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詳解熱鍍鋅表面缺陷分析與控制方法

2019-02-28

熱浸鍍鋅是提高鋼鐵抗大氣腐蝕性能的有效方法之一,因其鍍層性能優良、使用壽命長的優點。

熱鍍鋅層表面有許多常見質量缺陷如漏鍍、條狀羽毛白花紋、鍍層超厚、粗糙、灰暗、淚痕條紋、龜裂紋、晶體狀凸起紋、“白鏽”等,其影響因素較多,且控制相對較難。

對此,可以從加強工藝控制着手,輔以必要的工藝措施,以提高熱鍍鋅表面質量。

下面就熱鍍鋅層表面缺陷原因及控制方法進行分析:


1

表面預處理


表面預處理不好是造成漏鍍(露鐵)的主要原因。

鋼材在出廠、存儲、運輸、加工過程中不可避免地沾上油漆或礦物脂,有時焊接部位探傷面需塗抹難清理的特殊油脂等,大多數企業又無脫脂工序,僅靠酸洗去除表面雜質,從而很容易造成漏鍍(露鐵)。

另一種情況則是因酸洗過程中酸洗件比較集中、堆放密集、重量大等因素,造成欠酸洗和夾線,或因酸洗濃度過高使酸鹽沉澱于表面、溝槽之中,不水洗或水洗不徹底,也很容易形成漏鍍、虛鍍現象。

再者,因溶劑老化、失效,加之在烘幹過程中沒有及時将工件擺開,或烘幹時間較長使鋼件表面出現二次微氧化、形成酸性鐵鹽覆蓋在表面上時,也極易出現漏鍍,特别是在相對濕度較大的氣候和大霧天氣時較爲常見。此種情況往往容易被忽視。

此外,采用溶劑熱鍍鋅時,最常用的ZnCl2與NH4Cl混合水溶液的配比不正确時,沒有形成共晶點,特别是在濃度過高的情況下,在支撐板焊接角縫圓形孔内極易出現夾灰性漏鍍。


2

鍍鋅層厚度不夠


鍍鋅層厚度達不到标準要求将直接影響産品的使用壽命。鍍鋅層厚度不夠的原因如下。

(1) 鋅液溫度的影響。當鋅液的溫度低于430℃時,鋅鐵擴散速度低,不易生成足夠的鐵鋅合金層,整個鍍層就薄;當溫度在460℃時鋅層增厚,當溫度繼續升高,鋅液變稀,鋅層又變薄。所以必須嚴格控制鋅液溫度以保證帶鋼質量的穩定。

(2) 帶鋼在鋅液中停留時間的影響。帶鋼在鋅液中停留時間有一定的時間範圍。根據帶鋼的厚薄來确定,随着鍍鋅時間的延長,鍍層厚度将增加,但過分地延長鍍鋅時間又會使鋅層變脆,反而影響質量。

(3) 鍍鋅件從鋅液中引出方法的影響。鍍鋅件從鋅液中引出時應垂直引出,帶鋼傾斜引出時鋅層就薄。因此,帶鋼引出鋅鍋時應保持垂直引出。


3

鋅液中其他成分


鋅液中夾雜過多其他金屬成分或有害元素,可能造成如鋅渣顆粒粘附在鍍層表面和一些非正常的花紋、龜裂紋等缺陷。

(1)鐵  

熱鍍鋅一段時間後,鋼制件表面會出現鋅堆積和微小鋅渣顆粒,緻使鍍層表面粗糙,光滑度也随之下降。這種微小顆粒一般是Fe—Zn合金顆粒渣。

在450℃鍍鋅時,鐵在鋅液中的飽和溶解度爲0.02%,鋅液中鐵的含量超過此值時,會析出ζ和δ1相形成鋅渣,由于這種顆粒渣與鋅密度差異不大,其聚集下沉很慢,懸浮在鋅液中的合金渣會夾在鋅液中被制件帶出,鑲嵌在鍍層中,從而影響鍍鋅層的表面質量。鋅液中鐵的來源一般有鋅鍋的腐蝕、制件的溶解、助鍍劑中的鐵離子及制件上的鐵鹽4方面。

因此,爲了獲得平整光滑的鍍層,必須嚴格控制鋅液中鐵含量,減少鐵離子的帶入,控制鋅液溫度,避免鋅液溫度的忽高忽低,降低鋅鍋的腐蝕速度等。一般鋅液中鐵含量應0.20%時,必須降溫靜置并打撈鋅渣。

(2)鋁  

鋁是熱鍍鋅中最常用的添加元素。在鋅液中添加不同濃度的鋁可以獲得不同性質的鍍鋅層。

一般認爲熱鍍鋅時,在鋅液中加入<1%(質量分數,下同)的鋁可以起到下列作用:①提高鍍層光亮性;②減少鋅液面的氧化;③抑制脆性Fe—Zn相的形成而獲得粘附性好的鍍層。

