详细描述热镀锌原理及工艺
Mar
31
详细描述热镀锌层对钢铁防腐蚀的作用
文字来自天海大发热镀锌厂官方博客，转载请注明出处，谢谢。
热镀锌层对钢铁的保护效果比油漆或塑料层好得多。热镀锌时，锌与钢铁之间发生扩散，生成锌铁金属间化合物层，即合金层。合金层与钢铁以及锌之间均为冶金结合，比漆类与钢的结合更牢固。暴露在大气环境中的热镀锌层数十年也不会脱落，直至被完全自然腐蚀。 镀锌层有小的裂纹或损坏时，锌将以牺牲阳极的形式继续防止裂纹或损坏处的钢铁生锈，这是镀锌层比其他涂镀层优越的主要特点。铁锌合金层含锌在90%以上，对钢铁有与锌近似的电化学保护作用；而且铁锌合金层硬度比纯锌高得多(接近纯铁)，因而镀层抵抗碰撞和刮损的能力更高［8］。 由于锌能溶解于酸和强碱，热镀锌层只能适用于一般大气和天然水环境中。镀锌层在接触空气和水时，会产生轻微的电化学腐蚀。在乡村和空气比较洁净的地区，镀锌层能维持很多年，而在工业污梁区和海岸地区，镀锌层的耐用年限就较短。此外镀层越厚，耐用年限也越长，耐用年限与厚度几乎成正比。镀层厚度也可用单位面积上锌的质量(g/m2)表示，1 μm镀层厚度对应于7.2 g/m2的附锌量［1］。对热镀锌层耐用年限的试验已有大量数据，由于具体试验环境不同，这些数据有一定差异。比较典型、有代表性的数据见表1。
表1 镀锌产品耐用年限的规定［5］
大气暴露环境 附锌量400 g/m2 附锌量500 g/m2 附锌量600 g/m2 附锌量600 g/m2(无光)
腐蚀量(g.m-2.a-1) 耐用年数(a) 腐蚀量(g.m-2.a-1) 耐用年数(a) 腐蚀量(g.m-2.a-1) 耐用年数(a) 腐蚀量(g.m-2.a-1) 耐用年数(a)
重工业地带 40.1 9 40.6 11 40.1 13 18.1 30
海岸地带 10.8 33 10.9 41 10.8 50 11.5 47
郊外地带 5.4 67 5.2 86 5.2 104 5.2 104
城市地带 17.5 21 17.7 25 17.7 30 17.5 31
注：(1)上述数值，由日本热镀锌协会根据1964～1974年的大气暴露试验结果计算而得； (2)暴露地：重工业地带在横滨市鹤见工业高中，海岸地带在伊良湖甲震观测站，效外地带在奈良气象站，城市地带在东京大学工科部； (3)耐用年数的推定：根据锌层达到90%损耗的时间而定。
由于镀层会在应用中消耗，当铁锌合金层逐渐暴露时，镀层表面变得灰暗无光。而且腐蚀产物中含有少量的铁锈(三价铁)，会使镀层表面呈现局部铁锈颜色。对于易出现灰暗镀层的镀件，镀层表面很少或基本没有纯锌层，在镀件使用短期内就会出现这种“锈迹”，但这并不影响其保护作用，只是影响外观。
3 热镀锌层的质量要求
对锌层质量的要求主要包括外观、厚度(附着量)和附着强度(附着性)，此外在GB 2694-81以及英、日标准中还提到均匀性(硫酸铜试验)，以下对此逐一探讨。3.1 外观 所有镀件表面应清洁、无损伤。其主要表面应平滑，无结瘤、锌灰和露铁现象。表面上极少量的储运斑点不应为拒收的理由［1］。 热镀锌的目的是防腐蚀而非装饰，所以不能用美观性来判断质量的好坏，热镀锌后工件表面并不能比原基体表面好，如基体表面有严重的锈蚀抗、划伤痕迹等，镀锌后仍会显示原有的表面状态。 局部露铁又称漏镀，氖标准都规定露铁不可接受。露铁处直径小于2 mm时，由于锌有牺牲性保护作用，对耐蚀性影响不大。GB/T 13912以及美国、英国标准都指出，漏镀和不慎损坏的镀层可以修复，并对允许修补的面积以及修补厚度都有较明确的要求。修复用的材料是与镀锌层性能接近的熔焊低熔点锌合金、热喷涂锌或特别的富锌涂料。修复的具体内容包括材料、预处理、后处理等，在另一个专为修复热镀锌层而制定的美国标准［9］中有详细的介绍。 毛刺、滴瘤和多余结块很大时可能在安装中脱落，可小心地打磨去。