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膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅工藝及形成

一．膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅概念：

又稱為熱浸鍍鋅，他是在高溫下把鋅錠融化，在放入一些輔助材料，然后把金屬結構件浸入鍍鋅槽中，使金屬構件上附著一層鋅層。

二．膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅工藝過程及有關說明：

1.工藝過程：

工件→脫脂→水洗→酸洗→水洗→浸助鍍溶劑→烘干預熱→膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅→整理→冷卻→鈍化→漂洗→干燥→檢驗

2.有關工藝過程說明

(1)脫脂

   可采用化學去油或水基金屬脫脂清洗劑去油，達到工件完全被水浸潤為止。

(2)酸洗

可采用H2SO4 15%，硫脲0.1%，40～60℃或用HCl 20%，六次甲基四胺1～3g/L，20～40℃進行酸洗。加入緩蝕劑可防止基體過腐蝕及減少鐵基體吸氫量。脫脂及酸洗處理不好會造成鍍層附著力不好，鍍不上鋅或鋅層脫落。

(3)浸助鍍劑

  也稱結合劑，可保持在浸鍍前工件具有一定活性，以增強鍍層與基體結合。NH4Cl 15%～25%，ZnCl2 2.5%～3.5%，55～65℃，5～10min。為減少NH4Cl揮發可適當加入甘油。

(4)烘干預熱

  為了防止工件在浸鍍時由于溫度急劇升高而變形，并除去殘余水分，防止產生爆鋅，造成鋅液。爆濺，預熱一般為120～180℃。

(5)膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅

  要控制好鋅液溫度、浸鍍時間及工件從鋅液中移出的速度。溫度過低，鋅液流動性差，鍍層厚且不均勻，易產生流掛，外觀質量差；溫度高，鋅液流動性好，鋅液易脫離工件，減少流掛及皺皮現象發生，附著力強，鍍層薄，外觀好，生產效率高；但溫度過高，工件及鋅鍋鐵損嚴重，產生大量鋅渣，影響浸鋅層質量，鋅耗大，甚至無法施鍍。在同一溫度下，浸鍍時間長，鍍層厚。不同溫度，要求同樣的厚度時，高溫浸鍍所需時間長。一般廠家為了防止工件高溫變形及減少由于鐵損造成鋅渣，都采用450～470℃，0.5～1.5min。有些工廠對大工件及鑄鐵件采用較高溫度，但要避開鐵損高峰的溫度范圍。為了提高在較低溫度下熱浸鍍液的流動性，防止鍍層過厚，并提高鍍層外觀，常常加入0.01%～0.02%的純鋁。鋁要少量多次加入。

(6)整理鍍后對工件整理主要是去除表面余鋅及鋅瘤，用震動或手工方法均可。

(7)鈍化

  目的是提高工件表面抗大氣腐蝕性能，減少或延長白銹出現時間，保持鍍層具有良好的外觀。都用鉻酸鹽鈍化，如Na2Cr2O7 80～100g/L，硫酸3～4ml/L。   

(8)冷卻

一般用水冷，但溫度不可過低，防止工件，特別是鑄件由于激冷回縮產生基體組織開裂。

(9)檢驗

鍍層外觀光亮、細致、無流掛、皺皮現象。厚度檢驗可采用涂層測厚儀，方法比較簡便。也可通過鋅附著量進行換算得到鍍層厚度。結合強度可采用彎曲壓力機，將樣件作90～180°彎曲，應無裂紋及鍍層脫落。也可用重錘敲擊檢驗。

 二、膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅層形成過程

  膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅層形成過程是鐵基體與最外面的純鋅層之間形成鐵-鋅合金的過程，工件表面在熱浸鍍時形成鐵-鋅合金層，才使得鐵與純鋅層之間很好結合，其過程可簡單地敘述為：當鐵工件浸入熔融的鋅液時，首先在界面上形成鋅與α鐵(體心)固熔體。這是基體金屬鐵在固體狀態下溶有鋅子所形成一種晶體，兩種金屬原子之間是融合，原子之間引力比較小。因此，當鋅在固熔體中達到飽和后，鋅鐵兩種元素原子相互擴散，擴散到(或叫滲入)鐵基體中的鋅原子在基體晶格中遷移，逐漸與鐵形成合金，而擴散到熔融的鋅液中的鐵就與鋅形成金屬間化合物FeZn13，沉入膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅鍋底，即為鋅渣。當工件從浸鋅液中移出時表面形成純鋅層，為六方晶體。其含鐵量不大于0.003%。