而在實際生産中,鋅液中含有0.005%~0.020%Al就可以達到鍍層光亮的目的,并可減少鋅液表面的氧化和鋅灰的産生。

必須指出,添加鋁的方式宜采用Zn—Al中間合金的添加方式。往往由于添加的中間合金的質量問題以及添加鋁和鋅鋁合金的方法不當或過快,導緻鋅液中形成大量的鋁、鐵化合物,這種密度小于鋅液的鋅鋁鐵三元“面渣”或顆粒懸浮在鋅液表面而且十分粘稠,極容易粘附在鋼鐵制件上,嚴重損害了鍍層質量,此時僅靠降溫撈渣是無濟于事的。

一旦發現這種情況應立即停止添加合金,同時采取鋅液淨化措施,把鋁含量降下來,在情況不嚴重時可以考慮适當延長空冷時間,以防止鍍層表面急劇水冷後出現氣泡和皺紋。

(3)錫、鉛  

一般情況下鋅錠中不含錫,僅有微量的鉛。近年來一些鋅合金供應商爲了使鍍鋅溫度下降,并獲得白亮鍍層,在所謂的多元合金中加入錫、鉛。

當鋅液中添加了這種多元合金後,鋅液面在430℃下可以出現鏡面并能保持10~20 min,但在熱鍍鋼鐵制件時,鍍層表面會出現羽毛狀花斑和細小難看的白斑,含錫、鉛的合金添加量一旦達到0.5%時,就會出現鋅花,鋅灰明顯增多,生産效率也下降了,給企業造成不應有的損失。

鉛和錫因其熔點低,含量過高時,迅速使鋅液的凝固溫度下降,在鍍鋅層冷卻過程中極易形成粗大的結晶和出現龜裂紋現象,影響鋅層的表面光滑度和耐腐蝕性能。

晶間腐蝕對雜質鉛最敏感,腐蝕速度随鍍層中鉛含量的增加而加快,鉛量達到0.02%就會出現晶間腐蝕,在鍍層中沿晶界破裂而失去附着力,嚴重時表面會出現黃豆粒大小的氣泡。因此我們在應用鋅鋁合金或多元合金時一定要弄清楚其中鉛、錫、鋁的含量,決定是否在鋅液中添加。

(4)鎳

鋅液中的鎳是爲了解決熱锓鍍中因鋼材中含矽出現的聖德林現象而作爲合金元素加入的,是近幾年來國内逐漸認同的解決鍍層色差現象的一種新工藝技術。

在鋅液中添加鋅鎳合金可有效地降低鋅和鐵原子在ζ相中的擴散速度,因而可以控制浸鍍層厚度的增長,當鋅液中Ni含量爲0.06%時,Ni含量可達0.8%,加入Ni後厚度增長明顯得到控制,因而可有效地控制浸鍍層厚度的增長,并能改善鋅液的流動性能。因此,使用鋅鎳合金進行熱浸鍍鋅的鍍層厚度更加均勻,表面更光亮,鋅花少。


4

鍍鋅工藝


熱鍍鋅工藝不完善的主要問題有以下4個方面:

(1)酸洗後不水洗或水洗不充分,直接進入溶劑池内,使溶劑的酸性提高,鐵離子增多;或者以鹽酸作助鍍劑,使被帶鋼表面上覆蓋一層鐵鹽,帶進鋅液中,鍍鋅時形成合金渣附着在工件表面;

(2)溶劑老化,鐵離子多,雜質多,若不進行過濾即與帶鋼一起進入鋅液中,則使鋅液粘度增大,使鍍層變厚和粗糙,附着力差;

(3)工件不烘幹,溶劑帶水進行熱鍍鋅時會形成Zn(OH)2顆粒,影響産品外觀質量;

(4)溶劑一般呈弱酸性,不加熱或溫度低将延長烘幹時間,也會腐蝕制件表面而形成粘附的鐵鹽,鍍鋅時形成合金渣附在工件表面,使鍍層表面粗糙。

“白鏽”是鍍鋅層常見的缺陷,其原因主要是因鍍鋅工藝中缺少鈍化處理,帶鋼上留有水分或者鈍化液配制不合格起不到鈍化作用,帶鋼水冷後沒有完全幹燥,存放在潮濕和通風不良的環境中發生電化學腐蝕而出現“白鏽”或灰色粉狀腐蝕沉澱物,直接影響着産品和工程質量,這種白色或灰色粉狀物主要是由堿式碳酸鋅等化合物組成。

總之,熱鍍鋅後帶鋼表面缺陷情況較複雜,産生的原因也較多,解決辦法是多方面的,需要做大量艱若細緻的工作,使熱鍍技木提高一步。


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