但打磨过量会影响耐蚀性，故在不妨碍使用的情况下勿需处理。而连接处多余的锌或锌渣必须清除至不影响牢固安装。 由于镀锌工艺的缺陷，锌层表面有时出现微粒状的锌凸起，里面是锌渣粒子，影响镀层外观，但不影响耐蚀性。 近年来由于钢材大多为含硅的镇静钢，容易出现灰暗无光镀层，即镀层表面没有锌的光泽并呈灰色，严重时呈暗灰色，这是铁锌合金层露出表面而造成的，对抗大气腐蚀性能没有影响。改变镀锌工艺和在锌浴中加镍可减少或消除灰暗镀层的出现。但对硅含量特别高的钢如低合金高强度钢，目前国内外还无法完全消除这种现象。 堆放的镀件表面会出现白色的痕迹，尤其是在潮湿天气或雨后十分明显，通常称为储存湿锈或白锈。白锈是在特定环境(水分高，不通风)下生成的，一旦脱离这个环境便会逐渐消失。由于白锈对锌层的消耗很小，所以对耐蚀性的影响也很小。如果希望热镀锌制品保持开始时的光亮外观，需要有特别的储存条件。热镀锌后立即加以钝化处理可避免或减少这些白锈的出现。3.2 锌层厚度 锌层厚度直接关系到耐蚀寿命，必须予以保证。GB/T 13912中对钢铁零件锌层厚度最小值的规定见表2，而GB 2694中则规定：镀件厚度小于5 mm时，锌附着量应不低于460 g/m2，即锌层厚度应不低于65 μm；镀件厚度大于或等于5 mm时，锌附着量应不低于610 g/m2，即锌层厚度应不低于86 μm。其他国家的热镀锌标准中对钢结构件锌层厚度的规定见表3～6(表2～6中未列入有关标准中对铸件及离心处理件的规定)。
表2 GB/T 13912-92的热镀锌层最小厚度
钢构件厚度(mm) h＜1.6 h=1.5～3.0 3.0≤h≤6.0 h＞6.0
局部值(μm) 35 45 55 70
平均值(μm) 45 55 70 85
表3 ASTM A123-89最小镀层厚度要求(μm)
钢构件厚度(mm) h＜1.6 h=1.6～3.2 h=3.2～4.8 4.8＜h＜6.4 h≥6.0
结构型钢 45 65 85 85 100
钢板 45 65 75 85 100
钢管 - - 75 75 75
线材 45 45 65 65 85
表4 BS 729-1971最低镀层重量要求
钢构件厚度(mm) 1≤h＜2 2≤h＜5 h≥5
锌层重量(g/m2) 335 460 610
镀层厚度(μm) 47 65 86
注：标准中规定的是锌层重量，表中所给厚度为推算值，表5，6同。
表5 JIS H8641-82锌层附着量最低要求
钢构件厚度(mm) 1≤h＜2 h=2～3 h=3～5 h≥5 腐蚀严重环境下使用者
锌层附着量(g/m2) 350 400 450 500 550
镀层厚度(μm) 49 56 63 70 77
表6 ISO 1461-1973(E)锌层附着量最低要求
钢构件厚度(mm) h＜1 h=1～5 h＞5
单个试样 重量(g/m2)厚度(μm) 30042 议定，随钢件厚度增加而增加 45063
所有试样的平均值 重量(g/m2)厚度(μm) 35049 议定，随钢件厚度增加而增加 50070
对照上述标准看出，镀件厚度决定镀层厚度，这些内容GB/T 13912比GB 2694分类较细，这是比较合理的，因为厚工件获得较厚镀层没有困难，而表面平滑的薄钢板(如3 mm以下)想得到较厚镀层则很困难。这也是向国际先进标准靠拢的做法。此外，在对镀层厚度的要求上，各标准有一定出入，其中美国标准ASTM A123要求较高，而日本标准JIS H8641和ISO 1461要求稍低，这是订立合同时要注意明确的。3.3 附着强度 GB/T 13912规定：“热镀锌层应有足够的附着强度，在无外应力作用使镀件弯曲或变形时，镀层不应出现剥离现象。本标准对附着强度的试验方法未作规定。必要时，供需双方可协定镀层不剥离不凸起。” 