热镀锌表面缺陷成因与控制方法

关于热镀锌的相关知识：

热镀锌镀层的形成机理

热浸镀锌是一个冶金反应过程。从微观角度看，热浸镀锌过程是两个动态平衡：热平衡和锌铁交换平衡。当把钢铁工件浸入450℃左右的熔融锌液时，常温下的工件吸收锌液热量，达到200℃以上时，锌和铁的相互作用逐渐明显，锌渗入铁工件表面。

随着工件温度逐渐接近锌液温度，工件表面形成含有不同锌铁比例的合金层，构成锌镀层的分层结构，随着时间延长，镀层中不同的合金层呈现不同的成长速率。从宏观角度看，上述过程表现为工件浸入锌液，锌液面出现沸腾，当锌铁反应逐渐平衡，锌液面逐渐平静。工件被提出锌液面，工件温度逐渐降低至200℃以下时，锌铁反应停止，热镀锌镀层形成，厚度确定。

热镀锌镀层厚度要求

影响锌镀层厚度的因素主要有：基体金属成分、钢材的表面粗糙度、钢材中的活性元素硅和磷含量及分布状态、钢材的内应力、工件几何尺寸、热浸镀锌工艺。

现行的国际和中国热镀锌标准都根据钢材厚度划分区段，锌镀层平局厚度以及局部厚度应达到相应厚度，以确定锌镀层的防腐蚀性能。钢材厚度不同的工件，达成热平衡和锌铁交换平衡所需的时间不同，形成的镀层厚度也不同。标准中的镀层平均厚度是基于上述镀锌机理的工业生产经验值，局部厚度是考虑到锌镀层厚度分布的不均匀性以及对镀层防腐蚀性要求所需要的经验值。

因此，ISO标准、美国ASTM标准、日本JIS标准和中国标准在锌镀层厚度要求上略有不同，大同小异。

热镀锌镀层厚度的作用和影响

热镀锌镀层的厚度决定了镀件的防腐蚀性能。详细讨论请参见附件中由美国热镀锌协会提供的相关数据。用户可以选择高于或低于标准的锌镀层厚度。

对于表面光滑的3mm以下薄钢板，工业生产中得到较厚的镀层是困难的，另外，与钢材厚度不相称的锌镀层厚度会影响镀层与基材的结合力以及镀层外观质量。过厚的镀层会造成镀层外观粗糙，易剥落，镀件经不起搬运和安装过程中的碰撞。

钢材中如果存在较多的活性元素硅和磷，工业生产中得到较薄的镀层也十分困难，这是由于钢中的硅含量影响锌铁间的合金层生长方式，会使ζ相锌铁合金层迅速生长并将ζ相推向镀层表面，致使镀层表面粗糙无光，形成附着力差的灰暗镀层。

因此，如上述讨论结果，镀锌层的生长存在不确定性，实际生产中要取得某一范围的镀层厚度常常是困难的，热镀锌标准中规定的厚度是大量实验后产生的经验值，照顾到了各种因素和要求，较为合理。

下面就热镀锌层表面缺陷原因及控制方法进行分析：

1、表面预处理

表面预处理不好是造成漏镀(露铁)的主要原因：
钢材在出厂、存储、运输、加工过程中沾上油漆或矿物脂，焊接部位探伤面需涂抹难清理的特殊油脂等，而又无脱脂工序，靠酸洗去除表面杂质，造成漏镀(露铁)。

热镀锌板表面“露铁”

另一种情况则是欠酸洗和夹线，或因酸洗浓度过高使酸盐沉淀于表面、沟槽之中，不水洗或水洗不彻底，也很容易形成漏镀、虚镀现象。

此外，采用溶剂热镀锌时，最常用的ZnCl2与NH4Cl混合水溶液的配比不正确时，没有形成共晶点，特别是在浓度过高的情况下，在支撑板焊接角缝圆形孔内极易出现夹灰性漏镀。

