《第五章热浸镀精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章热浸镀精选文档.ppt（65页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第五章热浸镀1本讲稿第一页，共六十五页 第一节第一节 热浸镀锌热浸镀锌一、热镀锌：一、热镀锌：1 1、原理、原理：钢件浸在锌液中，首先发生铁向液态锌中溶解的过程，然后铁与锌间发生反应扩散过程，形成一系列铁锌合金层，当钢件从锌液中取出时，在铁锌合金层表面将粘附一层较厚的锌液层，接着锌液层冷却凝固完成热镀锌过程。本讲稿第二页，共六十五页2 2、影响镀层质量的因素：、影响镀层质量的因素：(1)(1)钢基成分的影响：钢基成分的影响：碳：钢中含碳量对热镀锌有显著的影响。一般来说，C铁锌反应就越剧烈，铁的重量损失越大，铁锌合金层也越厚，使镀锌层变脆，塑性降低。硅：硅存在延长锌的凝固时间，促进较大锌花的形成
2、。铅：铅的存在可降低锌液的粘度和表面张力。本讲稿第三页，共六十五页铁：在450时，铁在锌液中的最大溶解度为0.02%，若铁含量继续增加，则铁便与锌结合成铁锌合金，通常称为硬渣或锌渣，由于其比重较大，因而逐渐沉于锅底。在镀锌过程中，由于铁的溶解，使锌液粘度增加，浸润钢基体表面的能力降低。此外，锌液中铁含量增加，锌层厚度也明显增加，因而使镀层延展性和外观变坏。本讲稿第四页，共六十五页(2)(2)锌液成分的影响：锌液成分的影响：铝：铝是锌液中的主要添加元素，锌液中加0.01-0.02%就可使镀层的光泽明显提高，这是由于铝和氧的亲合力比锌大，所以在锌液表面生成一层Al2O3的保护膜，防止了锌的氧化。在
3、含有0.1-0.15%铝的锌液中，经短时间浸润，所得的镀层不含铁锌化合物，但延长浸镀时间则有合金层出现，通常把抑制合金层生成的这段时间称为孕育期。本讲稿第五页，共六十五页孕育期 450 600 Al%（分)500 镀锌温度、含铝量与孕育期的关系曲线本讲稿第六页，共六十五页锌液中铝含量与不同的浸镀时间对镀层厚度的影响较复杂。近年来，在研究含铝锌液对镀锌层性能的影响时发现，当铝含量达3%时，镀层耐蚀性明显提高；当铝含量达5%时，耐蚀性最佳；当锌液中含有5%铝与微量稀土元素时，所获得的镀锌层的耐蚀性、耐锈性与涂漆性均比普通热镀锌层要好得多。本讲稿第七页，共六十五页镉：热镀锌所用的锌锭，含镉量一般在0
4、.001-0.07%的范围，这一含量对镀层并不产生明显的影响。当镉含量增加到0.1-0.5%时，可使锌花增大；当镉含量到0.5%时，会使铁锌合金层增厚，脆性增加。锌液中的含镉量增加，会加快铁的溶解速率，因此，锌液中的含镉量不宜太高。本讲稿第八页，共六十五页锡：在含铝的锌液中添加锡的目的主要是为了获得美丽的大锌花，这是由于锌液中加锡可使锌的熔点降低，延长了结晶的时间，同时在锌层冷却时，因为锡沉积在锌花晶界上，使镀层更加光亮，为了改善镀锌板的花纹需要加锡时，最好不超过0.5%。本讲稿第九页，共六十五页v锑：锑和锡一样可以改善镀层的光泽和花纹。锌液中加锑时，镀层厚度也随之增加。锌液中含有0.05%锑
5、时，可使镀层脆性增加，但对镀锌层的抗大气腐蚀性能稍有改善。v镁：在锌液中加适量的镁，可提高镀锌层的耐蚀性。锌液中含0.003%镁时，镀层的耐蚀性比纯锌好。v铜：在通常的镀锌工作条件下，锌液中含少量的铜，对镀锌层的重量或合金层的形成影响很小。当在锌液中加入0.8%-1.0%铜时，可使镀层的耐蚀性得到改善。本讲稿第十页，共六十五页3 3、热镀锌制品的生产：、热镀锌制品的生产：（1 1）钢带：）钢带：热镀锌钢带在镀锌制品中产量最大，用途最广。根据工艺过程可将钢带热镀锌方法分为图示四种代表类型：A、森吉米尔法：冷轧氧化 还原和退火冷却到镀锌温度镀锌冷却矫直B、美国钢铁公司法：冷轧电解碱性脱脂退火冷却到
