熱鍍鋅鍍層的形成機(jī)理

熱浸鍍鋅是一個冶金反應(yīng)過程。從微觀角度看，熱浸鍍鋅過程是兩個動態(tài)平衡：熱平衡和鋅鐵交換平衡。當(dāng)把鋼鐵工件浸入450℃左右的熔融鋅液時，常溫下的工件吸收鋅液熱量，達(dá)到200℃以上時，鋅和鐵的相互作用逐漸明顯，鋅滲入鐵工件表面。

隨著工件溫度逐漸接近鋅液溫度，工件表面形成含有不同鋅鐵比例的合金層，構(gòu)成鋅鍍層的分層結(jié)構(gòu)，隨著時間延長，鍍層中不同的合金層呈現(xiàn)不同的成長速率。從宏觀角度看，上述過程表現(xiàn)為工件浸入鋅液，鋅液面出現(xiàn)沸騰，當(dāng)鋅鐵反應(yīng)逐漸平衡，鋅液面逐漸平靜。工件被提出鋅液面，工件溫度逐漸降低至200℃以下時，鋅鐵反應(yīng)停止，熱鍍鋅鍍層形成，厚度確定。

熱鍍鋅鍍層厚度要求

影響鋅鍍層厚度的因素主要有：基體金屬成分、鋼材的表面粗糙度、鋼材中的活性元素硅和磷含量及分布狀態(tài)、鋼材的內(nèi)應(yīng)力、工件幾何尺寸、熱浸鍍鋅工藝。

現(xiàn)行的國際和中國熱鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)都根據(jù)鋼材厚度劃分區(qū)段，鋅鍍層平局厚度以及局部厚度應(yīng)達(dá)到相應(yīng)厚度，以確定鋅鍍層的防腐蝕性能。鋼材厚度不同的工件，達(dá)成熱平衡和鋅鐵交換平衡所需的時間不同，形成的鍍層厚度也不同。標(biāo)準(zhǔn)中的鍍層平均厚度是基于上述鍍鋅機(jī)理的工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)值，局部厚度是考慮到鋅鍍層厚度分布的不均勻性以及對鍍層防腐蝕性要求所需要的經(jīng)驗(yàn)值。

因此，ISO標(biāo)準(zhǔn)、美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)、日本JIS標(biāo)準(zhǔn)和中國標(biāo)準(zhǔn)在鋅鍍層厚度要求上略有不同，大同小異。

熱鍍鋅鍍層厚度的作用和影響

熱鍍鋅鍍層的厚度決定了鍍件的防腐蝕性能。詳細(xì)討論請參見附件中由美國熱鍍鋅協(xié)會提供的相關(guān)數(shù)據(jù)。用戶可以選擇高于或低于標(biāo)準(zhǔn)的鋅鍍層厚度。

對于表面光滑的3mm以下薄鋼板，工業(yè)生產(chǎn)中得到較厚的鍍層是困難的，另外，與鋼材厚度不相稱的鋅鍍層厚度會影響鍍層與基材的結(jié)合力以及鍍層外觀質(zhì)量。過厚的鍍層會造成鍍層外觀粗糙，易剝落，鍍件經(jīng)不起搬運(yùn)和安裝過程中的碰撞。

鋼材中如果存在較多的活性元素硅和磷，工業(yè)生產(chǎn)中得到較薄的鍍層也十分困難，這是由于鋼中的硅含量影響鋅鐵間的合金層生長方式，會使ζ相鋅鐵合金層迅速生長并將ζ相推向鍍層表面，致使鍍層表面粗糙無光，形成附著力差的灰暗鍍層。

因此，如上述討論結(jié)果，鍍鋅層的生長存在不確定性，實(shí)際生產(chǎn)中要取得某一范圍的鍍層厚度常常是困難的，熱鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的厚度是大量實(shí)驗(yàn)后產(chǎn)生的經(jīng)驗(yàn)值，照顧到了各種因素和要求，較為合理。

下面就熱鍍鋅層表面缺陷原因及控制方法進(jìn)行分析：

1、表面預(yù)處理

表面預(yù)處理不好是造成漏鍍(露鐵)的主要原因：
鋼材在出廠、存儲、運(yùn)輸、加工過程中沾上油漆或礦物脂，焊接部位探傷面需涂抹難清理的特殊油脂等，而又無脫脂工序，靠酸洗去除表面雜質(zhì)，造成漏鍍(露鐵)。

熱鍍鋅板表面“露鐵”

另一種情況則是欠酸洗和夾線，或因酸洗濃度過高使酸鹽沉淀于表面、溝槽之中，不水洗或水洗不徹底，也很容易形成漏鍍、虛鍍現(xiàn)象。

此外，采用溶劑熱鍍鋅時，最常用的ZnCl2與NH4Cl混合水溶液的配比不正確時，沒有形成共晶點(diǎn)，特別是在濃度過高的情況下，在支撐板焊接角縫圓形孔內(nèi)極易出現(xiàn)夾灰性漏鍍。

