熱鍍鋅原理及工藝說明

熱鍍鋅原理及工藝說明

1 引言
熱鍍鋅也稱熱浸鍍鋅，是鋼鐵構件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的一種方法。近年來隨高壓輸電、交通、通訊事業迅速發展，對鋼鐵件防護要求越來越高，熱鍍鋅需求量也不斷增加。
2 熱鍍鋅層防護性能
  通常電鍍鋅層厚度5～15μm，而熱鍍鋅層一般在35μm以上，甚至高達200μm。熱鍍鋅覆蓋能力好，鍍層致密，無有機物夾雜。眾所周知，鋅的抗大氣腐蝕的機理有機械保護及電化學保護，在大氣腐蝕條件下鋅層表面有ZnO、Zn(OH)2及堿式碳酸鋅保護膜，一定程度上減緩鋅的腐蝕，這層保護膜(也稱白銹)受到破壞又會形成新的膜層。當鋅層破壞嚴重，危及到鐵基體時，鋅對基體產生電化學保護，鋅的標準電位-0.76V，鐵的標準電位-0.44V，鋅與鐵形成微電池時鋅作為陽極被溶解，鐵作為陰極受到保護。顯然熱鍍鋅對基體金屬鐵的抗大氣腐蝕能力優于電鍍鋅。
3 熱鍍鋅層形成過程
   熱鍍鋅層形成過程是鐵基體與最外面的純鋅層之間形成鐵-鋅合金的過程，工件表面在熱浸鍍時形成鐵-鋅合金層，才使得鐵與純鋅層之間很好結合，其過程可簡單地敘述為：當鐵工件浸入熔融的鋅液時，首先在界面上形成鋅與α鐵(體心)固熔體。這是基體金屬鐵在固體狀態下溶有鋅原子所形成一種晶體，兩種金屬原子之間是融合，原子之間引力比較小。因此，當鋅在固熔體中達到飽和后，鋅鐵兩種元素原子相互擴散，擴散到(或叫滲入)鐵基體中的鋅原子在基體晶格中遷移，逐漸與鐵形成合金，而擴散到熔融的鋅液中的鐵就與鋅形成金屬間化合物FeZn13，沉入熱鍍鋅鍋底，即為鋅渣。當工件從浸鋅液中移出時表面形成純鋅層，為六方晶體。其含鐵量不大于0.003%。
4 熱鍍鋅工藝過程及有關說明
4.1 工藝過程
工件→脫脂→水洗→酸洗→水洗→浸助鍍溶劑→烘干預熱→熱鍍鋅→整理→冷卻→鈍化→漂洗→干燥→檢驗
4.2 有關工藝過程說明
   (1)脫脂
可采用化學去油或水基金屬脫脂清洗劑去油，達到工件完全被水浸潤為止。 
  (2)酸洗
   可采用H2SO4 15%，硫脲0.1%，40～60℃或用HCl 20%，烏洛托品3～5g/L，20～40℃進行酸洗。加入緩蝕劑可防止基體過腐蝕及減少鐵基體吸氫量,同時加入抑霧劑抑制酸霧逸出。脫脂及酸洗處理不好都會造成鍍層附著力不好，鍍不上鋅或鋅層脫落。
  (3)浸助鍍劑
   也稱溶劑，可保持在浸鍍前工件具有一定活性避免二次氧化，以增強鍍層與基體結合。NH4Cl 100-150g/L，ZnCl2 150-180g/L，70～80℃，1～2min。并加入一定量的防爆劑.
