镀前处理的目的是提供洁净的制件与锌浴自由的反应形成连续的、附着性好的镀层。如果制件已经很好的进行了镀前处理,那么在钢铁制件上表面获良好镀层就取决于锌的质量、锌浴成分、锌浴的温度、浸锌的时间、镀件从镀锌锅中锌时间和提升速度等条件。低碳钢制件镀层重量与锌浴温度、浸锌时间和提升速度制件的关系可看出,锌浴温度增高、浸锌时间延长及提升速度增大,将使镀层厚度增大。 1.热浸镀锌用锌的质量要求
热浸镀锌所用的锌一般采用以锌精矿和含锌物料为原料,用蒸馏法、精馏法或点解法生产的锌锭。热浸镀锌用的锌锭应该具有公认的等级、一致的成分,GB/T470---1997?锌锭?所要求的锌化学成分。从理论上来说,牌号在Zn98.7以上的锌锭符合热浸镀锌的要求。但在价格相差不大的情况下,通常热浸镀锌企业采用的牌号为Zn99.995和Zn99.99级的锌锭。选购热浸镀锌用锌锭时,尤其是选用重熔锌时要特别注意,因为大多数重熔锌中可能某种元素含量特别高,可能对热浸镀锌生产危害。如铁含量太高会产生锌渣过多,铝含量太高可能引起漏镀等.
锅底部垫一层铅,已利于清楚锌渣,此时锌液中的铅处于饱和状态,常规锌浴温度。铅在锌中可溶解到ωpb为1%。ωpb>1%的锌锭在使用上是没有什么问题的,因为多余的铅在锌熔化是会沉到锅底。根据研究结果,锌浴ωpb<0.5%对热浸镀锌产品质量有不良影响。近年来,由于欧洲各国政府对铅的使用进行了限制,一些热浸镀锌企业不再使用PW级锌锭,而大多采用SHG级锌锭。
锌锭的化学成分(摘自GB/T 470--1997?锌锭?)
2.锌锭的检验
(1)表面质量。锌锭表面不允许有熔洞、缩孔、夹层、浮渣及外来杂物,但允许有自然氧化膜。
(2)化学成分。对于每批次的锌锭,按等间隔抽取6~20块,将抽取的样锭分组,每组样锭最多为10块。样锭按长边相靠并排摆放,第一块浇铸面向上,第二快浇铸面向下,依次交替排列成矩形,在此矩形上划出两对角线。再把每块锌锭表面等分成该组锭数加1个相等的部分,划出平行于锭长变的等分线。等分线与对角线的交点为钻孔取样的位置,即第一块锌锭在第一条等分线交点上钻孔,第二块锌锭在第二条等分线交点上钻孔,依次类推,见图3-16.
取样用直径?10~?15mm钻头,钻孔时不得使用润滑剂,钻孔速度以钻屑不氧化为宜,去掉表面钻屑,钻孔深度不小于样锭厚度的三分之一。
锭样钻孔位置示意图
将所得钻屑减碎至2mm以下,混合均匀,用磁铁除尽铁质后进行化学分析。
3混合元素的添加 a.铝的添加
在热浸镀锌时,常常会在锌浴中加入少量铝,它可以起到下列作用:①提高镀层光亮性;②减少锌液面锌的氧化,减少锌灰的产生。然而,如果锌浴中铝含量控制不好,不但不能够提高产品质量,反而会造成镀层表面出现颗粒,甚至漏镀等缺陷。
(1)对镀层光亮性的影响。锌浴中加入少量铝可使镀层表面叫纯锌层更光亮。由于锌浴中的A1被选择性氧化而使表面形成一层连续的A12O3膜,对锌层提供可一个物理屏障而阻止了锌被空气氧化,有利于保持锌的金属光泽。实验表明,当锌浴中A1在0.001%,镀层光亮性就会显著提高;但锌浴中0.001%--0.005%时,对镀层光亮性的作用随浸镀温度、制件提升速度等因素影响而变得不稳;锌浴中A1超过0.005%后,镀层的光亮性随铝含量增加稳步提高,并在锌浴中A1超过0.002%左右达到最高值,A1超过0.002%后镀层光亮性不再提高甚至会缓慢下降。因此,在热浸镀锌生产中,为提高镀层光亮性,可在锌液中加入铝使A1为0.005%~0.02%.
