镀锌钢塔的硅效果颜色变换.docx

毕 业 设 计（英文翻译）年级专业2009级金属材料工程学号姓名0961411111指导教师Xiao jianjian评 阅 人二零一三年六月中国 南京镀锌钢格塔的硅效果颜色变换Ajay Mallik, P.E. (Author)Transmission Line EngineeringSANPEC, Inc.Tomball, TX USAClinton Char, P.E. (Co-Author)Transmission Line EngineeringSouthern California EdisonBrea, CA USAClinton.C摘要钢是现代世界上最具有回收力的材料，许多压制结构部分是用各种合金金属组成的，它们用于各种不同的目的。通过材料的性能，延性，韧性，厚度属性，可焊性，以及表面镀锌的完成来明细正确的需求是十分重要的。表面处理是任何外表处理过程中的最重要的一步。它是热浸镀锌必不可少的过程,即铁锌冶金反应,钢表面必须清洁干净,即脱离油脂、铁锈和任何其它杂质。任何缺陷的表面都会马上显露出来，当锌剥落之后。因此，镀锌钢格塔是很常见的热镀锌件，有的是在热浸镀之后的进一步钝化。钝化是在表面创造一个保护层。在消耗之前能持久六个星期左右。从那个时候起镀锌层将经受风吹雨打。大多数钢能够在热浸镀之后能达到让人满意的结果。然而,活性元素在钢、硅(Si)和磷(P)特别是,会影响外观和厚度的涂层。然而,活性元素在钢中的含量比较低的话，含有少量的硅可以是镀锌涂层更加的平滑和稳定。然而一个长期的钝化状态时很重要的。当硅的含量应控制在0.04 0.15之间,高于0.22%的重量应该避免。本文研究了热浸镀，挑战镀锌工艺对活性钢和可能的变色现象。由于硅效果颜色变换在镀锌钢成员晶格输电杆塔结构中的应用。并给出了初步的指导,利用一些专门的技术来实现所需的镀锌。关键词塔;硅;磷;活性钢;热浸镀锌;金属间化合物层;棕色染色;存储;迟钝1.引言晶格传输结构通常是碳素钢，今天的钢铁供应商的钢铁生产形势不同于25或者50年之前。钢铁企业已经放弃了传统的方法铸造锭,钢坯,平板,几乎一致,采用了连续铸造技术与scrapbased作为标准利用可回收材料作为经济化的钢生产。钢熔化过程中的防氧化水平在不断的提高，更有利于去除杂质和满足客户的需要。最重要的任务是去除含氧量，以便于其它元素的加入。加入铝和硅来去氧，进入渣滓。在镇静钢中,除氧是相当重要的。因为硅镇静钢,往往会产生一个镀锌涂层厚度比铝镇静钢更大。钢超出化学外推荐的限制和范围的镀锌镀锌被称为“活性钢。“多数晶格钢构件是活性钢。热浸镀锌是一个有吸引力的和经济的腐蚀防护的手段，并且有效用于晶格结构许多年。镀锌钢结构保护腐蚀攻击由于两个屏障的保护，电池保护，还由于电极锌的牺牲。锌提供了长期的地面和地下部分的传输结构的保护。一个热浸镀锌产品由活性钢生产的可能开发一个表面变色称为棕色染色法,铁锌合金氧化层出现的时候，它被创建了。自由铁金属间化合物层的氧化使周围的镀锌层颜色出现了变化。,改变了表面外观从众所周知的灰色的外观，镀锌钢改为棕色。实验室测试的结果和实地调查显示锌涂料应用到活性,高硅钢材比低硅刚才更容易接受。2.传输塔2.1常见的材料钢格传输塔构型一包括各种尺寸的结构角(78%),钢板(10%)、紧固件(7%)和锌(5%)。最常用的ASTM钢等级晶格传输塔是ASTM Std A36、A572 & A709（硅的含量最大为0.4% 。)含磷范围在0.035% - 0.04%(最大)。2.2活性钢 硅含量在化学推荐范围外的钢叫做活性钢。根据ASTM标准，A123承认,硅,磷、碳在钢中的含量影响镀锌涂层。ASTM标准A385建议限制钢铁化学成分的含量以确保一个高质量镀锌涂层。根据A385 ASTM标准(标准实践提供高质量的锌涂料热浸渍),某些元素已经被发现对钢的涂层结构是有影响的。碳元素超过约0.25%,磷超过0.04%,或锰超过约1.3%将影响涂层表面。钢中硅含量的范围在0.04% - 0.15%或超过0.22%可以产出镀锌涂层增长率远远高于那些在钢中硅含量低于0.04%和之间0.15%和0.22%的。