10 熱浸鍍ppt課件

現(xiàn)代材料表面技術(shù) 第10章熱浸鍍 山東科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 本章主要內(nèi)容 第一節(jié)概述第二節(jié)熱浸鍍?cè)淼谌?jié)熱浸鍍鋅第四節(jié)熱浸鍍鋁 第一節(jié)概述1 1基本概念 1 熱浸鍍 將一種基體金屬浸在熔融狀態(tài)的另一種低熔點(diǎn)金屬中 在其表面形成一層金屬鍍層的方法 2 基體材料 鋼鑄鐵鍍層金屬 鋅 419 5 鋁 658 7 錫 231 9 鉛 327 4 及它們的合金 熱浸鍍層金屬的熔點(diǎn)要求比基體材料低的多 熱浸鍍層的種類(lèi) 3 熱浸鍍目的 耐蝕性 耐磨性 耐熱性 鋼的大氣腐蝕銹蝕產(chǎn)物 FeO Fe2O3 Fe3O4 當(dāng)空氣中含有SO2氣體時(shí) 將在銹層的底部生成FeSO4 4H2O和Fe2 SO4 3等白色結(jié)晶 鋅的大氣腐蝕在潮濕的大氣中 會(huì)生成由ZnO Zn OH 2 ZnCO3組成的銹層 白銹 比較致密 粘附性較好 所以鋅耐大氣腐蝕性能好 犧牲陽(yáng)極保護(hù)法 犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)示意圖 鋅對(duì)鋼鐵構(gòu)件的保護(hù) 金屬電極電位較低的金屬優(yōu)先發(fā)生氧化 失去電子 向金屬電極電位較高的金屬提供電子 防止其發(fā)生氧化 鋅層對(duì)鋼鐵腐蝕的保護(hù)過(guò)程 熱鍍鋅板的大氣腐蝕試驗(yàn) 1 3熱浸鍍工藝的分類(lèi)1 3 1熱浸鍍的工藝預(yù)鍍件 前處理 熱浸鍍 后處理 制品1 3 2熱浸鍍分類(lèi)根據(jù)前處理不同分 1 熔劑法 2 保護(hù)氣體還原法 1 熔劑法熱浸鍍?nèi)軇┓?在熱浸鍍之前 在清潔的金屬表面涂一層助鍍劑 防止鋼鐵腐蝕 浸入鍍液后 助鍍層能迅速分解 并起到清除基體金屬表面的氧化物 降低熔融金屬表面張力的作用 提高鍍層質(zhì)量 基本工藝流程預(yù)鍍件堿洗 酸洗 水洗 稀鹽酸處理 水洗 溶劑處理 烘干 熱浸鍍 后處理 制品 2 保護(hù)氣氛還原法熱浸鍍森吉米耳法 a氧化 將待鍍鋼材先通過(guò)煤氣或天然氣加熱 將鋼材表面殘余的油污 乳化液等燒掉 鋼材表面被氧化成氧化薄膜 b還原 進(jìn)入還原爐 將鋼材表面的氧化皮還原為適合熱浸鍍的多孔性海綿狀純鐵 c浸鍍 在保護(hù)性氣氛中 鋼材被冷卻到合適溫度 470 480 浸鍍 1 4熱浸鍍層的性能冶金結(jié)合 鍍層的形成主要依靠加熱擴(kuò)散的作用 所得鍍層 滲層 與基體金屬之間是形成冶金結(jié)合 結(jié)合牢固 不脫落 合金層 是由兩種金屬組成的金屬間化合物 存在于鍍層金屬和基體金屬之間 鍍層金屬 合金層 碳鋼基體 合金層較純金屬層要脆得多 且對(duì)鍍層的力學(xué)性能也有害 因此 在熱浸鍍操作中要控制鍍層厚度 熱浸鍍的金屬層一般較厚 因此能在某些腐蝕環(huán)境中長(zhǎng)期使用 鍍鋅與鍍錫等 或作為抗特種介質(zhì)腐蝕的防蝕鍍層 如鍍錫與鍍鉛 組合金制品等 第二節(jié)熱浸鍍鋅 Hot dipzincing 1 工藝過(guò)程 Technicalprocess 工業(yè)上的熱浸鍍鋅可分兩種 分批浸鍍與連續(xù)浸鍍1 1分批浸鍍工藝應(yīng)用在成型對(duì)象 如螺拴 螺帽 鋼構(gòu) 燈桿 等 作業(yè)流程表面清潔 浸助熔劑 浸入熔融的鋅液中 流程如下所示 物件 噴砂 脫脂 水洗 酸洗 