热镀锌工艺及锌镀层钝化的相关问题研究

热镀锌工艺及锌镀层钝化的相关问题研究

潘晓东

马钢冷轧总厂 安徽省马鞍山市 243000

摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。随着汽车、建筑等行业的飞速发展,热镀产品的需求量也逐年增加。热镀锌技术也呈现出新的发展趋势。热镀锌产品及其合金化产品具有优良的耐蚀性能、美丽的外观、有利于后续加工、成本也相对较低等优点,深受广大用户欢迎。随着热镀锌技术的进步,其产品质量也有所提高,广泛应用到汽车上,因此对热镀锌产品的表面质量和成型性等方面提出了越来越高的要求。镀层的钝化处理对镀层的腐蚀性有着重要影响。长期以来,钝化处理往往使用六价铬酸盐钝化液,但它的毒性大,随着环保意识的加强,六价铬钝化将逐渐被取代。本文就热镀锌工艺及锌镀层钝化的相关问题展开探讨。

关键词：热镀锌工艺；锌镀层钝化；问题研究措施

引言

热镀锌主要是对金属进行涂覆以提高钢铁耐蚀性的过程，它利用锌的耐蚀性，通过熔融的锌液进行高温加工，与钢铁生成合金层。因此在热镀锌工艺的加工中，存在着锌锅使用寿命短、锌液加热效率比较低，加热过程复杂的问题，且在热镀锌操作和锌镀层钝化的过程中，化学产品使用贯穿全程，所以若工艺优化不好，则容易出现一系列诸如环境、安全等问题。不利于热镀锌行业和锌镀层钝化工艺的发展和应用。

1热镀锌工艺

我国热镀锌工业发展较晚。20世纪40年代,鞍山采用熔剂法生产单张热镀锌钢板,在20世纪60一70年代,主要采用溶剂法生产单张热镀锌板,1979年武钢从德国引进并建成了产量为15万t/a的连续热镀锌生产线。带钢连续热镀锌与落后的单张镀锌相比,具有技术成熟、工艺稳定、生产成本低、镀层性能优、使用寿命长等优点。带钢连续热镀锌工艺主要有森吉米尔法(Sendzimi)r、改进的森吉米尔法、美联钢法(United Staes Corp)、赛拉斯法(Selas)、沙伦法(Sharon)、柯克一诺特曼法、含硅钢热镀锌工艺等。如图一 。

图一 记录固化炉温度和PMT温度

2影响锌层附着力的设备因素

（1）退火炉。退火炉将带钢加热到高于再结晶温度，进行再结晶退火、冷却，消除冷加工硬化现象。加热采用热辐射管对带钢进行间接加热，冷却采用水冷循环风机对带钢进行喷吹冷却。要求退火炉各设备具有气密性，确保带钢在无氧的情况下进行退火。因此对辐射管、冷却风机的气密性要求较高。当辐射管或冷却循环风机泄露时，会将氧气引入炉内。造成高温下带钢与炉内的氧直接发生氧化反应，在带钢表面形成氧化层。镀锌的时候直接阻隔锌与铁的反应，造成脱锌的发生。退火炉辐射管、冷却循环风机泄露多造成带钢边部氧化导致脱锌。（2）清洗段。清洗段的主要作用是清除带钢表面在冷轧阶段残留的油污和铁粉。利用添加的化学试剂与油脂发生化学反应去除带钢表面的油脂。配合刷辊对带钢的刷洗，去除钢板表面深处的油污。油污、铁粉的残留会直接阻碍锌液与钢基体的反应，造成脱锌。此种原因造成的多为点状脱锌缺陷。

3热镀锌工艺和锌镀层钝化发展存在的问题

（1）热镀锌工艺认识模糊。近年来随着经济的发展，热镀锌产品百花齐放，由于市场对于其防腐原理不熟悉重视程度也不够，所以在热镀锌工艺的工艺方法中，存在着工艺种类多。对冷镀锌和热镀锌的使用效果不了解，出现用冷镀锌代替热镀锌的情况。（2）传统工业化钝化中的问题。热镀锌虽然是应用比较广泛的产品，但是其中传统的六价铬钝化具有很高的毒性，对环境造成了很大的影响。近年来，针对这个问题，有关部门展开多次研究与探讨，其中包括硅酸盐钝化、三价铬钝化等，但是离工业化的应用还有很长一段时间，需要对其进行探讨。

