淺議控制熱鍍鍍鋅鋅層的厚度及鋅渣量

1、淺議控制熱鍍鍍鋅鋅層的厚度及鋅渣量錢愛(ài)民1 引言熱鍍鋅也稱熱浸鍍鋅,是鋼鐵構(gòu)件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的一種方法。近年來(lái)隨高壓輸電、交通、通訊事業(yè)迅速發(fā)展,對(duì)鋼鐵件防護(hù)要求越來(lái)越高,熱鍍鋅需求量也不斷增加。2 熱鍍鋅層防護(hù)性能通常電鍍鋅層厚度515m,而熱鍍鋅層一般在35m以上,甚至高達(dá)200m。熱鍍鋅覆蓋能力好,鍍層致密,無(wú)有機(jī)物夾雜。眾所周知,鋅的抗大氣腐蝕的機(jī)理有機(jī)械保護(hù)及電化學(xué)保護(hù),在大氣腐蝕條件下鋅層表面有ZnO、Zn(OH2及堿式碳酸鋅保護(hù)膜,一定程度上減緩鋅的腐蝕,這層保護(hù)膜(也稱白銹受到破壞又會(huì)形成新的膜層。當(dāng)鋅層破壞嚴(yán)重,危及到鐵基體時(shí),鋅對(duì)基體產(chǎn)生電化學(xué)保護(hù),鋅的標(biāo)準(zhǔn)

2、電位-0.76V,鐵的標(biāo)準(zhǔn)電位-0.44V,鋅與鐵形成微電池時(shí)鋅作為陽(yáng)極被溶解,鐵作為陰極受到保護(hù)。顯然熱鍍鋅對(duì)基體金屬鐵的抗大氣腐蝕能力優(yōu)于電鍍鋅。3 工藝過(guò)程工件脫脂水洗酸洗水洗浸助鍍?nèi)軇┖娓深A(yù)熱熱鍍鋅整理冷卻鈍化漂洗干燥檢驗(yàn)4.熱鍍鋅鍍層的形成機(jī)理熱浸鍍鋅是一個(gè)冶金反應(yīng)過(guò)程.從微觀角度看,熱浸鍍鋅過(guò)程是兩個(gè)動(dòng)態(tài)平衡:熱平衡和鋅鐵交換平衡.當(dāng)把鋼鐵工件浸入450左右的熔融鋅液時(shí),常溫下的工件吸收鋅液熱量,達(dá)到200以上時(shí),鋅和鐵的相互作用逐漸明顯,鋅滲入鐵工件表面.隨著工件溫度逐漸接近鋅液溫度,工件表面形成含有不同鋅鐵比例的合金層,構(gòu)成鋅鍍層的分層結(jié)構(gòu),隨著時(shí)間延長(zhǎng),鍍層中不同的合金層呈現(xiàn)

3、不同的成長(zhǎng)速率.從宏觀角度看,上述過(guò)程表現(xiàn)為工件浸入鋅液,鋅液面出現(xiàn)沸騰,當(dāng)鋅鐵反應(yīng)逐漸平衡,鋅液面逐漸平靜.工件被提出鋅液面,工件溫度逐漸降低至200以下時(shí),鋅鐵反應(yīng)停止,熱鍍鋅鍍層形成,厚度確定.5.熱鍍鋅鍍層厚度要求影響鋅鍍層厚度的因素主要有:基體金屬成分,鋼材的表面粗糙度,鋼材中的活性元素硅和磷含量及分布狀態(tài),鋼材的內(nèi)應(yīng)力,工件幾何尺寸,熱浸鍍鋅工藝.現(xiàn)行的國(guó)際和中國(guó)熱鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)都根據(jù)鋼材厚度劃分區(qū)段,鋅鍍層平局厚度以及局部厚度應(yīng)達(dá)到相應(yīng)厚度,以確定鋅鍍層的防腐蝕性能.鋼材厚度不同的工件,達(dá)成熱平衡和鋅鐵交換平衡所需的時(shí)間不同,形成的鍍層厚度也不同.標(biāo)準(zhǔn)中的鍍層平均厚度是基于上述鍍鋅機(jī)理

4、的工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)值,局部厚度是考慮到鋅鍍層厚度分布的不均勻性以及對(duì)鍍層防腐蝕性要求所需要的經(jīng)驗(yàn)值.因此,ISO標(biāo)準(zhǔn),美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn),日本JIS標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)在鋅鍍層厚度要求上略有不同,大同小異.6.熱鍍鋅鍍層厚度的作用和影響7.鋅層控制熱鍍鋅要控制好鋅液溫度、浸鍍時(shí)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(guò)低,鋅液流動(dòng)性差,鍍層厚且不均勻,易產(chǎn)生流掛,外觀質(zhì)量差;溫度高,鋅液流動(dòng)性好,鋅液易脫離工件,減少流掛及皺皮現(xiàn)象發(fā)生,附著力強(qiáng),鍍層薄,外觀好,生產(chǎn)效率高;但溫度過(guò)高,工件及鋅鍋鐵損嚴(yán)重,產(chǎn)生大量鋅渣,影響浸鋅層質(zhì)量并且容易造成色差使表面顏色難看,鋅耗高。鋅層厚度

