热浸镀技术及其应用.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年增刊 1 7 热浸镀技术及其应用 李会谦，许跟国，马江虹，冀国娟，王梦雨 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要简要评述了热浸镀技术的工艺过程；全面系统地分析了热浸镀锌和铝的各自特点以及改善镀层性 能的方法；最后介绍了热浸镀技术的应用及发展前景。 关键词热浸镀；锌镀层；铝镀层 中图分类号T G l 7 4 ．4文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 8 S o 0 0 1 7 一0 3 T e c h n o l o g ya n dA p p l i c a t i o no fH o t D i pM e t h o d L IH u i q i a n ，X UG e n - g u o ，M AJ i a n g - h o n g ，C H E NC a i x i a ，B A OJ u n f e n g B e i j l n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o c e s so fh o t d i pm e t h o di sr e v i e w e d ．T h ec h a r a c t e r i s t i co fh o td i pa l u m i n i z i n ga n dz i n ca r e a n a l y z e d ．A tl a s t ，t h ec u r r e n ta p p l i c a t i o n sa n dd e v e l o pf o r e g r o u n do fh o td i pa l u m i n i z i n gt e c h n i q u earei n t r o d u c e d ． K e y w o r d s H o t d i p ；H o t d i pc o a t e dz i n c ；H o t - - d i pc o a t e da l u m i n i z i n g 众所周之，金属材料的腐蚀问题遍及国民经济 和人民生活中的各个领域。腐蚀给人类带来了巨大 的经济损失和危害。据不完全统计，全世界每年因 腐蚀而损耗的金属高达2 ．3 亿吨，这个数字约占当 年钢产量的3 0 ％左右。据发达国家的统计，因腐蚀 造成的经济损失约占当年国民生产总值的1 ％～ 5 ％。我国的金属腐蚀问题也相当严重，每年因腐蚀 所造成的经济损失约占国民经济生产总值的4 ％， 而由腐蚀带来的间接损失更是难以估算[ 1 ] 。 长期以来，人们一直在寻求各种方法降低腐蚀 的危害。由于腐蚀都始于金属表面，所以采用表面 工程技术进行表面改性已成为材料科学最活跃的前 沿领域之一。钢材表面改性后，可以和延长钢材使 用寿命、提高经济效益和社会效益。热浸镀作为一 种表面改性的技术，是一种很好的防腐技术。下面 就热浸镀工艺过程及应用作一个较全面的评述。 l热浸镀工艺 所谓热浸镀就是将一种基体金属浸在熔融状态 的另一种低熔点金属中，在其表面形成一层金属保 护膜的方法。常见热浸镀层种类见表1 。 表1 常见热浸镀层种类 T a b l e1 O r d i n a r yh o t - - d i pc o a t e dl a y e r 根据热浸镀前处理方法不同，其工艺可分为溶 剂法和保护气法两大类 作者简介李会谦 1 9 8 1 一 ，男．河北定州人，T 程师，硕士． 1 ．1 溶剂法热浸镀 亦称C o o k - - N o r t h m a n 法 这是最常用的热浸镀方法。在热浸镀之前，在 万方数据 1 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年增刊 清洁的金属表面涂一层助镀剂，防止钢铁被氧化。 