表面活性剂-热浸镀

1、热浸镀 热浸镀原理 将经过表面处理的金属工件，放入远比工件熔点低的熔融金属中，以获得金属镀层的过程，这个过程称热浸镀（熔融镀、热镀）。热浸镀层金属一般为锡（熔点231.9）、锌（熔点419.5）、铝（熔点658.7）、铅（熔点327.4）。基体材料一般是钢铁，有时也用铜。浸镀前工件需进行表面预处理，清除表面的油污和氧化皮。热浸镀后还要进行化学处理、涂油或必要的整形。热浸镀工艺 根据热浸镀工件前处理方法的不同，可将热浸镀工艺分为溶剂法和保护气体还原法两类。 1）溶剂法 溶剂法工艺流程为： 工件碱洗酸洗水洗稀盐酸处理溶剂处理热浸镀后处理成品。溶剂处理 溶剂处理 目的是： 对工件：清除其表面残存的铁

2、盐及酸洗后在空气中又产生的氧化皮；对熔融金属：清除其表面的氧化物，降低其表面张力，改善与工件表面的湿润性。 溶剂处理有两种方法：湿法（又称熔融溶剂法）和干法（又称烘干溶剂法）。 （1）湿法 工件在热浸镀前浸入熔融溶剂（ZnCl23NH4Cl或Zn Cl22HN4Cl）中进行处理，然后再浸入熔融金属中热镀。 （2）干法 工件在热浸镀前浸入浓的溶剂（600800g/L ZnCl260100g/L NH4Cl） 水溶液中，然后烘干，工件上即附着一层干溶剂。当工件热浸镀时，溶剂受热分解，起到清除工件表面残存铁盐、铁的氧化物、镀层金属氧化物及降低镀液表面张力的作用。 5）热浸镀 经溶剂处理的工件放入熔融

3、金属中，即可在其表面镀上一层金属。浸镀时加热可采用煤气、天然气或油加热，也可用感应电加热。 6）后处理 目的是保证产品质量。后处理内容包括：冷却和平整矫直。 （1）冷却 热浸镀后工件必须冷却。目的是避免未凝固的镀层被划伤。 （2）平整矫直 热浸镀后工件（如钢板或带钢）表面有变形（波浪或翘曲），需平整矫直。保护气体还原法 保护气体还原法工艺流程为： 工件微氧化炉还原炉冷却热浸镀后处理成品。 1）微氧化炉 由煤气或天然气加热。工件进入氧化炉，火焰将工件表面油污、乳化液烧掉，同时工件表面生成氧化膜。 2）还原炉 用电阻或辐射管间接加热。炉内密封有保护气体 （氢气与氨气混合）。工件进入还原炉，一方面将

4、工件表面的氧化皮还原为适合热浸镀的活性海绵状铁；另一方面将工件继续加热进行再结晶退火。 3）冷却 工件在保护气氛中冷却到一定温度，再进行热浸镀。热浸镀层的性能 （1）操作和设备简单；（2）效果比电镀好。（3）只适于用低熔点金属（锌、锡、铝、铅）覆盖。（4）覆盖层较厚； （5）镀层分层次。靠近工件的内层，化学成分含工件成分最多；接近表面的外层，化学成分含镀层金属最多。内外层之间的中间是合金层。 （6）合金层 较脆。合金层中因含少量工件金属及微量夹杂，对镀层力学性能影响甚坏，故令合金层较脆。其厚度应有所控制。 （7）镀层厚度不易精确控制。不规则的制件不容易形成均匀的膜；热浸镀层应用 （1）一般防腐

5、蚀.如热镀锌、热镀铝；一般大气及清水等弱腐蚀介质。如用于高速公路的护栏、桥梁和建筑材料。 （2）特种 防腐蚀及特种性能。如镀锡与镀铅-锡合金，有良好的耐汽油性，钎焊性、深冲性等。热镀锡 热镀锡钢板(即马口铁)是最早应用的热浸镀锡板。近些年来，由于锡资源的紧张，电镀锡已在若干领域取代了热镀锡，但在一些需要厚镀层及电器、无线电工程等方面，热镀锡仍在应用。 热镀锡涂层的特点是：耐腐蚀(有机酸)、无毒、焊接性好，表层光亮且不易变色，可进行印刷及装饰。因此，多年一直在包装业及食品罐头工业中应用。 热镀锡原理铁-锡系二元状态图 由相图可见有两个相及一个相。两个相，一个在780900，含锡量为62(wt)。

