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（440C ）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(guò)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 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(jiàn)Zn-Fe合金層中存在 Z、懇L、n、相。圖1 Zn-Fe二元合金相圖熱鍍鋅層的形成通常認(rèn)為熱鍍鋅工藝， 鍍鋅層形成的過(guò)程如下：（熱鍍鋅時(shí)Zn熔融液的溫度430470C ）當(dāng)經(jīng)過(guò)

2、表面處理的鋼質(zhì)工件進(jìn)入 Zn熔融液（高溫440C左右熔化鋅錠）時(shí)，鐵基體與熔融 鋅反應(yīng)：鐵被溶解，形成 Zn在aFe中的固溶體；相互擴(kuò)散，生產(chǎn) Fe-Zn合金化合物；工件 離開(kāi)鋅熔融液時(shí)，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：n層、純Zn層十Fe基層FeZn-Fe合金層圖2鋼鐵基體熱鍍鋅層顯微結(jié)構(gòu)Z層Si層小結(jié)熱鍍鋅層顯微結(jié)構(gòu)表明，靠近 鋼基體的是 6層（致密的合金層， 維氏硬度244） ,6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

3、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(qiáng)度高熱浸鍍鋅過(guò)程中，熔融 Zn可以充分浸入經(jīng)過(guò)良好表明處理的工件表面，形成Fe-Zn合金層覆蓋整個(gè)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(qiáng)度高。2. 耐腐蝕性好鋅層的腐蝕產(chǎn)物為 ZnO、Zn（OH） 2及ZnCO3等化合物，此類腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為 ZnO 3Zn（OH） 膜（厚度大約0.01mm）時(shí)，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(hù)作用Zn的電極電位比Fe的電極電位更負(fù)，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(yáng)極，F(xiàn)e為陰極，Zn鍍層不斷被氧化

4、溶解腐蝕，從而Fe基體得到保護(hù)。4. 熱鍍鋅工藝得到鍍鋅層結(jié)合強(qiáng)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(guò)程一一氧化還原過(guò)程。將經(jīng)過(guò)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(yáng)極，兩極分別與直流電源的正極和負(fù)極聯(lián)接，浸在盛有鍍鋅液（電解質(zhì)）的鍍槽中。通電后，鍍鋅液中的Zn2+離子在電位差的作用下移動(dòng)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(yáng)極的鍍覆金屬 Zn被氧化成Zn2+離子進(jìn)入鍍鋅液，以保持Zn2+離子的濃度平衡。22電鍍鋅的原理電鍍鋅原理如圖

5、電鍍鋅工藝，鍍鋅層形成過(guò)程如下：電鍍鋅過(guò)程中，水化的 Zn2+離子在電流作用下向陰極（工件）表面擴(kuò)散和遷移；水化膜變形，Zn2+離子從水化膜分離出來(lái);Zn2+離子被吸附到陰極（工件）上的活性部位;Zn2+離子獲電鍍鋅層的微觀結(jié)構(gòu)如圖 4所示。n層 純Zn層Fe - Fe基層圖4電鍍鋅層的微觀結(jié)構(gòu)即鋅鍍層。陽(yáng)極Zn電極被氧化成Zn2+得2個(gè)e-電子被還原成Zn原子，并排列組成鋅晶體, 離子浸入鍍鋅液中，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(guò) 厚（ 30卩m），當(dāng)厚度超過(guò)一定值 時(shí)，鍍Z

6、n層與Fe基體的附著力會(huì) 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。2. 電鍍鋅層的厚度視工件的要求而異，鍍層一般不低于5卩m普通在612卩m,惡劣環(huán)境條件才超過(guò) 20卩電鍍鋅層厚度超過(guò)一定值后，附著力會(huì)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(jī)電、農(nóng)機(jī)和國(guó)防等工業(yè)中。3. 熱鍍鋅與電鍍鋅比較序號(hào)1項(xiàng)目原理熱鍍鋅熱浸鍍440 C溫度相當(dāng)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。電鍍鋅電解過(guò)程30 60C冷鍍鋅3鍍層結(jié)構(gòu)4鍍層厚度視工件而定：35卩m 甚至0 um說(shuō)明：鍍Zn層厚度大，鍍

7、層在酸、堿、 鹽霧海洋性大氣環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異的 耐腐蝕性。Fe-Zn合金層具有優(yōu)異的耐磨 性能。視工件而定：W30 um說(shuō)明：電鍍鋅層的厚度很薄，一般 不低于5 u m 普通在612 u m 惡 劣環(huán)境條件才超過(guò) 20 u如果厚度超過(guò)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。熱鍍鋅具有 Fe-Zn合金層，F(xiàn)e/Zn互熔，結(jié)合力極強(qiáng)。電鍍鋅層是鍍鋅液中Zn2+離子被還層間結(jié)合力分析：熱鍍鋅層實(shí)際是相，只是由基體向外,Fe-Zn合金原成Zn原子在工件表面排成形成,Fe含量梯度無(wú)Fe-Zn合金相結(jié)構(gòu)。降低，Zn含量梯度增加。小結(jié)：比較層間結(jié)合力（附著力），熱鍍

8、鋅層的附著性能較優(yōu)異。鍍層的硬Fe-Zn合金層維氏硬度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 較低。70,硬度熱鍍鋅層和電鍍鋅層的防護(hù)作用機(jī)理是相同的，包含如下兩個(gè)過(guò)程:1. 物理屏蔽：鍍層越完整，厚度越厚，保護(hù)作用越優(yōu)秀。7耐腐蝕性2. 電化學(xué)防護(hù)：I Zn Zn2+2e- 實(shí)際上就是Zn比Fe化學(xué)活性更高，腐蝕過(guò)程中，Zn層先被腐蝕溶解，保護(hù)Fe基體；當(dāng)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(jī)理看，熱鍍鋅層遠(yuǎn)優(yōu)于電鍍鋅層，有文獻(xiàn)報(bào)道熱鍍鋅層的耐腐蝕能力是電鍍鋅層的 1015倍。8 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) ISO 10684緊固件一一熱浸鍍鋅

9、層ISO 4042緊固件一一電鍍鋅層ASTM A153 (153M)GB/T 13912-2002BS 7371-6緊固件 熱浸鍍鋅涂層ASTM B633GB/T 5267.14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(xiàn)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卩m,最大厚度不超過(guò)30卩m因?yàn)殄儗雍穸瘸^(guò)一定值，它的附著力會(huì)大大下降；ASTM B633標(biāo)準(zhǔn)

10、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劃痕、砂孔、凹陷、夾渣、刀痕都會(huì)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)制作的桁架銷的性能進(jìn)行比較：(1) 桁架銷鍍鋅層厚度：ISO 10684熱鍍鋅要求100艸;ISO 4042電鍍鋅要求 25卩m；熱鍍鋅和電鍍鋅涂層防腐蝕機(jī)理和過(guò)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(dá)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(yáng)頭銷孔的配合精度問(wèn)題：設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)熱浸鍍鋅工藝已經(jīng)充分考慮的精度問(wèn)題：桁架陰陽(yáng)頭銷孔偏差由 50 00.2改為50 +0.5，現(xiàn)場(chǎng)拼裝試驗(yàn)表明是合理的。桁架銷電鍍鋅制作，因?yàn)殇\層的厚度僅為 25卩m,必會(huì)造成配合間隙大，鋼橋的撓度增加。(5) 綜合比較分