【文章內(nèi)容簡介】 影響。鋅浴加鎳會使鋅渣增加。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℃ 時鐵在鋅中的溶解度為 %，當鐵含量超過該值時，便會生成 FeZn13 金屬間化合物沉入鍋底形成鋅渣。當鋅液中加入 %%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減少。 （ 4）鋅浴中鎳的 加入方式。由于鎳的熔點大大高于鋅，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)。目前國際上曾采用的鋅鎳中間合金由 Zn2%Ni、 %中間合金和%Ni 預合金。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。當鋅浴中 Ni為 %%的范圍時，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，鋅鎳和金的實際加入量要高得多。這樣涉及到鎳的有效利用率問題。 早期有報道稱當鋅浴中剛加入 Zn2%Ni合金時，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預合金最早時用于維持鋅浴中較高含鎳量 (Ni 為 %~%）而產(chǎn)生的，預合金的意思就是直接使用而不再與純鋅進行稀釋。但后來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，有報道稱可達到 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，它的熔點低，可迅速溶解于鋅浴中，但這種合金使用成本過高而未被廣泛采用。 目前國外使用較多的為 %Ni 合金，而國內(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 公司研究開發(fā)的。采用該技術(shù)設(shè)備制作簡單、成本低。操作方便，但在目前尚未取得廣 泛應用。 稀土在熱鍍鋅中應用的起源和發(fā)展 關(guān)于稀土在熱鍍鋅行業(yè)中的應用，最早是由國際鉛鋅研究組織（ ILZRO）與 Leige 冶金研究中心（ CRM）開始研究，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，法國的 Fical 公司實現(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，鹽霧試驗及 SO2 氣氛試驗結(jié)果均顯示其耐腐蝕性較傳統(tǒng)鍍層高出很多。 1984 年，美國內(nèi)陸鋼鐵公司公司和比利時 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，耐大氣腐蝕相當于 20μm 的傳統(tǒng)鍍層，鹽霧試驗結(jié)果表明，其耐腐蝕性比鍍鋅絲高出 2～ 3 倍。到上世紀 90 年代，隨著人們對鍍鋅材料需求量的不斷擴大， 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力學條件，鍍液表面張力降低，導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最佳范圍，超過該范圍，鍍層的耐蝕性將隨著稀土的添加而降低，實驗表明，稀土添加的最佳范圍為不超過 %。 合金加入微量稀土可提高鋼件與合金鍍層界面的浸潤性，使合金鍍層晶粒細化，減少晶間腐蝕。實驗表明，鍍層的耐腐蝕性能與所加稀土含量有關(guān)，當稀土加入量為 %時，鍍層耐鹽霧腐蝕性能達到最佳。對鋅基合金中添加微量稀土元素對熱鍍鋅層性能影響的研究后發(fā)現(xiàn)，當純鋅 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，阻止了陰極過程的進行，從而提高了合金鍍層的耐蝕性。同時，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)部擴散，減緩鍍層的氧化和腐蝕過程。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，阻礙晶粒長大，促使晶粒細化，使基體組織更細密，從而使鍍層的保護作用更強，同樣對阻礙外界原子 向鍍層內(nèi)部擴散起到作用，延緩了腐蝕過程。研究人員宋人英等對 Zn 基熱鍍合金中微量稀土元素的作用和影響，進行了深入的研究。結(jié)果顯示，稀土能降低鍍液的表面張力，減小潤濕角，提高鍍液流動性，從而改善鍍層成型性；同時，稀土使鍍層合金組織更加均勻、細密，晶粒細化，且稀土對合金還有凈化和細化變質(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，將會轉(zhuǎn)變?yōu)橐?ZnCl24Zn（ OH） 2的致密膜層，且該膜層導電性差，能有效抑制腐蝕反應的進一步進行，提高鍍層的耐腐蝕性能。