6、一个在9101390，含锡量为2。相是锡在铁中的固溶体。锡在铁中的溶解度(wt)，750时为9.3，900时为17.5。 FeSn2相含80.95(wt)锡，为四角晶体组织，脆性大，硬度高，是铁和锡之间的中间层，能令锡与铁结合好。FeSn相含68.0(wt)锡，稳定保持温度750； Fe3Sn2相含58.62(wt)锡，稳定保持温度900 Fe3Sn相含41.47(wt)锡，稳定保持温度880，1130以上为金属混合物的液相区。 热镀锡原理热镀锡原理 在300时，铁与锡相互反应生成FeSn2。例如，在热镀锡时，经过前处理的锡板进人含有氯化按及氯化锌的熔剂层，形成铁锡合金。 ZnCl2+2H2O

7、Zn(OH)2十2HCl FeO十2HClFeCl2十H2O Fe十2HClFeCl2十H2 生成的氯化亚铁(FeCl2)与炼锡(Sn)反应，生成SnC12及FeSn2 3Sn十FeCl2SnC12十FeSn2 生成的化合物FeSn2一部分附在钢板上。另一部分进入锡槽形成锡渣。附着FeSn2层的钢板再进入炼锡中浸镀锡。 单张板热镀锡工艺 工件酸洗水洗溶剂处理热浸镀锡浸油处理空冷脱油及抛光分选成品 1)酸洗 给料机从板垛上取下工件(原板)，送入酸洗槽中酸洗，去氧化皮，然后用水冲洗。酸洗掖一般用盐酸或硫酸电解酸洗。电解酸洗时，工件接阴极。 2)熔剂处理 熔剂主要由氯化锌及35氯化铵组成(有时还加入

8、10氯化钠)。熔剂配成较浓的水溶液，浮在熔锡上面，总处于沸腾状态。熔剂的作用是促使铁锡合金(FeSn2)的形成。单张板热镀锡工艺 工件酸洗水洗溶剂处理热浸镀锡浸油处理空冷脱油及抛光分选成品 3)热浸镀锡 经熔剂处理的钢板进入310315的熔锡中浸镀。 4)浸油处理 镀锡板再进入235240的棕榈油槽处理。油的作用是防止锡氧化和使锡在所镀钢扳上保持熔融状态。由图还可见到，漫在棕桐油中的三对镀辊（序号7)还可调节镀锡层的厚度及均匀性。 5)空冷 浸油处理后，工件立即喷空气冷却，再经脱油及抛光进入分选。 6)分选 手工或称重，对镀层及板进行质量检查，合格板为成品。 1熔剂，2镀锡原板，3加锡口，4。

9、加热盘管，5.导板，6.刮锡扳；7镀锡辊；8.空气冷却装置，9.提升机；10，11烟道 单张钢板热镀锡装置单张钢板热镀锡装置 钢丝热镀锡工艺 工件酸洗水洗溶剂处理热浸镀锡浸油处理空冷脱油分选成品。 工艺与单张板同，但要注意如下几点。 1）溶剂处理 溶剂为在氧化锌中加10%氯化铵的混合水溶液。溶剂槽温度480220。溶剂槽中因加水生成盐酸，可再次对钢丝表面氧化物清洗。 2）热浸镀锡 锡液温度为260290之间。 3）浸油处理 棕榈油温度为230240之间。热浸镀锡钢板性能 1）钢板 通常厚度为0.2mm，很薄。 2）合金层 主要是FeSn2, 非连续附着于钢基板上，存在一定空隙。 3）锡层 也是

10、非连续性附着与合金层上。在露出合金层的空隙处，FeSn与Sn之间构成局部电池，若有电流通过，则发生溶解。在酸性环境中，合金层电位教正，易极化，腐蚀速率不大。在露出钢基体表面的空隙处，Sn同Fs构成局部电池，极化作用小，锡的溶解速率加快。因此，为获得高质量镀锡板，合金层应尽量均匀。热浸镀锡钢板耐蚀性能 （1）在空气中的腐蚀（相当与罐头外的腐蚀），若空气是干燥的，则镀锡板不易生锈。若是潮湿空气，则在锡层孔隙处Sn与Fe构成局部电池。Sn的电极电位比基体金属Fe更正，钢板会发生阳极溶解，开始生锈，因此，镀锡层对钢板不具保护作用。（2）在不含氧的弱酸中（相当于罐头内部），若Sn与Fe接触，则电位发生逆