6、镀锌温度镀锌冷却矫直C、Cook-Norteman(Wheeling)法：冷轧罩式退火平整酸洗 碱洗溶熔剂预热镀锌冷却冲洗D、Selas法：冷轧罩式退火平整1号碱洗 2号碱洗 酸洗预热镀锌冷却本讲稿第十一页，共六十五页从图中可以看出，四种代表性钢带热镀锌工艺的主要区别在于预清洗和退火两道工序顺序的不同。在前两种方法中，冷轧带钢在镀锌生产线中的连续退火炉中退火，使钢带只能在退火后进行镀锌。因此，这种方法不可能生产轧后自然冷却具有一定硬度的带钢，也不可能生产特别软的。经过罩式炉退火的镀锌钢带，带钢在卷曲前还必须经过一台拉伸矫直机或一台普通矫直机以便消除在退火中所形成的折弯和滑移线。本讲稿第十二页，
7、共六十五页 在后两种方法中，带钢经冷却后先在罩式炉中退火，然后进行平整，接着将带钢送进镀锌生产线进行化学清洗和镀锌。由于带钢在罩式炉退火后，进入镀锌生产线前已经经过平整，因此最后的拉伸矫直就不需要。此外，退火是在镀锌生产线外进行的，所以不仅能生产退火后的镀锌带钢，还能生产轧后自然冷却具有一定硬度的镀锌带钢。从上述情况可以看出，把退火放在镀锌生产线中，或者将退火和镀锌分开，都会使镀锌生产线所生产的产品有所不同，但大量生产的镀锌带钢主要是以未经退火的原板为主。本讲稿第十三页，共六十五页v A、森吉米尔法：本法不采用化学清洗液，带钢在氧化炉中用煤气火焰直接加热，使表面的残油燃烧掉，因此也称为氧化除油
8、法。带钢在氧化炉中被加热到400-450，在烧去润滑油的同时，带钢表面也生成一层薄而均匀的氧化层，经氧化除油后的带钢进入还原炉，在还原气氛下退火，还原气体由氨分解而制成，其成分约为75%N2和25%H2，把带钢表面的氧化铁还原为海绵状纯铁，保护气体中的氢由于还原氧化铁而生成水，因此保护气体的露点就逐渐升高。当超过一定界限时，镀锌层的附着性下降。为了保证镀层质量，还原气体必须经常更新，并控制其露点在-40左右，含氧量小于5ppm，才符合镀锌工艺的要求。本讲稿第十四页，共六十五页露点v露点是指气体中的水份从未饱和水蒸气变成饱和水蒸气的温度，当未饱和水蒸气变成饱和水蒸气时，有极细的露珠出现，出现露珠
9、时的温度叫做“露点”，它表示气体中的含水量，露点越低，表示气体中的含水量越少，气体越干躁。露点和压力有关，因此又有大气压露点（常压露点）和压力下露点之分。大气压露点是指在大气压力下水份的凝结温度，而压力下露点是指该压力下的水份凝结温度，两者有换算关系（可查换算表），如压力0.7Mpa时压力露点为5，则相应的大气压（0.101Mpa）露点则为-20。在气体行业中，若无特殊说明，所指的露点均为大气压露点。本讲稿第十五页，共六十五页v带钢通过还原段时，同时进行退火，退火温度根据以后镀锌的要求，可以在700-800进行再结晶退火，或在900以上进行常化退火。带钢在氧化炉和还原炉中的运行速度都非常快，而
10、再结晶或常化退火时的组织转变要求有一个最短的时间，根据最短退火时间以及所要求的带钢运行速度，可以确定还原段的最小长度。带钢经退火后，在同样的还原气氛中冷却至约480，并在不接触空气的情况下，由沉没辊导入锌锅镀锌，锌液温度控制在450-460。为了抑制锌铁合金层的增长，锌液中应含有0.10-0.15%的铝。从锌锅引出的镀锌带钢，由一对镀辊或利用气体喷射法控制锌层厚度。镀锌带钢经自然冷却后，再在冷却装置内强制冷却到40以下。为了防止冷却后的带钢变形和翘曲，需要进行矫直。本讲稿第十六页，共六十五页v森吉米尔法具有很多优点，因而获得了推广应用。但生产实践也暴露了一些不足之处。例如：退火炉中的温度制度受
11、氧化和还原所需温度的很大限制。带钢在氧化炉中生成了较厚的氧化层，很不易在还原炉中还原，影响了锌层的附着性。如果要使氧化层充分还原，就得减慢带钢运行速度或增加保护气体中氢含量，因而降低了生产线的生产能力或增加了操作的危险性。为了减少带钢在氧化炉中的氧化层厚度，就要限制带钢在氧化炉中的停留时间，所以带钢在氧化炉内只能加热到300-450，为了达到钢板的再结晶温度，还要在还原炉中使带钢温度继续升高到700-800，为此就需要增加还原炉长度，因此此法又进一步得到了改进：本讲稿第十七页，共六十五页v改进的森吉米尔法中各自独立的氧化炉和还原炉用一个截面积较小的通道连接起来，把前段的氧化炉改为微氧化炉，也称
