热浸镀工艺概述

热浸镀工艺概述1热浸镀概述将金属材料浸入熔点较低的熔融金属或合金中保温并在其表面形成熔融的金属或合金层的工艺方法称为热浸镀或热浸渗，简称热镀或热浸。热镀层由基体材料与熔融金属间形成的合金层和粘附的金属层组成，具有耐蚀防护的特殊性能。形成热镀层的基本前提是被镀金属与熔融金属之间能发生溶解、化学反应和扩散等过程。其基本特征是在基体金属与镀层金属之间有合金层形成。因此，热浸镀层是由合金金属和镀层金属构成的。被镀金属材料一般为钢、铸铁及不锈钢等。用于热镀的低熔点金属有锌、铝、铅、锡及其合金等。热浸镀技术中，我国最早发明了热镀锡，在公元前春秋时代晚期就已经应用铜器热镀锡技术，富锡层厚度在10〜50^m，而欧洲在16世纪才用简单方法生产镀锡板。热镀锌早在1742年出现于法国，约在1836年开始工业生产。热镀锌层是价廉而耐蚀性良好的镀层，由于锌的电化学特性，使它对钢基体具有牺牲性保护作用。因而被大量用于保护钢材以防止大气腐蚀。热镀铝产生较晚，到20世纪30年代才出现于美国，50年代随着汽车工业的发展获得较快的发展。镀铝层不仅抗工业大气和海洋大气腐蚀性能优异，其Fe-Al合金层还具有良好的耐热性。热镀铅也是较早发展的镀层。1830年美国生产出热镀铅钢板。由于铅的化学稳定性好，很适合作钢材的保护镀层材料。但由于铅与铁在镀层温度下不发生反应，需要在铅液中添加一定量的锡或锑。其后，为减少锡、锑的加入量，开发出电镀镍后再热镀铅的新工艺。从而可把锡的添加量从原来的15%以上降低到8%以下。2热浸镀工艺方法热浸镀工艺的基本过程，包括预处理、热浸镀和后处理等三个阶段。通常按预处理方法的不同，将热浸镀分成溶剂法预处理的热浸镀和氢还原法预处理的热浸镀两大类。按生产设备又可分为周期批量热浸镀和连续热浸镀。2.1熔剂法熔剂浸渍法预处理，是热浸镀工艺最常用的方法。多用于钢丝、钢管及钢结构件。其工艺流程为：钢件…脱脂…水洗…酸洗…水洗…熔剂处理…烘干…热浸镀f后处理f检验f成品。熔剂法多用于钢丝及钢制零部件的镀层。在钢件浸入镀锅之前，先在经过净化的钢件表面形成一层熔剂层，它可防止已净化的钢件重新氧化，并可进一步除去酸洗后残余的铁盐和酸洗反应产物的残渣以及未被清洗掉的氧化膜。在浸镀时，此熔剂层受热挥发，从而使新鲜的钢表面与熔融金属直接接触，并发生反应和扩散而形成镀层。在熔剂法中又有湿法和干法之分。湿法是较早使用的熔剂法，它是将净化的钢材浸涂水熔剂后，直接浸入熔融金属中进行热镀，但需在熔融金属表面覆盖一层熔融熔剂层，钢件通过熔剂层再进入熔融金属中。干法是在浸涂水熔剂后经烘干，除去熔剂层中的水分，然后再浸镀。由于干法工艺件简单，目前大多数热镀层的生产采用干法，而湿法已逐渐淘汰。镀后处理主要包括:用离心法、擦洗法或喷吹法除掉工件表面多余的金属液，工件经冷却、钝化处理及矫直平整等。2.2氢还原法氢还原法是将钢材经脱脂氧化后，用氢气在高温下将钢材表面的氧化铁还原成活性铁，然后热浸镀的方法。这是现代连续热浸镀钢带采用最普通的一种工艺。按预处理方法的不同，目前主要有Sendzimir法和美钢联法生产线两种形式。