【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 影響。鋅浴加鎳會(huì)使鋅渣增加。由于制件及鋅鍋上的鐵不斷溶入鋅中，使鋅浴中鐵含量增加，在 450℃ 時(shí)鐵在鋅中的溶解度為 %，當(dāng)鐵含量超過(guò)該值時(shí)，便會(huì)生成 FeZn13 金屬間化合物沉入鍋底形成鋅渣。當(dāng)鋅液中加入 %%的鎳后，鐵的溶解度將下降，這意味著加鎳促使一部分鐵形成鋅渣。為減少鋅渣的形成，鋅浴含量應(yīng)盡量減少。鋅渣由原先的 ZnFe二元合金相轉(zhuǎn)變?yōu)?ZnNiFe三元合金 167。相 . 鋅浴加鎳后鋅灰的生成量會(huì)減少。 （ 4）鋅浴中鎳的 加入方式。由于鎳的熔點(diǎn)大大高于鋅，鋅浴中添加鎳，往往需要首先轉(zhuǎn)化成鋅鎳中間合金或采用鎳粉直接合金化技術(shù)。目前國(guó)際上曾采用的鋅鎳中間合金由 Zn2%Ni、 %中間合金和%Ni 預(yù)合金。表為幾種常用的鋅鎳合金及鎳粉在熱浸鍍鋅中的使用特性。 由于鎳加入鋅浴中，鍍層、鋅渣中所帶走的鎳量均大于鋅浴中的含鎳量。當(dāng)鋅浴中 Ni為 %%的范圍時(shí)，鍍層中的含鎳量比鋅浴中更高 。而鋅渣中 Ni為 %， 比鋅浴中高出 10 倍，若形成 Γ2相浮渣，含鎳量將更高 。鋅灰中 Ni約 %，略低于鋅浴中。因此，要維持一定鎳含量的鋅浴，鋅鎳和金的實(shí)際加入量要高得多。這樣涉及到鎳的有效利用率問(wèn)題。 早期有報(bào)道稱當(dāng)鋅浴中剛加入 Zn2%Ni合金時(shí)，鋅浴中的鎳含量很快上升，但持續(xù)的添加，鎳的有效利用率 (鋅浴中的鎳含量與添加量之比）降低很快，僅為 20%~30% 。 %Ni和 %Ni預(yù)合金最早時(shí)用于維持鋅浴中較高含鎳量 (Ni 為 %~%）而產(chǎn)生的，預(yù)合金的意思就是直接使用而不再與純鋅進(jìn)行稀釋。但后來(lái)由于鋅浴中鎳的使用含量降低， %Ni合金也就作為中 間合金使用了。由于%Ni合金中 NiZn8,金屬間化合物相量較少且分布更均勻，故鎳的有效利用率更高，有報(bào)道稱可達(dá)到 33%，但使用該合金的成本是Zn2%Ni 合金的 2 倍以上。 %Ni 合金接近共晶成分，它的熔點(diǎn)低，可迅速溶解于鋅浴中，但這種合金使用成本過(guò)高而未被廣泛采用。 目前國(guó)外使用較多的為 %Ni 合金，而國(guó)內(nèi)處于出于成本的考慮，使用較多的仍為 Zn2%Ni合金。 鎳粉直接合金化使由加拿大 Cominco 公司研究開(kāi)發(fā)的。采用該技術(shù)設(shè)備制作簡(jiǎn)單、成本低。操作方便，但在目前尚未取得廣 泛應(yīng)用。 稀土在熱鍍鋅中應(yīng)用的起源和發(fā)展 關(guān)于稀土在熱鍍鋅行業(yè)中的應(yīng)用，最早是由國(guó)際鉛鋅研究組織（ ILZRO）與 Leige 冶金研究中心（ CRM）開(kāi)始研究，并于 1980 年研究成功了 Zn 5 % Al % RE 熱鍍鋅鋁稀土鍍層 —Galfan 鍍層。 1982 年，法國(guó)的 Fical 公司實(shí)現(xiàn)了鋼絲熱鍍 Galfan 鍍層的工業(yè)化生產(chǎn)。該鍍層成型性、耐腐蝕性、附著性等均較傳統(tǒng)熱鍍鋅層好，鍍層致密均勻，鹽霧試驗(yàn)及 SO2 氣氛試驗(yàn)結(jié)果均顯示其耐腐蝕性較傳統(tǒng)鍍層高出很多。 