12、预热炉。显而易见，它是把预热炉、还原炉和预热段连接起来，构成一个整体。为了减少带钢在预热炉内的氧化，采用不完全燃烧法。将还原炉内保护气氛引入预热炉，其可燃成分在炉内部分燃烧，因而称之为“微氧化炉”。微氧化炉采用高温快速加热，最高炉温可达1300，一般使用温度为1150-1250，其主要作用是净化带钢表面，使表面上的油污、乳化液等在高温下挥发，另一个作用是在尽量减少带钢的氧化情况下，把带钢预热到550-650。由于采用微氧化加热法，带钢表面氧化物很少，因此还原时间和还原炉长度均可缩短，保护气体中的含氢量也可大大降低，一般含氢量为15-30%或更低些就可满足要求。本讲稿第十八页，共六十五页v B、
13、美国钢铁公司法：首先将带钢上残留的轧制油和乳化液进行电解除油、水洗、刷洗与烘干，再进入具有还原气氛的退火炉，最后在密封情况下冷却到一定温度，并引入锌锅进行热镀锌。可以看出，该法只是利用一个碱性电解除油槽取代了氧化炉的除油作用，其余的工序与森吉米尔法基本相同，该法因带钢不经氧化炉加热，所以表面氧化膜很薄，可适当降低还原炉中保护气体中的氢含量，因而有利于安全操作和降低成本。但是带钢由于未经预热就进入还原炉，这无疑是提高了还原炉的热负荷，影响了炉子的使用寿命。本讲稿第十九页，共六十五页v C、Cook-Norteman(Wheeling)法：在一般镀锌工艺中，镀锌件在冷变形后除油，或者退火后在酸洗液
14、中酸洗，将轧制和退火生成的氧化皮除掉，随后将钢板浸入熔剂中，以便将酸洗后和冲洗时形成的氧化物和氢氧化物从钢板表面清除掉，同时防止钢板进入锌液时表面被氧化，并防止锌液表面在镀锌件进入锌锅的入口处产生氧化锌。熔剂由氯化锌和氯化铵按不同比例组成，一般使用的熔剂法分为湿法与干法两种，此法由干式镀锌法发展起来的，该法是Cook-Norteman在美国Wheeling钢铁公司任职期间提出来的，所以称Wheeling法。本讲稿第二十页，共六十五页vD、Selas法：该法可采用退火和未退火两种形式的原板。在生产线上带钢首先在碱液冲洗装置中清洗除油，然后在酸洗槽中用盐酸清除表面氧化皮，再次冲洗并烘干，接着带钢进
15、入由煤气火焰直接加热的立式预热炉，通过严格控制炉内煤气和空气燃烧比例，使其在煤气过剩和氧气不足的情况下进行不完全燃烧。对于已在罩式炉退火的原板，在炉内加热到510左右，对于未退火的带钢可以根据需要提高炉温，最高可达1000-1300，使带钢快速加热，从而达到再结晶温度，此后在低氢（15%以下）保护气氛下冷却带钢至稍高于锌液的温度，并在密封情况下引入锌锅，进行热镀锌。本讲稿第二十一页，共六十五页（2 2）热镀锌钢丝：）热镀锌钢丝：热镀锌钢丝按其用途和性能要求，基本上可分为以下两大类：A、热镀锌低碳钢丝：它是采用含碳量在0.05-0.22%之间的低碳钢丝制成的，通常除要求具有一定的耐蚀性能外，还要
16、求一定的抗拉强度343-686Mpa(35-70kgf/mm2)延伸率高以及电阻系数低等。B、热镀锌中、高碳钢丝：这类制品的含碳量在0.25%以上，一般为0.4-0.75%之间。对一些特殊用途的高碳镀锌钢丝的含碳量甚至可达0.95%左右，这类钢丝不仅需有一定的耐蚀性能，而且还要求有较高的抗拉强度1176.7-1961.2 Mpa(120-200 kgf/mm2)及一定的抗弯曲，扭转等综合力学性能。本讲稿第二十二页，共六十五页vC.热镀锌钢丝的生产工艺：低碳钢丝退火（中、高碳钢丝除油）水洗酸洗水冲洗熔剂处理烘干热镀锌镀后处理收线成品。钢丝镀锌前需要经过一系列表面处理，通称为前处理。前处理主要包括
17、：清洗除油、酸洗除锈及水洗、熔剂处理。低碳钢丝镀锌前，首先需要进行退火（再结晶退火）以消除拉拔时产生的加工硬化现象，从而可保持这类制品的性能柔软，便于弯曲、加工方便（即强度低，延展性高）以及低电阻系数等，在退火过程中同时起到除油的作用。本讲稿第二十三页，共六十五页va.低碳钢丝镀锌前的退火：这类制品目前广泛采用以下三种再结晶退火方法即井式炉退火、隧道式退火炉、连续炉。低碳钢丝自退火炉出炉后，自然冷却到300-500左右，然后进入热水槽清洗，使钢丝表面部分氧化皮在水中爆裂脱落。从而可以减轻酸洗工作量。本讲稿第二十四页，共六十五页vb、清洗除油：中、高碳钢丝经拉拔后，表面不可避免地会有油污以及残留
