【導(dǎo)讀】熱鍍鋅防腐原理，在潮濕的空氣、在含有二氧化碳及含有氧的水中，鍍鋅層表面將覆蓋一層主要由堿式碳酸鋅組成的白色。護(hù)，這種保護(hù)方式通常被稱為電化學(xué)保護(hù)。電鍍鋅是在電解過程中，使陰極上形成鋅。實際上，電鍍鋅是使鋅原子逐漸沉淀的一個沉積過程。著電鍍時間的延長而增加，最后連成一片而形成了鍍層。熱鍍層的形成是經(jīng)過以下步驟實現(xiàn)的：。在被鋅液溶解的過程中形成鐵鋅合金，并繼續(xù)擴散。因此，經(jīng)過去污除銹的鋼鐵材料，直接浸入熔融。力與覆蓋能力遠(yuǎn)比電鍍鋅要好。擴散能力又叫均鍍能力，它是指鍍層厚度的均勻分布能力；覆蓋。熱浸鍍鋅前應(yīng)將鋼鐵表面的鐵銹除盡，否則將影響助鍍。以鹽酸為例其反應(yīng)如下：。把四氧化三鐵、三氧化二鐵先還原為氧化鐵在發(fā)生反應(yīng)而溶解.。到金屬內(nèi)，引起氫脆，導(dǎo)致金屬的韌性、延展性和塑性降低。量等因素均會對助鍍效果產(chǎn)生較大影響。，若此時氨鋅比為,對應(yīng)的溶液質(zhì)量濃度約240g/L。

　　

【正文】 間變化，關(guān)系式： △ G=， △ G 為鐵損； A為常數(shù)； T 為時間。 當(dāng)鋅液溫度在 480～ 500℃ 時， FeZn 之間擴散速度加快，合金層增厚速度增加，鐵損可以按直線關(guān)系表示：即 △ G=BT， △ G 為鐵損； B為常數(shù)； T 為時間。當(dāng)鋅液溫度超過 560℃ ，在 530℃ 以上形成的合金層部分破壞，鐵損接近于 480℃ 時拋物線形式。因此，在一般的結(jié)構(gòu)件鍍 鋅過程中，嚴(yán)格控制鋅液溫度在 430～ 460℃ 之間，而在標(biāo)準(zhǔn)件鍍鋅時，一般控制溫度在 520～ 530℃ 之間。 一定的溫度下，隨著鋼件在鋅液中浸鍍時間的延長，鍍層中間金屬相得到快速生長，因而鋅層厚度增加。固定溫度下，浸鍍時間與合金層生長速度之間的關(guān)系： ζ相初期生長速度大于 δ1相，在大約 90min后， δ1相生長速度接近 ζ相。這表明 Fe通過 γ相和 δ1相的擴散比通過 ζ相擴散快。由于 ζ相是脆性的單斜晶結(jié)構(gòu)， ζ相越厚，鍍層塑性越差，因此，正常鍍鋅時，要求在能達(dá)到規(guī)定厚度及鋅層結(jié)合強度的條 件下，盡量縮短鍍鋅時間（一般控制浸鍍時間 6～ 20S），這樣可以減少 ζ相厚度，從而改變鍍層塑性。 2鋼件結(jié)構(gòu)和成分對鍍層結(jié)構(gòu)的影響 在實際生產(chǎn)中，由于 鋼鐵 結(jié)構(gòu)形狀不同，鋼件中各種元素含量不同，浸鍍后鍍層表面質(zhì)量、厚度、附著力等也會出現(xiàn)不同。 通常情況下，鋼件中碳的含量越高， FeZn 反應(yīng)越劇烈，鐵損越高，F(xiàn)eZn 合金層越厚，鍍層性能也越壞。鋼鐵中碳的存在形式不 同，對FeZn 反應(yīng)影響也不同。當(dāng)鋼中的碳以粒狀珠光體和層狀珠光體存在時鐵的溶解速度最快；當(dāng)碳以索氏體或屈氏體存在時，鐵的溶解速度最慢；當(dāng)鋼中的碳以滲碳體存在時，鋼件表面張力較大，影響了鋅液對鋼件的浸潤能力，也影響了鋅的流動性，容易使表面出現(xiàn)鋅瘤。 