11、转，Sn的电极电位比Fe更负，于是Sn溶解。钢铁基体得到保护。在含氧的环境下，上述情况正好相反,铁人迅速腐蚀.（3）氧化膜 氧化膜是锡被氧化后的产物,主要是SnO及SnO2。SnO是不稳定的氧化物，不耐蚀。 SnO2是稳定的氧化物，耐蚀性好。一般镀锡板在室温下长期贮存时，镀锡板表面易生成SnO2。在涂料烘烤（一般150210）时，生成SnO。（4）油膜 一般热浸镀锡板上涂油量为210mg/m2，其用用是防止板运输中的机械划伤及增加板的耐蚀性。热浸镀锡钢板在进行涂饰时，必须对涂料有良好的附着性。同时，在焊接时，焊料易于渗入需要焊接部分，达到牢固的结合。耐蚀性评定 耐蚀性评定主要是指镀锡层在空气中

12、的抗蚀能力（孔隙度试验）及食品罐头内部的罐藏寿命（铁溶出试验）。 1）热水试验 了孔隙度试验。将试样浸入pH 3.55.0的蒸馏水中，95加热6h，对显示出的孔隙点进行计数，并观察颁布状况。改进的方法是将试样先浸入90、10%的无水铬酸水溶液中，取出后在pH 4.55.5的95的蒸馏水中垂直保持40min即可进行孔隙点计数观察。 2）硫氰化铵孔隙度试验 将试样先用有机溶剂除油，然后浸入250 mL试验溶液中，温度为2025，放置15min。孔隙点中暴露的钢基体铁离子变成红色硫氰化铁，再用比色法进行定量分析。可见这种方法不能测定孔隙点的分布。试验溶液的组成见表。 种类成分12硫氰化铵（NH4SC

13、N）20（g/L）50%浓度，100（mL）醋酸（CH3COOH）10（g/L）25%浓度，100（mL）过氧化氢（H2O2）10（g/L）03%浓度，100（mL）热镀锌 镀层形成理论热镀锌的钢铁零部件广泛用于水暖、电气、电力、电讯、建筑器材与日用五金。热镀锌时镀锌层的形成过程为：铁基体与熔锌反应，铁被溶解，形成锌在铁中的固溶体，由于相互扩散，在工件表面生成铁锌合金化合物。然后在工件离开锌锅时，带出纯的熔融锌覆盖在合金层上，形成纯锌酸层。 热镀锌是世界各国公认的一种经济实惠的材料保护工艺；热镀锌层的形成要经历如下步骤：铁基表面被锌液溶解形成铁锌合金相层；合金层中的锌原个进一步向基体扩散，形成

14、锌铁固溶体；合金层表面包络薄锌层。热镀锌层特性 1）与基体结合强度高在热浸镀锌过程中，熔融锌可以充分浸入经过良好处理的基体表面，形成铁-锌合金层覆盖于整个工件表面，且此合金层有一定韧性、硬度，可耐较大磨擦入冲击，与其体有着很好的结合。 2）耐蚀性好 锌的腐蚀产物ZnO、Zn（OH）2及ZnCO3。当此腐蚀产物转化为不溶性的ZnO3Zn（OH）膜时（此膜厚度为0.01mm），比锌层（锌的钝化膜）有着更好的化学稳定性。尤其是在大气、水、土壤及混凝土中，耐蚀性好。 3）阴极保护作用 由于锌的电极电位（0.96V）比铁的电极电位（0.44V）更负，在有电解质条件下，基体（铁）与涂层（锌）组成原电池，锌

15、为阳极，铁为阴极，锌不断溶解，而基体（铁）得到保护。1）相 位于钝锌层与1相之间，含锌量为93.8%94%（重量），化学成分为FeZn13，性脆，具单斜晶格。2）1 相 含锌量为88.5%93%（重量），化学成分相当于FeZn7，为六方晶格。3）相 直接附在钢基体上，含铁量为22.96%27.76%（重量），化学成分为Fe5Zn6，性脆且硬，具有体心立方结构。4）相 是铁在锌中的固溶体，含铁量不大于0.003%（重量），几乎是纯锌，塑性好，为密排六方晶格。普通低合金钢在标准热浸镀锌温度（450470）时，可能仅形成1 、等4个相层。热镀锌工艺流程 表面清理酸洗中和熔剂处理热镀钝化。 熔剂处理：

