熱鍍鋅與電鍍鋅比較

1、熱鍍鋅與電鍍鋅的比較1. 熱鍍鋅技術(shù)1.1什么是熱鍍鋅？熱鍍鋅也稱熱浸鍍鋅，是鋼鐵構(gòu)件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的一種方法。高溫（440 C）下把鋅錠熔融呈液態(tài)并添加一些輔助材料，然后把預(yù)處理（脫脂、酸洗、助鍍等）的金屬結(jié)構(gòu)工件浸入鍍鋅槽中，經(jīng)過復(fù)雜的物理及化學(xué)作用在鋼鐵上不僅鍍上較厚的 純Zn層，而且還生成一種 Zn-Fe合金層。1.2熱鍍鋅的原理1.2.1熱鍍鋅Zn-Fe合金狀態(tài)圖熱鍍鋅Zn-Fe合金狀態(tài)如圖1所示，可見Zn-Fe合金層中存在 Z 8、L、n、8相。007 5 3 。&度溫419.4 CL+ 81l+ rL+ Sr熱鍍鋅溫度Z,81（440 'C 左右）

2、'8i+ r/8+ r0510152025Fe （ wt% ）圖1 Zn-Fe二元合金相圖1.2.2熱鍍鋅層的形成通常認為熱鍍鋅工藝，鍍鋅層形成的過程如下：（熱鍍鋅時Zn熔融液的溫度430470 C ）當經(jīng)過表面處理的鋼質(zhì)工件進入Zn熔融液（高溫440 C左右熔化鋅錠）時，鐵基體與熔融鋅反應(yīng)：鐵被溶解，形成Zn在a-Fe中的固溶體；相互擴散，生產(chǎn)Fe-Zn合金化合物；工件離開鋅熔融液時，帶出純的熔融Zn覆蓋在合金層上，形成純的Zn層。鋼鐵基體熱鍍鋅層的顯微結(jié)構(gòu)如圖2所示：圖2鋼鐵基體熱鍍鋅層顯微結(jié)構(gòu)卜純Zn層Zn-Fe'合金層,Fe基層小結(jié)熱鍍鋅層顯微結(jié)構(gòu)表明，靠近 鋼基體的是

3、 §層（致密的合金層， 維氏硬度244）, §層上面是Z層（合 金層，維氏硬度179），最外層是n 層（純鋅層，維氏硬度 70），鋼基體 維氏硬度為150。因此，Zn-Fe合金層耐磨性優(yōu) 異且不易脫落。1.3熱鍍鋅層的特性及應(yīng)用1熱鍍鋅層與工件基體的結(jié)合強度高熱浸鍍鋅過程中，熔融Zn可以充分浸入經(jīng)過良好表明處理的工件表面，形成Fe-Zn合金層覆蓋整個工件表面，該Fe-Zn合金層具有良好的韌性、硬度，可耐較大的摩擦及沖擊，與工件基體結(jié)合強度高。2. 耐腐蝕性好鋅層的腐蝕產(chǎn)物為 ZnO、Zn（OH）2及ZnCQ等化合物，此類腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為ZnQzn（OH）膜（厚度大約0.01m

4、m）時，具有比鋅層（鋅的鈍化膜）更好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性。3. 陰極保護作用Zn的電極電位比Fe的電極電位更負，電解質(zhì)存在條件下，F(xiàn)e基體與Zn鍍層組成原電池，Zn為陽極，F(xiàn)e為陰極，Zn鍍層不斷被氧化溶解腐蝕，從而Fe基體得到保護。4. 熱鍍鋅工藝得到鍍鋅層結(jié)合強度高、防腐性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于鍍鋅鋼板、帶，鍍鋅 鋼管、鍍鋅鋼絲和鍍鋅鋼構(gòu)件（五金件、電訊和燈塔構(gòu)件 ）。2. 電鍍鋅技術(shù)2.1什么是電鍍鋅?電鍍是一種電化學(xué)過程 一一氧化還原過程。將經(jīng)過清理和特殊預(yù)處理的待鍍工件作為陰極，用鍍覆金屬Zn制成陽極，兩極分別與直流電源的正極和負極聯(lián)接，浸在盛有鍍鋅液（電解質(zhì)）的鍍槽中。通電后，鍍鋅液