成分對鍍層結(jié)構(gòu)的影響 鋼鐵中除含碳外，一般都 含有 Mn、 S、 P、 Si、 Cu、 Ti等元素，它們對鋼鐵熱鍍鋅有不同影響： 錳和硫?qū)﹀儗咏Y(jié)構(gòu)的影響：鋼鐵中錳和硫含量極少，因而對鍍鋅層結(jié)構(gòu)影響很小。 磷對鍍層結(jié)構(gòu)的影響：鋼中如含有雜質(zhì)磷，能使鋼材產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象，所以，生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制磷含量在 %以下。當(dāng)鋼中磷含量達(dá)到 %時，鍍鋅層會產(chǎn)生厚且容易開裂的 FeZn 合金層，即 η相變薄而 ζ相和 δ1相則生長較快，從而使鍍鋅層變暗而失去花紋形成斑點。 硅對鍍層結(jié)構(gòu)的影響：鋼中硅對鍍層結(jié)構(gòu)影響顯著，硅含量越高，鍍層中 FeZn 合金層 相增長速度越快，因而，鍍層變厚并形成灰色，附著性能變壞。鍍層厚度隨鋼中含硅量增加的關(guān)系存在著一種波浪式變化的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象又稱為圣德林（ Sandelin）效應(yīng)，這種現(xiàn)象一般在浸鋅 3min 后發(fā)生，在現(xiàn)代鍍鋅生產(chǎn)中由于鍍鋅時間短而不會出現(xiàn)。硅對鍍層影響有如下幾點：第一、硅的存在使鐵在鋅中的侵蝕加快， 460℃ 時硅含量為 %的鋼比碳含量 %的鋼鐵損增大了一倍。含硅鋼在鋅液中 520℃ 下具有最大的重量損失。第二、硅的存在對鍍層厚度有明顯的影響，硅含量低的鋼鍍鋅后可以獲得致密的FeZn 合金層，硅含量達(dá)到 %時 δ1層被破壞，鍍層結(jié)晶變粗大而自由生長疏松的晶體。第三、含硅量還影響鍍層外觀，當(dāng)含硅量為%～ %，鍍層灰暗斑點最多，原因是 δ1相生長速度快， ζ 相晶粒向表面推移。 銅和鈦對鍍層的影響：通常情況下，鋼中含銅量很低，對鍍層形成沒有太大影響。但由于鋼鐵表面鐵 銅延伸率不同，軋制時易形成網(wǎng)狀裂紋，鍍鋅后會出現(xiàn)類似劃傷或條狀的疤痕缺陷。然而含銅鋼熱鍍鋅層的耐大氣 腐蝕 性能好。 鋼中的鈦大多是為了獲得高強度而加入的，它以固溶體的方式存在于 αFe 的晶格中，它以鋼在鋅中的侵蝕速度影響不大，合金層發(fā)展最厚的不是 δ1相，而是 ζ相。但含鈦鋼鍍鋅后表面較好，能有效防止由于鋼在酸洗或保護(hù)氣氛中還原時進(jìn)入鋼中的氫氣逸出對純鋅層造成的不良影響。 ：鋼中鎳的存在，降低了鋅液對鋼的侵蝕速度。從而使鍍鋅層減薄。 460℃ 時，當(dāng)鎳含量為 5%時，鋅液對鋼的侵蝕速度降低了 30%，說明鎳控制了 ζ相的增長。 鋼中的鉻對鋼在鋅液中的侵 蝕速度影響較大，當(dāng)鉻含量為 %時，鋅液對鋼的侵蝕速度增加了一倍，當(dāng)鉻含量為 4%～ 9%時，鋅液對鋼的侵蝕速度會降低；當(dāng)鉻含量為 13%～ 18%時，使得合金鍍層 ζ相快速發(fā)展，鍍層變得疏松而且大量飄移。所以 不銹鋼 不一定比碳鋼更耐鋅液侵蝕。 鋁對鍍層結(jié)構(gòu)的影響：鋁是在鋼鐵熱鍍鋅中 起著重要作用的元素，它對于 FeZn 反應(yīng)有著極大的影響，而且由于鋁的存在，會使鍍鋅層生成機理改變。