2.3含P含硅镀锌钢在热浸镀锌的锌液和钢表面之间的反应对硅的含量是非常敏感的。如果硅含量与涂层的钢进行了图示厚度,它将变得明显,高硅含量将产生一个更厚的锌涂层。这个效应在1941年的被发现 Jansson and Sandelin发现,“类型2“硅改变了锌和钢铁之间的反应。当低硅材料镀锌时,扩散反应发生在在电镀槽中开始的几分钟里, 这个过程迅速减慢,涂层厚度不会增加。即使多花很多时间。随着镀锌时间的增长高硅钢镀锌层将继续线性增加。在热浸镀过程中，磷和硅的含量共同决定着钢铁的反应活性。高磷钢的镀锌表面容易分层。一般来说，钢成分必须平衡为了给热轧和冷轧钢材产品提供一个可接受的表面光洁度。如果镀锌表面在长期的使用过程中都很重要的话。比如，生活中大多数的实用钢表面都是很不好看的，以下应该用于冷轧钢。Si 0.03和Si + 2.5 * P 0.04重量百分数对热轧钢硅的含量更重要,但磷含量只占很小的重要性,以下表达式是推荐:Si 0.02和Si + 2.5 * P 0.09重量百分数然而,在大部分情况下钢与硅+磷含量 0.03%或在0.22%和0.15之间,是足够的。通常提供可接受的表面光洁度的冷轧和热轧条件,可以提供一个钝化表面能够提供多年的服务。一个新的反应性分类已经建立，能够根据钢的衬底预测镀锌层的类型和厚度2.4 热浸镀锌涂层 在镀锌过程中，如图3.这种材料完全沉浸在98%纯锌镀液容器中。浴化学是指定的ASTM国际规范B6。浴温度保持在约840 F(449 C) 装配物品浸在浴缸足够长的时间到达浴温度。这些物品都是慢慢的从电镀槽中撤回和多余的锌被耗尽,振动,或离心。 镀锌形成冶金结合的锌和底层钢或铁,创建一个屏障,是金属本身的一部分。在镀锌过程中,锌液与表面反应的钢或铁形成一条一系列的铁锌合金层。图4是一个显微照片镀锌钢镀层的截面和显示涂层微观结构由三个合金层和一层纯金属锌的典型图片。从底层移动到钢外表面。 薄伽马层组成的一种合金,这种合金75%的锌和25%的铁三角洲层组成的一种合金,这种合金90%锌和10%的铁泽塔层组成的一种合金,这种合金94%锌和6%的铁,和外埃塔层是由纯锌组成的。镀锌层的钢与推荐化学-无电抗钢-将有一层类似放大的涂层如“图5”所合金层给镀锌钢其卓越的抗磨损性。埃塔的层是相同的成分作为锌镀层。埃塔的表层负责明亮的闪亮外观。 钢的化学元素含量在推荐外的限制和范围的镀锌钢被称为“活性钢“。“一个镀锌涂层活性钢显微照片显示在“图6”中。这有一个很薄的涂层埃塔层,虽然一些活性钢没有免费的锌层。活性钢有金属间化合物合金层的顺序相同的无电抗钢。然而,泽塔层活性钢是杂草丛生,往往构成大部分的电镀层厚度。金属间化合物层不会有一个光明的闪亮的外表,当暴露在空气中时,就会显出暗淡的灰色。镀锌涂层活性钢可以比涂料在不反应的钢多厚(10毫米)。硅可以不均匀的涂在外表上，在不同位置的成员中。2.5 硅效果颜色变换 一个热浸镀锌产品可以开发一个表面变色的方法称为棕色染色法,它是在铁的铁锌合金外层氧化产生的。在自由铁基的表面氧化后改变了镀锌层众所周知的灰色外观。镀锌钢变成了棕色。如图7 棕色不会形成直到纯锌埃塔层或大多数的埃塔层矩阵围绕泽塔层. 实验测试和实地调查显示出，活性钢高硅钢比低硅钢更容易镀锌。这个主要原因是由于镀锌之后，有着两种不同的图层外观结构。当低硅钢镀锌时,较厚的埃塔层和金属间化合物结构紧紧地紧凑,这很难让任何自由铁粒子穿透泽塔层并使之氧化。然而,当高硅钢镀锌后, 埃塔层相对较薄金属间化合物结构不够紧实。这个铁锌合金在泽塔层形成高而垂直列间隔的方式,允许自由的铁粒子迁移到锌涂层的顶部。一旦这些自由的铁粒子到达表面的锌涂层,他们可能会氧化而形成棕色污点污染表面。有时候很难从视觉上分辨红色铁锈和灰色铁基。然而，表层测厚仪可以分辨它们，因为红锈只会生长在没有锌镀层的地方，如果只有表面有棕色污渍，铁基没有被腐蚀，那证明镀锌钢还是完好的。由于锌镀层在棕色污渍下面，棕色污渍可以根据ASTM标准A123规范来接纳。热浸镀锌应指定腐蚀防护的结构完整性的钢,而不是基于美学。不脱色,脱色的钢构件在堆场、“图8“&”图9“3案例研究三个测试样本选自存储码详细的研究。a .化学分析:定量化学分析每个样本执行和结果给出表IIb .