2、锌层脱落

造成锌层脱落的主要原因有：表面氧化、有硅化合物、冷扎乳化液太脏、NOF段氧化气氛及保护气体露点太高、空燃比不合理、氢气流量偏低、炉子有氧渗入，带钢入锅温度偏低，RWP段炉压偏低及炉门吸风、NOF段炉温偏低，油脂蒸发不尽、锌锅铝含量偏低、机组速度太快、还原不充分、锌液中停留时间太短、镀层偏厚。

3、锌液中其他成分

锌液中夹杂过多其他金属成分或有害元素，可能造成如锌渣颗粒粘附在镀层表面和一些非正常的花纹、龟裂纹等缺陷：

(1)铁

热镀锌一段时间后，钢制件表面会出现锌堆积和微小锌渣颗粒，致使镀层表面粗糙，光滑度也随之下降。这种微小颗粒一般是Fe—Zn合金颗粒渣。

锌液中铁的来源一般有锌锅的腐蚀、制件的溶解、助镀剂中的铁离子及制件上的铁盐4方面。因此，为了获得平整光滑的镀层，必须严格控制锌液中铁含量，减少铁离子的带入，控制锌液温度，避免锌液温度的忽高忽低，降低锌锅的腐蚀速度等。一般锌液中铁含量应0.20%时，必须降温静置并打捞锌渣。

(2)铝

铝是热镀锌中最常用的添加元素。在锌液中添加不同浓度的铝可以获得不同性质的镀锌层。

一般认为热镀锌时，在锌液中加入<1%(质量分数，下同)的铝可以起到下列作用：①提高镀层光亮性;②减少锌液面的氧化;③抑制脆性Fe—Zn相的形成而获得粘附性好的镀层。而在实际生产中，锌液中含有0.005%～0.020%Al就可以达到镀层光亮的目的，并可减少锌液表面的氧化和锌灰的产生。

采用Zn—Al中间合金的添加方式m往往由于添加的中间合金的质量问题以及添加铝和锌铝合金的方法不当或过快，导致锌液中形成大量的铝、铁化合物，此锌铝铁三元“面渣”或颗粒悬浮在锌液表面而且十分粘稠，极易粘附在钢铁制件上，严重损害了镀层质量，此时仅靠降温捞渣是没用的。

这种情况应立即停止添加合金，同时采取锌液净化措施，把铝含量降下来，在情况不严重时可以考虑适当延长空冷时间，以防止镀层表面急剧水冷后出现气泡和皱纹。

(3)锡、铅

一般情况下锌锭中不含锡，仅有微量的铅。近年来一些锌合金供应商为了使镀锌温度下降，并获得白亮镀层，在所谓的多元合金中加入锡、铅。

在热镀钢铁制件时，锌液面在430℃下镀层表面会出现羽毛状花斑和细小难看的白斑，含锡、铅的合金添加量一旦达到0.5%时，就会出现锌花，锌灰明显增多。

铅和锡含量过高时在镀锌层冷却过程中极易形成粗大的结晶和出现龟裂纹现象，影响锌层的表面光滑度和耐腐蚀性能。

晶间腐蚀对杂质铅最敏感，铅量达到0.02%就会出现晶间腐蚀，在镀层中沿晶界破裂而失去附着力，甚至表面会出现黄豆粒大小的气泡。在应用锌铝合金或多元合金时要了解铅、锡、铝的含量，决定是否在锌液中添加。

(4)镍

在锌液中添加锌镍合金可有效地降低锌和铁原子在ζ相中的扩散速度，因而可以控制浸镀层厚度的增长，当锌液中Ni含量为0.06%时，Ni含量可达0.8%，加入Ni后厚度增长明显得到控制，因而可有效地控制浸镀层厚度的增长，并能改善锌液的流动性能。因此，使用锌镍合金进行热浸镀锌的镀层厚度更加均匀，表面更光亮，锌花少。

总之，热镀锌后带钢表面缺陷情况较复杂，产生的原因也较多，解决办法是多方面的，需要做大量艰若细致的工作，使热镀技木提高一步。