第三章热浸镀技术.

第三章热浸镀技术[2,5,6]3.1概述3.2热镀锌3.3热镀铝3.4热镀锌铝合金3.1概述热浸镀简称热镀，是将被镀金属材料浸于熔点较低的其它液态金属或合金中进行镀层的方法。该方法的基本特征是在基体金属与镀层金属之间有合金形成，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[5]。热浸镀工艺方法：热浸镀工艺基本过程分为前处理、热浸镀、后处理。根据浸镀前的预处理方法不同，其工艺可分为溶剂法和保护气体还原法两大类。（1）溶剂法溶剂法是最常用的热浸镀方法。在热浸镀之前，在清洁的金属表面涂一层助镀剂，防止钢铁腐蚀。浸入镀液后，助镀层能迅速分解，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，提高镀层质量。溶剂法主要用于钢管、钢丝和零件的热浸镀。（2）保护气体还原法典型的生产工艺是森吉米耳(Sendzimir)法。它是将待镀的钢材先通过煤气或天然气直接加热的微氧化炉，将钢材表面残余的油污、乳化液等烧掉，同时钢材表面被氧化，生成蓝色的氧化薄膜。然后进入通有保护气的还原炉，把钢材表面的氧化皮还原为适合热浸镀的活性海绵状铁，并使钢材继续加热，完成再结晶退火的目的。接着在保护气氛中，钢材被冷却到适当温度后，进入镀锅。该工艺取消了溶剂法中的碱洗、酸洗、水洗与溶剂处理等一系列操作步骤，将钢材连续退火与热浸镀连在同一生产线上，适合连续化生产，主要用于钢板、钢带的连续热浸镀。3.2热浸镀锌3.2.1热镀锌层的形成（1）Fe—Zn二元系状态图及镀锌层相结构在钢材热镀锌时，锌液与钢材之间发生一系列的复杂的物理化学过程，在钢材表面便形成了由铁与锌结合的Fe-Zn合金层。图3-1为Fe—Zn二元系状态图。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Γ、δ1、ζ、η四个相，如图3-2所示[5]。（2）镀锌层的形成过程[6,5]热镀锌层的形成过程大致可分成以下三个步骤：（a)铁基表面被锌液溶解形成铁锌合金相层。（b)合金层中的锌原子进一步向基体扩散，形成锌铁互溶层。（c)合金表面包络着一薄层锌。3.2.2热镀锌层厚度、相结构和性能的影响因素[5,6]（1）锌液温度和浸镀时间的影响[5]（图3-3、图3-4、图3-5、图3-6）（2）钢基体化学成分的影响[5]在钢的五大元素中，以碳和硅的影响最为突出，锰、磷、硫的影响最小。（a)碳的影响：一般地说，钢中碳含量愈高，Fe-Zn反应愈强烈，铁损愈大，合金层也厚。其中的ζ、δ1相的生长更快，使镀层变脆，塑性下降。（b)硅的影响：钢中的硅对热镀锌层的影响最为突出。ⅰ）硅对铁在锌液中的溶解速度的影响图3-8、图3-9ⅱ）硅对镀锌层厚度的影响图3-10、图3-11ⅲ）硅对镀层结构的影响[5]（见P182)0.04%;0.05-0.12%;0.13-0.25%;0.26-0.45%（3）锌液成分的影响[5、6]铝、铅、铁、镉、锡、铜图3-12、图3-133.2.3镀锌钢板的用途3.3热浸镀铝钢材的热镀铝一般指热镀纯铝和热镀铝硅两种镀层[5]。3.3.1热镀铝层的形成（1）铁铝和铁铝硅状态图及镀层的结构当固态铁与熔融铝接触时，在铁表面发生铁、铝原子的相互扩散，并在两种金属中形成扩散层。由图3-43可知，在一般热镀铝温度710～730℃内,有可能存在三个金属间化合物，即：FeAl2(ζ相)、Fe2Al5(η相)和FeAl3(θ相)。（2）铁与熔融铝的反应及镀铝层的形成图3-463.3.2影响热镀铝层的因素[5]（1）钢基体化学成分的影响(a)碳的影响(b)镍的影响(c)锰的影响（图3-49）(d)硅的影响（图3-48）综上所述，缩小γ相区的元素，均能增大镀层厚度，反之，减小厚度。（2）铝液化学成分的影响(a)硅的影响(e)铁的影响(b)铜的影响(f)锰和镍的影响(c)铍的影响(g)镁的影响(d)锌的影响(h)稀土金属的影响（3）热镀铝工艺参数的影响(a)镀铝温度和时间的影响(b)提升速度和铝液黏度的影响3.3.3镀铝钢材的应用3.4热镀锌铝合金[5]近年来，已经商品化并投入大量生产的两种Zn-Al合金镀层钢板是55%Al-Zn镀层钢板和Zn-5%Al-RE镀层钢板。3.4.1Zn-Al合金镀层成分及镀层结构(1)Zn-Al二元系状态图（图3-68）由此状态图看出，Zn-Al合金在室温下的平衡结构是由α-Al和ß-Zn构成的双相结构。（2）镀层成分及第三组分耐蚀性漏铁点（图3-69）（图3-70）（3）镀层显微结构55%Al-Zn镀层具有成核的枝晶状显微结构。它由80%（体积）的富铝枝晶臂和约20%（体积）的富锌枝晶间物质构成。此镀层的耐蚀性比厚度相同的普通热镀锌层有很大提高。Zn-5%Al-RE合金镀层具有典型的共晶组织的层状结构。3.4.2热镀锌铝合金镀层钢板的性能与用途（1）55%Al-Zn合金镀层钢板的性能与用途（2）Zn-5%Al-RE合金镀层钢板的性能与用途图3-1Fe-Zn二元系状态图图3-2镀层相结构示意图