浸入镀液后，助镀层可以迅速分解，并起到清除基体 金属表面的氧化物、降低熔融金属表面张力的作用， 以提高镀层的质量。溶剂法热浸镀的基本工艺流程 分为镀前表面处理、助镀处理、热浸镀和镀后处理四 个基本工艺阶段，其流程如下预镀件碱洗酸 洗水洗稀盐酸处理水洗熔剂处 理烘干热浸镀镀后处理制品。 其中溶剂处理是该工艺的重要环节，是提高镀 层质量、防止漏镀的关键步骤，其作用如下 1 可除去预镀件酸洗后在空气中又被氧化而 生成的少量氧化物，提高镀层对基体材料的附着力； 2 清除预镀件表面上未完全酸洗掉的铁盐； 3 清除熔融金属表面的氧化物； 4 降低熔融金属表面的表面张力，促使铁的表 面被熔融金属所润湿。 溶剂法多为间断式操作，镀涂各种形状和不同 尺寸的钢铁制件，也可使各工序连线联动，镀涂成卷 的线材等。 1 ．2 保护大气还原法热浸镀 典型的生产工艺是 S e n d z i m i r 法 S e n d z i m i r 法是钢材的表面预处理按照顺序在 氧化炉和还原炉中完成。还原炉中以高温辐射方式 加热使钢材表面的氧化物被氢气还原，经过适当降 温后，将钢材引入浸渗液中浸渗。主要工艺过程如 下 1 将基材送入氧化气氛的加热炉中，在4 0 0 ～ 5 0 0 ℃下使钢材表面的油脂和污物碳化除掉，或者 变为在后续步骤中易于除掉的形态； 2 将钢材送入还原炉中，在8 0 0 ～8 5 0 ℃下将 存留在钢材表面上的氧化物还原除掉； 3 经处理的钢材在还原气氛的保护下，直接 送人浸镀的铝或铝合金的熔融的浸镀液中镀覆[ 2 ] 。 2 锌铝热浸镀 2 ．1 热浸镀锌 热浸镀锌的工业生产历史很长，其产品产量大， 应用范围广，作为热浸镀基础性工艺的热浸镀锌技 术已经很成熟。 锌的熔点很低，只有4 1 9 ．7 ℃，且在4 5 0 ℃～ 4 8 0 ℃的温度范围内就可以浸镀。一般得到的灰色 镀层由两个分层构成外层为锌层，内层是铁～锌金 属间化合物层。金属间化合物的生成可以使镀层与 基体间呈现冶金结合，附着牢固。由于锌具有良好 的延展性，其合金层与钢基附着牢固，因此热镀件可 进行冷冲、轧制、拉丝、弯曲等各种成型而不损坏镀 层。纯锌层是热镀锌中最富有塑性的一层镀锌层， 其性质基本接近于纯锌，具有延展性，所以它富于挠 性。钢结构件热镀锌后，相当于一次退火处理，能有 效改善钢基体的机械性能，消除钢件成型焊接时的 应力，有利于对钢结构件进行车削加工。但是纯锌 镀层常常出现灰暗、超厚及粘附性差的不良现象。 为了解决这一问题，近几年发展了多种镀锌技术，如 多元合金镀锌、高温镀锌、锌镍合金镀锌等。 锌镀层具有良好的耐腐性能。一方面是镀层作 为阻挡层隔离了钢基体与周围的腐蚀环境；另一方 面镀层锌可以作为牺牲阳极对钢基体产生化学保护 作用。 2 ．2 热浸镀铝 由于铝的性质比较活泼，极易氧化，因此热浸镀 难度较大。目前世界上只有少数国家掌握这种技 术，并且进行大工业化生产。 铝的熔点是6 5 8 ．7 ℃，其浸镀温度一般在7 0 0 ℃ “ - 7 5 0 ℃，所生成的镀层同样是双层结构，外层是铝 层，内层是铁一铝金属间化合物，镀层与基体成冶金 结合，结合强度高。但是纯铝镀层自身有一些无法 避免的缺点，首先，由于铝铁合金层的脆性使镀铝板 的二次加工很困难，尤其是对于那些需要进行深拉 和冲压的零部件，在加工时往往会带来镀层龟裂甚 至脱落，为了解决这一问题，向镀液中添加一定量的 铁、镁、钠等元素来控制合金层的厚度，然而最有效 是添加硅。其次，为了提高镀层的使用寿命，研究开 发出了5 5 ％A l Z n 合金镀层 G a l v a l u m e ，这种镀 层既具有镀铝的耐蚀性和抗高温氧化性同时又具有 镀锌层的切边电保护性。经研究表明，钢基体中铬 和硅含量的增加，可以抑制A l F e 合金层的生长 速度，阻止铝向铁基体中扩散，从而既可以提高镀层 耐剥落性又可得到纯铝镀层的优良耐蚀性。 