热镀锌工艺描述

热镀锌工艺描述内容摘要：

影响。 锌浴加镍会使锌渣增加。 由于制件及锌锅上的铁不断溶入锌中，使锌浴中铁含量增加，在 450℃ 时铁在锌中的溶解度为 %，当铁含量超过该值时，便会生成 FeZn13 金属间化合物沉入锅底形成锌渣。 当锌液中加入 %%的镍后，铁的溶解度将下降，这意味着加镍促使一部分铁形成锌渣。 为减少锌渣的形成，锌浴含量应尽量减少。 锌渣由原先的 ZnFe二元合金相转变为 ZnNiFe三元合金 167。 相 . 锌浴加镍后锌灰的生成量会减少。 （ 4）锌浴中镍的 加入方式。 由于镍的熔点大大高于锌，锌浴中添加镍，往往需要首先转化成锌镍中间合金或采用镍粉直接合金化技术。 目前国际上曾采用的锌镍中间合金由 Zn2%Ni、 %中间合金和%Ni 预合金。 表为几种常用的锌镍合金及镍粉在热浸镀锌中的使用特性。 由于镍加入锌浴中，镀层、锌渣中所带走的镍量均大于锌浴中的含镍量。 当锌浴中 Ni为 %%的范围时，镀层中的含镍量比锌浴中更高。 而锌渣中 Ni为 %， 比锌浴中高出 10 倍，若形成 Γ2相浮渣，含镍量将更高。 锌灰中 Ni约 %，略低于锌浴中。 因此，要维持一定镍含量的锌浴，锌镍和金的实际加入量要高得多。 这样涉及到镍的有效利用率问题。 早期有报道称当锌浴中刚加入 Zn2%Ni合金时，锌浴中的镍含量很快上升，但持续的添加，镍的有效利用率 (锌浴中的镍含量与添加量之比）降低很快，仅为 20%~30%。 %Ni和 %Ni预合金最早时用于维持锌浴中较高含镍量 (Ni 为 %~%）而产生的，预合金的意思就是直接使用而不再与纯锌进行稀释。 但后来由于锌浴中镍的使用含量降低， %Ni合金也就作为中 间合金使用了。 由于%Ni合金中 NiZn8,金属间化合物相量较少且分布更均匀，故镍的有效利用率更高，有报道称可达到 33%，但使用该合金的成本是Zn2%Ni 合金的 2 倍以上。 %Ni 合金接近共晶成分，它的熔点低，可迅速溶解于锌浴中，但这种合金使用成本过高而未被广泛采用。 目前国外使用较多的为 %Ni 合金，而国内处于出于成本的考虑，使用较多的仍为 Zn2%Ni合金。 镍粉直接合金化使由加拿大 Cominco 公司研究开发的。 采用该技术设备制作简单、成本低。 操作方便，但在目前尚未取得广 泛应用。 稀土在热镀锌中应用的起源和发展 关于稀土在热镀锌行业中的应用，最早是由国际铅锌研究组织（ ILZRO）与 Leige 冶金研究中心（ CRM）开始研究，并于 1980 年研究成功了 Zn 5 % Al % RE 热镀锌铝稀土镀层 —Galfan 镀层。 1982 年，法国的 Fical 公司实现了钢丝热镀 Galfan 镀层的工业化生产。 该镀层成型性、耐腐蚀性、附着性等均较传统热镀锌层好，镀层致密均匀，盐雾试验及 SO2 气氛试验结果均显示其耐腐蚀性较传统镀层高出很多。 1984 年，美国内陆钢铁公司公司和比利时 Leige 冶金研中心，联合研究生产的 Galfan 合金镀层钢丝，其镀层平均厚度 12μm，耐大气腐蚀相当于 20μm 的传统镀层，盐雾试验结果表明，其耐腐蚀性比镀锌丝高出 2～ 3 倍。 到上世纪 90 年代，随着人们对镀锌材料需求量的不断扩大， Galfan 合金镀工艺获得了飞速的发展，取得了巨大的成功。 稀土元素对热镀锌层的作用和影响 在锌浴中添加微量稀土后，热镀锌镀液的表面张力降低。 