无损涂层厚度测量:涂层厚度的非破坏性测量采取利用磁装置Physik测厚仪。这个进行了测量在五个位置样本;中心和四(4)角落每个样本的如上所述在表34 钝化要求 由于环境的原因，大多数传输钢都需要钝化。图19随着反射性质的镀锌钢已经导致了汽车事故,能见度低,破坏了安静祥的周围的自然环境，干扰野生动物。有几种方式可以减少反光，钝化或者喷砂在新镀锌的表面。值得注意的是没有ASTM标准为钝化过程设定。最常见的方法磨钝过程如下：4.1自然风化实现钝化镀锌层的主要方法是允许材料年龄超过六个月。此外,建议省略任何淬火的步骤。从流程,包括染色处理。最近的观察显示，而新镀锌钢明亮、耀眼的涂层具有反射率达到70%,锌光泽会以降低反射率作为航向;方向涂层天气。举个例子,在72小时的户外曝晒,反射率在一个塔下降到55%。经过两年的户外曝光,另一个塔的反射率降到28%。第三塔,暴露了四年,下降到23%的反射率。这个形成的包浆,锌可能积累的尘埃和污垢会显著降低这些塔的反射率在一个相对较短的时间周期。 4.2 化学后工序 第二种钝化新镀锌材料的方法是使用化学方法。在目前的市场上有几种不同的产品。大多数主要是酸性磷酸锌。当应用于新镀锌的钢产品时，产生的精密的磷酸锌晶体。那是一个可以推荐的喷涂前的表面准备。解决方案的应用要么喷涂在表面上或应用在坦克中。这个过程大约是清洗、磷化、和酸密封冲洗。,冲洗每个步骤之间。热浸镀要密切关注温度和浓度在钝化过程中。以达到正确的颜色和厚度。 4.3过程变量 有一定的步骤一个电镀工可以尝试有意识的在涂层形成更多的金属间化合物。从而创建一个深色的或更少的闪亮的表面。镀锌和钝化过程需要调整以适应特定的钝化产品。如果钢的部分是厚,即大于0.5。不进行淬火的材料和允许它慢慢冷却下来将促进形成更多的金属间化合物。随着部分保持或接近反应温度的时候便退出了炉穴。允许水浴的浓度铝低于0.005%可以同样形成一个钝化的表面。 5镀锌生活网格塔 镀锌是选择性保护，因为腐蚀的稳定性，在与大气接触几个月以后产生无抗电性铜绿。提供了几十年不需要维护的外层。腐蚀速率从1/10到1/30,(作为联合国镀锌钢由ASTM单元的研究自1920年代开始)。根据不同的环境,工业最激进的,农村至少有闯劲的),锌涂层越厚,腐蚀保护越长久。环境变量决定使用寿命(腐蚀速率)包括:氯化物、湿度、降雨量、盐度、二氧化硫和温度。 如下图所示，图5，显示在大气条件下年平均钢结构的数目。平均值是经过严格计算的，参考那个时期当表面腐蚀了5%左右的时候。 建议安装之前确定在什么样的大气条件下服务，从长远的角度来预测镀锌层颜色的变化。6运输和储存 这个方法用来运输和储存镀锌件是非常重要的，因为锌是很活泼的金属。它展示了一种低腐蚀速率只有在表面有连续的钝化膜条件下。镀锌件颜色控制的关键是钢件表面需要钝化，并且与自由铁基分离，产生钝化用于长时间的工作。铁锈是简单的铁与氧的化合物。铁暴露在含氧的空气中，在水分和腐蚀性介质的条件下。白锈和湿存储染色也可以发生在由于氧化在新镀锌表面由与存在水分和缺乏自由流动的氧气。保护锌光泽不允转换锌氧化物到锌的碳酸盐。为了防止生锈(白色锈、湿存储污点,红锈)在运输和储存过程中，镀锌件表面应该有足够的空气流动量，防止镀锌件表面与水接粗。7结论 现代钢铁制造商已经放弃了传统的方法铸造锭,花朵,石板,几乎一致地,采用连铸技术作为标准做法。用可回收材料的废料建立经济的方法用于钢铁生产。当高硅钢镀锌时，埃塔层相对较薄,金属间化合物结构不是太紧凑。这个铁锌合金在泽塔层形成高,垂直列间隔的方式，这允许自由铁粒子迁移到顶部的镀锌涂层。一旦这些自由的铁粒子到达表面的锌涂层,他们可能被氧化,形成褐色斑点在表面上。有时候从视觉上很难区分铁锈和棕色染色。然而,一个涂层测厚仪可以用来区分两者，红锈只会形成在没有锌出席具体点的产品,变色是坐落点。如果只有棕色污渍存在，钢基没有生锈，镀锌件的腐蚀性能没有改变。由于锌在棕色层下面棕色染色是可以接受的，根据STM Std A123的规范。镀锌格子钢塔是非常常见的，在镀锌过后有一个钝化的过程。活性元素钢铁、硅(Si)特别是磷(P),可以影响外观和厚度的涂层。低硅钢镀锌时可以镀更加连续更加