Sendzimir法氢还原法多用于钢带连续热镀层，典型的Sendzimir法属于此类工艺。钢带先通过氧化炉，被直接火焰加热并烧掉其表面上的轧制油，同时被氧化形成薄的氧化铁膜，再进入其后的还原炉，在此被加热到再结晶退火温度，同时其表面上的氧化铁膜被通入炉中的含氢保护气体还原成纯铁，然后在隔绝空气条件下冷却到一定温度后进入镀锅中浸镀。目前，Sendzimir法已有很大改进，将氧化炉改为无氧化炉，从而大大提高了钢带的运行速度和镀层钢带的质量。美钢联法生产线法美钢联法生产线法是在Sendzimir法的基础上进一步改进，将预处理改为电化学脱脂，脱脂效果更好、将卧式还原炉改成立式炉，提高了生产效率，镀层质量较Sendzimir法好。因此，最近新建的钢板带连续连续热镀生产线倾向采用美钢联法。3热浸镀锌3.1热镀锌层的形成在钢材热镀锌时，锌液与钢材之间发生一系列的复杂的物理化学过程。诸如锌液对钢表面的浸润、铁的熔解、铁原子与锌原子之间的化学反应以及铁原子与锌原子的相互扩散等。由于上述的过程，在钢材表面便形成了由铁与锌结合的Fe-Zn合金层。当热镀纯锌时，从钢基体起，按锌浓度增大方向，形成的Fe-Zn合金相依次为「、61和Z三个相，其最外层为纯锌层。由于纯锌层中熔解少量铁，在相图中也占有一定的区域，称为n相。3.2热镀锌钢板3.2.1热镀锌工艺3.2.1.1熔剂法热镀锌工艺钢板的热镀锌最早采用熔剂法，早期用于单张钢板的热镀锌。到20世纪60年代出现了熔剂法的钢带连续热镀锌生产线。熔剂法单张板热镀锌分为干法和湿法两种。湿法是钢板经脱脂、除锈净化后浸涂熔剂，不经烘干直接浸入锌液中镀锌的方法。在锌液表面覆盖一定厚度熔融熔剂层，钢板通过此熔融的熔剂层进入锌液。钢板在锌液中经沉没辊、导板架和镀层辊出锌锅，经风冷、多辊平整机及涂油机而得产品。锌液表面覆盖的熔剂是用氯化铵直接撒放在锌液表面，或用氯化铵与氯化锌混合物撒放在锌液表面。随即发生反应形成氯化锌铵，并有氯化氢和氨气放出。为防止熔剂过快地消耗和老化，在熔剂中加入量（1%〜2%）甘油或其他有机物，它可使熔剂呈泡沫状。因而具有隔热作用，并可使熔剂层维持在300〜350°C较好的温度范围。干法热镀锌是在净化后的钢板表面涂以水熔剂，然后在烘干炉内加热到180〜220C，除去熔剂层中的水分，再浸入锌液中镀锌的方法。干法镀锌可在锌液中添加铝，以控制合金层的生长，提高镀层的附着性。其水熔剂多采用氯化锌-氯化铵复盐水溶液，在水溶液中的质量分数为25%〜30%。温度一般为70〜75C，浸涂时间为0.5〜1min。熔剂法单张板热镀锌工艺流程为：原板…脱脂…水洗…酸洗…水洗…挤干…涂熔剂…烘干…镀锌…风冷…平整f涂防锈油f成品在浸涂熔剂时，湿法对此要求不甚严格，而干法要求十分严格。必须使熔剂层在钢板表面完全连续、均匀、厚度适当，且不含有污物及杂质。酸洗后形成的铁盐（硫酸铁、氯化铁）等要在浸涂熔剂前充分清除。通常在稀盐酸处理后，还需用高压水喷淋冲洗和热水水洗。熔剂层的烘干是取得良好镀层的重要环节。由于氯化锌含有结晶水，烘干温度过低（板温低于150。0,结晶水难以排除，使熔剂层不干而在镀锌时产生粘辊现象。