盡管目 前對稀土的作用機理尚不明確，造成在實際操作時稀土添加量沒有一個統(tǒng)一的標準，但一致的觀點是：稀土含量不宜過高，一般不大于 %。因為根據(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。若稀土添加量過多，過量的稀土可能會與 Zn 發(fā)生反應形成 Zn RE 金屬間化合物，從而影響鍍層質(zhì)量，并無謂地增加鋅耗和浪費稀土材料，而且也會造成鋅鍋的腐蝕加快。 4. 鍍鋅操作 由于目前國內(nèi)熱浸鍍鋅企業(yè)均面臨一個較大的難題，就是 客戶提供的鋼結(jié)構(gòu)制件鋼材成分及類型千差萬別這就對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?shù)腻冧\操作對獲得良好的鍍鋅質(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鋅浴溫度、浸入速度。浸鋅時間、提升速度以及扒鋅灰、撈鋅渣等操作步驟進行有效控制及實施。 實踐表明，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以在制件取出時鋅液能自由的從制件流下來為準。一般來 說，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，因為溫度越高合金層形成越迅速。但溫度過低會使鍍層太厚，鍍件不光滑，這是因為低溫下鋅液的流動性變差。因此，要想使產(chǎn)生品質(zhì)量良好同時鋅耗較低，就必須注重控制鋅浴的溫度。 鋼與鋅液反應的臨界溫度使 480℃ 。當鋅浴溫度低于這個溫度、鋅鍋表面的鐵 與鋅液形成的致密合金層附著于鋅鍋表面，這個合金可以減慢甚至至阻止鋅鍋與鋅浴的反應。當鋅浴溫度高于 480℃ ，鋅鍋表面的合金層會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，加快對鋅鍋的浸蝕，減少鋅鍋的壽命，同時也會產(chǎn)生更多的鋅渣。 為保護鍍鋅鍋及獲得良好的鍍鋅質(zhì)量，準確得測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量，并及時調(diào)節(jié)控制鋅鍋的加熱。 為保護鍍鋅鍋及獲得良好的鍍鋅質(zhì)量，準確地測量鋅浴溫度時很重的。通常將熱電偶插入鋅鍋兩端的鋅浴中測量，并及時調(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)靜鋼鍍鋅時出現(xiàn)灰暗、超厚及粘附性差的鍍層問題，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盡可能干透，否則會引起嚴重的鋅的飛濺，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，特別是長制件，若保持傾斜角度不變，先進入鋅浴的 一端在鋅浴中浸沒的時間是不同的，可以采用 “先進先出 ”的辦法來加以彌補。制件快速浸沒于鋅浴還有助于減少制件變形。 制件進入鋅浴時，表面的助鍍劑鹽膜將與鋅發(fā)生劇烈反應。一般老說，把制件進入鋅鍋中直至 “沸騰 ”現(xiàn)象停止，即應立刻將鍍件取出來。這樣所獲得的鍍層在大多數(shù)情況下均可滿足標準要求。當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迅速進行，形成鐵鋅合金層，但隨著制件在鋅浴中浸泡時間延長，合金層的生長速度將逐漸減小。但如果時含硅活性鋼，其鍍層的增長與時間成正比，因此浸鋅時間應盡可能 縮短。 由于制件表面助鍍劑鹽膜與鋅反應后，會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?？捎娩\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。如果取出制件時鍍件表面粘附上鋅灰，將影響鍍件的外觀質(zhì)量。扒鋅灰時應注意不要過于用力，使鋅浴面產(chǎn)生較大的攪動，這樣容易使鋅鍋內(nèi)壁形成的鐵鋅合金保護層脫落，加速鋅鍋腐蝕。 鍍件從鋅浴中提出時的提升速度，對鍍層的外觀及厚度均可能產(chǎn)生較大的影響。一般說來，對于大多數(shù)制件，適宜的提升 速度大約。但對于不同材質(zhì)不同類型的制件，提升速度也應作相應調(diào)整。對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，嚴重影響鍍層表面質(zhì)量并使鋅耗增高。 故鍍鋅時宜采用雙速的電動起重機，若采用無級變速起吊的電動起重機更佳。這樣可以使制件快度浸入而慢速取出。對于較長制件 ，提升速度慢會導致較長的操作時間，為了維持相當?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 熱浸鍍鋅的過程中，會不斷形成鋅渣。鋅渣在靜止