4合格镀层的质量要求

（1）镀层的种类应符合技术要求。普通镀层的颜色和光泽等外观质量情况，可直观鉴别。必要时，可采取化学定性分析。对特殊的或合金镀层，需要进行光谱分析鉴别。（2）镀层除应有其特有的颜色和光泽外，还应均匀、细致、结合力好，光亮镀层应有足够的光泽度。（3）镀层不允许有针孔、条纹、起泡、起皮、结瘤、脱落、开裂、剥离、斑点、麻点、烧焦、暗影、粗糙、树脂状和海绵状沉积、不正常色泽以及应当镀覆而没有镀覆等缺陷。有上述缺陷的镀层，应及时进行返修处理。包括需要退除不合格镀层而重新电镀和不需要去掉镀层而补充加工的（如重新抛光）。（4）轻微的挂具接触印和水迹印及其它一些不影响镀层使用性能的镀层缺陷允许存在。

5热镀锌工艺及锌镀层钝化的具体措施

5.1双相钢组织性能

大量的研究数据显示，双相钢的组织外貌是有所不同的，大致可以分为无序组织和有序组织两种。通过显微镜的观察可以看出，双相钢内部的组织成分会随着成型的方式发生改变。目前大部分的双相钢基本都是无序的组织，其内部有着晶界强化和细晶强化、亚晶结构及残留于奥玛氏体和第二相弥散强化，这些显微组织会在铁素体的相界面或者是马氏体的相界面进行移动性位错面。这种情况的存在，导致双相钢在同等的抗拉强度下，区屈服的强度降低，但伸长率增大，从而增强弹性。

5.2新镀层钝化应用

新镀层钝化可以提高抗腐蚀性，减轻对环境的污染，具有无毒、成膜性能好、钝化膜性能好的特点，而且新镀层钝化制作成本低，整个过程简单，易于操作，对于企业的应用有很高的价值。无铬钝化膜的外观没有什么明显的特点，但是其看上去很厚实，而且膜层厚度比其它颜色的钝化膜要厚，而且更加紧密，所以，无铬钝化膜的耐腐蚀性比较好，这种钝化膜常用于军品、汽车零件、办公室用品等方面，与其他钝化不同之处就在于无铬钝化膜加入了磷酸，但由于这项工艺并不成熟，所以需要对其进行再加工研究。低铬蓝色钝化会产生大量的废水，其钝化膜层的质量相当于高浓度的铬酸盐化膜，而且其对于环境的污染小，只要稍微做一下处理，就可以进行排放。例如，在低铬彩色钝化的研究中，其钝化液的配制主要有两种方法，一种是将原来的钝化液全部倒掉，然后重头开始配制，一种是将原钝化液剩余1/3，在进行配制，而且可以看出低铬钝化的酸性比较低，所以在钝化之前需要加入浓度为2%~3%的淡硝酸，来提高镀层的化学抛光作用，为了促进钝化膜成膜和降低溶液PH值，可以在溶液中加入硫酸。PH值是低铬钝化中最重要的条件，再加入硫酸和硝酸进控制时，一定不可一次性加入过多，PH低会导致钝化膜光亮度比较差，PH值高则膜层的结合力比较差。

5.3硅酸盐钝化

硅酸盐具有处理成本低、钝化液稳定性好、使用方便、无毒、无污染等优点。在镀锌层上得到了硅酸盐化学转化膜,电化学测试结果表明其耐蚀性与铬酸盐相当。采用盐雾试验测试锌镀层钝化膜的耐蚀性,研究了镀锌层硅酸盐钝化的工艺条件。实验结果表明,在pH3.0、温度30℃、钝化时间90s的条件下,硅酸盐钝化液组成为Na₂SiO₃40g/L、98%H₂SO₄4mL/L、30%H₂O₂40mL/L、NH₂CSHN₂ 7g/L、67% HNO₃2mL /L、85%H₃PO₄2mL/L时,镀锌层钝化膜具有较强的耐蚀性。为了增强膜层耐蚀性,钝化液中常加人一些有机促进剂,如水溶性阴离子型丙烯酸胺、硫脉等化合物,也可以对这种硅酸盐转化膜进行染色处理。

结语

由上文可知，在热镀锌工艺和新镀层钝化这两项工艺中存在着许多的问题，需要进行一步步的实验探索，才能不断的进行改进，因此，在热镀锌工艺和新镀层钝化工艺的研究时，首先要从环境的角度出发，进行绿色工艺，其次要考虑生产成本和具体的应用性能，做到低成本高效能，不断的适应企业的需要。

参考文献

[1]蒋海涛.电力器材热镀锌工种职业危害因素的识别和关键因素控制分析[J].企业科技与发展,2018(11):125-126.

[2]刘超.热浸镀锌铝镍稀土合金专用助镀剂开发及钝化处理的研究[D].长安大学,2018.

[3]高洪刚.本钢400MPa热镀锌烘烤硬化高强钢研制开发[J].金属世界,2018(2):63-65.