18、的润滑剂等，所以首先应进行除油。除油的方法有二种：低温加热燃烧法和碱洗法。低温加热燃烧法是将钢丝通过350-400的熔融铅液，时间为数秒。可使表面残存的油污与润滑剂等有机物加热到燃点除去。经燃烧除油的钢丝，随后需用热水冲洗，这是因为表面油脂等有机物加热分解后，仍有残渣附着在钢丝表面上，为了不致沾污酸洗溶液，需要用水冲洗干净。碱洗法就是用动植物油（皂化油）在碱性溶液中水解生成肥皂。矿物油（非皂化油）只能通过溶解、乳化与电解等方法来达到清除，其中采用碱液除油较多。本讲稿第二十五页，共六十五页vc、酸洗除锈：在镀锌生产线上可采用化学酸洗或电解酸洗。前者多采用盐酸，其浓度为10-20%。酸洗时间取决于
19、钢丝上锈蚀程度，在一般情况下，15秒即可除净。后者多用阴极电解酸洗法，电解液用100-150g/L的硫酸，电流密度为3-10安/分2，一般情况下在室温操作。尽管电解酸洗会产生大量的氢气，但是由于钢丝电解酸洗的时间较短，因此不致造成很大的氢脆.钢丝从酸槽引出后，必须进行充分的水洗。为了除去酸洗后表面残存的污点，最好采用热水漂洗。本讲稿第二十六页，共六十五页vd、熔剂处理：处理的目的是为了防止钢丝在进入锌锅前再次被氧化，同时在烘干后进入锌液时起到助镀作用。采用的配方为比重为1.01-1.02的氯化铵水溶液，溶液内含铁量不超过90g/L，温度为70以上。或者为氯化铵与氯化锌复盐的混合物。混合物的配比
20、为：ZnCl2:NH4Cl=1:3-4，混合物熔点较低，润湿能力强，对钢丝表面残余灰分及微量锈斑具有较大的化学洗净作用。ve、热镀锌：垂直法和斜向引出法。本讲稿第二十七页，共六十五页vf、影响镀锌钢丝质量的主要因素：v、锌液温度：热镀锌层的形成是由钢基体表面与锌液界面反应和扩散作用的结果。锌液温度是影响镀锌层质量的关键。通常规定镀锌温度在440-470范围。在镀锌操作中，锌液温度不应过高或过低，当温度过低时，会使锌液流动性变差，因而使纯锌层厚薄不均与表面粗糙。若锌液温度过高，由于铁锌扩散反应加快，往往会使合金层增厚，钢丝挠性变坏，因此应严格控制镀锌温度。本讲稿第二十八页，共六十五页v、锌灰、氯
21、化铵渣和锌渣：锌灰是锌液表面氧化产生的，主要成分是氧化锌。锌液温度越高和锌液表面覆盖不良，都会使锌灰增多。钢丝热镀锌时，由于产生锌灰而损耗的锌量，约占锌耗总量的10-16%。为了减少锌灰的生成，应控制锌液温度不能过高。氯化铵渣也称熔剂残渣，主要是由碱性氧化锌组成。为了保证镀锌质量，特别是使锌层表面不受损害，应经常对锌灰及熔剂渣加以清理。锌渣主要是铁和锌的反应产物，锌渣含有大量锌，在钢丝热镀锌生产中，锌渣消耗的锌量约占锌耗总量的20-35%，而且还会影响镀锌层质量。本讲稿第二十九页，共六十五页v、揩擦：钢丝采用垂直法从锌液面引出时，需要通过一层厚50-80mm的木炭层，该层是经过筛选的木炭与矿物
22、油按2：1调制而成。木炭层的作用有二，一是使钢丝离开锌液面引出时有一段保温时间，以保持锌液均匀下流并获得光滑的表面。另一点是使木炭孔内及锌液面上保持还原气氛，以防锌液表面严重氧化而被钢丝将其带出，影响表面质量，当钢丝从木炭层引出后，在距锌液面300-500mm左右进行强制水冷或风冷，同时避免一切震动，以免使钢丝表面变得粗糙。本讲稿第三十页，共六十五页（3 3）热镀锌钢管：）热镀锌钢管：A.熔剂法热镀锌生产钢管的工艺流程：工件碱洗除油酸洗除锈盐酸处理熔剂处理热镀锌吹锌冷却钝化处理 此工艺主要由镀前处理、热浸镀及镀后钢管表面处理等三部分组成本讲稿第三十一页，共六十五页va、镀前处理：、碱洗除油（化
