热浸镀结构钢生产与质量控制
结构钢热镀工艺分类及流程结构钢热镀锌工艺通常由镀前处理、热浸镀及镀后处理等步骤组成。镀前处理包括脱脂、酸洗除锈、溶剂助镀、助镀剂烘干等工序;镀后处理通常包括冷却、钝化及制件修整等,部分产品可能还需进行涂漆处理。根据其助镀方式不同,批量热浸镀工艺通常分为湿法镀锌和干法镀锌两种,典型的工艺流程如图3-1所示。[1]干法是将钢结构构件先浸入助镀剂的水溶液中,经烘干后进行热浸镀;湿法是将钢结构构件先通过锌液表面的熔融助镀剂层,接着进入锌液中进行热浸镀。由于干法热镀锌产生的锌暴较少,锌液中形成的锌渣数量也较少,获得的镀层具有良好的附着力,因此, 目前的结构钢批量热镀锌大多采用干法。
对助镀剂的影响。当锌浴中的铝含量达到0.06%后,会引起常规热浸镀锌助镀剂失效而使镀件出现漏镀。常规热浸镀锌助镀剂通常采用的是氯化锌铵,这是由于A1会与氯化锌铵中的NH4C1发生反应生成AICls,而使助镀作用减弱或失效。@锌浴中铝的添加方式。铝的熔点为658.7℃,在450℃镀锌温度下,铝的溶解扩散速度很慢。同时,铝在空气中容易被氧化而在表面形成一层致密的Al2O3保护膜,阻止了铝在锌浴中的溶解扩散。因此,在锌浴中直接采用铝链添。加的方式是不可取的,因为铝锭的表面氧化膜使铝很难溶解在锌浴中,一旦溶解,又易使锌浴局部铝含量过高,这样既容易形成浮渣又可能造成局部助镀剂失效而出现漏镀。故锌浴中铝的添加宜采用Zn-A1中间合金的添加方式,这种中间合金中铝含量一般控制在4%~10%.为了使铝能够迅速充分地混合,要将合金装入带孔的容器中投到锌锅底部。另外,还需要经常地添加以补偿铝的损失(由于氧化和在镀层上的消耗),添加的量和次数必须根据每次锌浴的化验结果而定。为了防止铝过量,添加时宜采取“少而勤”的原则。为了快速确定锌浴中铝含量的情况,可取少量氯化铵晶粒撒在轻微氧化的表面上。当锌锅中的铝含量低于0.007%时,氧化膜被溶解,晶粒自由移动;而当铝含量较高时,晶粒便停在表面上不动,而且渐渐挥发。(2)镍元素的添加13 10] 目前,越来越多的热浸镀锌企业在热浸镀锌时,在锌浴中加入少量镍,它可以起到下列作用: a.抑制硅含量小于0.25%的钢在锌浴中的异常铁锌反应,使这类钢出现灰暗、超厚、黏附性差的镀层的情况减少; b.提高镀层光亮性。但镍添加得过量,可能会在锌浴中出现颗粒增加及浮渣现象。D对镀层组织的影响。锌浴中加入0.1%的镍可降低铁锌反应速率,消除活性钢镀锌时相的异常生长,使镀层黏附性提高,表层可形成连续的7相自由锌层,镀层外观保持光亮。在锌浴中加入0.04%~0. 12%的镍,能起到减缓或消除硅含量小于0.25%的活性钢的圣德林效应,并随着加入镍量的提高其作用越来越明显。但对于高硅钢(硅含量大于0.25%),锌浴中镍的加入对减薄镀层的效果不大。2对镀层性能的影响。锌浴中加镍可提高镀层中 相层的硬度,这可能是相与7相之间出现了富镍相引起的。硬度的提高使镀层耐磨性得到提高,可减少镀件在搬运、贮存、运输及使用时镀层因碰撞或摩擦而损坏。对锌镍合金镀层钢管进行与常规镀锌钢管相同的弯曲操作,镀层不发生任何损坏,其加工性能保持不变。对该镀层进行冲击试验也可验证其具有良好的黏附性能。锌镍合金镀层的耐蚀性与镀锌层基本相当。3对锌渣及锌灰的影响。锌浴加镍会使锌渣增加。
钢结构的热浸镀锌
钢结构件镀前处理的目的是提供洁净的制件与锌浴自由地反应形成连续的、附着性好的镀层。如果制件已经很好地进行了镀前处理,那么在钢铁制件表面获得良好镀层就取决于锌的质量、锌浴成分、锌浴的温度、浸锌的时间、镀件从镀锌锅中提出时的提升速度等条件。图3-4所示为低碳钢制件镀层质量与锌浴温度、浸镀时间和提升速度之间的关系曲线,由图可看出,锌浴温度升高、浸锌时间延长及提升速度增大,将使镀层厚度增大。(1)铝元素的添加58]在热浸镀锌时,常常会在锌浴中加入少量铝,它可以起到下列作用提高 镀层光亮性; 2减少锌液面锌的氧化,减少锌灰的产生。然而,如果锌浴中铝含量控制不好,不但不能够提高产品质量,反而会造成镀层表面出现颗粒,甚至导致漏镀等缺陷产生。@对镀层光亮性的影响。锌浴中加入少量铝可使镀层表面较纯锌层更光亮。由于锌浴中的A1被选择性地氧化而使表面形成一层连续的Al203膜,锌浴表面不易氧化而较纯锌浴更光滑,从而获得更为光亮的镀层。同时由于镀层中也含有铝,在镀层的表面也会形成一层Al2O3保护膜,给锌层提供了一个物理屏障而阻止了锌被空气氧化,有利于保持锌的金属光泽。实验表明,当锌浴中铝含量超过0.001%时,镀层光亮性就会显著提高;但锌浴中铝含量在0.001%~0.005%时,对镀层光亮性的作用随浸镀温度、制件提升速度等因素的影响而变得不稳定;锌浴中的铝含量超过0.005%后,镀层的光亮性随铝含量的增加稳步提高。并在锌浴中铝含量为0.02%左右达到高值,铝含量超过0.02%后镀层光亮性不再提高甚至会缓慢下降。因此,在热浸镀锌生产中,为提高镀层光亮性,可在锌浴中加入铝,使铝含量为0.005%~0.02%.@对锌渣及锌灰的影响。锌浴中的铝含量为0.005%~0.02%时,通常不会形成密度低而浮于表面及锌浴中的富铝浮渣。同时,锌灰会减少,这是由于在锌浴中含有铝而在表面形成了一层Al2O3保护层,阻止了锌被氧化形成锌灰。
彩色涂层钢材是重要的基础材料,在钢铁产品中占有重要份额,是目前产量大、品种多、应用广的一类高效、节能、绿色环保的基础材料。广泛应用于建筑、汽车、家电等行业。依据涂镀技术和涂镀材料的不同,其中镀锌钢材和彩色涂层钢材即为其典型代表。
防止钢铁材料腐蚀为经济、有效的办法是钢材的表面涂镀处理。通过涂镀技术加工,利用外加涂层或镀层使钢材表面性能优化来提高钢材使用寿命和利用效率是解决这一问题的重要手段,涂镀钢材是涂镀技术应用广的一类产品。通过先进涂镀技术处理过的钢材,可使其使用寿命成倍提高,满足多种不同的要求。涂镀钢材性能优越,应用广泛,几乎涉及国民经济各个行业,尤其支撑着我国飞速发展的
建筑业、汽车业、家电业以及交通、轻工、食品等行业。