  (4)烘干預熱
   為了防止工件在浸鍍時由于溫度急劇升高而變形，并除去殘余水分，防止產生爆鋅，造成鋅液爆濺，預熱一般為80～140℃。
   (5)熱鍍鋅
要控制好鋅液溫度、浸鍍時間及工件從鋅液中引出的速度。引出速度一般為1.5米/min。溫度過低，鋅液流動性差，鍍層厚且不均勻，易產生流掛，外觀質量差；溫度高，鋅液流動性好，鋅液易脫離工件，減少流掛及皺皮現象發生，附著力強，鍍層薄，外觀好，生產效率高；但溫度過高，工件及鋅鍋鐵損嚴重，產生大量鋅渣，影響浸鋅層質量并且容易造成色差使表面顏色難看，鋅耗高。
鋅層厚度取決于鋅液溫度，浸鋅時間，鋼材材質和鋅液成份。
一般廠家為了防止工件高溫變形及減少由于鐵損造成鋅渣，都采用450～470℃，0.5～1.5min。有些工廠對大工件及鑄鐵件采用較高溫度，但要避開鐵損高峰的溫度范圍。但我們建議在鋅液中添加有除鐵功能和降低共晶溫度的合金并且把鍍鋅溫度降低至435-445℃。
(6)整理
鍍后對工件整理主要是去除表面余鋅及鋅瘤，用采用熱鍍鋅專用震動器來完成。
(7)鈍化
目的是提高工件表面抗大氣腐蝕性能，減少或延長白銹出現時間，保持鍍層具有良好的外觀。都用鉻酸鹽鈍化，如Na2Cr2O7 80～100g/L，硫酸3～4ml/L，但這種鈍化液嚴重影響環境，最好采用無鉻鈍化。
(8)冷卻
  一般用水冷，但溫度不可過低也不可過高，一般不低于30℃不高于70℃，
(9)檢驗
鍍層外觀光亮、細致、無流掛、皺皮現象。厚度檢驗可采用涂層測厚儀，方法比較簡便。也可通過鋅附著量進行換算得到鍍層厚度。結合強度可采用彎曲壓力機，將樣件作90～180°彎曲，應無裂紋及鍍層脫落。也可用重錘敲擊檢驗，并且分批的做鹽霧試驗和硫酸銅浸蝕試驗。
5 鋅灰、鋅渣的形成及控制
5.1 鋅灰、鋅渣的形成
鋅灰鋅渣不僅嚴重影響到浸鋅層質量，造成鍍層粗糙，產生鋅瘤。而且使熱鍍鋅成本大大升高。通常每鍍1t工件耗鋅40～80kg，如果鋅灰鋅渣嚴重，其耗鋅量會高達100～140kg?？刂其\渣主要是控制好溫度，減少鋅液表面氧化而產生的浮渣，所以更要采用有除鐵功能和抗氧化功能的合金并且用熱傳導率小、熔點高、比重小、與鋅液不發生反應，既可減少熱量失散又可防止氧化的陶瓷珠或玻璃球覆蓋，這種球狀物易被工件推開，又對工件無粘附作用。
對于鋅液中鋅渣的形成主要是溶解在鋅液中的鐵含量超過該溫度下的溶解度時所形成的流動性極差的鋅鐵合金，鋅渣中鋅含量可高達94%，這是熱鍍鋅成本高的關鍵所在。
從鐵在鋅液中的溶解度曲線可以看出：不同的溫度及不同的保溫時間，其溶鐵量即鐵損量是不一樣的。在500℃附近時，鐵損量隨著加溫及保溫時間急劇增加，幾乎成直線關系。低于或高于480～510℃范圍，隨時間延長鐵損提高緩慢。因此，人們將480～510℃稱為惡性溶解區。在此溫度范圍內鋅液對工件及鋅鍋浸蝕最為嚴重，超過560℃鐵損又明顯增加，達到660℃以上鋅對鐵基體是破壞性浸蝕，鋅渣會急劇增加，施鍍無法進行。因此，施鍍目前多在430～450℃及540～600℃兩個區域內進行。
5.2 鋅渣量的控制
要減少鋅渣就要減少鋅液中鐵的含量，就是要從減少鐵溶解的諸因素著手：
⑴施鍍及保溫要避開鐵的溶解高峰區，即不要在480～510℃時進行作業。
⑵鋅鍋材料盡可能選用含碳、含硅量低的鋼板焊接。含碳量高，鋅液對鐵鍋浸蝕會加快，硅含量高也能促使鋅液對鐵的腐蝕。目前多采用08F/XG08/WKS優質鋼板。，并含有能抑制鐵被浸蝕的元素鎳、鉻等。不可用普通碳素鋼，否則耗鋅量大，鋅鍋壽命短。也有人提出用碳化硅制作熔鋅槽，雖然可解決鐵損量，但造型工藝是一個難題，目前工業陶瓷所制作的鋅鍋僅能做成圓柱型且體積很小，雖然可以滿足小件鍍鋅的要求但無法保證大型工件的鍍鋅。
⑶要經常撈渣。先將溫度升高至工藝溫度上限以便鋅渣與鋅液分離，使鋅渣沉于槽底后用撈鋅勺或專用撈渣機撈取。落入鋅液中鍍件更要及時打撈。
⑷要防止助鍍劑中鐵隨工件帶入鋅槽，助鍍劑要進行在線再生循環處理，嚴格控制亞鐵含量，不允許高于4g/l，PH值始終保持在4.5-5.5。
  ⑹加熱、升溫要均勻，防止局部過熱。