稀土锌合金制备过程稀土的利用率研究

李海龙 周燕祥

摘 要：本文通过石墨钟罩法在井式坩埚电阻炉制备Zn -0.1%RE合金，并利用ICP对其进行成分化验，研究不同熔化温度、浇铸温度下稀土合金制备过程及其稀土合金二次熔化过程稀土的利用率；结果表明：稀土的烧损存在于合金化、浇铸、二次熔化等三个阶段；稀土合金制备最佳熔化温度为580℃左右，最佳浇铸温度为500℃左右，稀土合金二次熔化时（结构件镀锌环境下）烧损率：15%左右。

关键词：稀土 ICP 利用率

中图分类号：TF822 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）03（a）-0000-00

热镀锌是钢铁防腐的有效方法之一，得到了广泛应用[1-2]；热浸镀锌浴中往往含有不同浓度的各种金属元素，常见的有：铝、镁、锰、镍、等[3]，旨在改进锌浴特性和镀层质量；为了适应不断提高的耐腐蚀要求，稀土被应用到热镀锌领域，并得到了广泛的研究及应用，但针对稀土的作用专家们持不同意见，部分认为：在热镀锌液中添加少量稀土元素，能够增加镀液的流动性，提高镀液的浸润性和镀层的附着力，同时提高热浸镀层的耐蚀性能；还有的认为：稀土在热镀锌液中存在量过少，甚至没有；由于稀土活泼性较强，极易氧化，相对锌熔点较高，不易直接添加到热镀锌液中，而是制备成稀土热镀锌合金进行使用；而稀土到稀土热镀锌合金利用率是多少？稀土热镀锌合金到热镀锌液中利用率又是多少？目前未见相关文献报道，因此研究稀土在合金制备过程中利用率对稀土合金在热镀锌的应用很有必要。

1 实验

1.1 实验设备及原材料

用井式坩埚电阻炉和高纯度石墨坩埚进行合金配置；稀土添加使用自制的石墨坩埚钟罩；材料：豫光0#锌、镧铈混合稀土、精炼剂-氯化铵；化验设备采用电感耦合等离子发射光谱仪（即ICP）。

1.2 实验过程

实验使用井式坩埚电阻炉制备Zn-0.1%RE合金，首先炉子加热至200℃，将石墨坩埚放入炉内，保温15分钟，取出坩埚，在坩埚内壁涂抹一层滑石粉，之后放入炉内，温度加热至500℃，将一定量的锌锭放入坩埚；待锌锭熔化后，熔化后氯化铵造渣，将温度加热至实验设定温度，将稀土放入石墨钟罩，放进熔液，熔化过程观察稀土熔化进度，记录熔化时间，充分熔化后均匀搅拌，使用取样模具，在熔液内部取样，所取样作为合金液的成分检测样，之后将温度调整到浇铸温度，浇铸成合金锭（1min完成），每组实验分别对合金液及合金锭的稀土含量进行ICP化验（用车床将试样车10g左右样丝）。根据稀土-锌相图（固液线温度），將实验方分为3种方案，采用豫光0#号锌4994g，镧铈混合稀土6g；共进行9组试验（如表1）：最后配置结构件镀锌锌锅成分：0.05%铁、0.009%铝；锌液温度控制在440℃±3℃，进行稀土合金二次熔化试验。

2 实验结果及分析

通过ICP化验及时间记录，得到了三种实验方案的稀土在合金液及合金锭中的含量及相应的熔化时间，结果如表2、表3、表4：

从三种方案结果对比可以看出，方案二合金液中稀土利用率最高，平均可以达到88.9%；相同条件下金属元素在合金化过程中，其烧损率随着温度升高而增加，而稀土由于活泼性较强，燃点较低，熔化过程极易烧损，其烧损率与合金化时间有直接关系；合金化时间越短，烧损率越低；结合熔化温度及合金化时间，稀土合金在制备过程存在最佳熔化温度为580℃左右；

从表5可以看出，在浇铸成型过程，稀土仍存在明显的烧损；从稀土（镧铈-锌）相图可以看出，Zn-0.1%RE合金中在凝固过程，稀土镧以LaZn13固溶体存在，稀土铈随着温度降低其存在形式由Ce2Zn17固溶体变成CeZn11固溶体；基于稀土自身的物理特性：燃点低于熔点（其燃点为200℃左右），因此在浇铸过程中稀土镧铈将脱离固溶体发生氧化烧损，而且铈的烧损较快，故浇铸过程中凝固时间越短，其烧损氧化时间越短，伴随的稀土烧损越低，从表5可知方案一中浇铸烧损率最低为7%，故浇铸温度500℃左右较为合理；

将制备好的稀土合金5.1kg（稀土含量RE1：0.1002%），加入配置好的结构件镀锌用的锌液中（锌液重量100kg），温度为440℃±3℃，熔化完毕后，进行ICP化验检测其成分如表6所示；计算稀土二次熔化的烧损率结果如下：

利用公式2对稀土利用率进行计算， 代表利用率，W3代表稀土合金重量，W2代表加入加入稀土合金后锌液总重量；经计算 =84.3%，则稀土合金二次熔化烧损率为15.7%。

3 结论

（1）稀土热镀锌合金在制备过程，稀土的烧损存在于稀土熔化过程及浇铸成型过程；稀土熔化过程的烧损率与熔化时间及熔化温度有关，最合理的熔化温度为580℃左右；最合理的浇铸成型温度为500℃左右；

（2）稀土合金在二次熔化时（即热镀锌过程）存在烧损，其烧损率在15%左右。

参考文献

[1] 高存贞，杨涤心，谢敬佩，等.高铝锌合金研究现状及进展[J].热加

工工艺，2010，39（7）：：23-26.

[2] 李祥，薛涛，刘荣佩，等.RE对ZA43合金组织、力学性能及抗磨性的影响[J].特种铸造及有色合金，2007，27（5）：401-403.

[3] 孔纲，卢锦堂，陈锦虹，等.锌浴中元素对钢结构件热镀锌的影响[J]，2003，32（4）：7-8.