三、膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅層防護性能

  通常電鍍鋅層厚度5～15μm，而膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅層一般在65μm以上，甚至高達100μm。膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅覆蓋能力好，鍍層致密，無有機物夾雜。眾所周知，鋅的抗大氣腐蝕的機理有機械保護及電化學保護，在大氣腐蝕條件下鋅層表面有ZnO、Zn(OH)2及堿式碳酸鋅保護膜，一定程度上減緩a鋅的腐蝕，這層保護膜(也稱白銹)受到破壞又會形成新的膜層。當鋅層破壞嚴重，危及到鐵基體時，鋅對基體產電化學保護，鋅的標準電位-0.76V鐵的標準電位-0.44V，鋅與鐵形成微電池時鋅作為陽極被溶解，鐵作為陰極受到保護。顯然膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅對基體金屬鐵的抗大氣腐蝕能力優于電鍍鋅。

四、膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅過程鋅灰、鋅渣形成控制 

鋅灰鋅渣不僅嚴重影響到浸鋅層質量，造成鍍層粗糙，產生鋅瘤。而且使膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅成本大大升高。通常每鍍1t工件耗鋅80～120kg，如果鋅灰鋅渣嚴重，其耗鋅量會高達140～200kg。控制鋅炭主要是控制好溫度，減少鋅液表面氧化而產生的浮渣。國內有些廠家用耐火砂、炭灰等覆蓋。國外采用熱傳導率小、熔點高、比重小、與鋅液不發生反應，既可減少熱量失散又可防止氧化的陶瓷或玻璃球覆蓋，這種球狀物易被工件推開，又對工件無粘附作用。 

對于鋅液中鋅渣的形成主要是溶解在鋅液中的鐵含量超過該溫度下的溶解度時所形成的流動性極差的鋅鐵合金，鋅渣中鋅含量可高達95%，這是膜結構項目中連接螺栓的熱鍍鋅成本高的關鍵所在。從鐵在鋅液中的溶解度曲線可以看出：不同的溫度及不同的保溫時間，其溶鐵量即鐵損量是不一樣的。在500℃附近時，鐵損量隨著加溫及保溫時間急劇增加，幾乎成直線關系。低于或高于480～510℃范圍，隨時間延長鐵損提高緩慢。因此，人們將480～510℃稱為惡性溶解區。在此溫度范圍內鋅液對工件及鋅鍋浸蝕最為嚴重，超過560℃鐵損又明顯增加，達到660℃以上鋅對鐵基體是破壞性浸蝕，鋅渣會急劇增加，施鍍無法進行。因此，施鍍目前多在450～480℃及520～560℃兩個區域內進行。

五．鋅渣量的控制

   要減少鋅渣就要減少鋅液中鐵的含量，就是要從減少鐵溶解的諸因素著手： 

⑴施鍍及保溫要避開鐵的溶解高峰區，即不要在480～510℃時進行作業。

⑵鋅鍋材料盡可能選用含碳、含硅量低的鋼板焊接。含碳量高，鋅液對鐵鍋蝕會加快，硅含量高也能促使鋅液對鐵的腐蝕。目前多采用08F優質碳素鋼板。其含碳0.087%(0.05%～0.11%)，含硅≤0.03%，并含有能抑制鐵被浸蝕的元素鎳、鉻等。不可用普通碳素鋼，否則耗鋅量大，鋅鍋壽命短。也有人提出用碳化硅制作熔鋅槽，雖然可解決鐵損量，但造型工藝也是一個難題。

⑶要經常撈渣。先將溫度升高至工藝溫度上限以便鋅渣與鋅液分離，然后降至工藝溫度以下，使鋅渣沉于槽底后用勺撈取。落入鋅液中鍍件也要及時打撈。

⑷要防止助鍍劑中鐵隨工件帶入鋅槽，助鍍劑使用一定時間就有紅褐色含鐵的化合物生成，要定期濾去。助鍍劑pH值維護在5左右為好。

⑸鍍液中鋁少于0.01%會加快沉渣的生成，適量鋁不僅提高鋅液的流動性，增加鍍層亮度，而且有利于減少鋅渣、鋅灰。少量鋁浮在液面對減少氧化有益，過多影響鍍層質量，產生缺斑現象。

⑹加熱、升溫要均勻，防止爆燒及局部過熱。