熱浸鍍鋅車(chē)間設(shè)備與工藝改進(jìn)

李君香　陸波

摘 要：通過(guò)熱浸鍍鋅的工藝探討，由于鍍鋅過(guò)程中，鍍液的各種元素對(duì)鍍鋅有一定的影響，結(jié)合現(xiàn)有熱浸鍍鋅工藝的分析，將金屬構(gòu)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(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：熱浸鍍鋅，反應(yīng)機(jī)理，工藝

1.熱浸鍍鋅工藝

在熱浸鍍鋅的過(guò)程中，被鍍金屬的表面會(huì)與鋅液發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)。

當(dāng)金屬鍍件完全的浸入鋅液鍍?cè)≈螅S著金屬鍍件的溫度與鋅液的溫度相同時(shí)，鍍鋅液中的鋅元素將會(huì)逐漸的吸附在金屬鍍件表面，這樣使得金屬表面和內(nèi)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(kuò)散，不斷地向金屬內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散，直到到達(dá)平衡為止，最后達(dá)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(guò)加工之后的非連續(xù)的單件或者大批量的鋼鐵結(jié)構(gòu)件浸入 450～800℃的鋅池中進(jìn)行熱浸鍍，在鋼鐵結(jié)構(gòu)件表面形成鍍層，其鍍層的厚度與熱浸鍍的時(shí)間長(zhǎng)短有著緊密的聯(lián)系。一般鍍鋅的基本工藝流程為：鋼鐵結(jié)構(gòu)件前期準(zhǔn)備→堿洗脫脂→水洗→酸洗除銹→水洗→浸溶劑助鍍→烘干預(yù)熱→熱浸鍍鋅→后處理。熱浸鍍鋅過(guò)程中使用緩蝕活性劑，以此增強(qiáng)熱浸鍍鋅的結(jié)合力，防止鍍件發(fā)生鍍前氧化。其反應(yīng)如下：

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

3ZnCl2+2Al=2AlCl3+3Zn

連續(xù)熱浸鍍鋅是將經(jīng)過(guò)加工之后的單件或者大批量的鋼鐵結(jié)構(gòu)件連續(xù)的侵入鋅池進(jìn)行熱浸鍍的工藝過(guò)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(nèi)退火，由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、合金鍍層存在一定的缺陷，導(dǎo)致鍍層的耐蝕性沒(méi)有提升，使得連續(xù)熱浸鍍鋅沒(méi)有得到較好的發(fā)展。

在進(jìn)行時(shí)，將鋼材熱浸到鋅液中，其鋅液的溫度控制在450℃左右，浸入時(shí)間控制在300s左右，鋼基的表面會(huì)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(shí)發(fā)生包晶轉(zhuǎn)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(cè)遠(yuǎn)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(xué)成分

（1）Al 的影響

在熱鍍鋅的過(guò)程中，會(huì)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(diǎn)—保護(hù)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(jì)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(huì)在鋅浴中添加質(zhì)量分?jǐn)?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(zhì)量分?jǐn)?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(zhǎng)；如果想提高鍍層的耐蝕性，添加質(zhì)量分?jǐn)?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(zhǎng)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(jié)合強(qiáng)度和質(zhì)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(dá)到最佳，如果鋅液中添加鎂的含量大于0.048%時(shí)金屬鍍層的耐蝕性反而下降，鍍層的表面相對(duì)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(shí)間。

2.2熱浸鍍溫度和時(shí)間

鋅液溫度對(duì)鐵鋅反應(yīng)的過(guò)程曲線如圖3所示。

其中，通過(guò)圖3可知，在起始階段，隨著鋅液溫度升高鐵鋅間的反應(yīng)逐漸增強(qiáng)，在溫度升高到 480℃時(shí)，將導(dǎo)致金屬間化合物層的急速生長(zhǎng)，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(shí)出現(xiàn)峰值即鐵鋅反應(yīng)最劇烈，ζ 相在該溫度下失去連續(xù)性，當(dāng)溫度大于500℃時(shí)ζ 相趨于消失，結(jié)合圖2的Fe-Zn二元相圖可知，ζ相可以在530℃時(shí)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(yīng)和鐵迅速溶解于液態(tài)鋅中。如果鋅液溫度過(guò)低，鋅液的流動(dòng)性就會(huì)變差，鍍層的質(zhì)量較差，鋅浴中的鋅耗也會(huì)增多。如果鋅液溫度過(guò)高，鐵的損耗量明顯增大，進(jìn)而影響鍍層的表面質(zhì)量。因此，對(duì)鋼進(jìn)行熱浸鍍鋅時(shí)，選擇合適的鋅液溫度對(duì)合金層的生長(zhǎng)有著至關(guān)重要的作用。

熱浸鍍時(shí)間對(duì)鐵鋅反應(yīng)速率的曲線如圖4所示。

從圖4中可以看出，在時(shí)間一定的條件下，鍍液處于430℃～490℃之間時(shí)，鐵鋅反應(yīng)生成致密的化合物；當(dāng)溫度上升到490℃～530℃，鐵、鋅之間的反應(yīng)速度加劇，使金屬間化合物層快速長(zhǎng)大；當(dāng)溫度超過(guò)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(shí)間對(duì)鋅層的組織和性能也會(huì)產(chǎn)生很大影響。浸鋅時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使合金層中脆性相過(guò)厚，導(dǎo)致鍍件的力學(xué)性能有所下降。

2.3熱浸鍍的技術(shù)

在一般工業(yè)區(qū)和海洋性環(huán)境中，熱浸鍍鋅鋼鐵結(jié)構(gòu)件具有長(zhǎng)的使用壽命及低的使用維護(hù)成本，使用壽命可達(dá)20～40年，在沒(méi)有侵蝕性的大氣環(huán)境下鍍鋅件的使用壽命會(huì)更長(zhǎng)。熱浸鍍鋅層可給鋼鐵基體可形成隔離層進(jìn)行保護(hù)和電化學(xué)保護(hù)。熱浸鍍操作簡(jiǎn)單，工藝容易檢查，操作控制可靠。

作者簡(jiǎn)介：

李君香 199706 女 漢 浙江遂昌 職稱(chēng)：學(xué)生 學(xué)歷；大專(zhuān) 電氣自動(dòng)化技術(shù)