23、学浸渍法）、酸洗除锈（化学酸洗）、盐酸处理：经酸洗和清洗过的钢管表面，仍会有未清除掉的铁盐，当与空气接触后转变为盐基性铁盐，通常需将清洗后的钢管浸入浓度为15克/升的稀盐酸溶液中进行处理。FeSO4+2HClFeCl2+H2SO4 、熔剂处理：钢管热镀锌通常采用的熔剂为氯化铵、氯化锌、氯化锌和氯化铵复盐。本讲稿第三十二页，共六十五页v早期钢管热镀锌是采用氯化锌为熔剂的湿法镀锌，为了提高镀锌层力学性能，特别是弯曲性能，采用加少量铝的锌液镀锌。但由于湿法镀锌的熔剂会同铝反应生成氯化铝，使铝从锌锅中迅速损失掉，因此起不到应有的作用。为了克服这种现象，而将湿法处理后的钢管进行干燥，这就是通称的“烘干熔
24、剂法”。烘干熔剂法是将钢管放在含有一定配比的氯化锌和氯化铵混合物的槽内进行熔剂处理。混合物可以采用600-650克/升氯化锌、80-100克/升氯化铵和1-2克/升OP-7或OP-10表面活性剂。为了提高钢管在熔剂中的清洗效果，熔剂应始终呈弱碱性。熔剂处理后的钢管在干燥炉内进行烘干，干燥温度一般保持在150-200范围内。本讲稿第三十三页，共六十五页vb、热镀锌：钢管热镀锌方法有：湿法、干法、铅-锌法和微氧化还原法。、湿法：它是在锌液表面覆盖以带有发泡剂的氯化锌和氯化铵的熔融熔剂，熔剂层厚度约为150mm。钢管从锌锅表面的熔剂层通过，浸入锌液中进行镀锌，然后转变方向引出锌锅。湿法镀锌由于氯化铵
25、的挥发，熔剂经常损耗，很难保持稳定，因此未得到推广。、干法：它是把经过熔剂处理并经干燥炉烘干的钢管倾斜着浸入到锌液中，使锌液从一端流进钢管，这样可以避免产生空气塞，改善了钢管内表面的镀锌质量，并排除了锌液进溅的可能。本讲稿第三十四页，共六十五页v钢管热镀锌温度为450-460，镀锌时间在20-50秒范围。锌液内含铝量一般为0.1-0.2%。铝是以含铝为10-15%的锌-铝合金锭加入锌液的。由于干法镀锌允许有较高的含铝量，因而在锌液表面能生成一层薄的三氧化二铝保护膜，防止了锌液的氧化。此外，由于锌液加铝，还可获得具有较高塑性的镀锌层，使镀锌钢管可以承受弯曲、扩径等加工而不致破坏。干法镀锌产生的锌
26、渣少，锌耗约为5-10%，它比湿法镀锌的锌耗减少30-50%。本讲稿第三十五页，共六十五页vc、镀后处理：钢管热镀锌后，在热状态下首先进行内表面和外表面的吹锌，将残留在内外表面的多余锌吹掉，使钢管表面光洁，并且节约锌耗量，随后再进行冷却和钝化处理，以提高钢管镀锌层的耐蚀性和防止锌层变色。、内表面吹锌：钢管从锌锅出来时，通常都是一端先出锌锅，使钢管以一定的倾斜角度，在锌锅上部停留一个短暂的时间，使管内锌液流出。为了使钢管内壁锌层光滑、均匀，内吹锌应顺原来锌液流动方向，即从先出锌锅的管端吹锌，喷吹气体为过热蒸汽，其温度一般为200-250。温度低将产生锌层凝结，形成锌瘤和粗糙的表面，温度过高可使镀
27、锌层变为暗褐色。本讲稿第三十六页，共六十五页 钢管直径mm 蒸汽压力atm12.7-31.75 7-838.1-50.8 8-963.5-76.2 8-10内吹锌的时间根据钢管规格一般在6-7秒的范围。、外表面吹锌：一般采用压缩空气。根据钢管规格不同，压缩空气的压力在303975-607950Pa(3-6atm)范围。压力过高，则使镀锌层过薄，降低了镀层的耐蚀性。管外吹锌也可用过热蒸汽和压缩空气的混合物（1:1）。本讲稿第三十七页，共六十五页 镀锌钢管外吹锌压缩空气压力钢管直径mm 压缩空气压力atm12.7-19.0 325.4-31.7 438.1-50.8 5 63.5-76.2 5-6
28、、钢管的冷却：镀锌后的钢管经内外表面吹锌后，先在空气中冷却，然后再送入冷水中冷却。冷却水的温度保持在25-50。、钝化处理：钝化处理的目的是防止锌层产生白锈，提高制品的耐蚀性。常用的钝化溶液是以铬酸或重铬酸盐为主的水溶液。本讲稿第三十八页，共六十五页配方 钝化液成分 温度 时间 1 1%重铬酸钠加少量稀硫酸的水溶液 常温 15分钟2 5g/L铬酐加1g/L硫酸（98%）的水溶液 常温 20-30秒3 18-22g/L铬酐加6-10g/L硫酸钠（无水）15-25 1-3秒 和硝酸（比重1.4）的水溶液 钝化处理后的镀锌钢管应立即在流动水中清洗，以祛除残留在镀锌钢管表面的钝化液，然后烘干。有时采用