5、取決于鋅液溫度,浸鋅時(shí)間,鋼材材質(zhì)和鋅液成份。另外,鍍鋅合金也很重要,調(diào)整鋅液合金比例;溫度,及浸鋅時(shí)間.如果鋼材的硅含量較高,可加入鋅鎳合金降低上鋅量。也可加入助鍍劑添加劑來(lái)改變助鍍劑的性質(zhì),使鍍層變得漂亮。在熱鍍鋅過(guò)程中,如果要使鍍件表面光亮、鍍層博,這跟各道工序都有很大關(guān)系,酸洗不到位,助鍍液配方不對(duì),鋅溫高低,人工操作,行車的起吊速度,這都是有很大關(guān)系的,熱鍍鋅層形成過(guò)程是鐵基體與最外面的純鋅層之間形成鐵-鋅合金的過(guò)程,工件表面在熱浸鍍時(shí)形成鐵-鋅合金層,才使得鐵與純鋅層之間很好結(jié)合,其過(guò)程可簡(jiǎn)單地?cái)⑹鰹?當(dāng)鐵工件浸入熔融的鋅液時(shí),首先在界面上形成鋅與鐵(體心固熔體。這是基體金屬鐵在固

6、體狀態(tài)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(dāng)鋅在固熔體中達(dá)到飽和后,鋅鐵兩種元素原子相互擴(kuò)散,擴(kuò)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(kuò)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(dāng)工件從浸鋅液中移出時(shí)表面形成純鋅層,為六方晶體。其含鐵量不大于0.003%。適量加減所添加的鋅鋁合金;提高熱鍍鋅鋅溫,但要考慮鋅鍋情況,鐵鍋不宜超過(guò)480度,陶瓷鍋可以到530度;減少浸鋅時(shí)間;取出時(shí)速度放緩慢都可以減小熱鍍鋅新層厚度。8 鋅灰、鋅渣的形成及控制8.1 鋅灰、鋅渣的形成鋅灰鋅渣不僅嚴(yán)重影響到

7、浸鋅層質(zhì)量,造成鍍層粗糙,產(chǎn)生鋅瘤。而且使熱鍍鋅成本大大升高。通常每鍍1t工件耗鋅40100kg,如果鋅灰鋅渣嚴(yán)重,其耗鋅量會(huì)高達(dá)140200kg?？刂其\渣主要是控制好溫度,減少鋅液表面氧化而產(chǎn)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(dǎo)率小、熔點(diǎn)高、比重小、與鋅液不發(fā)生反應(yīng),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(kāi),又對(duì)工件無(wú)粘附作用。對(duì)于鋅液中鋅渣的形成主要是溶解在鋅液中的鐵含量超過(guò)該溫度下的溶解度時(shí)所形成的流動(dòng)性極差的鋅鐵合金,鋅渣中鋅含量可高達(dá)94%,這是熱鍍鋅成本高的關(guān)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(shí)

8、間,其溶鐵量即鐵損量是不一樣的。在500附近時(shí),鐵損量隨著加溫及保溫時(shí)間急劇增加,幾乎成直線關(guān)系。低于或高于480510范圍,隨時(shí)間延長(zhǎng)鐵損提高緩慢。因此,人們將480510稱為惡性溶解區(qū)。在此溫度范圍內(nèi)鋅液對(duì)工件及鋅鍋浸蝕最為嚴(yán)重,超過(guò)560鐵損又明顯增加,達(dá)到660以上鋅對(duì)鐵基體是破壞性浸蝕,鋅渣會(huì)急劇增加,施鍍無(wú)法進(jìn)行。因此,施鍍目前多在430450域內(nèi)進(jìn)行。8.2 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:施鍍及保溫要避開(kāi)鐵的溶解高峰區(qū),即不要在480510時(shí)進(jìn)行作業(yè)。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(duì)鐵鍋浸蝕會(huì)加快,硅含量高也能促使鋅液對(duì)鐵的腐蝕。目前多采用08F/XG08/WKS優(yōu)質(zhì)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(gè)難題,目前工業(yè)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(wú)法保證大型工件的鍍鋅。要經(jīng)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?qū)Ｓ脫圃鼨C(jī)撈取。落入鋅液中鍍件更要及時(shí)打撈。要防止助鍍劑中鐵隨工件帶入鋅槽,助鍍劑要進(jìn)行在線再生循環(huán)處理,嚴(yán)