热镀锌层应有足够的附着性，保证镀件在正常的搬动、装卸、运输、安装过程中经受碰撞时，镀锌层不会开裂或剥离。而镀件安装后，一般不会再经受尖锐硬物的猛烈撞击，在使用过程中不会再剥离脱落。锤击试验的条件比较苛刻，故能经受锤击试验的镀层附着性肯定没有问题。 早期由于镀锌件采用低硅钢，镀层厚度适中，合金层较薄而纯锌层较厚，经受锤击试验均无问题。近年来由于硅镇静钢的普及，超厚镀层较多，镀层中铁锌合金层往往较厚，甚至几乎占据了整个镀层，这些镀层中有相当部分可能通不过锤击试验，但使用时并无问题。 ISO标准只要求“附着性足够，使镀件能经受与正常使用相适应的搬动而不发生镀层剥皮脱落”，未要求锤击试验。在英国及日本标准中，附着性的试验方法由供需双方议定，可用锤击试验。美国标准从1989年起已取消锤击试验，附着性试验采用硬刀试验，若锌层附着性良好，锋利的刀刃或尖刀用力铲入时，只能铲出切屑，不会有整片锌层崩落而露出铁基体。硬刀试验可适用于所有类型的镀锌件，而锤击试验只适用于表面平整且工件较厚时，如日本标准规定的8.0 mm以上和以前美国标准规定的7.9 mm以上。3.4 均匀性 早期的国外标准曾规定用硫酸铜试验检验锌层均匀性。硫酸铜试验实际上是测定最小锌层厚度的方法，不是测定最小厚度与最大厚度的差，所以“均匀性”说法不妥。而且纯锌层与铁锌合金层在硫酸铜溶液中的溶解速度有很大差异，因而浸入次数与附锌量的对应关系并不是很好。而GB 2694仍规定“锌层应均匀，用硫酸铜溶液浸蚀4次不露铁”。实际上，只要附锌量达到标准，硫酸铜试验次数比标准规定的4次要多得多，实用性方面完全没有问题，GB/T 13912采用的规定锌层局部厚度最小值的办法，即可直接控制最小锌层厚度。 在美国标准及ISO标准中，已取消了硫酸铜试验；在英国标准中，规定当供需双方同意时可做硫酸铜试验；在日本标准中，有一类镀件可不规定锌层附着量而只要求5次硫酸铜试验，其他规定附锌量的就不必做硫酸铜试验。
欢迎客户来我热镀锌厂参考考察，具体价格合作事项面议。
文字来自天海大发热镀锌厂官方博客，转载请注明出处，谢谢。
热镀锌层对钢铁的保护效果比油漆或塑料层好得多。热镀锌时，锌与钢铁之间发生扩散，生成锌铁金属间化合物层，即合金层。合金层与钢铁以及锌之间均为冶金结合，比漆类与钢的结合更牢固。暴露在大气环境中的热镀锌层数十年也不会脱落，直至被完全自然腐蚀。 镀锌层有小的裂纹或损坏时，锌将以牺牲阳极的形式继续防止裂纹或损坏处的钢铁生锈，这是镀锌层比其他涂镀层优越的主要特点。铁锌合金层含锌在90%以上，对钢铁有与锌近似的电化学保护作用；而且铁锌合金层硬度比纯锌高得多(接近纯铁)，因而镀层抵抗碰撞和刮损的能力更高［8］。 由于锌能溶解于酸和强碱，热镀锌层只能适用于一般大气和天然水环境中。镀锌层在接触空气和水时，会产生轻微的电化学腐蚀。在乡村和空气比较洁净的地区，镀锌层能维持很多年，而在工业污梁区和海岸地区，镀锌层的耐用年限就较短。此外镀层越厚，耐用年限也越长，耐用年限与厚度几乎成正比。镀层厚度也可用单位面积上锌的质量(g/m2)表示，1 μm镀层厚度对应于7.2 g/m2的附锌量［1］。对热镀锌层耐用年限的试验已有大量数据，由于具体试验环境不同，这些数据有一定差异。比较典型、有代表性的数据见表1。
表1 镀锌产品耐用年限的规定［5］
大气暴露环境 附锌量400 g/m2 附锌量500 g/m2 附锌量600 g/m2 附锌量600 g/m2(无光)
腐蚀量(g.m-2.a-1) 耐用年数(a) 腐蚀量(g.m-2.a-1) 耐用年数(a) 腐蚀量(g.m-2.a-1) 耐用年数(a) 腐蚀量(g.m-2.a-1) 耐用年数(a)
重工业地带 40.1 9 40.6 11 40.1 13 18.1 30
海岸地带 10.8 33 10.9 41 10.8 50 11.5 47
郊外地带 5.4 67 5.2 86 5.2 104 5.2 104