29、温度不超过50的压缩空气进行喷吹，以除去管子上的水分。本讲稿第三十九页，共六十五页4 4、热镀锌钢材应用、热镀锌钢材应用根据热镀锌涂层的性能，其工程应用在下述几方面。v热镀锌板、带交通运输业:高速公路护栏、汽车车体、运输机械面板、底板；机械制造业:仪表箱、开关箱壳体；各种机器、家用电器、通风机壳体；建筑业:各种内外壁材料、屋顶板、百叶窗、排水道等；器具:各种水桶、烟囱、槽、箱子、柜子等。本讲稿第四十页，共六十五页v热镀锌钢管:石油，化工 油井管，油井套管，油加热器，冷凝器管，输油管及架设栈桥的钢管桩；一般配管用:水，煤气，蒸汽与空气用管，电线套管，农田喷灌管等；建筑业:脚手架，建筑构件，电视塔
30、，桥梁结构等。本讲稿第四十一页，共六十五页v热镀锌钢丝一般用途:普通民用，结扎，捆绑，牵拉用；通讯与电力工程:电话，电报，有线广播及铁道闭塞信号架空线；铠装电线和电缆；高压输电导线。v热镀锌钢件水暖及一般五金件；电讯构件，灯塔。本讲稿第四十二页，共六十五页1 1、热镀铝层的形成、热镀铝层的形成 多数人认为，当液态铝与固态铁接触时，发生铁原子溶解和铝原子的化学吸附，形成铁铝化合物以及铁、铝原子的扩散过程和合金层的生长。所形成的镀铝层由两部分构成：靠近机体的铁-铝合金层及外部的纯铝层。当工件浸入铝液时，铝中的铁浓度增大，形成金属间化合物FeAl3（相）。开始时，相不向铝液内部生长，同时在工件（铁）
31、表面产生铝的固溶体。两种金属原子（Al和Fe）相互扩散达到一定时，产生(Fe2Al5)相沿C轴快速生长形成驻状晶，于此同时，Fe穿过FeAl3向铝中渗透。当Al进一步扩散时，一部分Fe2Al5变为FeAl3。由于Fe2Al5的生长及铁向铝中的快速扩散，令铝在铁中固溶区消失，相成为扩散层主要成分。第二节第二节 热浸镀铝热浸镀铝本讲稿第四十三页，共六十五页2 2、热镀铝层特性、热镀铝层特性1)耐热性（抗高温氧化性）钢材热镀铝后，耐热性可大大提高。镀合金铝（如铝硅合金）比镀纯铝层耐热性更佳。例如碳钢件，不镀铝最高使用温度为550，镀铝后可耐1000（不氧化）。2）耐蚀性 热镀铝层有优良的耐大气腐蚀能
32、力，特别耐含有SO2、H2S、NO2、CO2等工业大气的腐蚀，见下表。热镀铝层比热铝锌层有更好的耐蚀性。本讲稿第四十四页，共六十五页钢 种 腐蚀率（mg/cm2）碳钢 6.6 热镀锌钢材 1.16 热镀铝钢材 0.16 几种材料在水中的腐蚀率（1个月）3)对光、热的反射性 热镀铝层对光、热有良好的反射性，这主要是因为镀铝层表面的致密而光泽的Al2O3膜，即使是在经暴晒后也保持很高的反射率。本讲稿第四十五页，共六十五页3 3、热镀铝工艺、热镀铝工艺（1 1）热镀铝钢带）热镀铝钢带典型工艺流程是：开卷（或剪切）氧化冷却酸洗水洗还原冷却热浸镀铝冷却卷取。钢在氧化炉内被加热到450-650，烧去表面油
33、污及杂物，被氧化成蓝灰色，经空气及水冷却。然后在8-10的盐酸中酸洗10s除去氧化膜，马上用风动挤压胶辊从钢带表面挤去残余酸液然后在水槽中用高压水冲洗，经热风吹干，进入还原炉。炉中通分解氨气体。在炉中，钢带加热到900进行常化退火或加热到730进行再结晶退火，此时钢带表面氧化膜被还原。然后冷却到稍高于铝液温度通过密封槽导入铝液，进行热镀铝。镀完后吹冷空气冷却到400以下。本讲稿第四十六页，共六十五页v上述生产线为连续生产，速度为60m/min，铝液中含6Si和0.4Fe,铝液温度为680-720,镀铝层厚度为60um(150g/)合金层厚度为10-15um.此时生产线亦称英国涂层金属公司法.v