水洗 助熔劑 烘干 熱浸鍍鋅 水淬 1 2連續(xù)浸鍍工藝過(guò)程1 主要是應(yīng)用于鋼卷或鋼線(xiàn) 2 作業(yè)流程物件 還原退火 熱浸鍍鋅 氣刀 鍍鋅輥 整平 冷卻 2 鍍層的形成2 1鍍層形成理論2 1 1鍍層形成過(guò)程1 鐵表面被鋅液溶解形成合金相層2 合金層中鋅原子進(jìn)一步向基體擴(kuò)散 形成鋅鐵互溶層3 合金層表面包絡(luò)著一層鋅 Galvanizedcoating Steel Freezinclayer Alloylayers Micrograph 100X 2 1 2鐵 鋅反應(yīng)熱浸鍍鋅鍍層從表面的純鋅到鋼材依序會(huì)形成 六方最密堆積 單斜 六方最密堆積 立方 等不同的相 這是熔融的鋅在鋼材表面冷卻時(shí) 因相互擴(kuò)散而形成的多層鍍層 一般鍍鋅層65 150微米Fe Zn合金層約占總厚度的80 以上 圖7鐵 鋅平衡相圖 圖8熱浸鍍鋅層橫截面金相組織 2 2影響鍍層成長(zhǎng)的因素1 鋅液的溫度鋅液溫度在430 490 時(shí) 生成的合金層連續(xù)致密 有較強(qiáng)保護(hù)性 熱浸鍍鋅溫度一般控制在450 左右 2 浸鍍時(shí)間鋅鍍層通常是隨著鋅與鐵之間的擴(kuò)散時(shí)間而成長(zhǎng) 3 基材的厚度鍍層的厚度會(huì)受基材的厚度所影響 太薄的基材上無(wú)法析鍍出厚的鍍層 因此欲析鍍出厚的鍍層需考慮基材的厚度 碳 C 鐵鋅反應(yīng)就越劇烈 鐵鋅合金層也越厚 使鍍鋅層變脆 塑性降低 硅 硅存在延長(zhǎng)鋅的凝固時(shí)間 促進(jìn)較大鋅花的形成 鉛 鉛的存在可降低鋅液的粘度和表面張力 4 基材的成份 首先進(jìn)行內(nèi)表面和外表面的吹鋅 再進(jìn)行冷卻和鈍化處理 提高鍍鋅層的耐蝕性和防止鋅層變色 內(nèi)表面吹鋅 噴吹氣體為過(guò)熱蒸汽 其溫度一般為200 250 溫度低將產(chǎn)生鋅層凝結(jié) 形成鋅瘤和粗糙的表面 溫度過(guò)高可使鍍鋅層變?yōu)榘岛稚?2 3鍍后處理 鋼管直徑mm蒸汽壓力atm 12 7 31 757 838 1 50 88 963 5 76 28 10 外表面吹鋅 一般采用壓縮空氣 鍍鋅鋼管外吹鋅壓縮空氣壓力 鋼管直徑mm壓縮空氣壓力atm 12 7 19 0325 4 31 7438 1 50 85 63 5 76 25 6 iii鋼管的冷卻 鍍鋅后的鋼管經(jīng)內(nèi)外表面吹鋅后 先在空氣中冷卻 然后再送入冷水中冷卻 冷卻水的溫度保持在25 50 鈍化處理 目的是防止鋅層產(chǎn)生白銹 提高耐蝕性 常用的鈍化溶液是以鉻酸或重鉻酸鹽為主的水溶液 2 3熱浸鍍鋅的應(yīng)用曝露在大氣與某種液體的環(huán)境中 需要耐腐蝕處理的大部份鋼鐵件 合金層超厚的缺陷組織 熱浸鍍鋅生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 第四節(jié)熱浸鍍鋁 由于鋁的熔點(diǎn)高 化學(xué)活性大 其工藝在技術(shù)和設(shè)備上遇到困難 直到20世紀(jì)中期逐步解決 鋼材鍍鋁后形成的新材料不僅把鋁的耐蝕性和鋼的強(qiáng)度結(jié)合起來(lái) 而且還賦與此種新材料以新的特性 耐熱性 4 1鐵 鋁系二元狀態(tài)圖4 1 1鋁的物理性質(zhì)鋁的熔點(diǎn)為660 密度2 7g cm2 具有塑性良好 很容易被拉成絲或軋制成板材 電阻很低 其導(dǎo)電性約為銅的60 4 1 Fe Al二元相圖 4 2熱浸鍍鋁鍍層的形成4 2 