16、熔剂处理分为湿法和干法两种。 湿法：净化过的工件在热浸镀前浸入熔剂中进行处理，然后再浸入熔融金属中热镀。采用的熔剂是氯化铵，或者氯化铵与氯化锌的混合物。其组成为：55.7氯化锌与44.3氯化铵；46.3氯化锌与53.7氯化铵，可加入16的甘油，加热温度300340。该法得到的镀层附着力较差，已逐渐淘汰。 熔剂处理 干法：将净化过的工件先浸入浓的熔剂水溶液中，经烘干后，表面附着一层干熔剂层，然后进行热镀。所用熔剂为氯化铵和氯化锌组成的复合熔剂，熔剂处理后在180 230烘箱中烘1030min，烘干水分。一般熔剂中氯化铵比例愈大，污染愈大。氯化铵和氯化锌组成的复合熔剂的组成和工艺条件 热浸镀锌 镀

17、锌时镀液温度控制在450470，时间25min。所用锌锭含锌量在99.5以上。 工件在送入和从锌锅中取出时，要先刮净锌液表面的锌灰，以免锌灰黏附在镀锌件表面，影响质量。镀锌件从锌锅中取出后要用振动等方法立即清除镀层上多余的锌，以免产生锌的结瘤。工件从锌锅中取出的速度决定了留在工件上非合金镀层的厚度，取出速度应比锌在工件上自由流动速度慢些，以得到均匀的非合金锌层。 为使镀层光亮，须把工件趁热浸入1.0氯化铵水溶液中15s进行曝光处理，曝光后的工件立即在流动清水中冷却。 钝化处理 钝化处理的目的是提高制品的耐蚀性，常用的钝化有低铬型与高铬型两类，铬酐钝化效果好，但易污染且会致癌，目前大多选择低铬或

18、无铬钝化。钝化处理后，需用以下的水漂洗干净，并进行干燥。 热镀锌钢丝 低碳钢丝退火水洗酸洗水冲洗熔剂处理烘干热镀锌镀后处理收线成品。 高碳钢丝除油水洗酸洗水冲洗熔剂处理烘干热镀锌镀后处理收线成品。影响镀锌钢丝主要因素 （1）锌液温度 这是影响锌镀层质量的关键。一般以440470为宜。温度过高，会使铁、锌扩散加快，令合金层变厚；温度过低，锌液流动性差，令镀锌层粗糙不均匀。 （2）锌灰 氯化铵渣和锌渣。锌灰是锌液表面氧化产生，主要成分是氧化锌。氯化铵渣（亦称熔剂残渣），主要成分是碱性氧化锌。锌渣是锌与铁的反应产物。锌灰、氯化铵渣、锌渣均会影响锌层质量。如果锌层中夹有锌渣，会令锌层挠性变坏。 （3）

19、揩擦 采用垂直引出法时，钢丝需通过一个厚5080的木炭层，其作用是：令锌液均匀光滑地附着于钢丝表面，同时令锌液面上保持还原气氛。木炭层由木炭与凡士林按2 1比例与油混匀。垂直镀锌钢丝装装置置垂直引出法 钢丝与锌液垂直。适于镀厚锌层，锌层一般可达300g/左右。锌液温度为440470。为避免锌层粗糙，在锌槽液面用牛油凡士林浸过的木炭粒，有助于锌液保温并防止氧化，还可起揩擦作用，令锌层光滑。 斜向引出法 钢丝与锌液面呈35。适于镀薄锌层，锌层厚度在200 g/以内。为令锌层光滑，在距锌液面150300处，采用石棉绕制的钢丝夹或带孔钢板作为揩擦工具。 冷轧退火还原热浸锌卷取。 是批量式热浸锌工艺。每

20、个过程的操作用手工或机械手在大容器中进行。镀锌槽长度最大可到20m以上。这种工艺属于保护气体还原法，一些大构件（如铁塔件、桥梁件等）应用较广泛。 冷轧氧化还原退火调节温度到镀锌温度热浸锌冷却矫直。 是连续式热浸工艺。工件在氧化炉中由煤气火焰加热（氧化除油），加热温度为400450，工件表面形成均匀氧化层。经氧化后工件进入还原炉，还原气体为N2（75）及H2（25），将工件表面氧化铁还原成海绵状纯铁。工件在还原时间时退火，退火温度根据需要，可在700800进行再结晶退火，亦可在900以上进行常化退火。经退火后，工件再在还原气氛中冷却到480并直接在不与空气接触下进入热锌镀槽。锌液温度为45046