1984 年，美國(guó)內(nèi)陸鋼鐵公司公司和比利時(shí) Leige 冶金研中心，聯(lián)合研究生產(chǎn)的 Galfan 合金鍍層鋼絲，其鍍層平均厚度 12μm，耐大氣腐蝕相當(dāng)于 20μm 的傳統(tǒng)鍍層，鹽霧試驗(yàn)結(jié)果表明，其耐腐蝕性比鍍鋅絲高出 2～ 3 倍。到上世紀(jì) 90 年代，隨著人們對(duì)鍍鋅材料需求量的不斷擴(kuò)大， Galfan 合金鍍工藝獲得了飛速的發(fā)展，取得了巨大的成功。 稀土元素對(duì)熱鍍鋅層的作用和影響 在鋅浴中添加微量稀土后，熱鍍鋅鍍液的表面張力降低。按照非均勻形核的動(dòng)力學(xué)條件，鍍液表面張力降低，導(dǎo)致固液界面的比表面能減小，形核臨界晶核半徑 減小，提高了形核率，細(xì)化表面晶粒尺寸。鍍層表面晶界密度增加，雜質(zhì)分布均勻，同時(shí)亞晶界逐漸變淺，使亞晶界的耐蝕性得到了一定的提高。但稀土的添加有一個(gè)最佳范圍，超過(guò)該范圍，鍍層的耐蝕性將隨著稀土的添加而降低，實(shí)驗(yàn)表明，稀土添加的最佳范圍為不超過(guò) %。 合金加入微量稀土可提高鋼件與合金鍍層界面的浸潤(rùn)性，使合金鍍層晶粒細(xì)化，減少晶間腐蝕。實(shí)驗(yàn)表明，鍍層的耐腐蝕性能與所加稀土含量有關(guān)，當(dāng)稀土加入量為 %時(shí)，鍍層耐鹽霧腐蝕性能達(dá)到最佳。對(duì)鋅基合金中添加微量稀土元素對(duì)熱鍍鋅層性能影響的研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)純鋅 中添加微量稀土元素后，由于稀土能凈化雜質(zhì)，減少了合金中的活性陰極相，阻止了陰極過(guò)程的進(jìn)行，從而提高了合金鍍層的耐蝕性。同時(shí)，合金中的稀土元素為表面活性物質(zhì)，有富集表面的傾向，能在鍍層表面形成致密均勻的氧化層，阻礙了外界雜質(zhì)原子向鍍層內(nèi)部擴(kuò)散，減緩鍍層的氧化和腐蝕過(guò)程。此外，微量稀土元素的加入，能降低鍍液的表面張力，降低形核臨界尺寸，使核心增加，為鍍液結(jié)晶提供了異質(zhì)晶核，而未成為異質(zhì)晶核的稀土元素，則富集在合金結(jié)晶前沿，阻礙晶粒長(zhǎng)大，促使晶粒細(xì)化，使基體組織更細(xì)密，從而使鍍層的保護(hù)作用更強(qiáng)，同樣對(duì)阻礙外界原子 向鍍層內(nèi)部擴(kuò)散起到作用，延緩了腐蝕過(guò)程。研究人員宋人英等對(duì) Zn 基熱鍍合金中微量稀土元素的作用和影響，進(jìn)行了深入的研究。結(jié)果顯示，稀土能降低鍍液的表面張力，減小潤(rùn)濕角，提高鍍液流動(dòng)性，從而改善鍍層成型性；同時(shí)，稀土使鍍層合金組織更加均勻、細(xì)密，晶粒細(xì)化，且稀土對(duì)合金還有凈化和細(xì)化變質(zhì)作用，能延緩合金表面的氧化作用；另外，添加微量稀土后，合金鍍層表面以 ZnO 為主要成分的疏松膜層，將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐?ZnCl24Zn（ OH） 2的致密膜層，且該膜層導(dǎo)電性差，能有效抑制腐蝕反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，提高鍍層的耐腐蝕性能。盡管目 前對(duì)稀土的作用機(jī)理尚不明確，造成在實(shí)際操作時(shí)稀土添加量沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但一致的觀點(diǎn)是：稀土含量不宜過(guò)高，一般不大于 %。