2、鋅層脫落

造成鋅層脫落的主要原因有：表面氧化、有硅化合物、冷扎乳化液太臟、NOF段氧化氣氛及保護(hù)氣體露點(diǎn)太高、空燃比不合理、氫氣流量偏低、爐子有氧滲入，帶鋼入鍋溫度偏低，RWP段爐壓偏低及爐門吸風(fēng)、NOF段爐溫偏低，油脂蒸發(fā)不盡、鋅鍋鋁含量偏低、機(jī)組速度太快、還原不充分、鋅液中停留時間太短、鍍層偏厚。

3、鋅液中其他成分

鋅液中夾雜過多其他金屬成分或有害元素，可能造成如鋅渣顆粒粘附在鍍層表面和一些非正常的花紋、龜裂紋等缺陷：

(1)鐵

熱鍍鋅一段時間后，鋼制件表面會出現(xiàn)鋅堆積和微小鋅渣顆粒，致使鍍層表面粗糙，光滑度也隨之下降。這種微小顆粒一般是Fe—Zn合金顆粒渣。

鋅液中鐵的來源一般有鋅鍋的腐蝕、制件的溶解、助鍍劑中的鐵離子及制件上的鐵鹽4方面。因此，為了獲得平整光滑的鍍層，必須嚴(yán)格控制鋅液中鐵含量，減少鐵離子的帶入，控制鋅液溫度，避免鋅液溫度的忽高忽低，降低鋅鍋的腐蝕速度等。一般鋅液中鐵含量應(yīng)0.20%時，必須降溫靜置并打撈鋅渣。

(2)鋁

鋁是熱鍍鋅中最常用的添加元素。在鋅液中添加不同濃度的鋁可以獲得不同性質(zhì)的鍍鋅層。

一般認(rèn)為熱鍍鋅時，在鋅液中加入<1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的鋁可以起到下列作用：①提高鍍層光亮性;②減少鋅液面的氧化;③抑制脆性Fe—Zn相的形成而獲得粘附性好的鍍層。而在實(shí)際生產(chǎn)中，鋅液中含有0.005%～0.020%Al就可以達(dá)到鍍層光亮的目的，并可減少鋅液表面的氧化和鋅灰的產(chǎn)生。

采用Zn—Al中間合金的添加方式m往往由于添加的中間合金的質(zhì)量問題以及添加鋁和鋅鋁合金的方法不當(dāng)或過快，導(dǎo)致鋅液中形成大量的鋁、鐵化合物，此鋅鋁鐵三元“面渣”或顆粒懸浮在鋅液表面而且十分粘稠，極易粘附在鋼鐵制件上，嚴(yán)重?fù)p害了鍍層質(zhì)量，此時僅靠降溫?fù)圃�是沒用的。

這種情況應(yīng)立即停止添加合金，同時采取鋅液凈化措施，把鋁含量降下來，在情況不嚴(yán)重時可以考慮適當(dāng)延長空冷時間，以防止鍍層表面急劇水冷后出現(xiàn)氣泡和皺紋。

(3)錫、鉛

一般情況下鋅錠中不含錫，僅有微量的鉛。近年來一些鋅合金供應(yīng)商為了使鍍鋅溫度下降，并獲得白亮鍍層，在所謂的多元合金中加入錫、鉛。

在熱鍍鋼鐵制件時，鋅液面在430℃下鍍層表面會出現(xiàn)羽毛狀花斑和細(xì)小難看的白斑，含錫、鉛的合金添加量一旦達(dá)到0.5%時，就會出現(xiàn)鋅花，鋅灰明顯增多。

鉛和錫含量過高時在鍍鋅層冷卻過程中極易形成粗大的結(jié)晶和出現(xiàn)龜裂紋現(xiàn)象，影響鋅層的表面光滑度和耐腐蝕性能。

晶間腐蝕對雜質(zhì)鉛最敏感，鉛量達(dá)到0.02%就會出現(xiàn)晶間腐蝕，在鍍層中沿晶界破裂而失去附著力，甚至表面會出現(xiàn)黃豆粒大小的氣泡。在應(yīng)用鋅鋁合金或多元合金時要了解鉛、錫、鋁的含量，決定是否在鋅液中添加。

(4)鎳

在鋅液中添加鋅鎳合金可有效地降低鋅和鐵原子在ζ相中的擴(kuò)散速度，因而可以控制浸鍍層厚度的增長，當(dāng)鋅液中Ni含量為0.06%時，Ni含量可達(dá)0.8%，加入Ni后厚度增長明顯得到控制，因而可有效地控制浸鍍層厚度的增長，并能改善鋅液的流動性能。因此，使用鋅鎳合金進(jìn)行熱浸鍍鋅的鍍層厚度更加均勻，表面更光亮，鋅花少。

總之，熱鍍鋅后帶鋼表面缺陷情況較復(fù)雜，產(chǎn)生的原因也較多，解決辦法是多方面的，需要做大量艱若細(xì)致的工作，使熱鍍技木提高一步。