5、中的Zn2+離子在電位差的作用下移動到陰極（工件）上被還原成單質(zhì) Zn沉積到工件表面形成鍍鋅層；陽極的鍍覆金屬 Zn被氧化成Zn2+離子進入鍍鋅液，以保持 Zn2+離子的濃度平衡。2.2電鍍鋅的原理電鍍鋅原理如圖(2/4)陽極Page 13交換離子Zn - Zn 2+ +2e -電鍍上的層r陰極（鍍件）- Zn鍍液槽Traffic EngineeringZn 2+ +2e湖北華舟重工應(yīng)急裝備備鋅份有限公司CHINA HARZONE INDUSTRY CORP., LTD.圖3電鍍鋅原理圖電鍍鋅工藝，鍍鋅層形成過程如下：電鍍鋅過程中，水化的 Zn 2離子在電流作用下向陰極 （工件）表面擴散和遷移

6、；水化膜變 形，Zn2離子從水化膜分離出來；Zn2+離子被吸附到陰極（工件）上的活性部位；zf+離子獲得2個e電子被還原成Zn原子，并排列組成鋅晶體，即鋅鍍層。陽極Zn電極被氧化成Zn2+離電鍍鋅層的微觀結(jié)構(gòu)如圖 4所示。圖4電鍍鋅層的微觀結(jié)構(gòu)子浸入鍍鋅液中，維持鍍鋅液的離子平衡。小結(jié)電鍍鋅層顯微結(jié)構(gòu)表明，鋼基 體表面的鍍覆層只是純 Zn層，維 氏硬度70,鋼基體維氏硬度為150。因此，純Zn層的厚度不宜過 厚（W 30卩m），當厚度超過一定值 時，鍍Zn層與Fe基體的附著力會 大大下降，易脫落。2.3電鍍鋅層的特性及應(yīng)用1. 電鍍鋅層均勻性良好、鍍層較致密，外觀光滑。5卩瑪 普通在612（i

7、m,惡劣環(huán)境2. 電鍍鋅層的厚度視工件的要求而異，鍍層一般不低于條件才超過20 ym。電鍍鋅層厚度超過一定值后，附著力會大大下降。3. 綜上，電鍍鋅工藝不適宜在酸、堿、鹽霧大氣環(huán)境中使用；適用于輕工、儀表、機電、 農(nóng)機和國防等工業(yè)中。3. 熱鍍鋅與電鍍鋅比較序號項目熱鍍鋅電鍍鋅原理熱浸鍍電解過程溫度30 60C冷鍍鋅440 C相當一次退火處理，消除工件焊接 產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，利于車削加工。鍍層結(jié)構(gòu)Z層芍FQ西層Fe純Zn層Zn-Fe合金層Fe基層純Zn層Fe基層鍍層厚度Fe-Zn合金層具有優(yōu)異的耐磨 性能。視工件而定：35 pm，甚至200 m 說明：鍍Zn層厚度大，鍍層在酸、堿、 鹽霧海洋性大氣

8、環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異的 耐腐蝕性。視工件而定：w 30 pm說明：電鍍鋅層的厚度很薄，一般 不低于5 pm,普通在612pm，惡 劣環(huán)境條件才超過 20 pm。如果厚度超過規(guī)定值，鍍層與 基體的附著力大大下降，易脫落。不適宜在酸、堿、鹽霧大氣環(huán) 境中使用。層間結(jié)合熱鍍鋅具有 Fe-Zn合金層，F(xiàn)e/Zn互 熔，結(jié)合力極強。分析：熱鍍鋅層實際是 Fe-Zn合金 相，只是由基體向外，F(xiàn)e含量梯度 降低，Zn含量梯度增加。電鍍鋅層是鍍鋅液中 Zn2+離子被還 原成Zn原子在工件表面排成形成， 無Fe-Zn合金相結(jié)構(gòu)。小結(jié)：比較層間結(jié)合力（附著力），熱鍍鋅層的附著性能較優(yōu)異。鍍層的硬度Fe-Zn合金層維氏硬