因?yàn)楦鶕?jù)原子半徑相似相溶的固溶理論，稀土原子半徑比鋅原子半徑大得多，所以它在鋅液中的固溶度很小。若稀土添加量過(guò)多，過(guò)量的稀土可能會(huì)與 Zn 發(fā)生反應(yīng)形成 Zn RE 金屬間化合物，從而影響鍍層質(zhì)量，并無(wú)謂地增加鋅耗和浪費(fèi)稀土材料，而且也會(huì)造成鋅鍋的腐蝕加快。 4. 鍍鋅操作 由于目前國(guó)內(nèi)熱浸鍍鋅企業(yè)均面臨一個(gè)較大的難題，就是 客戶提供的鋼結(jié)構(gòu)制件鋼材成分及類型千差萬(wàn)別這就對(duì)熱浸鍍鋅操作提出了較高的要求。不同成分及類型的鋼結(jié)構(gòu)制件需采用不同的熱浸鍍鋅操作工藝。適當(dāng)?shù)腻冧\操作對(duì)獲得良好的鍍鋅質(zhì)量及較低的生產(chǎn)成本是非常關(guān)鍵的。熱浸鍍鋅操作主要是對(duì)鋅浴溫度、浸入速度。浸鋅時(shí)間、提升速度以及扒鋅灰、撈鋅渣等操作步驟進(jìn)行有效控制及實(shí)施。 實(shí)踐表明，大多數(shù)制件在 440~460℃ 的溫度范圍內(nèi)熱浸鍍鋅能夠得到滿意的效果，而通常使用的工作溫度是 450℃ 。熱浸鍍鋅的最低溫度應(yīng)以在制件取出時(shí)鋅液能自由的從制件流下來(lái)為準(zhǔn)。一般來(lái) 說(shuō)，鋅鍋容量大，一次鍍鋅制件量少，鋅滴溫度可以低些。低的鍍鋅溫度可以減少硅對(duì)熱浸鍍鋅層的影響，減少灰暗、超厚度層產(chǎn)生，減少鋅灰和鋅渣的形成，并能保證鋅鍋的安全的節(jié)約燃料。鋅浴溫度過(guò)高，則鍍層厚度增加。鋅浴溫度從 450℃ 升到 470℃ ，鋼材浸鍍 30s 所產(chǎn)生的鋅渣將增加一倍，因?yàn)闇囟仍礁吆辖饘有纬稍窖杆佟５珳囟冗^(guò)低會(huì)使鍍層太厚，鍍件不光滑，這是因?yàn)榈蜏叵落\液的流動(dòng)性變差。因此，要想使產(chǎn)生品質(zhì)量良好同時(shí)鋅耗較低，就必須注重控制鋅浴的溫度。 鋼與鋅液反應(yīng)的臨界溫度使 480℃ 。當(dāng)鋅浴溫度低于這個(gè)溫度、鋅鍋表面的鐵 與鋅液形成的致密合金層附著于鋅鍋表面，這個(gè)合金可以減慢甚至至阻止鋅鍋與鋅浴的反應(yīng)。當(dāng)鋅浴溫度高于 480℃ ，鋅鍋表面的合金層會(huì)被破壞而成為非附著的結(jié)晶，于是鋅將不斷地與鋅鍋中的反應(yīng)，加快對(duì)鋅鍋的浸蝕，減少鋅鍋的壽命，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生更多的鋅渣。 為保護(hù)鍍鋅鍋及獲得良好的鍍鋅質(zhì)量，準(zhǔn)確得測(cè)量鋅浴溫度是很重要的。通常將熱電偶插入鋅鍋兩端的鋅浴中測(cè)量，并及時(shí)調(diào)節(jié)控制鋅鍋的加熱。 為保護(hù)鍍鋅鍋及獲得良好的鍍鋅質(zhì)量，準(zhǔn)確地測(cè)量鋅浴溫度時(shí)很重的。通常將熱電偶插入鋅鍋兩端的鋅浴中測(cè)量，并及時(shí)調(diào)節(jié)控制鋅鍋的加熱。 為了克服 含硅的鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼鍍鋅時(shí)出現(xiàn)灰暗、超厚及粘附性差的鍍層問(wèn)題，除在鋅浴中加入合金元素外，在 530~560℃ 的高溫下鍍鋅也是一種有效的方法。但此時(shí)由于鋅浴溫度太高，不能使用鐵制鋅鍋，而需采用耐火材料制作的鋅鍋，并需改變加熱方式。