34、美国钢铁公司钢带热镀铝工艺流程为:开卷剪切焊接电解除油水洗干燥还原炉冷却热镀铝冷却卷取.这个工艺前处理及工艺过程与热镀锌相同.钢带进入铝液温度约为680-700,保护气的纯度要求比镀锌高.本讲稿第四十七页，共六十五页（2 2）热镀铝钢丝）热镀铝钢丝A.溶剂法钢丝热镀铝工艺流程为：卷取铅槽处理水洗酸洗水洗电解酸洗水洗溶剂处理干燥热镀铝水洗卷取铅槽处理的作用是：用熔融铅对钢丝退火并烧掉轧制油和拉拔润滑剂。酸洗用浓度12%18%的盐酸溶剂用水溶性溶剂，为4%的氟化钾锆（K2ZrF6）水溶液。溶液温度为9899。溶剂的作用:令净化的钢丝表面得到保护并增加铝对钢的浸润。干燥后钢丝进入铝液，进入铝液的长度
35、为1.51.8m。本讲稿第四十八页，共六十五页vB.氢还原法钢丝镀铝工艺流程为：放线除油氧化还原冷却热镀铝冷却卷绕。钢丝（单根）从放线架引出进入氧化炉管，温度为450，烧去轧制油和拉拔润滑剂，同时表面被氧化成蓝色，进入还原炉管。辐射加热至730830，在还原气氛下，表面氧化膜被还原成纯铁，再经冷却管冷却到700进入铝液热镀铝，热镀铝后垂直向上拉出卷绕。本讲稿第四十九页，共六十五页(3)(3)热镀铝钢管及部件热镀铝钢管及部件 钢管及钢件热镀铝，不能象钢带和钢丝那样连续进行，只能是断续的。钢管热镀铝工艺流程为：钢管酸洗除油活化钝化热镀铝取出。酸洗用浓度为10%25%硫酸，温度5560，硫酸加少量缓
36、蚀剂。酸洗后用流动清水清洗。除油用碱洗或火焰。碱洗采用碱液配方为：苛性钠3040g/L，磷酸三钠3040g/L，水玻璃2035g/L。亦可用洗涤剂。火焰则可用400500加热燃烧。本讲稿第五十页，共六十五页v酸洗活化是将管进入3%5%HI中，室温下510min，表面活化，然后水洗。钝化处理。活化管立即进入钝化液中钝化，钝化液为60%HNO3或0.5%1%铬酐水溶液，时间0.51min，然后冷水冲洗干燥。热镀铝。铝液温度为70020，时间518min，镀铝液表面覆盖KCl+NaOH(1:1)熔盐。在钢管浸入铝液前及从铝液中提出之前，应将铝液镜面上的溶剂清除。本讲稿第五十一页，共六十五页(4)(4
37、)影响热镀铝层因素影响热镀铝层因素1)铝液温度 通常合金层厚度随铝液温度的提高而增大.镀铝温度对钢和铸铁镀铝合金层影响更为明显。当温度从665 800时，扩散速度加快，合金层厚度猛增。但进一步提高温度，合金层厚度又下降。到950时，合金层的厚度很小，即在温度与厚度曲线上出现最大值。本讲稿第五十二页，共六十五页2)镀铝时间 合金厚度随镀铝时间加长而增加。3)钢基成分 碳含量增加，有助于合金层结构均匀化（钢组织由铁素体珠光体）。镍、铬含量增加，合金层厚度也增加。含锰量增加，合金层厚度及硬度均减小。4)铝液中各种添加元素 硅可提高铝镀层的耐热性。当铝液中加小于1%-1.4%的Si时，可使扩散层从纯铝
38、的32-65m下降到5-27m。锌可降低铝温度和缩短浸铝时间，且所得镀层附着力好。镍对扩散层厚度影响明显，在720-730下镀铝时，铝中加入0.5%Ni，可使扩散层从20-30m提高到35-50m。本讲稿第五十三页，共六十五页(5).(5).热镀铝钢材应用热镀铝钢材应用vA.热镀铝钢板纯热镀铝钢板主要用于耐蚀方面。如大型建筑物顶层板及侧板、通风管道、高速公路护栏、汽车底板及驾驶室、水槽、冷藏设备等。铝硅热镀铝钢板主要用于耐热方面。如粮食烘干设备、烟囱、烘烤炉及食品烤箱、汽车排气系统等。vB.热镀铝钢管主要用于化工设备如热交换器管道、热交换器、化工介质输送管道、塔器等、食品工业中的各种管道、蒸汽
39、锅炉管道等。vC.热镀铝钢丝1）低碳钢丝用作编织网如鱼网、篱笆、围栏、安全网等；2）高碳钢丝用作架空通讯电缆、架空地线、舰船用钢丝绳等。本讲稿第五十四页，共六十五页v热镀锡钢板（即马口铁）是最早应用的热浸镀钢板。近些年来，由于锡资源的紧张，电镀锡已在若干领域取代了热镀锡，但在一些需要厚镀层及电器、无线电工程等方面，热镀锡仍在应用。v热镀锡涂层的特点是：耐腐蚀（有机酸）、无毒、焊接性好，表层光亮且不易变色，可进行印刷及装饰。因此，多年一直在包装业及食品罐头工业中应用。第三节第三节 热浸镀锡热浸镀锡本讲稿第五十五页，共六十五页1 1、热镀锡原理、热镀锡原理 在300 时，铁与锡相互反应生成FeSn
