熱浸鍍鋅車間設備與工藝改進

李君香　陸波

摘 要：通過熱浸鍍鋅的工藝探討，由于鍍鋅過程中，鍍液的各種元素對鍍鋅有一定的影響，結合現(xiàn)有熱浸鍍鋅工藝的分析，將金屬構件的性能得到顯著提升，以此提高鍍鋅的工藝水平，間接拓寬了熱浸鍍鋅的應用范圍。

關鍵詞：熱浸鍍鋅，反應機理，工藝

1.熱浸鍍鋅工藝

在熱浸鍍鋅的過程中，被鍍金屬的表面會與鋅液發(fā)生一系列復雜的物理、化學反應。

當金屬鍍件完全的浸入鋅液鍍浴之后，隨著金屬鍍件的溫度與鋅液的溫度相同時，鍍鋅液中的鋅元素將會逐漸的吸附在金屬鍍件表面，這樣使得金屬表面和內部產(chǎn)生較大的濃度梯度，由于存在濃度梯度，鍍液中的活性鋅原子將沿著濃度降低的方向做定向擴散，不斷地向金屬內部進行擴散，直到到達平衡為止，最后達到滲透的目的。主要分為一般鍍鋅和連續(xù)熱浸鍍鋅兩種方案：

一般鍍鋅是將經(jīng)過加工之后的非連續(xù)的單件或者大批量的鋼鐵結構件浸入 450～800℃的鋅池中進行熱浸鍍，在鋼鐵結構件表面形成鍍層，其鍍層的厚度與熱浸鍍的時間長短有著緊密的聯(lián)系。一般鍍鋅的基本工藝流程為：鋼鐵結構件前期準備→堿洗脫脂→水洗→酸洗除銹→水洗→浸溶劑助鍍→烘干預熱→熱浸鍍鋅→后處理。熱浸鍍鋅過程中使用緩蝕活性劑，以此增強熱浸鍍鋅的結合力，防止鍍件發(fā)生鍍前氧化。其反應如下：

6NH4Cl+2Al=AlCl3+3NH3+3H2

3ZnCl2+2Al=2AlCl3+3Zn

連續(xù)熱浸鍍鋅是將經(jīng)過加工之后的單件或者大批量的鋼鐵結構件連續(xù)的侵入鋅池進行熱浸鍍的工藝過程。連續(xù)熱浸鍍鋅的工藝根據(jù)鍍前的處理方式不同可以分為線外退火和線內退火，由于生產(chǎn)工藝復雜、生產(chǎn)成本高、合金鍍層存在一定的缺陷，導致鍍層的耐蝕性沒有提升，使得連續(xù)熱浸鍍鋅沒有得到較好的發(fā)展。

在進行時，將鋼材熱浸到鋅液中，其鋅液的溫度控制在450℃左右，浸入時間控制在300s左右，鋼基的表面會形成一層由Γ、δ和ζ三相組成的 Fe-Zn 金屬間化合物層如圖1所示，其Fe-Zn 二元相圖體系如圖2所示。

其中，（αFe）相是鋅在α-Fe 相中的固溶體，α-Fe 為體心立方晶體。Γ相直接附著于鋼基表面，由α-Fe 和液相在 782℃時發(fā)生包晶轉變而成，最大鐵的含量為 31.3 at.%，是熱浸鍍鋅合金相中硬度最大的脆性相。δ相是熱浸鍍鋅金屬間化合物層中的主要相層，是 Γ 相和液相在 665℃的包晶產(chǎn)物。δ 相從形貌上區(qū)分為 δ1、δ2層，δ1緊接Γ相非常致密，δ2則有很多微裂紋，處在 δ 外側遠離Γ相的位置。