9、度 179244,鋼 基體維氏硬度150,鍍層表現(xiàn)出優(yōu)異 的耐磨性。電鍍鋅層的維氏硬度僅為 70,硬度 較低。熱鍍鋅層和電鍍鋅層的防護作用機理是相同的，包含如下兩個過程:1.物理屏蔽：鍍層越完整，厚度越厚，保護作用越優(yōu)秀。2.電化學(xué)防護:Zn二Zn2+2e-.實際上就是Zn比Fe化學(xué)活性更高，腐耐腐蝕性蝕過程中，Zn層先被腐蝕溶解，保護 Fe基體；當Zn層被全部腐蝕 后，F(xiàn)e基體將直接受到腐蝕。3.從腐蝕機理看，熱鍍鋅層遠優(yōu)于電鍍鋅層，有文獻報道熱鍍鋅層的耐腐蝕能力是電鍍鋅層的 1015倍。ISO 10684緊固件一一熱浸鍍鋅層ISO 4042緊固件一一電鍍鋅層相關(guān)標準ASTM A153（ 1

10、53M）ASTM B633GB/T 13912-2002GB/T 5267.1BS 7371-6緊固件 熱浸鍍鋅涂層4. 推論熱浸鍍鋅和電鍍鋅都是有效的金屬防腐方式。1. 熱鍍鋅防腐層由Fe-Zn合金層和純鋅層構(gòu)成，Zn-Fe互熔結(jié)構(gòu)，具有很高的結(jié)合力；另外，熱鍍鋅獲得鍍層的厚度很厚，其防腐能力比電鍍鋅優(yōu)秀(有文獻指出熱鍍鋅防腐蝕能力是電鍍鋅的1015倍)。在酸、堿、鹽霧及海洋大氣環(huán)境中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐蝕性。2. 電鍍鋅獲得的鍍層厚度一般1221 g,最大厚度不超過 30 g,因為鍍層厚度超過一定值，它的附著力會大大下降；ASTM B633標準指出，即使采用最好的電鍍鋅技術(shù)，基體金屬表面的缺陷如

11、劃痕、砂孔、凹陷、夾渣、刀痕都會影響鍍層 的外觀和耐腐蝕性能。電鍍鋅不適宜在酸、堿、鹽霧大氣環(huán)境中使用。3. 針對按照ISO 10684緊固件一一熱浸鍍鋅層和ISO 4042緊固件一一電鍍鋅層 標準制作的桁架銷的性能進行比較：(1) 桁架銷鍍鋅層厚度：ISO 10684熱鍍鋅要求100 m ；ISO 4042電鍍鋅要求 25 m;熱鍍鋅和電鍍鋅涂層防腐蝕機理和過程完全一樣，按照相同的腐蝕速度， 單從鍍層厚度可以推算：熱鍍鋅層的防腐蝕性能至少是電鍍鋅層的4倍以上。(2) 層間結(jié)合力：ISO 10684熱鍍鋅要求制作的桁架銷的鍍鋅層存在Fe-Zn合金 層，其結(jié)合力比電鍍鋅要高。(3) 鍍層耐磨性：ISO 10684熱鍍鋅要求制作的桁架銷的鍍鋅層具有Fe-Zn合金 層，維氏硬度達到 244，比Fe基體(維氏硬度155)都要高，其耐磨性極 好。(4) 關(guān)于桁架銷與桁架陰陽頭銷孔的配合精度問題： 設(shè)計時，針對熱浸鍍鋅工藝已經(jīng)充分考慮的精度問題：+0 2+0 5桁架陰陽頭銷孔偏差由 50。.改為50 +0.2，現(xiàn)場拼裝試驗表明是合理的。 桁架銷電鍍鋅制作，因為鋅層的厚度僅為 25呵，必會造成配合間隙大，鋼橋的撓度增加。(5