10 热浸镀ppt课件

现代材料表面技术 第10章热浸镀 山东科技大学材料科学与工程学院 本章主要内容 第一节概述第二节热浸镀原理第三节热浸镀锌第四节热浸镀铝 第一节概述1 1基本概念 1 热浸镀 将一种基体金属浸在熔融状态的另一种低熔点金属中 在其表面形成一层金属镀层的方法 2 基体材料 钢铸铁镀层金属 锌 419 5 铝 658 7 锡 231 9 铅 327 4 及它们的合金 热浸镀层金属的熔点要求比基体材料低的多 热浸镀层的种类 3 热浸镀目的 耐蚀性 耐磨性 耐热性 钢的大气腐蚀锈蚀产物 FeO Fe2O3 Fe3O4 当空气中含有SO2气体时 将在锈层的底部生成FeSO4 4H2O和Fe2 SO4 3等白色结晶 锌的大气腐蚀在潮湿的大气中 会生成由ZnO Zn OH 2 ZnCO3组成的锈层 白锈 比较致密 粘附性较好 所以锌耐大气腐蚀性能好 牺牲阳极保护法 牺牲阳极的阴极保护示意图 锌对钢铁构件的保护 金属电极电位较低的金属优先发生氧化 失去电子 向金属电极电位较高的金属提供电子 防止其发生氧化 锌层对钢铁腐蚀的保护过程 热镀锌板的大气腐蚀试验 1 3热浸镀工艺的分类1 3 1热浸镀的工艺预镀件 前处理 热浸镀 后处理 制品1 3 2热浸镀分类根据前处理不同分 1 熔剂法 2 保护气体还原法 1 熔剂法热浸镀溶剂法 在热浸镀之前 在清洁的金属表面涂一层助镀剂 防止钢铁腐蚀 浸入镀液后 助镀层能迅速分解 并起到清除基体金属表面的氧化物 降低熔融金属表面张力的作用 提高镀层质量 基本工艺流程预镀件碱洗 酸洗 水洗 稀盐酸处理 水洗 溶剂处理 烘干 热浸镀 后处理 制品 2 保护气氛还原法热浸镀森吉米耳法 a氧化 将待镀钢材先通过煤气或天然气加热 将钢材表面残余的油污 乳化液等烧掉 钢材表面被氧化成氧化薄膜 b还原 进入还原炉 将钢材表面的氧化皮还原为适合热浸镀的多孔性海绵状纯铁 c浸镀 在保护性气氛中 钢材被冷却到合适温度 470 480 浸镀 1 4热浸镀层的性能冶金结合 镀层的形成主要依靠加热扩散的作用 所得镀层 渗层 与基体金属之间是形成冶金结合 结合牢固 不脱落 合金层 是由两种金属组成的金属间化合物 存在于镀层金属和基体金属之间 镀层金属 合金层 碳钢基体 合金层较纯金属层要脆得多 且对镀层的力学性能也有害 因此 在热浸镀操作中要控制镀层厚度 热浸镀的金属层一般较厚 因此能在某些腐蚀环境中长期使用 镀锌与镀锡等 或作为抗特种介质腐蚀的防蚀镀层 如镀锡与镀铅 组合金制品等 第二节热浸镀锌 Hot dipzincing 1 工艺过程 Technicalprocess 工业上的热浸镀锌可分两种 分批浸镀与连续浸镀1 1分批浸镀工艺应用在成型对象 如螺拴 螺帽 钢构 灯杆 等 作业流程表面清洁 浸助熔剂 浸入熔融的锌液中 流程如下所示 物件 喷砂 脱脂 水洗 酸洗 水洗 助熔剂 烘干 热浸镀锌 水淬 1 2连续浸镀工艺过程1 主要是应用于钢卷或钢线 2 作业流程物件 还原退火 热浸镀锌 气刀 镀锌辊 整平 冷却 2 镀层的形成2 1镀层形成理论2 1 1镀层形成过程1 铁表面被锌液溶解形成合金相层2 合金层中锌原子进一步向基体扩散 形成锌铁互溶层3 合金层表面包络着一层锌 Galvanizedcoating Steel Freezinclayer Alloylayers Micrograph 100X 2 1 2铁 锌反应热浸镀锌镀层从表面的纯锌到钢材依序会形成 六方最密堆积 单斜 六方最密堆积 立方 等不同的相 这是熔融的锌在钢材表面冷却时 因相互扩散而形成的多层镀层 一般镀锌层65 150微米Fe Zn合金层约占总厚度的80 以上 图7铁 锌平衡相图 图8热浸镀锌层横截面金相组织 2 2影响镀层成长的因素1 锌液的温度锌液温度在430 490 时 生成的合金层连续致密 有较强保护性 热浸镀锌温度一般控制在450 左右 2 浸镀时间锌镀层通常是随着锌与铁之间的扩散时间而成长 3 基材的厚度镀层的厚度会受基材的厚度所影响 太薄的基材上无法析镀出厚的镀层 因此欲析镀出厚的镀层需考虑基材的厚度 碳 C 铁锌反应就越剧烈 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 