铝镀层不仅具有光洁自慷面和良好的耐蚀性． 而且具有优良的耐H 。S 、N a z S 等强腐蚀介质的腐 蚀，同时具有良好的耐高温氧化、耐磨及对光和热的 反射性能，热浸镀铝的钢材还具有机械强度和良好 的韧性。这是因为铝镀层不但是很好的阻挡层，且 表面又为致密的氧化铝薄膜所覆盖，呈现出一种钝 化状态。镀层在含硫化物、氨、水分和灰尘的大气中 有很好的耐蚀性能。在海洋大气中等含有氯化物的 环境中，镀层因其表面氧化膜受到溶解而会对钢铁 基体产生电化学保护[ 3 ] 。因此，钢材热浸镀铝被看 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年增刊 1 9 伤是一种具有综会性麓与特殊性能予一体的复食金 属材辩。 3热浸镀技术的应用 3 。1 热浸镀锌技术的应用 熬镀锌鳇瘦鼹随着工农监黪发震瞧接应扩大。 因此，热镀锌制晶在工业 如化工设备、石油加工、海 洋勘探、金属结构、电力输送、造船等 ，农业 如喷 灌、暖房 、建筑 如水及煤气输送、电线套管、脚手 黎、房屋等 、桥梁、运输等方面，遥凡年已大量她教 采用。由于热镀锌制品具有外裘美观、耐腐蚀性能 好等特点，其应用范围越来越广泛。 3 ．2 热浸镀铝技术的应用 3 ．2 。l 抗高温、抗氧化和蔼腐蚀条俘下的应用 镀铬钢铁筑越的藐高溢氧纯链能主要是出予形 成的F e A l 合众层的优良的高濑物理和化学性能 所致，其主要应用领域有 1 热处理设备中耐热元件。使用温度达 8 S O ℃的燃气囔管，震手渗碳炉糕碳氮共渗设备貉3 ， 使用温度达8 5 0 - - - , 9 5 0 ℃的装料糕架，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10 0 0 ℃以下的热电偶保护套管。 2 热交换露件，镊炉孛耐热抗蚀元箨。如吹 藏器，使用温度为5 5 0 - - - - 6 0 0 ℃的锅炉管道、壁管疆3 ， 窳气防热器和节煤器及发动机缸套。 3 化工和锅炉管道通用紧阉件，炼油厂和工 业炉露紧固螺栓、销子等。 垂 纯工反应器管道、换热器管、在7 0 5 ℃搿滋 使用的抗s O 腐蚀的生产硫酸的转换器嘲。 3 ．2 ．2 抗大气腐蚀环境条件下的应用 由于镀层表蕊A l 。O 。薄膜的钝化作用以及电 化学佟耀，因此镀锯钢件露用于含硫离的工韭气氛， 含有视耱农纯怒静农孛孝环境，含盐豹海洋环境和腐 烂食品| 癜圾环境下。可用来制造电线杆上的钢支 架，屋沿漏水管槽和钢结构建筑设施等。在汽车工 业中，用予制作消音器、遮热板、卡车车身架、车厢以 及汽车摊气溽管等。在瓣房设备孛震来制造炉灶、 烤箱、空调器室外天线晒衣架、加热装置等。在建筑 上可用作屋顶、壁板、烟道烟囱、防尘装鼹、下水管 道，屋檐排水槽和钢窗。 4结束语 近年来，新材料、新工艺在工业生产中得到广泛 的应用，热浸镀工艺因其价格低廉以及性能优良，成 为世雾务圆金属材料主要的防腐方法。随着设备穰 工艺懿迸一步优诧，以及与其链交叉学辩的共溺进 步，热浸镀技术将不断宪善，热浸镀技术的应用将更 加广泛，前景会更加广阔。 参考交鼓 E 1 3 张平．热喷涂材料E M ] ．北京国防工监出版社，2 0 0 6 ． E 2 3 吴笛，刘炳，易大伟．热浸镀铝技术的研究进展及应用 [ J ] ．电镀与精镀，2 0 0 8 ，3 0 2 7 1 0 ． 1 - 3 3 邸柏林，论镪铁的镪锌会金热浸镀层E J ] 。表露技术， 1 9 9 4 ，2 3 【1 l 一5 ． E 4 3 蔡惑剐，谢涛．锅炉管豹高温腐蚀及渗铬防护E J ] 。熟力 发电，1 9 9 6 1 3 1 3 ． { - 5 3 曹学增，刘自力，陈爱英，等．热浸渗铝工艺在包子桶 生产审斡应焉研究[ j ] ．广露大学学报 蠢然辩学舨 ， 2 0 0 2 ，6 2 7 2 1 9 2 2 l 。 E 6 3 丁庶如．碳钢热浸渗锻工艺及应用E J 3 ．热加工工艺， 1 9 9 4 3 3 0 3 2 ． 万方数据