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镀锌工艺培训 1 批量热镀锌的发展过程 热镀锌是刚才防腐蚀方法中最普遍最有效的工艺措施 发明于18世纪中叶 至今将近270年 1742年法国化学家码罗英博士发明了湿法镀锌 1800年干法镀锌问世 1837年法国索里尔申请热镀锌专利 1837年英国克劳福特申请了以氯化铵为溶剂的镀锌工艺 1935年波兰森吉米尔发明了氧化还原法镀锌工艺1937年美国建立第一条连续热镀锌带钢生产线 1972年美国伯利恒公司发明 Galvalume 热浸镀层钢板55 AL 43 4 Zn 1 6 si 1984年国际铝锌组织申请专利Galfan合金Zn 5 Al RE 2 镀锌原理 140和 165镀管工艺流程 原材料检验 热水洗 脱脂 水洗 酸洗 水洗 涂溶剂 烘干 热镀锌 外吹 内吹 导杆式 蒸汽 空冷 水冷 自检 打印 钝化 烘干 烘干 喷漆 包装 检验入库镀锌护栏工艺流程 原材料检验 酸洗 水洗 涂溶剂 烘干 热镀锌 外吹 内吹 空冷 水冷 钝化 外吹 自检 包装打捆 检验入库 3 酸洗 作用 去除钢铁表面的杂质和铁锈成份 0 HCl 220g l 抑制剂 0 5 1kg m3原理 铁锈的主要成分 Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe2O3 6HCl 2FeCl3 3H2OFe3O4 8HCl 2FeCl3 FeCl2 4H2OFeO 2HCl FeCl2 H2OFe 2HCl FeCl2 H2酸洗后的工件应呈暗灰色 应严格控制酸洗液成份及酸洗时间防止出现欠酸洗和过酸洗 4 水洗 作用 去除钢铁表面的杂质 盐酸 铁离子等 成份 常流水 自来水 5 涂溶剂 作用 经除锈后的钢铁表面仍会残留氧化铁和酸洗残留盐 同时由于操作的不连续性 活化的钢铁表面在空气中停留的时间较长 会二次氧化 如果直接镀锌易产生漏镀 必须进行助镀处理 成份 ZnCl2 300 500g l NH4Cl 150 350g l FeCl2 15g l1 溶剂处理工艺 干法和湿法干法镀锌工艺 工件经酸洗后用清水去除表面的铁盐和残留酸 再浸入氯化铵 氯化锌或氯化锌铵水溶液 经烘干后 进行镀锌 其优点 产量高 锌渣产生少 锌液中可以添加铝 其缺点是 清洗表面防漏度效果不如湿法 湿法镀锌工艺 在锌液表面覆盖一层厚度约150mm的熔融溶剂 工件经过酸洗 水洗后穿过熔剂层浸入熔锌槽中 6 其优点 熔剂层可以预热工件 减少飞溅 减少工件的变形 保温 防止锌液氧化 锌灰少 其缺点 对锌锅有腐蚀 溶剂稳定性差 需定期添加氯化铵或更换熔剂 熔剂消耗大 对环境影响大 产量低 锌渣生成量大 不能用于加铝操作 镀层附着力不如干法镀锌 除干法和湿法外 有的钢管镀锌还采用干湿法工艺 先干后湿 目前大多数企业采用干法镀锌工艺 2 溶剂的浓度 国外溶剂质量浓度为 400 550g l 国内大部分结构件镀锌企业为200 350g l 我们企业为550 700g l 3 亚铁离子 溶剂中的铁离子被带入锌池后会产生锌渣 每一公斤铁至少会消耗25公斤锌而形成锌渣 溶剂中产生亚铁离子的原因有三个方面 其一 工件经酸洗后 表面还残留铁离子 其二 工件在溶剂中的时间过长 溶剂对工件的侵蚀也会增加铁离子 其三 有些单位使用铁槽 或使用钢管加热管 亚铁离子含量应越低越好 欧洲一般控制在0 5 3g l 我国企业一般控制在10g l 7 4 溶剂PH值溶剂适宜的PH值范围为 4 5当PH值低于4时 溶剂容易腐蚀工件 增加铁离子 超过5 5时 还可能使ZnCl2水解生成Zn OH 2析出 5 溶剂温度室温 60 对于涂溶剂后无烘干 或烘干能力不足情况 应尽量提高溶剂的温度 如果温度过高 会使水分蒸发 从而增加浓度 有时可通过调节溶剂温度 来保持溶剂的浓度 6 溶剂再生 溶剂除铁 氧化沉淀法 化学氧化和电解氧化化学氧化 可利用空气 臭氧 化学强氧化剂将溶剂中的Fe2 