按照非均匀形核的动力学条件，镀液表面张力降低，导致固液界面的比表面能减小，形核临界晶核半径 减小，提高了形核率，细化表面晶粒尺寸。 镀层表面晶界密度增加，杂质分布均匀，同时亚晶界逐渐变浅，使亚晶界的耐蚀性得到了一定的提高。 但稀土的添加有一个最佳范围，超过该范围，镀层的耐蚀性将随着稀土的添加而降低，实验表明，稀土添加的最佳范围为不超过 %。 合金加入微量稀土可提高钢件与合金镀层界面的浸润性，使合金镀层晶粒细化，减少晶间腐蚀。 实验表明，镀层的耐腐蚀性能与所加稀土含量有关，当稀土加入量为 %时，镀层耐盐雾腐蚀性能达到最佳。 对锌基合金中添加微量稀土元素对热镀锌层性能影响的研究后发现，当纯锌 中添加微量稀土元素后，由于稀土能净化杂质，减少了合金中的活性阴极相，阻止了阴极过程的进行，从而提高了合金镀层的耐蚀性。 同时，合金中的稀土元素为表面活性物质，有富集表面的倾向，能在镀层表面形成致密均匀的氧化层，阻碍了外界杂质原子向镀层内部扩散，减缓镀层的氧化和腐蚀过程。 此外，微量稀土元素的加入，能降低镀液的表面张力，降低形核临界尺寸，使核心增加，为镀液结晶提供了异质晶核，而未成为异质晶核的稀土元素，则富集在合金结晶前沿，阻碍晶粒长大，促使晶粒细化，使基体组织更细密，从而使镀层的保护作用更强，同样对阻碍外界原子 向镀层内部扩散起到作用，延缓了腐蚀过程。 研究人员宋人英等对 Zn 基热镀合金中微量稀土元素的作用和影响，进行了深入的研究。 结果显示，稀土能降低镀液的表面张力，减小润湿角，提高镀液流动性，从而改善镀层成型性；同时，稀土使镀层合金组织更加均匀、细密，晶粒细化，且稀土对合金还有净化和细化变质作用，能延缓合金表面的氧化作用；另外，添加微量稀土后，合金镀层表面以 ZnO 为主要成分的疏松膜层，将会转变为以 ZnCl24Zn（ OH） 2的致密膜层，且该膜层导电性差，能有效抑制腐蚀反应的进一步进行，提高镀层的耐腐蚀性能。 尽管目 前对稀土的作用机理尚不明确，造成在实际操作时稀土添加量没有一个统一的标准，但一致的观点是：稀土含量不宜过高，一般不大于 %。 因为根据原子半径相似相溶的固溶理论，稀土原子半径比锌原子半径大得多，所以它在锌液中的固溶度很小。 若稀土添加量过多，过量的稀土可能会与 Zn 发生反应形成 Zn RE 金属间化合物，从而影响镀层质量，并无谓地增加锌耗和浪费稀土材料，而且也会造成锌锅的腐蚀加快。 4. 镀锌操作 由于目前国内热浸镀锌企业均面临一个较大的难题，就是 客户提供的钢结构制件钢材成分及类型千差万别这就对热浸镀锌操作提出了较高的要求。 不同成分及类型的钢结构制件需采用不同的热浸镀锌操作工艺。 适当的镀锌操作对获得良好的镀锌质量及较低的生产成本是非常关键的。 热浸镀锌操作主要是对锌浴温度、浸入速度。 浸锌时间、提升速度以及扒锌灰、捞锌渣等操作步骤进行有效控制及实施。 实践表明，大多数制件在 440~460℃ 的温度范围内热浸镀锌能够得到满意的效果，而通常使用的工作温度是 450℃。 热浸镀锌的最低温度应以在制件取出时锌液能自由的从制件流下来为准。 一般来 说，锌锅容量大，一次镀锌制件量少，锌滴温度可以低些。 低的镀锌温度可以减少硅对热浸镀锌层的影响，减少灰暗、超厚度层产生，减少锌灰和锌渣的形成，并能保证锌锅的安全的节约燃料。 锌浴温度过高，则镀层厚度增加。 锌浴温度从 450℃ 升到 470℃ ，钢材浸镀 30s 所产生的锌渣将增加一倍，因为温度越高合金层形成越迅速。 但温度过低会使镀层太厚，镀件不光滑，这是因为低温下锌液的流动性变差。 