城市地带 17.5 21 17.7 25 17.7 30 17.5 31
注：(1)上述数值，由日本热镀锌协会根据1964～1974年的大气暴露试验结果计算而得； (2)暴露地：重工业地带在横滨市鹤见工业高中，海岸地带在伊良湖甲震观测站，效外地带在奈良气象站，城市地带在东京大学工科部； (3)耐用年数的推定：根据锌层达到90%损耗的时间而定。
由于镀层会在应用中消耗，当铁锌合金层逐渐暴露时，镀层表面变得灰暗无光。而且腐蚀产物中含有少量的铁锈(三价铁)，会使镀层表面呈现局部铁锈颜色。对于易出现灰暗镀层的镀件，镀层表面很少或基本没有纯锌层，在镀件使用短期内就会出现这种“锈迹”，但这并不影响其保护作用，只是影响外观。
3 热镀锌层的质量要求
对锌层质量的要求主要包括外观、厚度(附着量)和附着强度(附着性)，此外在GB 2694-81以及英、日标准中还提到均匀性(硫酸铜试验)，以下对此逐一探讨。3.1 外观 所有镀件表面应清洁、无损伤。其主要表面应平滑，无结瘤、锌灰和露铁现象。表面上极少量的储运斑点不应为拒收的理由［1］。 热镀锌的目的是防腐蚀而非装饰，所以不能用美观性来判断质量的好坏，热镀锌后工件表面并不能比原基体表面好，如基体表面有严重的锈蚀抗、划伤痕迹等，镀锌后仍会显示原有的表面状态。 局部露铁又称漏镀，氖标准都规定露铁不可接受。露铁处直径小于2 mm时，由于锌有牺牲性保护作用，对耐蚀性影响不大。GB/T 13912以及美国、英国标准都指出，漏镀和不慎损坏的镀层可以修复，并对允许修补的面积以及修补厚度都有较明确的要求。修复用的材料是与镀锌层性能接近的熔焊低熔点锌合金、热喷涂锌或特别的富锌涂料。修复的具体内容包括材料、预处理、后处理等，在另一个专为修复热镀锌层而制定的美国标准［9］中有详细的介绍。 毛刺、滴瘤和多余结块很大时可能在安装中脱落，可小心地打磨去。但打磨过量会影响耐蚀性，故在不妨碍使用的情况下勿需处理。而连接处多余的锌或锌渣必须清除至不影响牢固安装。 由于镀锌工艺的缺陷，锌层表面有时出现微粒状的锌凸起，里面是锌渣粒子，影响镀层外观，但不影响耐蚀性。 近年来由于钢材大多为含硅的镇静钢，容易出现灰暗无光镀层，即镀层表面没有锌的光泽并呈灰色，严重时呈暗灰色，这是铁锌合金层露出表面而造成的，对抗大气腐蚀性能没有影响。改变镀锌工艺和在锌浴中加镍可减少或消除灰暗镀层的出现。但对硅含量特别高的钢如低合金高强度钢，目前国内外还无法完全消除这种现象。 堆放的镀件表面会出现白色的痕迹，尤其是在潮湿天气或雨后十分明显，通常称为储存湿锈或白锈。白锈是在特定环境(水分高，不通风)下生成的，一旦脱离这个环境便会逐渐消失。由于白锈对锌层的消耗很小，所以对耐蚀性的影响也很小。如果希望热镀锌制品保持开始时的光亮外观，需要有特别的储存条件。热镀锌后立即加以钝化处理可避免或减少这些白锈的出现。3.2 锌层厚度 锌层厚度直接关系到耐蚀寿命，必须予以保证。GB/T 13912中对钢铁零件锌层厚度最小值的规定见表2，而GB 2694中则规定：镀件厚度小于5 mm时，锌附着量应不低于460 g/m2，即锌层厚度应不低于65 μm；镀件厚度大于或等于5 mm时，锌附着量应不低于610 g/m2，即锌层厚度应不低于86 μm。其他国家的热镀锌标准中对钢结构件锌层厚度的规定见表3～6(表2～6中未列入有关标准中对铸件及离心处理件的规定)。
表2 GB/T 13912-92的热镀锌层最小厚度
钢构件厚度(mm) h＜1.6 h=1.5～3.0 3.0≤h≤6.0 h＞6.0
局部值(μm) 35 45 55 70
平均值(μm) 45 55 70 85
表3 ASTM A123-89最小镀层厚度要求(μm)
钢构件厚度(mm) h＜1.6 h=1.6～3.2 h=3.2～4.8 4.8＜h＜6.4 h≥6.0