铅 铅的存在可降低锌液的粘度和表面张力 4 基材的成份 首先进行内表面和外表面的吹锌 再进行冷却和钝化处理 提高镀锌层的耐蚀性和防止锌层变色 内表面吹锌 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 温度过高可使镀锌层变为暗褐色 2 3镀后处理 钢管直径mm蒸汽压力atm 12 7 31 757 838 1 50 88 963 5 76 28 10 外表面吹锌 一般采用压缩空气 镀锌钢管外吹锌压缩空气压力 钢管直径mm压缩空气压力atm 12 7 19 0325 4 31 7438 1 50 85 63 5 76 25 6 iii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 目的是防止锌层产生白锈 提高耐蚀性 常用的钝化溶液是以铬酸或重铬酸盐为主的水溶液 2 3热浸镀锌的应用曝露在大气与某种液体的环境中 需要耐腐蚀处理的大部份钢铁件 合金层超厚的缺陷组织 热浸镀锌生产现场 第四节热浸镀铝 由于铝的熔点高 化学活性大 其工艺在技术和设备上遇到困难 直到20世纪中期逐步解决 钢材镀铝后形成的新材料不仅把铝的耐蚀性和钢的强度结合起来 而且还赋与此种新材料以新的特性 耐热性 4 1铁 铝系二元状态图4 1 1铝的物理性质铝的熔点为660 密度2 7g cm2 具有塑性良好 很容易被拉成丝或轧制成板材 电阻很低 其导电性约为铜的60 4 1 Fe Al二元相图 4 2热浸镀铝镀层的形成4 2 1镀层形成过程钢材表面的热镀铝过程中发生液态铝和固态铁两种物质的相互浸润 溶解 吸附 不同元素间化学作用及物理扩散等物理化学过程 钢材热镀时扩散层的形成过程 a 当铁浸于熔融铝时 表面发生浸润 溶解和相互扩散形成扩散层 b 铝中铁浓度增大 形成金属间化合物FeAl3 c 随着两种金属原子的相互扩散 层的厚度达到一定值 并出现Fe2A15相 d 柱状晶生长 由于Fe2A15的生长和铁向铝中扩散速度的增大 使铝在铁中的固溶区消失 f 在整个扩散层中 除 相外几乎无其他相存在 a组织bAl元素面分布cFe元素面分布A3钢基材经850 扩散处理后过渡区域成分面分布 高温扩散涂层的选区电子衍射分析 TEM 70000X CalibrationofSAEDPatternTEM 100000X CalibrationofSAEDPatternaAl13Fe4 110 bFe2Al5 cFe3Al 111 4 2 2工艺流程 熔剂法 利用溶剂的化学作用对已经除油除锈的钢材在进入铝锅前保护其表面不再氧化并进一步对其活化 使铝液与钢材表面发生浸润并进行化学反应和扩散形成合金涂层流程如下 工件 碱洗 酸洗 助镀 烘干 浸镀 水淬 成品 4 2 3镀层影响因素1 铝液温度和浸镀时间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 2 钢材成分的影响碳含量增加 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 3 铝液中各种添加元素硅可提高铝镀层的耐热性 锌可降低镀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 30 m提高到35 50 m 4 3镀铝钢材的性能与应用4 3 1镀铝钢的优点a良好的耐热性 抗高温氧化性 镀铝钢材在大气中在450 以下可长期使用 且不改变其颜色 镀铝钢的耐热性远高于未镀铝的钢 b良好的耐腐蚀性特别耐含有SO2 H2S NO2 CO2等工业大气的腐蚀性 耐海洋大气的腐蚀性也优于镀锌钢 c对光和热的良好反应性镀铝钢材具有优良的对光和热的反射能力 这与镀铝层表面形成致密而光泽的Al2O3膜有关 4 3 2镀铝钢的缺点镀层含有金属间化合物脆性相 使其加工性变坏 钢材表面被铝液侵蚀并溶解在铝液中 而使铝层含有杂质铁 从而影响其耐腐蚀性 镀铝的温度仍然偏高 而影响铝锅的使用寿命 镀层表面易粘服铝渣而影响其外观等 4 3 3镀铝钢材的用途1 镀铝钢板 汽车工业方面的应用 镀