因此，要想使产生品质量良好同时锌耗较低，就必须注重控制锌浴的温度。 钢与锌液反应的临界温度使 480℃。 当锌浴温度低于这个温度、锌锅表面的铁 与锌液形成的致密合金层附着于锌锅表面，这个合金可以减慢甚至至阻止锌锅与锌浴的反应。 当锌浴温度高于 480℃ ，锌锅表面的合金层会被破坏而成为非附着的结晶，于是锌将不断地与锌锅中的反应，加快对锌锅的浸蚀，减少锌锅的寿命，同时也会产生更多的锌渣。 为保护镀锌锅及获得良好的镀锌质量，准确得测量锌浴温度是很重要的。 通常将热电偶插入锌锅两端的锌浴中测量，并及时调节控制锌锅的加热。 为保护镀锌锅及获得良好的镀锌质量，准确地测量锌浴温度时很重的。 通常将热电偶插入锌锅两端的锌浴中测量，并及时调节控制锌锅的加热。 为了克服 含硅的镇静钢和半镇静钢镀锌时出现灰暗、超厚及粘附性差的镀层问题，除在锌浴中加入合金元素外，在 530~560℃ 的高温下镀锌也是一种有效的方法。 但此时由于锌浴温度太高，不能使用铁制锌锅，而需采用耐火材料制作的锌锅，并需改变加热方式。 高温镀锌通常只应于小制件的镀锌生产中。 在保证操作工人安全的前提下，制件浸入锌浴的速度尽可能地块。 这就要求已处理好的制件应尽可能干透，否则会引起严重的锌的飞溅，造成锌耗增加且不安全。 制件浸入的速度还影响着镀层的均匀性，特别是长制件，若保持倾斜角度不变，先进入锌浴的 一端在锌浴中浸没的时间是不同的，可以采用 “先进先出 ”的办法来加以弥补。 制件快速浸没于锌浴还有助于减少制件变形。 制件进入锌浴时，表面的助镀剂盐膜将与锌发生剧烈反应。 一般老说，把制件进入锌锅中直至 “沸腾 ”现象停止，即应立刻将镀件取出来。 这样所获得的镀层在大多数情况下均可满足标准要求。 当制件浸入锌浴后的前一两分钟，制件表面的铁与锌液之间的反应迅速进行，形成铁锌合金层，但随着制件在锌浴中浸泡时间延长，合金层的生长速度将逐渐减小。 但如果时含硅活性钢，其镀层的增长与时间成正比，因此浸锌时间应尽可能 缩短。 由于制件表面助镀剂盐膜与锌反应后，会在锌浴表面形成一层锌灰，在镀件从锌浴中取出之前，锌浴表面的锌灰必须去除，才能获得光滑表面的镀件。 可用锌灰扒将表面锌灰轻轻扒至锌锅的两端。 锌灰扒可用木板或薄钢板制作。 如果取出制件时镀件表面粘附上锌灰，将影响镀件的外观质量。 扒锌灰时应注意不要过于用力，使锌浴面产生较大的搅动，这样容易使锌锅内壁形成的铁锌合金保护层脱落，加速锌锅腐蚀。 镀件从锌浴中提出时的提升速度，对镀层的外观及厚度均可能产生较大的影响。 一般说来，对于大多数制件，适宜的提升 速度大约。 但对于不同材质不同类型的制件，提升速度也应作相应调整。 对于含硅量较低的非活性钢，在不影响生产效率的前提下，提生速度可以更低一些，这样可以将制件表面的锌液充分回流，所获得的镀件更平滑光亮，厚度更薄。 但对于含硅量较高的活性钢，需要较快地将镀件提出，但提升速度太快，镀件表面的锌液来不及充分回流至锌浴而凝结在镀件上，形成毛刺、滴瘤和流痕，严重影响镀层表面质量并使锌耗增高。 故镀锌时宜采用双速的电动起重机，若采用无级变速起吊的电动起重机更佳。 这样可以使制件快度浸入而慢速取出。 对于较长制件 ，提升速度慢会导致较长的操作时间，为了维持相当的生产量，须采用较快的速度。 但制件取出速度一定要比锌在制件表面自由流动的速度慢些，以便得到均匀的纯锌层。 f..捞锌渣 热浸镀锌的过程中，会不断形成锌渣。 锌渣在静止。