21、0 ，锌液中含0.100.15的铝，目的是限制Zn-Fe合金层的增长。锌层厚度可用气体喷射法控制。镀锌工件再自然冷却（或再强制冷却到40以下），这种方法亦称为森吉米尔法。 森吉米尔法 将上述独立的氧化炉、还原炉及冷却段联接起来，构成一个整体。氧化炉改为微氧化炉（预热炉），对工件采取高温快速加热，最高温度达1300，一般温度为11501250，其作用一方面是令工件表面油污等挥发，另一方面在尽量减小工件表面氧化情况下，将工件预热到550650。这样工件表面氧化物少，还原就容易，且保护气中H2含量可减少（一般1530或更低），减少工作中的危险性。 热镀锌钢管 1）熔剂法 热镀锌钢管的工艺流程为：工件

22、碱洗除油酸洗除锈盐酸处理熔剂处理热镀锌吹锌冷却钝化处理。 2)微氧化还原法 工艺流程为：工件微氧化预热还原冷却热镀锌镀后处理。吹锌 管内吹锌目的是使管内壁镀锌层均匀、光滑。方法是顺着锌液流动方向（即从锌锅管端）吹锌，喷吹气体为过热蒸汽，温度为200250，蒸气压力根据管径在0.70.1Mpa范围选取。喷吹时间一般为67s。管外表面吹锌一般用压缩空气，据管径不同，气体压力在0.30.6Mpa范围内选取。管外吹锌亦可用压缩空气与过热蒸汽混合气体，混合比为1 1。 影响热镀锌层厚度、结构和性能的因素 浸镀时间 在标准热浸镀锌温度（450）下，浸镀时间越长，涂层厚度越厚，但不同基体材料，情况有所不同。

23、对一般碳钢当浸镀时间超过某个限度时，涂层不再变厚，呈二次曲线变化。对含硅量高的高强度钢其变化呈直线关系。涂层厚度附着量表示，附着量越大涂层愈厚。 影响热镀锌层厚度、结构和性能的因素 锌液温度 当锌液温度在490530时，铁损与时间呈直线关系。1 层铁含量随温度上升而急剧增加（因扩散速率加大），而层变薄并开始出现空穴。当锌液温度在430490时，铁损按抛物线规律随时间变化。在此温度范围内，生成的合金层致密且连续。因此，一般热镀锌温度控制在450左右。当锌液温度在530以上的（最高到580）反应又恢复到抛物线规律。但温度愈高，锌与铁的结合能力愈大、合金反应愈快、锌液流动性加大，故此时的涂层是由厚合

24、金层加薄的纯锌层组织。由于厚合金层外表粗糙，故涂层外表粗糙。 影响热镀锌层厚度、结构和性能的因素 钢铁基体成分 钢铁基体中的化学成分对热镀锌质量影响很大，尤其是硅影响更大。硅对铁和锌液反应的影响比较复杂，公认的看法是：钢铁基体中含有过多的硅，对热镀锌是不利的。铁和硅的亲和力要大于浸涂金属（锌），因此易形成FeSi相，并以极小惰性粒子通过合金层到达涂层，同时易使合金层不连续。上述缺点可通过提高热浸温度（530以上）克服之。 工件提出速度 工件从锌液中提出速度，不影响合金层厚度，只影响外层纯锌层厚度。一般是：提出速度食愈快，纯锌层愈厚；反之则薄。速度太快，则锌层外观不良。 锌液中铝对镀层的影响 1

25、）镀层光亮度 在锌液中添加0.0050.02的铝就可使锌涂层光亮。其原因是铝和氧亲和力大，易生成Al2O3薄膜并连续包覆在锌涂层外面，防止了锌涂层的氧化。 铅在锌液中溶解度很小，能促进树枝状组织凝固，使锌镀层上易生闪亮组织，还能降低锌液的表面张力，使涂层外面光滑。适量铅能增加锌液的流动性，便于操作，提高涂层外观质量，通常锌锭中含铅量为0.0031.75。因此，锌液中含铅是不可避免的。 2）涂层机械性能 热镀锌涂层机械性能受合金层影响较大。若加入适量铝（0.10.3）于锌液中，则铝可抑制脆性的Fe-Zn金属间化合物生成，而生成的含铝的金属间化合物薄层，使基体与涂层结合良好，延展性提高。 3）涂层耐蚀性 锌液中加适量铝，涂层的腐蚀产物是铝膜。钝性好，可大大提高锌涂层的耐蚀性。当铝含量达3时，涂层耐蚀性明显提高；铝含量达5时，耐蚀性更好。当锌液中含5铝与微量稀土元素（镧和铈）时，涂层耐蚀性会更佳。热镀锌钢材应用热镀锌钢材应用 热镀锌板、带（1）交通运输业 高速公路护栏、汽车车体、运输机械面板、底板；（2）机械制造业 仪表箱、