氧化为Fe3 并调整PH值 形成Fe OH 3沉淀 过滤Fe OH 3可将铁离子去除 以双氧水H2O2为例 H2O2 2FeCl2 4NHOH 2Fe OH 3 4NH4Cl电解氧化 通过双室电解槽 在阳极区Fe2 失去电子氧化为Fe3 并以Fe OH 3析出 在阴极区H离子得到电子形成氢气 8 烘干 作用 将涂有溶剂的工件进行干燥 去除水分 防止工件进入锌液时出现爆锌现象 温度 80 180 时间 7 15min各国对烘干温度缺乏统一的认识 对钢管镀锌 有的认为钢管表面温度超过230 会使溶剂分解 我们公司的三条线是将镀锌炉的烟道废弃的余热 经热交换器加热空气后对工件进行烘干 溶剂烘干后原材料的表面呈暗灰色 如果出现绿色或黄色应对溶剂成份或操作工艺作调整 呈绿色说明原材料又被氧化 应检查溶剂成份或减短在空中的时间 呈黄色说明烘干温度过高 应降低烘干温度 9 热镀锌 作用 此工序是镀锌生产的最重要的 工件浸入锌液后 将会镀上一层锌层 工艺参数 锌液温度 镀管440 460 镀板445 470 浸锌时间 不要锌层厚度产品 30 80秒要求锌层厚度产品 80 180秒镀锌原理 1 锌的基本性质 锌的原子序数为30 元素周期表中2副族 原子量为65 4 线膨胀系数25 0 10 6 熔点419 5 沸点906 8 密度 20 7 133 450 6 53 锌在常温下与干燥空气作用很小 镀锌钢材在大气中先形成氧化锌 在水气作用下会形成氢氧化锌 在自由流动的湿空气的二氧化碳的存在下会形成薄的 致密的有粘附性不溶于水的碱式碳酸盐 可以起到隔离保护作用 10 11 当镀层有局部破坏时 由于锌的电极电位比铁低 在电化学腐蚀中 锌为阳极 铁为阴极因此镀锌层具有电化学保护作用 在潮湿的水气作用下会发生电化学腐蚀 生成相对易溶的氢氧化锌 形成白锈 2 热镀锌层的形成 热镀锌层由锌 铁合金层和纯锌层组成 热镀锌过程是一个复杂的物理化学过程 固态铁和液态锌接触时 发生铁和锌原子的界面反应 同时伴随锌 铁原子的扩散 合金层的形成和成长需要能量 能量的强度因素是温度 能量的数量因素是浸锌时间 最佳的热镀锌工艺应当是在保证镀层品质的前提下能量最少的过程 因此我们的镀锌工艺也是把温度和浸锌时间作为重要参数进行控制 纯锌层厚度取决于锌液的粘度 提抽 引出 的速度和角度 与空冷速度也有关系 12 13 3 锌液中元素对镀层结构和厚度的影响锌液中其他元素的来源是锌锭中不可避免的杂质 Pb Fe Sn Cu等 镀锌过程中锌液对镀件和镀槽的侵蚀而带入 Fe Si Mn等 为改善镀层结构 耐蚀性能 外观厚度 附着力等性能而添加的合金元素 Al铝 Ni镍 Sn锡 Mg镁 Pb铅 Bi铋 Sb锑 RE稀土等 3 1 铁的影响 铁在熔锌中的溶解度非常低 450 时为0 054 超出溶解度的过量的铁会与锌结合成比重大于锌液的锌铁合金 通常称为锌渣 锌渣中的铁含量与温度有关 温度越高 铁含量也越高 一般为3 5 4 锌槽中的锌渣应定期清除 以免影响镀层的塑性和耐蚀性 一般情况下 锌锅中的铁含量对锌铁反应没有影响 铁是镀锌过程中有害无益的元素 因此工件在酸洗后必须很好的清洗 溶剂中的铁含量越低越好 工件在锌液中停留的时间也应尽量缩短 14 3 2 镍的影响 镍的熔点为1453 在450 时镍在锌液中的溶解度为0 5 研究表明在锌液中 当镍含量为0 04 0 12 时 可以有效降低硅含量为0 04 0 25 的活性钢在热镀锌时的锌铁反应速率 抑制圣德林效应而导致的镀层增厚 附着力差 镀层灰暗等问题 锌液中添加镍 对镀层的耐腐蚀性没有明显变化 但可以改善锌液的流动性 使镀层更加均匀 光滑 15 3 3铅的影响 在粗锌中铅是不可避免的杂质 在450 460 时 铅在锌液中的溶解度约为1 2 1 4 铅可以降低锌液的表面张力和粘度 改善锌液对工件表面的浸润能力 弥补镀锌前处理的不足 减少漏镀 研究表明 铅对锌铁反应无明显影响 在使用金属锌锅时 为了便于捞取锌渣 减少底部锌渣的生成和保护锌锅底部免受锌的侵蚀 