金粉末。[0056] 三、干粉后处理[0057] 将半成品片状合金粉末定量加入有惰性气体保护的气流分级机中进行分级，选出合格粒度的产品，并定量密封包装。[0058] 其中步骤二中湿磨方法为[0059] (1)、片状化研磨[0060] 选用2m3卧式滚筒球磨机，球磨机外壁设有夹套，用循环冷却水间接冷却研磨料浆，冷却水进口水温控制在4～8℃之间；选用5mm钢球做磨介，装球量为2.5T；用溶剂油做研磨液，可防止合金粉末在研磨过程产生冷焊及氧化，溶剂的添加量为1000L；原料粒度控制在3～10μm之间，原料加入量为400kg；助剂添加量为金属量的2～5％之间；球磨机工作频率为20～45Hz之间；研磨过程料浆始终通过料浆泵将料浆打入通有冷却水的换热器中，经冷却的料浆再返回球磨机中，料浆如此循环可有效降低料浆温度，同时提高产品的均匀性；研磨时间为12小时。[0061] (2)压滤固液分离[0062] 将磨好的料浆打入压滤机压滤；滤液可作为研磨液反复使用，所得滤饼为配制膏装产品的原料。[0063] (3)捏合配膏[0064] 将滤饼加入捏合机中，根据用户要求配适量的捏合剂，配制成膏状产品。[0065] (4)干燥制粉[0066] 如需粉状产品，将步骤(3)中的滤饼放入真空干燥机中干燥；干燥温度控制在60～200℃之间；干燥恒温时间为6～15小时。

[0067] (5)整形[0068] 为确保产品片形的平整度，研磨后需对产品进行整形处理；选用2m3的抛光机；选用3mm的不锈钢球做抛光球，抛光球添加量为2T；半成品片状锌铝合金粉的处理量为300kg；抛光前，抽真空再充氮气，确保抛光磨机内的氮气压力略高于环境压力，通常控制在0.01～

0.03MPa之间；抛光频率为20～40Hz，抛光时间为1～4h。

[0069] (3)分级[0070] 选用气流分级及对抛光后的产品进行分级，分级采用氮气保护；分级给料量控制在80kg；一级分级叶轮工作频率为10～30Hz之间，二级分级叶轮工作频率为25～40Hz之间，即可得到各种规格的成品。[0071] 本发明的锌铝合金片状粉由Al、Si及微量杂质元素组成，表1中列出了本发明中各成分重量百分比的一些优选的具体实施例，但本发明各组成成分的含量并不局限于表1?3中所列的具体数值，对于本领域技术人员来说，完全可以在表1所列的具体数值的基础上进行合理概括和推导。[0072] 其中，表2中所涉及的松装密度等参数却并不是解决本发明必不可少的技术特征，其仅仅是本发明相对于现有技术进一步取得的更优的技术方案。对于本发明而言，核心的内容在于锌铝合金片状粉成分的设定，尤其是粉末片厚、片径、粒度的具体组成以及径厚比的设定及锌铝片状粉的制备方法而达到适合用于生产无铬锌铝涂液的发明目的。[0073] 而在此基础上，通过生产工艺的进一步改进均是使这一技术效果更突出，更优越。因此，在说明书中的下述表2中记载松装密度性能参数，也只是为了能够更加详细、方便地介绍本发明的技术方案，而并非作为解决本发明技术问题的必要技术特征加以描述。

[0074] 与此相类似的，表2?3进一步给出本发明具体化学成分、物理指标及其具体含量同样是作为优选实施例加以描述，本领域技术人员应当能够确定并不必然要求采用表1?3中给出技术指标方能解决其技术问题，即其同样不是作为必要条件加以描述的。[0075] 其中，图1为本发明粉状产品外观图，图2为膏状产品外观图，图3为本发明粉状产品扫描电镜图，图4为本发明膏状产品扫描电镜图。[0076] 附图5中耐盐雾腐蚀试验工件的前后对比照片为具体的客户反馈，工件型号为SIWA?200218B，试验前干膜厚度为10.56μm；盐雾试验2880小时后干膜厚度仍然为10.56μm，完好无损。同时，多个用户提供的数据表明用本专利产品生产的锌铝涂覆液所涂覆的工件，其耐盐雾腐蚀时间均大于1000小时，个别工件最长可达5000小时以上。[0077] 表1锌铝合金片状粉的常用规格原料及主要技术指标[0078][0079][0080] 表2锌铝合金片状粉的产品规格及物理指标[0081][0082] 表3锌铝合金片状粉的化学成分[0083]