(2)对锌渣及锌灰的影响。锌浴中A1为0.005%~0.02%.时,通常不会形成密度低而浮于表面及锌浴中的富A1浮渣.同时,锌灰会减少,这是由于在锌浴中含有铝而在表面形成了一层A12O3的保护层,阻止了锌被氧化形成锌灰.
(3)对助镀剂的影响。常规热浸镀锌助镀剂通常采用的时氧化锌铵,由于A1会与氧化锌铵中的NH4C1发生反应生成A1C13使助镀作用
减弱或失效。
(4)锌浴中铝的添加方式。铝的熔点为658.7℃,在450℃镀锌温度下,铝的溶解扩散速度很慢。同时,铝在空气中容易被氧化而在表面形成一层致密的A12O3保护层,阻止了铝在锌浴中的溶解扩散。因此,在锌浴中直接采用铝锭添加的发那个是使不可取的,因为铝锭的表面氧化膜使铝很难溶解在锌液中,一旦溶解,又易使锌浴局部铝含量过高,这样既容易形成浮渣有可能造成局部助镀剂失效而出现漏镀。故锌浴中铝的添加宜采用Zn-A1中间合金的添加方式,这种中间合金中A1一般为4%--10%。
为了使铝能够迅速充分的混合,要将合金装入带孔的容器中投到锌锅底部。另外,还需要经常地添加以补偿铝的损失(由于氧化和镀层上的消耗),添加的量和次数必须根据每次锌浴的化验结果而定。为了防止铝过量,添加时宜采取“少而勤”的原则(如每班添加两次)。为了快速确定锌液中的含量的情况,可取少量氯化铵晶粒撒在轻微氧化的锌液表面上。当A1低于0.007%时,氧化膜被溶解,晶粒自由移动;而当铝含量较高时,晶粒便停在表面上不动,而且渐渐挥发。 b.镍的添加
目前,越来越多的热浸镀锌企业在热浸镀锌时,在锌浴中加入少量镍,它可以起到下列作用:①抑制si小于0.25%钢在锌浴中的异常铁锌反应,减小这类钢出现灰暗、超厚、粘附性差的镀层;②提高镀层光亮性。但镍的添加过量,可能会在锌浴中出现颗粒增加及浮渣现象。 (1)对镀层组织的影响。锌液中加入大约Ni为0.1%的镍可降低铁锌反
应速度,消除活性钢镀锌时ζ相符的异常生长,使镀层粘附性提高,表层可形成连续的η相自由锌层,镀层外观保持光亮。
在锌浴中加入Ni为0.04%--0.12%的镍时,能起到减缓或消除Si小于0.25%活性钢的圣德林效应的作用,并随着加入镍量的提高其作用则越明显。但对高硅钢(Si>0.25%),锌浴中镍的加入对减薄镀层的效果不大.
(2)对镀层性能的影响。锌浴中加镍可提高镀层中ζ相层的硬度,这可能时ζ相与η
相之间出现了富镍相引起的。硬度的提高使镀层耐磨性得到得到提高,可减少镀件在搬运、贮存、运输及使用时镀层因碰撞或摩擦损坏。对锌镍合金镀层钢管进行与常规镀锌钢管相同的弯曲操作,镀层不发生任何损坏,其加工性能保持不便。对该镀层进行冲击实验也可验证其具有良好的粘附性能,锌镍合金镀层的耐蚀性与镀锌层基本相当。 (3)对锌渣及锌灰的影响。锌浴加镍会使锌渣增加。由于制件及锌锅上的铁不断溶入锌中,使锌浴中铁含量增加,在450℃时铁在锌中的溶解度为0.03%,当铁含量超过该值时,便会生成FeZn13金属间化合物沉入锅底形成锌渣。当锌液中加入Ni0.06%--0.10%的镍后,铁的溶解度将下降,这意味着加镍促使一部分铁形成锌渣。为减少锌渣的形成,锌浴含量应尽量减少。锌渣由原先的Zn-Fe二元合金相转变为Zn-Ni-Fe三元合金§相.
锌浴加镍后锌灰的生成量会减少。
(4)锌浴中镍的加入方式。由于镍的熔点大大高于锌,锌浴中添加