2.影響熱浸鍍鋅層組織的因素

2.1鋅液化學成分

（1）Al 的影響

在熱鍍鋅的過程中，會在鋅液中人為的添加一定的鋁材料，主要是根據(jù)鋁的特點—保護性氧化膜，這樣有效的減少鋅液表面的氧化，其光潔面也能得到一定的改善。一般加鋁的計量主要根據(jù)鍍件所要求的性能決定的，如果要使得光亮的鍍層，一般就會在鋅浴中添加質量分數(shù)為0.005%～0.02%的鋁；如果想獲得厚度適宜且粘附性良好的合金鍍層，可以向鋅浴中添加質量分數(shù)為 0.15%～0.20%的鋁液，這主要添加一定量的鋁后能在金屬表面形成Fe2Al5的鍍層，這樣使得鋼基體和鍍層界面上Zn-Fe的脆性相得到抑制生長；如果想提高鍍層的耐蝕性，添加質量分數(shù)大于0.30%的鋁即可。

（2）Ni的影響

在鋅液中添加Ni元素，主要是為了延長了Fe-Zn合金相層的孕育期，從而有效地限制了Fe-Zn合金層的形成速度，能夠獲得厚度適宜的鍍層，從而使得鍍層的結合強度和質量得到較大的改善。另外，少量的鎳還可以提高鍍層的光亮性，減少鋅渣的形成。

（3）Mg的影響

在鋅浴中添加少量的Mg元素可以顯著提高鍍層的耐蝕性能。一般添加的鎂的含量在0.024%～0.048%之間，材料鍍層的耐腐蝕性能達到最佳，如果鋅液中添加鎂的含量大于0.048%時金屬鍍層的耐蝕性反而下降，鍍層的表面相對粗糙，外觀顏色呈乳白色。

（4）Bi的影響

在鋅液中添加一定量的Bi元素能夠顯著降低鋅浴的表面張力，加快鋅液的流速，加快鍍層表面的鍍鋅速度，減少鍍層時間。

2.2熱浸鍍溫度和時間

鋅液溫度對鐵鋅反應的過程曲線如圖3所示。

其中，通過圖3可知，在起始階段，隨著鋅液溫度升高鐵鋅間的反應逐漸增強，在溫度升高到 480℃時，將導致金屬間化合物層的急速生長，從而使鍍層的厚度和脆性均增加。在 480℃～530℃區(qū)間有峰出現(xiàn)，在 490℃時出現(xiàn)峰值即鐵鋅反應最劇烈，ζ 相在該溫度下失去連續(xù)性，當溫度大于500℃時ζ 相趨于消失，結合圖2的Fe-Zn二元相圖可知，ζ相可以在530℃時穩(wěn)定存在。正是由于在 490℃～530℃穩(wěn)定區(qū)間，ζ相的不連續(xù)或消失，造成鐵、鋅劇烈反應和鐵迅速溶解于液態(tài)鋅中。如果鋅液溫度過低，鋅液的流動性就會變差，鍍層的質量較差，鋅浴中的鋅耗也會增多。如果鋅液溫度過高，鐵的損耗量明顯增大，進而影響鍍層的表面質量。因此，對鋼進行熱浸鍍鋅時，選擇合適的鋅液溫度對合金層的生長有著至關重要的作用。

熱浸鍍時間對鐵鋅反應速率的曲線如圖4所示。

從圖4中可以看出，在時間一定的條件下，鍍液處于430℃～490℃之間時，鐵鋅反應生成致密的化合物；當溫度上升到490℃～530℃，鐵、鋅之間的反應速度加劇，使金屬間化合物層快速長大；當溫度超過530℃，金屬間化合物層中已發(fā)生局部破裂。由圖4的規(guī)律可得，熱浸鍍時間對鋅層的組織和性能也會產(chǎn)生很大影響。浸鋅時間過長，會使合金層中脆性相過厚，導致鍍件的力學性能有所下降。

2.3熱浸鍍的技術

在一般工業(yè)區(qū)和海洋性環(huán)境中，熱浸鍍鋅鋼鐵結構件具有長的使用壽命及低的使用維護成本，使用壽命可達20～40年，在沒有侵蝕性的大氣環(huán)境下鍍鋅件的使用壽命會更長。熱浸鍍鋅層可給鋼鐵基體可形成隔離層進行保護和電化學保護。熱浸鍍操作簡單，工藝容易檢查，操作控制可靠。

作者簡介：

李君香 199706 女 漢 浙江遂昌 職稱：學生 學歷；大專 電氣自動化技術