结构型钢 45 65 85 85 100
钢板 45 65 75 85 100
钢管 - - 75 75 75
线材 45 45 65 65 85
表4 BS 729-1971最低镀层重量要求
钢构件厚度(mm) 1≤h＜2 2≤h＜5 h≥5
锌层重量(g/m2) 335 460 610
镀层厚度(μm) 47 65 86
注：标准中规定的是锌层重量，表中所给厚度为推算值，表5，6同。
表5 JIS H8641-82锌层附着量最低要求
钢构件厚度(mm) 1≤h＜2 h=2～3 h=3～5 h≥5 腐蚀严重环境下使用者
锌层附着量(g/m2) 350 400 450 500 550
镀层厚度(μm) 49 56 63 70 77
表6 ISO 1461-1973(E)锌层附着量最低要求
钢构件厚度(mm) h＜1 h=1～5 h＞5
单个试样 重量(g/m2)厚度(μm) 30042 议定，随钢件厚度增加而增加 45063
所有试样的平均值 重量(g/m2)厚度(μm) 35049 议定，随钢件厚度增加而增加 50070
对照上述标准看出，镀件厚度决定镀层厚度，这些内容GB/T 13912比GB 2694分类较细，这是比较合理的，因为厚工件获得较厚镀层没有困难，而表面平滑的薄钢板(如3 mm以下)想得到较厚镀层则很困难。这也是向国际先进标准靠拢的做法。此外，在对镀层厚度的要求上，各标准有一定出入，其中美国标准ASTM A123要求较高，而日本标准JIS H8641和ISO 1461要求稍低，这是订立合同时要注意明确的。3.3 附着强度 GB/T 13912规定：“热镀锌层应有足够的附着强度，在无外应力作用使镀件弯曲或变形时，镀层不应出现剥离现象。本标准对附着强度的试验方法未作规定。必要时，供需双方可协定镀层不剥离不凸起。” 热镀锌层应有足够的附着性，保证镀件在正常的搬动、装卸、运输、安装过程中经受碰撞时，镀锌层不会开裂或剥离。而镀件安装后，一般不会再经受尖锐硬物的猛烈撞击，在使用过程中不会再剥离脱落。锤击试验的条件比较苛刻，故能经受锤击试验的镀层附着性肯定没有问题。 早期由于镀锌件采用低硅钢，镀层厚度适中，合金层较薄而纯锌层较厚，经受锤击试验均无问题。近年来由于硅镇静钢的普及，超厚镀层较多，镀层中铁锌合金层往往较厚，甚至几乎占据了整个镀层，这些镀层中有相当部分可能通不过锤击试验，但使用时并无问题。 ISO标准只要求“附着性足够，使镀件能经受与正常使用相适应的搬动而不发生镀层剥皮脱落”，未要求锤击试验。在英国及日本标准中，附着性的试验方法由供需双方议定，可用锤击试验。美国标准从1989年起已取消锤击试验，附着性试验采用硬刀试验，若锌层附着性良好，锋利的刀刃或尖刀用力铲入时，只能铲出切屑，不会有整片锌层崩落而露出铁基体。硬刀试验可适用于所有类型的镀锌件，而锤击试验只适用于表面平整且工件较厚时，如日本标准规定的8.0 mm以上和以前美国标准规定的7.9 mm以上。3.4 均匀性 早期的国外标准曾规定用硫酸铜试验检验锌层均匀性。硫酸铜试验实际上是测定最小锌层厚度的方法，不是测定最小厚度与最大厚度的差，所以“均匀性”说法不妥。而且纯锌层与铁锌合金层在硫酸铜溶液中的溶解速度有很大差异，因而浸入次数与附锌量的对应关系并不是很好。而GB 2694仍规定“锌层应均匀，用硫酸铜溶液浸蚀4次不露铁”。实际上，只要附锌量达到标准，硫酸铜试验次数比标准规定的4次要多得多，实用性方面完全没有问题，GB/T 13912采用的规定锌层局部厚度最小值的办法，即可直接控制最小锌层厚度。 在美国标准及ISO标准中，已取消了硫酸铜试验；在英国标准中，规定当供需双方同意时可做硫酸铜试验；在日本标准中，有一类镀件可不规定锌层附着量而只要求5次硫酸铜试验，其他规定附锌量的就不必做硫酸铜试验。
欢迎客户来我热镀锌厂参考考察，具体价格合作事项面议。