40、2。例如，在热镀锡时，经过前处理的钢板进入含有氯化铵及氯化锌的熔剂层，形成铁锡合金：ZnClZnCl2 2+2H+2H2 2OZn(OH)OZn(OH)2 2+2HCl+2HCl FeO+2HClFeClFeO+2HClFeCl2 2+H+H2 2O O Fe+2HClFeClFe+2HClFeCl2 2+H+H2 2 生成的氯化亚铁（FeCl2）与炼锡（Sn）反应，生成SnCl2及FeSn2:3Sn+FeCl3Sn+FeCl2 2SnClSnCl2 2+FeSn+FeSn2 2生成的化合物FeSn2，一部分附在钢板上，另一部分进入锡槽 形成锡渣。附着FeSn2层的钢板再浸入炼锡中浸镀锡。本讲
41、稿第五十六页，共六十五页2 2、热镀锡工艺、热镀锡工艺A.单张板热镀锡工艺工件酸洗水洗熔剂处理热浸镀锡浸油处理空冷脱油及抛光分选成品v酸洗 给料机从板垛上取下工件（原板），送入酸洗槽中酸洗，去掉氧化皮，然后用水冲洗。酸洗液一般用盐酸或硫酸电解酸洗。电解酸洗时，工件接阴极。v熔剂处理 熔剂主要由氯化锌及3%5%氯化铵组成（有时还加入10%氯化钠）。熔剂配成较浓的水溶液，浮在熔锡上面，总处于沸腾状态。熔剂的作用是促使铁锡合金（FeSn2）的形成。v热浸镀锡 经熔剂处理的钢板进入310315的熔锡中浸镀。本讲稿第五十七页，共六十五页v浸油处理 镀锡板再进入235240的棕榈油处理。油的作用是防止锡氧
42、化和使锡在所镀钢板上保持熔融状态。v空冷 浸油处理后，工件立即喷空气冷却，在经脱油及抛光进入分选。v分选 称重、对镀层及板进行质量检查，合格板为成品。本讲稿第五十八页，共六十五页B.钢丝热镀锡工艺 工件酸洗水洗熔剂处理热浸镀锡浸油处理空冷脱油分选成品工艺与单张板同，但要注意如下几点。v熔剂处理 熔剂为在氯化锌中加10%氯化铵的混合水溶液。熔剂槽温度180220。熔剂槽中因加水生成盐酸，可再次对钢丝表面氧化物清洗。v热浸镀锡 锡液温度为260290之间。v浸油处理 棕榈油温度为230240之间。本讲稿第五十九页，共六十五页3.3.热浸镀锡钢板性能及应用热浸镀锡钢板性能及应用 热浸镀锡钢板断面示意
43、图本讲稿第六十页，共六十五页A.热浸镀锡钢板的结构如上图1)钢板：通常厚度为0.2mm,很薄。2)合金层主要是FeSn2,非连续附着于钢基板上，存在一定空隙。3）锡层：也是非连续性附着于合金层上。在露出合金层的空隙处，FeSn2与Sn之间构成局部电池，若有电流通过，则发生溶解。在酸性环境中，合金层电位较正，易极化，腐蚀速率不大。在露出钢基体表面的孔隙处，Sn同Fe构成局部电池，极化作用小，锡的溶解速率加快。因此，为获得高质量镀锡板，合金层应尽量连续，锡层尽量均匀。本讲稿第六十一页，共六十五页热浸镀锡作为钢基体上的涂层，在不同环境下，其耐蚀性能是不一样的。v在空气中的腐蚀（相当于罐头外的腐蚀）。
44、如空气是干燥的，则镀锡板不易生锈。如是潮湿空气，则在锡层孔隙处Sn与Fe构成局部电池。Sn的电极电位比基体金属Fe更正，钢板会发生阳极溶解，开始生锈，因此，镀锡层对钢板不具保护作用。本讲稿第六十二页，共六十五页v在不含氧的弱酸中（相当于罐头内部），若Sn与Fe接触，则电位发生逆转，Sn的电极电位比Fe更负，于是Sn溶解，钢铁基体得到保护。在含氧的环境下，上述情况正好相反，铁会迅速腐蚀。v4）氧化膜 氧化膜是锡被氧化后的产物，主要是SnO及SnO2。SnO是不稳定的氧化物，不耐腐蚀。SnO2是稳定的氧化物，耐腐蚀性好。一般镀锡板在室温下长期贮存时，镀锡板表面易生成SnO2,在涂料烘烤（一般150210）时，生成SnO。本讲稿第六十三页，共六十五页5）油膜 一般热浸镀锡板上涂油量为210mg/m2，其作用是防止板运输中的机械划伤及增加板的耐蚀性。v热浸镀锡钢板在进行涂饰时，必须对涂料有良好的附着性。同时，在焊接时，焊料易于渗入需要焊接部分，以便达到牢固的结合。vB.热浸镀锡钢板的应用：主要用于包装材料。尤适合于需厚镀锡层及特殊耐蚀性、焊接性制品，如电工、无线电及其它部门。本讲稿第六十四页，共六十五页本讲稿第六十五页，共六十五页