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热浸镀

热浸镀简称热镀。热镀是把被镀件浸入到熔融的金属液体中使其表面形成金属镀层的一种工艺方法。

具体是将被镀的钢铁材料浸入熔融的镀层金属中再取出冷却,使其表面形成金属镀层,它广泛用于低熔点金属锌、锡、铝、铅及其合金镀层的生产,主要以防蚀为目的,并有一定装饰作用。 [1]

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。

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: [2]

溶剂法热浸镀

溶剂法热浸镀 (亦称Cook- Northman 法),这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,防止钢铁被氧化。

浸人镀液后,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。

溶剂法热没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:预镀件碱洗一一一酸洗一一水洗一一稀盐酸处理一水洗一一熔剂处理一一烘干一一热浸镀一一镀后处理一一制品。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。

保护大气还原法热浸镀

保护大气还原法热浸镀(典型的生产工艺是Sendzimir法),Sendzimir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,将钢材引人浸渗液中浸渗。

主要工艺过程如下:

(1)将基材送人氧化气氛的加热炉中,在400~500℃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)将钢材送人还原炉中,在800~850℃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。 [3]

热浸镀工艺中的镀前预处理和镀后处理同样是重要的工序。镀前处理是清洗镀件表面和将表面氧化物清除或还原得到纯净的基体金属表面,这是保证镀层质量、避免漏镀缺陷的关键。在间歇式或低速连续式热浸镀工艺中,通常包括碱清洗、酸洗和熔剂处理等步骤。在高速的带钢连续热浸镀生产线中,则大多采用在还原性气体中退火处理法进行表面预处理。镀后处理通常包括镀层表面的钝化处理、磷酸盐处理及涂油等,以提高镀层产品的耐蚀性、涂装性等使用性能。 [1]

常用热浸镀层种类如表。

比热

(

热浸镀层应用最广的是热镀锌。凡钢铁材料暴露于大气、土壤、水等腐蚀条件下使用时,热镀锌是应用最普遍、有效而经济的保护手段,例如用于厂房钢结构、输电铁塔、桥梁结构、高速公路护栏以及建筑、车辆制造等。

热镀铝也是主要的热镀品种之一,特点是有良好的抗硫腐蚀性能和抗高温氧化(500℃以下)性能,多用于含二氧化硫的工业大气环境及制造炉具、汽车排气管、谷物烘干机等。 [1]

除锌和铝此之外,还有不同成分的锌-铝合金热浸镀层,例如成分为55-铝一43.5-锌一1.5-硅的铝一锌合金镀层(国际上商标名为Galvalume)和成分为95-锌一5-铝一0.1-铈镧混合稀土的锌一铝合金镀层(国际上商标名为Galfan),是在热镀锌基础上发展的新镀层,耐蚀性可提高数倍,正在逐步推广使用。

热浸镀锡工艺是食品罐头用的镀锡薄钢板的古老传统生产工艺,但到20世纪60年代末已基本上被电镀锡工艺所取代,除了少量需要较厚镀锡层的特殊用途之外,钢板的热浸镀锡法已被淘汰。

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419.7℃,且在450C~480℃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,内层是铁一锌金属间化合物层。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,如多元合佥镀锌、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。

由于铝的性质比较活拨,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658.7℃,其浸镀温度一般在700C~750℃,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祛避免的缺点,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55-Al一Zn合金镀层(Galvalume),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Al一Fe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的表面和良好的耐蚀性,而且具有优良的耐

热镀锌的应用随着工农业的发展也相应扩大。因此,热镀锌制品在工业(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、暧房)、建筑(如:水及煤气输送、电线套管、脚手架、房屋等)、桥梁、运输等方面,已大量地被采用。由于热镀锌制品具有外表美观、耐腐蚀性能好等特点,其应用范围越来越广泛。

一、抗高温、抗氧化和耐腐蚀条件下的应用

镀铝钢铁优越的抗高温氧化性能主要是由于形成的Fe-Al合金层的优良的高温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850℃的燃气喷管,用于渗碳炉和碳氦共渗设备 [4] ,使用温度达850~950℃的装料框架,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1000℃以下的热电偶保护套管。

(2)热交换元件,锅炉中耐热抗蚀元件。如吹灰器,使用温度为550~600℃的锅炉管道、壁管 [5] ,空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固件,炼油厂和工业炉用紧固螺栓、销子等。

(4)化工反应器管道、换热器管在705C高温使用的抗

二、抗大气腐蚀环境条件下的应用

由于镀层表面

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30-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。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。

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,成为世界各国金属材料主要的防腐方法。随着设备和工艺的进一步优化,以及与其他交叉学科的共同进步,热浸镀技术将不断完善,热浸镀技术的应用将更加广泛,前景会更加广阔。

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