常在锌锅底部保留100mm的铅层 由于铅是重金属 对人体有害 污染环境 因此不宜采取 16 3 4 铝的影响 铝是热镀锌中最常见的添加元素 在锌液中添加微量铝有许多优点 1 可以减少生产过程中锌液的氧化 由于铝与氧的亲合力大而首先被氧化 在锌液表面生成AI2O3保护薄膜 从而可以有效地防止锌液的氧化 2 可以减薄镀锌层的厚度 提高镀层的粘附性 在保证钢管镀锌层均匀性和镀层重量的前提下 镀层越薄越好 也越经济 镀锌过程中 锌液和钢基首先反应形成Zn Fe合金 如果锌液中不添加徽量铝 不仅合金层生长较厚 而且硬和脆 因而使镀锌管在冷弯试验时锌层较易脱落 如锌渡中添加少量的铝 则由于它和铁的亲合力强 在铁的表面便形成极薄的Fe2A15层 抑制了Zn Fe合金的增长 使镀层减薄 3 能够抑制钢中的硅对镀锌的不良影响 4 可以减小锌花 改善镀层的均匀性以及提高表面的光亮与光滑程度 17 4 钢基化学成分对镀层结构和厚度的影响钢材的课镀性主要取决于钢材的化学成分 此外钢件的表面状态也有一定影响 在低碳钢中碳 硅 锰 磷 硫五大元素 对热镀锌层结构影响最大的是硅和磷 其次是碳 锰和硫影响较小 4 1 碳的影响碳对热镀锌的影响主要取决于钢中碳的存在形式 其次是碳的含量 钢中碳通常以碳化物 Fe3C 状态和溶解态存在 同一含量的钢 因其组织不同 锌铁反应速度也不同 一般情况下 碳化铁细小 组织均匀的钢锌铁反应速度慢 反之则快 一般情况下 钢中含碳量愈高 锌铁反应愈剧烈 18 2020 1 13 19 4 2 硅的影响 钢中硅是影响锌铁反应最强烈的元素 上世纪四十年代 圣德林研究发现镀层随钢中硅含量影响呈现驼峰曲线 见图3 11 此曲线被称为圣德林曲线 钢中硅含量在0 07 0 1 处 镀层厚度最大 硅含量在0 15 0 2 处时 镀层厚度有降到谷底 硅含量在0 4 0 5 处时 镀层有急剧增加 人们将钢中硅对锌铁反应的影响成为圣德林效应 20 21 4 3 锰的影响 锰含量在1 2 时对锌铁反应无明显影响 3 5 时锌铁反应区消失 6 时又出现线性区 8 时锌铁反应与实践成线性关系 4 4 磷的影响 磷的存在能促进和加速不稳定合金层的生长 磷 0 025 时 磷对锌铁反应影响不大 但当含量超过0 03 时 影响十分强烈 超过0 04 时 外观出现 树皮装 镀层容易脱落 钢中磷与硅有相似的影响 磷与硅对锌铁反应的影响具有协同效应 磷会促进锌铁反应速率 其作用是硅的2 5倍 4 5 硫的影响 硫含量在0 1 以下时 对锌铁反应没有影响 硫含量的增加会加快锌铁反应 22 5 镀锌形式 目前我们公司有三条镀锌生产线 140 165 和镀锌护栏 140是 螺旋浸入式 165是 花盘浸入式 镀锌护栏是 吊镀式 23 24 6 锌锅 锌锅是热镀锌的基本设备 锌锅的寿命直接影响到产量和成本 锌锅的腐蚀会增加锌耗 生产过程中一旦出现跑锌 漏锌 将对生产造成重大影响 因此正确设计镀锌炉和正确使用锌锅对镀锌企业十分重要 锌锅一般使用厚度为40 60mm的低硅 低硫 低磷 低碳的优质钢板焊接而成 锌锅的一般寿命大约是3 5年 7 镀锌炉 镀锌炉的设计应保证锌锅受热面积的最大化 同时要尽量保证锌锅受热均匀 避免局部高温 由于锌锅的底部难免要聚集锌渣 锌渣的导热很差 一般的镀锌炉的设计都是加热锌锅的侧面 燃烧介质 一般有煤气 重油 渣油 天然气 煤等 140线使用渣油 165线和镀锌护栏线使用煤气 25 26 外吹 作用 抹去工件提出时带出的多余锌 将工件的外表面液态锌吹抹平整 使工件镀锌后表面平滑光亮 工艺参数 钢管0 1 0 36MPa W板0 36 0 4MPa 外吹原理 27 内吹 作用 抹去工件提出时带出的多余锌 对镀锌后的工件进行冷却 此工序只适合钢管类产品 原理 蒸汽内吹 28 导杆式内吹 29 空冷 作用 将粘附在工件表面的锌冷却 有液态变为固态 避免工件进入水冷时出现炸锌现象 方式 空气中自然冷却 也可用风机进行强制冷却 30 水冷 作用 将镀锌后工件有高