高溫鍍鋅通常只應(yīng)于小制件的鍍鋅生產(chǎn)中。 在保證操作工人安全的前提下，制件浸入鋅浴的速度盡可能地塊。這就要求已處理好的制件應(yīng)盡可能干透，否則會(huì)引起嚴(yán)重的鋅的飛濺，造成鋅耗增加且不安全。制件浸入的速度還影響著鍍層的均勻性，特別是長(zhǎng)制件，若保持傾斜角度不變，先進(jìn)入鋅浴的 一端在鋅浴中浸沒(méi)的時(shí)間是不同的，可以采用 “先進(jìn)先出 ”的辦法來(lái)加以彌補(bǔ)。制件快速浸沒(méi)于鋅浴還有助于減少制件變形。 制件進(jìn)入鋅浴時(shí)，表面的助鍍劑鹽膜將與鋅發(fā)生劇烈反應(yīng)。一般老說(shuō)，把制件進(jìn)入鋅鍋中直至 “沸騰 ”現(xiàn)象停止，即應(yīng)立刻將鍍件取出來(lái)。這樣所獲得的鍍層在大多數(shù)情況下均可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)制件浸入鋅浴后的前一兩分鐘，制件表面的鐵與鋅液之間的反應(yīng)迅速進(jìn)行，形成鐵鋅合金層，但隨著制件在鋅浴中浸泡時(shí)間延長(zhǎng)，合金層的生長(zhǎng)速度將逐漸減小。但如果時(shí)含硅活性鋼，其鍍層的增長(zhǎng)與時(shí)間成正比，因此浸鋅時(shí)間應(yīng)盡可能 縮短。 由于制件表面助鍍劑鹽膜與鋅反應(yīng)后，會(huì)在鋅浴表面形成一層鋅灰，在鍍件從鋅浴中取出之前，鋅浴表面的鋅灰必須去除，才能獲得光滑表面的鍍件。可用鋅灰扒將表面鋅灰輕輕扒至鋅鍋的兩端。鋅灰扒可用木板或薄鋼板制作。如果取出制件時(shí)鍍件表面粘附上鋅灰，將影響鍍件的外觀質(zhì)量。扒鋅灰時(shí)應(yīng)注意不要過(guò)于用力，使鋅浴面產(chǎn)生較大的攪動(dòng)，這樣容易使鋅鍋內(nèi)壁形成的鐵鋅合金保護(hù)層脫落，加速鋅鍋腐蝕。 鍍件從鋅浴中提出時(shí)的提升速度，對(duì)鍍層的外觀及厚度均可能產(chǎn)生較大的影響。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于大多數(shù)制件，適宜的提升 速度大約。但對(duì)于不同材質(zhì)不同類型的制件，提升速度也應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。對(duì)于含硅量較低的非活性鋼，在不影響生產(chǎn)效率的前提下，提生速度可以更低一些，這樣可以將制件表面的鋅液充分回流，所獲得的鍍件更平滑光亮，厚度更薄。但對(duì)于含硅量較高的活性鋼，需要較快地將鍍件提出，但提升速度太快，鍍件表面的鋅液來(lái)不及充分回流至鋅浴而凝結(jié)在鍍件上，形成毛刺、滴瘤和流痕，嚴(yán)重影響鍍層表面質(zhì)量并使鋅耗增高。 故鍍鋅時(shí)宜采用雙速的電動(dòng)起重機(jī)，若采用無(wú)級(jí)變速起吊的電動(dòng)起重機(jī)更佳。這樣可以使制件快度浸入而慢速取出。對(duì)于較長(zhǎng)制件 ，提升速度慢會(huì)導(dǎo)致較長(zhǎng)的操作時(shí)間，為了維持相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)量，須采用較快的速度。但制件取出速度一定要比鋅在制件表面自由流動(dòng)的速度慢些，以便得到均勻的純鋅層。 f..撈鋅渣 熱浸鍍鋅的過(guò)程中，會(huì)不斷形成鋅渣。鋅渣在靜止