當(dāng)鋁作為鋼鐵中的成分加入時，它對 FeZn 反應(yīng)幾乎沒有影響；但當(dāng)作為脫氧劑用來生產(chǎn)鎮(zhèn)靜鋼時，會對鍍層產(chǎn)生不良影響。如在澆注時加 %以上的鋁，會導(dǎo)致鍍層表面缺陷。因為，脫氧時生產(chǎn)的三 氧化 二鋁會在鋼中形成很 細(xì)的偏析，這在熱鍍鋅時容易引起漏鍍而產(chǎn)生花斑。 3鋅液中不同元素對熱鍍鋅的影響 鐵在鋅液中的溶解度隨著溫度的升高而增加。 430℃ 鐵在鋅液中的溶解度為 %； 430℃ 440 時為 —%； 450℃ 470℃ 為—%。500℃ 以上為 。當(dāng)高在 450℃ 時，鐵在鋅液中的溶解度為 %，當(dāng)超過 %時，鐵將與鋅反應(yīng)生成密度大于鋅液的 FeZn7而沉入鍋底，即為底渣。當(dāng)鋅液中含鋁時，鋅液中多余的鐵將與鋁反應(yīng)生成密度較小的 Fe2AI5 而飄浮在鋅液 上面，即為浮渣，根據(jù)分子式可知，這兩種渣式形成時會消耗大量的鋅和鋁元素。鋅液中鐵的存在，使得鋅液的黏度和表面張力增加，流動性變差，也惡化了鋅液對鋼的潤濕條件。另外鋅液中鐵的存在還會提高鍍層硬度，阻礙再結(jié)晶生成?？傊^量的鐵是有害的，它使鍍層變脆，表面變灰暗，使鋅渣生成量增加，也同時增加鋅和鋁的消耗量。 鋅液中的鉛通常是由鋅錠的雜質(zhì)而加入的，在使用鐵制鋅鍋鍍鋅時，利用鉛的密度大于鋅液的密度這一特性，為延長鋅鍋使用壽命，減少鋅液對鍋底尤其是圓角處的沖刷，在鋅鍋內(nèi)鋪 10～ 30cm的鉛 層，其主要作用：一方面鉛作為 FeZn 之間的傳熱介質(zhì)，減少了鐵與鋅的接觸面積，另一方面可以使鋅渣浮在鉛面上而不硬結(jié)于鍋底造成撈渣困難。在鋅液中鉛是以珠狀顆粒彌散存在于純鋅層中的，對 FeZn 反應(yīng)速度沒有影響，但它的存在有以下優(yōu)點：第一、可以降低鋅液的黏度和表面張力，增強鋅液對鋼鐵的浸潤能力，減少鍍鋅時間。第二、鉛的存在可以降低鋅液的溶點，延長鋅液的凝固時間，促進(jìn)鋅花的生長，得到較大鋅花。缺點是：第一、鉛的存在可以使鍍層變暗，當(dāng)鉛在鋅液中含量超過 1%時，會引起鍍層晶間腐蝕，降低耐腐蝕性能；第二、鉛的蒸發(fā)也將污 染環(huán)境，危害操作人員健康。一般控制鋅液中鉛的含量不于 1%。 鋅液中加入金屬鋅主要優(yōu)點是：在保證鍍層不產(chǎn)生晶間腐蝕情況下，代替鉛使鍍層生成大的鋅花，缺點是：第一、它的存在會使純鋅層變脆，使鐵在鋅液中的溶解度增加，合金層變厚，鐵損增加；第二、還會使鍍層變暗。鋅液中一般控制鋅的含量為： %～ %。 鋅液中加入錫的主要優(yōu)點是：可以使表面光亮，鍍層得到較大的鋅花。缺點是：當(dāng)鋅液中錫含量大于 %時，會使鋅液黏度增加，鍍層厚度增加，耐腐蝕性能降低；當(dāng)錫含量達(dá) 到 %時，錫會聚集在新的晶粒表面形成 ZnSn共析，增加鍍層腐蝕速度并在腐蝕后表面出現(xiàn)坑點。 鋅液中加入鎘主要優(yōu)點是：可以粗化鋅結(jié)晶，使鍍層表面出現(xiàn)較大的鋅花。缺點是：鎘是作為鋅錠中的雜質(zhì)帶入鋅液的，其含量約為：%～ %，對鍍層組織和溶解度有影響，溫度較高時，對鐵的侵蝕作用加強，使鐵合金層變厚，鐵損增加，鍍層撓度降低。