热镀锌与电镀锌比较.doc

热镀锌与电镀锌的比较1.热镀锌技术1.1 什么是热镀锌？热镀锌也称热浸镀锌，是钢铁构件浸入熔融的锌液中获得金属覆盖层的一种方法。 高温(440)下把锌锭熔融呈液态并添加一些辅助材料，然后把预处理(脱脂、酸洗、助镀等)的金属结构工件浸入镀锌槽中，经过复杂的物理及化学作用在钢铁上不仅镀上较厚的纯Zn层，而且还生成一种Zn-Fe合金层。1.2 热镀锌的原理1.2.1 热镀锌Zn-Fe合金状态图热镀锌Zn-Fe合金状态如图1所示，可见Zn-Fe合金层中存在、1、L、相。图1 Zn-Fe二元合金相图1.2.2 热镀锌层的形成 通常认为热镀锌工艺，镀锌层形成的过程如下：(热镀锌时Zn熔融液的温度430470) 当经过表面处理的钢质工件进入Zn熔融液(高温440左右熔化锌锭)时，铁基体与熔融锌反应：铁被溶解，形成Zn在-Fe中的固溶体；相互扩散，生产Fe-Zn合金化合物；工件离开锌熔融液时，带出纯的熔融Zn覆盖在合金层上，形成纯的Zn层。钢铁基体热镀锌层的显微结构如图2所示：小结热镀锌层显微结构表明，靠近钢基体的是1层(致密的合金层，维氏硬度244)，1层上面是层(合金层，维氏硬度179)，最外层是层(纯锌层，维氏硬度70)，钢基体维氏硬度为150。 因此，Zn-Fe合金层耐磨性优异且不易脱落。图2 钢铁基体热镀锌层显微结构1. 3 热镀锌层的特性及应用1.热镀锌层与工件基体的结合强度高热浸镀锌过程中，熔融Zn可以充分浸入经过良好表明处理的工件表面，形成Fe-Zn合金层覆盖整个工件表面，该Fe-Zn合金层具有良好的韧性、硬度，可耐较大的摩擦及冲击，与工件基体结合强度高。2.耐腐蚀性好锌层的腐蚀产物为ZnO、Zn(OH)2及ZnCO3等化合物，此类腐蚀产物转化为ZnO3Zn(OH)膜(厚度大约0.01mm)时，具有比锌层(锌的钝化膜)更好的化学稳定性、耐腐蚀性。3.阴极保护作用Zn的电极电位比Fe的电极电位更负，电解质存在条件下，Fe基体与Zn镀层组成原电池，Zn为阳极，Fe为阴极，Zn镀层不断被氧化溶解腐蚀，从而Fe基体得到保护。4.热镀锌工艺得到镀锌层结合强度高、防腐性能优异，广泛应用于镀锌钢板、带，镀锌钢管、镀锌钢丝和镀锌钢构件(五金件、电讯和灯塔构件)。2.电镀锌技术2.1 什么是电镀锌？ 电镀是一种电化学过程氧化还原过程。将经过清理和特殊预处理的待镀工件作为阴极，用镀覆金属Zn制成阳极，两极分别与直流电源的正极和负极联接，浸在盛有镀锌液(电解质)的镀槽中。通电后，镀锌液中的Zn2+离子在电位差的作用下移动到阴极(工件)上被还原成单质Zn沉积到工件表面形成镀锌层；阳极的镀覆金属Zn被氧化成Zn2+离子进入镀锌液，以保持Zn2+离子的浓度平衡。2.2 电镀锌的原理电镀锌原理如图3所示。电镀液的温度一般3060。图3 电镀锌原理图 电镀锌工艺，镀锌层形成过程如下：电镀锌过程中，水化的Zn2+离子在电流作用下向阴极(工件)表面扩散和迁移；水化膜变形，Zn2+离子从水化膜分离出来；Zn2+离子被吸附到阴极(工件)上的活性部位；Zn2+离子获得2个e-电子被还原成Zn原子，并排列组成锌晶体，即锌镀层。阳极Zn电极被氧化成Zn2+离子浸入镀锌液中，维持镀锌液的离子平衡。小结电镀锌层显微结构表明，钢基体表面的镀覆层只是纯Zn层，维氏硬度70，钢基体维氏硬度为150。因此，纯Zn层的厚度不宜过厚(30m)，当厚度超过一定值时，镀Zn层与Fe基体的附着力会大大下降，易脱落。电镀锌层的微观结构如图4所示。图4 电镀锌层的微观结构2.3 电镀锌层的特性及应用1. 电镀锌层均匀性良好、镀层较致密，外观光滑。2. 电镀锌层的厚度视工件的要求而异，镀层一般不低于5 m，普通在612m，恶劣环境条件才超过20m。