1鍍層形成過(guò)程鋼材表面的熱鍍鋁過(guò)程中發(fā)生液態(tài)鋁和固態(tài)鐵兩種物質(zhì)的相互浸潤(rùn) 溶解 吸附 不同元素間化學(xué)作用及物理擴(kuò)散等物理化學(xué)過(guò)程 鋼材熱鍍時(shí)擴(kuò)散層的形成過(guò)程 a 當(dāng)鐵浸于熔融鋁時(shí) 表面發(fā)生浸潤(rùn) 溶解和相互擴(kuò)散形成擴(kuò)散層 b 鋁中鐵濃度增大 形成金屬間化合物FeAl3 c 隨著兩種金屬原子的相互擴(kuò)散 層的厚度達(dá)到一定值 并出現(xiàn)Fe2A15相 d 柱狀晶生長(zhǎng) 由于Fe2A15的生長(zhǎng)和鐵向鋁中擴(kuò)散速度的增大 使鋁在鐵中的固溶區(qū)消失 f 在整個(gè)擴(kuò)散層中 除 相外幾乎無(wú)其他相存在 a組織bAl元素面分布cFe元素面分布A3鋼基材經(jīng)850 擴(kuò)散處理后過(guò)渡區(qū)域成分面分布 高溫?cái)U(kuò)散涂層的選區(qū)電子衍射分析 TEM 70000X CalibrationofSAEDPatternTEM 100000X CalibrationofSAEDPatternaAl13Fe4 110 bFe2Al5 cFe3Al 111 4 2 2工藝流程 熔劑法 利用溶劑的化學(xué)作用對(duì)已經(jīng)除油除銹的鋼材在進(jìn)入鋁鍋前保護(hù)其表面不再氧化并進(jìn)一步對(duì)其活化 使鋁液與鋼材表面發(fā)生浸潤(rùn)并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散形成合金涂層流程如下 工件 堿洗 酸洗 助鍍 烘干 浸鍍 水淬 成品 4 2 3鍍層影響因素1 鋁液溫度和浸鍍時(shí)間通常合金層厚度隨鋁液溫度的提高而增大 鍍鋁溫度對(duì)鋼和鑄鐵鍍鋁合金層影響更為明顯 當(dāng)溫度從665 800 時(shí) 擴(kuò)散速度加快 合金層厚度猛增 但進(jìn)一步提高溫度 合金層厚度又下降 到950 時(shí) 合金層的厚度很小 2 鋼材成分的影響碳含量增加 有助于合金層結(jié)構(gòu)均勻化 鋼組織由鐵素體 珠光體 鎳 鉻含量增加 合金層厚度也增加 含錳量增加 合金層厚度及硬度均減小 3 鋁液中各種添加元素硅可提高鋁鍍層的耐熱性 鋅可降低鍍鋁溫度和縮短浸鋁時(shí)間 且所得鍍層附著力好 鎳對(duì)擴(kuò)散層厚度影響明顯 在720 730 下鍍鋁時(shí) 鋁中加入 0 5 Ni 可使擴(kuò)散層從20 30 m提高到35 50 m 4 3鍍鋁鋼材的性能與應(yīng)用4 3 1鍍鋁鋼的優(yōu)點(diǎn)a良好的耐熱性 抗高溫氧化性 鍍鋁鋼材在大氣中在450 以下可長(zhǎng)期使用 且不改變其顏色 鍍鋁鋼的耐熱性遠(yuǎn)高于未鍍鋁的鋼 b良好的耐腐蝕性特別耐含有SO2 H2S NO2 CO2等工業(yè)大氣的腐蝕性 耐海洋大氣的腐蝕性也優(yōu)于鍍鋅鋼 c對(duì)光和熱的良好反應(yīng)性鍍鋁鋼材具有優(yōu)良的對(duì)光和熱的反射能力 這與鍍鋁層表面形成致密而光澤的Al2O3膜有關(guān) 4 3 2鍍鋁鋼的缺點(diǎn)鍍層含有金屬間化合物脆性相 使其加工性變壞 鋼材表面被鋁液侵蝕并溶解在鋁液中 而使鋁層含有雜質(zhì)鐵 從而影響其耐腐蝕性 鍍鋁的溫度仍然偏高 而影響鋁鍋的使用壽命 鍍層表面易粘服鋁渣而影響其外觀等 4 3 3鍍鋁鋼材的用途1 鍍鋁鋼板 汽車(chē)工業(yè)方面的應(yīng)用 鍍