當(dāng)鎘含量達(dá)到 %～ %時，鋅液中的鐵損量達(dá)到最高值。 鋅液中加入鎂主要作用是提高鍍層耐腐蝕性能，消除鋅液中鉛對鍍層耐腐蝕性能的不良影響。鋅液中含鎂量一般控制在 ～ %之間，此時鍍層耐腐蝕性能最好。當(dāng)含量達(dá)到 %～ %時，鎂對鍍層產(chǎn)生不良影響，使鍍層表面組織變厚、變粗糙，外觀失去光澤，變?yōu)槿榘咨?，鍍層硬度增加，附著性能變差? 鋅液中稀土元素的影響 鋅液中加入稀土元素的主要作用提高鋅液流動性，降低鋅液潤濕角和表面張力，使鍍層均勻，提高厚度、表面外觀質(zhì)量以及耐鹽霧腐蝕性能。鋅液中的稀土元素不會對 FeZn 合金產(chǎn)生明顯影響。 鋅液中加入的銅有使鍍層中間合金層厚度減少的趨 勢，使鐵損增加，改善鍍層耐大氣腐蝕性能。使鍍層產(chǎn)生黑色斑點，也可能在鉻酸 鈍化時出現(xiàn)表面發(fā)黑、發(fā)藍(lán)現(xiàn)象。鋅液中的銅是隨著鋅錠中的雜質(zhì)加入的，一般應(yīng)控制其含量約為： %～ %。 當(dāng)鋅液中的鐵含量較高時，硅能與鐵反應(yīng)生成鐵硅化合物而把鐵除去，產(chǎn)生的硅鐵化合物并不參與 FeZn 反應(yīng)，同時鋅液中的硅還能抑制合金層的生長。 鋅液中加入鎳可以提高鍍層的耐蝕性能，含 %的 ZnNi 鍍層，其耐鹽霧腐蝕性能比純鋅提高 1倍。鋅液中加入鎳后，對鋼的潤濕性能提高，使合金相的孕育期延長，有效控制合金層生成速度，使相層減薄，組織細(xì)化，鍍層表面質(zhì)量提高。 、鈦、錳、鉍等元素的影響 鋅液中的釩、鈦、錳都有抑制 FeZn 合金相過量生長的作用，這些元素大多以三元化合物的形式聚集在 ζ相的外邊緣或 ζ相附近的鋅帶中，從而促使形成較薄的鍍層。另外這些元素和鎳可以作為生產(chǎn)彩色鍍鋅鋼板添加元素。金屬鉻進(jìn)入鋅液后 ，對 FeZn 反應(yīng)影響較小。金屬鉍的存在能夠有限地抑制鋅的腐蝕，但作用較小。當(dāng)鉍含量達(dá)到%，鋅的腐蝕速度反而增大；當(dāng)鉍含量達(dá) %時，鋅液流動性和浸潤能力變好，具有較小的表面張力，液態(tài)時較易流動；當(dāng)加入鉍過量時，會使鍍層變脆。鍍層表面 “鋅花 ”隨著鉍含量的增加而增多增大。當(dāng)鉍含量達(dá) 1%時，鉍嚴(yán)重覆蓋了鋅的表面，在一定的條件下，易形成微電池而加速電化學(xué)反應(yīng)和晶間腐蝕。 鋅液中加入鋁可以減少 ZnFe 合金層的厚度、改進(jìn)鍍層的韌性和表面光亮程度。同時由于在鋅液中加鋁后 可以形成保護(hù)氧化膜，減少鋅液表面氧化，降低表面鋅灰的生成速度和數(shù)量，進(jìn)而減少鋅耗。當(dāng)鋅液中鋁含量不大于 %時，鍍層結(jié)構(gòu)與純鋅鍍層一致，當(dāng)鋁含量為%～ %時，鍍層變薄。根據(jù)研究確定，現(xiàn)代熱鍍鋅工藝一般在鍍鋅液中加入 %～ %的鋁，使鋼鐵表面形成保護(hù)膜，從而阻止含鐵較高的 δ1 和 γ 相的生成?，F(xiàn)代加鋁熱鍍鋅在鐵和鋁間生成FeA FeA1 FeA13 化合物，由于 FeA13 的生成熱大于 γ相和 δ1相，鋁在鐵上形成的 FeA13 薄膜阻礙了鐵向鋅液的擴散，消除了鐵鋅相的生成。