电镀锌层厚度超过一定值后，附着力会大大下降。3. 综上，电镀锌工艺不适宜在酸、碱、盐雾大气环境中使用；适用于轻工、仪表、机电、农机和国防等工业中。3.热镀锌与电镀锌比较序号项目热镀锌电镀锌1原理热浸镀电解过程2温度440相当一次退火处理，消除工件焊接产生的内应力，利于车削加工。3060冷镀锌3镀层结构4镀层厚度视工件而定：35m，甚至200m说明： 镀Zn层厚度大，镀层在酸、碱、盐雾海洋性大气环境中表现优异的耐腐蚀性。Fe-Zn合金层具有优异的耐磨性能。视工件而定：30m说明：电镀锌层的厚度很薄，一般不低于5 m，普通在612m，恶劣环境条件才超过20m。如果厚度超过规定值，镀层与基体的附着力大大下降，易脱落。不适宜在酸、碱、盐雾大气环境中使用。5层间结合力热镀锌具有Fe-Zn合金层，Fe/Zn互熔，结合力极强。分析：热镀锌层实际是Fe-Zn合金相，只是由基体向外，Fe含量梯度降低，Zn含量梯度增加。电镀锌层是镀锌液中Zn2+离子被还原成Zn原子在工件表面排成形成，无Fe-Zn合金相结构。小结：比较层间结合力(附着力)，热镀锌层的附着性能较优异。6镀层的硬度Fe-Zn合金层维氏硬度179244，钢基体维氏硬度150，镀层表现出优异的耐磨性。电镀锌层的维氏硬度仅为70，硬度较低。7耐腐蚀性热镀锌层和电镀锌层的防护作用机理是相同的，包含如下两个过程：1. 物理屏蔽：镀层越完整，厚度越厚，保护作用越优秀。2. 电化学防护：实际上就是Zn比Fe化学活性更高，腐蚀过程中，Zn层先被腐蚀溶解，保护Fe基体；当Zn层被全部腐蚀后，Fe基体将直接受到腐蚀。3. 从腐蚀机理看，热镀锌层远优于电镀锌层，有文献报道热镀锌层的耐腐蚀能力是电镀锌层的1015倍。8相关标准ISO 10684 紧固件热浸镀锌层ASTM A153（153M）GB/T 13912-2002BS 7371-6 紧固件 热浸镀锌涂层ISO 4042 紧固件电镀锌层ASTM B633GB/T 5267.14.推论热浸镀锌和电镀锌都是有效的金属防腐方式。1. 热镀锌防腐层由Fe-Zn合金层和纯锌层构成，Zn-Fe互熔结构，具有很高的结合力；另外，热镀锌获得镀层的厚度很厚，其防腐能力比电镀锌优秀(有文献指出热镀锌防腐蚀能力是电镀锌的1015倍)。在酸、碱、盐雾及海洋大气环境中表现出优异的耐蚀性。2. 电镀锌获得的镀层厚度一般1221m，最大厚度不超过30m，因为镀层厚度超过一定值，它的附着力会大大下降；ASTM B633标准指出，即使采用最好的电镀锌技术，基体金属表面的缺陷如划痕、砂孔、凹陷、夹渣、刀痕都会影响镀层的外观和耐腐蚀性能。电镀锌不适宜在酸、碱、盐雾大气环境中使用。3. 针对按照ISO 10684紧固件热浸镀锌层和ISO 4042紧固件电镀锌层标准制作的桁架销的性能进行比较：（1） 桁架销镀锌层厚度：ISO 10684热镀锌要求100m ；ISO 4042电镀锌要求25m； 热镀锌和电镀锌涂层防腐蚀机理和过程完全一样，按照相同的腐蚀速度，单从镀层厚度可以推算：热镀锌层的防腐蚀性能至少是电镀锌层的4倍以上。（2） 层间结合力：ISO 10684热镀锌要求制作的桁架销的镀锌层存在Fe-Zn合金层，其结合力比电镀锌要高。（3） 镀层耐磨性：ISO 10684热镀锌要求制作的桁架销的镀锌层具有Fe-Zn合金层，维氏硬度达到244，比Fe基体（维氏硬度155）都要高，其耐磨性极好。（4） 关于桁架销与桁架阴阳头销孔的配合精度问题：设计时，针对热浸镀锌工艺已经充分考虑的精度问题：桁架阴阳头销孔偏差由改为，现场拼装试验表明是合理的。桁架销电镀锌制作，因为锌层的厚度仅为25m，必会造成配合间隙大，钢桥的挠度增加。（5） 综合比较分析：