但烘干温度过高（板温高于220°C），钢板表面熔剂层挥发与分解，引起钢板氧化，俗称“烤糊”。为将熔剂层彻底烘干，必须及时移走其产生的水汽。因此改善炉内的通风条件也是十分重要的。在烘干后的钢板浸入锌液前，应及时清除锌液表面上的浮渣，露出新鲜的锌液。每进入一张钢板后，应立即扒走锌液面上的熔剂渣，以免粘附于下一张钢板的表面。3.2.1.2钢材成分与锌浴成分对热镀层的影响钢材的化学成分，甚至某些元素如碳、硅的存在形式，决定着钢铁产品是否适应采用热浸镀锌，而且对镀层的外观和性能有显著的影响。当钢铁的碳含量V0.25%,磷含量V0.05%，硅含量V0.05%，锰含量V1.35%时，无论其存在形式是液离态还是化合态，通常都可以用常规工艺热镀锌。若钢中碳含量越高，在热镀锌时，铁-锌反应越剧烈，则形成的合金层就越厚，其镀层的脆性增加，塑性降低。当钢中磷含量过高（＞0.15%），增加镀层的脆性，表面出现灰斑。钢中的硅含量在0.06%〜0.09%时，就容易生成灰色镀层，在0.12%到0.25%之间，镀层厚度正常。3.2.1.3钢带连续热镀锌生产线20世纪60〜70年代，同时共存的钢带连续热镀锌生产线，按其前处理方式的不同，可分为四种形式：改进的Sendzimir生产线（无氧化炉生产线）、U.S.Steel生产线、Wheeling生产线、Selas生产线。其中改进的Sendzimir生产线生产效率高，无环境污染，在20世纪60、70年代中所建镀锌生产线主要为此种工艺。但该生产线在长期的生产运行中暴露出许多缺点：炉温过高，易烧断钢带；炉内气氛不易控制，影响镀锌层的附着性；炉子的热效率低；炉辊表面易结瘤，影响钢带表面质量，锌渣较多等。故20世纪90年代后新建的镀锌线大部分改为美钢联法。（工艺流程略）4热浸镀的应用前景热浸镀层可以获得多种用途，这已为许多国家的应用实践所证实。4.1抗大气腐蚀环境条件下的应用在建筑上可以用作屋顶板、壁板、烟弹烟囱、防尘装置、下水管道、屋檐排水槽和钢窗等；在汽车工业中被用于制作消音器、遮热板、长车车身架、车厢板以及汽车排气焊管等；在厨房设备中用来制造炉灶、烤箱、空调器壳、室外天线架、晒衣架、加热装置等；装配用螺杆等紧固件，如路灯柱用地脚螺栓。输电线路用电杆紧固件。化工厂和炼油厂用耐高温抗蚀紧固件等；用于含硫高的工业气氛、含有机肥和化肥的农村环境，含盐的海洋环境和腐烂食品垃圾环境；用来制造电线杆的钢支架、带刺纲丝网、输电钢芯铝导线和镀铝绞合钢缆等。4.2抗高温、抗氧化和耐蚀条件下的应用热浸镀钢件优越的抗高温氧化性能主要是由于形成的铁铝和铁锌合金层优良的高温物理和化学性能所致，其应用领域有：热处理设备中耐热元件，使用温度达850°C的燃气喷管，用于渗碳炉和碳氮共渗设备，使用温度为850〜950°C的装料框架，抗氧化和耐硫蚀的炉子烟道，炉用耐热输送带和传动元件，使用温度在1000C以下的热电偶保护套管等；热交换元件，锅炉中耐热抗蚀元件，如吹灰器，使用温度为550〜600C的锅炉管道，空气放热器和省煤器及发动机缸套；化工和锅炉管通用紧固件，炼油厂和工业炉用紧固螺栓，销子等；化工反应器管道，换热器管，在705C高温使用的抗SO2腐蚀