热浸锌

名词解释：

热浸锌又叫热浸镀锌，热浸锌是将除锈后的钢构件浸入600℃左右高温融化的锌液中，是钢铁构件浸入熔融的锌液中获得金属覆盖层的一种方法,锌层厚度对5mm以下薄板不得小于65μm，对厚板不小于86μm。从而起到防腐蚀的目的.

热浸锌优点:

.使用年期长：

一般热浸锌的钢铁构件在大多数效区可使用长达50年以上，在市区或近岸区也可达20年甚或25年以上

坚硬度：

1.整个铁材表面均受到保护，无论在凹陷处管件内部，或任何其它涂层很难进入之角落，溶融锌均很容易均匀的覆盖上。

2.浸锌层之硬度值比钢材还大。如图1 ，最上层之Eta layer 只有 70 DPN 硬度，故易受碰撞而凹入，但下层之Zeta layer 及 delta layer 分别有179及211 DPN 硬度值比铁材的159 DPN硬度值最还高，故其抗冲击及抗磨耗性均相当良好。

图 1：热浸锌皮膜断面显微镜组织

钢铁层（Base steel）	为原来之铁基，一般硬度约为159 DPN hardness。
合金a层（Zeta layer）	最靠近铁基之一层致密合金层，构造复杂，富有韧性及延展性，以Fe Zn7之化成存在，铁含量约7~11 ﹪。
合金b层（Delta layer）	为一显著单斜系柱状组织，以Fe Zn13化成存在，铁含量约6﹪，硬度值约179 DPN。
纯锌层（Eta layer）	最上部之纯锌层，为一稠密六方晶系，质软、富于延展性，变形加工不易破裂。锌纯度约98.5 ﹪以上，硬度值约70 DPN。

3.在边角区，锌层往往比其它地方还厚，参照图2，且有良好的韧性及抗磨耗性。而其它涂层在此边角处，往往是最薄最不易施工，最易受伤害处，故常须再维护。

图 2

4.即使因受很大的机械伤害或其它原因。造成一小部份的锌层脱落，将铁基裸露，此时，周围锌层就会发挥牺牲阳极的功能，来保护此处钢铁，使不受浸蚀。而其它涂层则刚好相反，锈会马上生成，且迅速漫延至涂层下面，引起涂层剥落。请参照图3所示。

1	热浸锌	涂装
原表材
破裂发生
腐蚀状态
结果	抑制腐蚀（牺牲阳极）	加速腐蚀

图 3：保护皮膜破裂之腐蚀示意图

5.锌层在大气中的消耗是非常缓慢的，请参照图4示，约为钢铁腐蚀腐蚀速率的1/17至1/18，且是可预估的。其寿命远超过其它任何涂层。

图 4：热浸锌的耐久年数

6.镀层寿命在某一特定的环境下，主要视镀层厚度而定。而镀层厚度又受钢铁厚度之厚薄而决定，即越厚的钢铁易得较厚的镀层，故同一个钢构中厚的钢铁部位一定也得到较厚的镀层，以保证得到更长的寿命。

表 1：使用环境别热浸锌的腐蚀速度

暴露环境	腐蚀速率（g/㎡/年）	平均（g/㎡/年）	耐用年数（注）平均
重工业地区	28~40	34	16
都市地区	12~18	15	36
海岸地区	11~14	13	42
田园地区	5~12	9	60
山间地区	3~8	6	90
干燥地区	2~5	4	135
注：以附着量600g/㎡来估计。

7.因美观、艺术，或在特定严重腐蚀环境使用时，镀锌层可再施以上漆处理duplex system，只要漆的系统选用正确、施工容易，其防蚀效果比单独上漆及热浸锌之寿命加起来还要好上1.5~2.5倍。

表 2：热浸锌及热浸锌－漆（duplex-system）耐用年数比较表

热浸锌皮膜附着量		田园地带		海岸地带		工业区地带
单位oz/ft2	单位 g/㎡	单独热浸锌耐用年数	duplex-system耐用年数	单独热浸锌耐用年数	duplex-system 耐用年数	单独热浸锌耐用年数	duplex-system 耐用年数
0.35~0.75 1.0~1.6 1.6~2.5	107~227 305~488 488~763	4~15 18~37 35~60	10~25 35~50 45~70	2~11 13~28 28~40	7~24 25~46 37~60	1~4 5~16 15~21	5~15 12~30 20~32
注： 1、0.35~0.75oz/ft2附着量为一般锌钢板规格。 2、耐用年数以铁材95 ﹪部位均受到有效保护而言。 3、耐用年数视现场环境及涂材系统而有很大不同。

表 4： ASTM A-123 钢材种类与镀层厚度等级

材料种类 in(mm)	1/16以下（1.6）以下	1/16至1/8 （1.6至3.2）	1/8至3/16 （3.2至4.8）	3/16至1/4 （4.8至6.4）	1/4以上（6.4）以上
结构构件及钢钣	45	65	75	85	100
钢条及钢棒	45	65	75	85	100
钢管	45	45	75	75	75
钢线	35	50	60	65	80

表5 ：ASTM A-123 钢层厚度等级对应表

厚度等级	Mils	Oz/ft2	μm	g/㎡
35	1.4	0.8	35	245
热镀锌合金45	1.8	1.0	45	320
50	2.0	1.2	50	355
55	2.2	1.3	55	390
60	2.4	1.4	60	425
65	2.6	1.5	65	460
75	3.0	1.7	75	530
80	3.1	1.9	80	565
85	3.3	2.0	85	600
100	3.9	2.3	100	705

最外层的纯锌层相对较软及可以吸去大部分的撞击力，而底部的锌铁合金层则非常坚硬，甚至比钢材本身更坚硬，此组合为钢材提供了强硬和耐磨的保护层。

图2：热浸镀锌层硬度之差异

3.阴极防蚀保护：

由于锌的电位比钢铁高，所以锈蚀时候锌会作出牺牲去保护钢铁。

图3：各种保护层破损后的腐蚀方式。

4.全面保护：热浸锌产品的每一部分都受到保护，包括凹凸位置，锐角及隐蔽位置，在结构件制成后，没有其他的涂层可以提供相同的保护。

5.初期成本低：一般情况下，热浸锌的成本比施加其他保护涂层要低，原因很简单，其他保护涂层如打砂油漆是劳力密集的工序，反之热浸锌的工序为高机械化，紧密控制的厂内施工。

6 检验简单方便：热浸锌层可以目视及简单的非破坏性涂层厚度表作测试

7.可靠性：热浸锌的规格一般按照BS EN ISO 1461执行，规限其最低的锌层厚度，所以其防锈年期及表现是可靠及可预计的

8.安装时间更快：热浸锌的产品可马上使用及安装，减少在地盘的表面处理，尤其施工及检验时间，当热浸锌的产品在安装后，已经可以及时使用，或可进行下一项施工程序。

因而被大量用于受大气腐蚀较严重且不易维修的室外钢结构中。如大量输电塔、通讯塔等。近年来大量出现的轻钢结构体系中的压型钢板等。也较多采用热浸锌防腐蚀。热浸锌的首道工序是酸洗除锈，然后是清洗。这两道工序不彻底均会给防腐蚀留下隐患。所以必须处理彻底。对于钢结构设计者，应该避免设计出具有相贴合面的构件，以免贴合面的缝隙中酸洗不彻底或酸液洗不净。造成镀锌表面流黄水的现象。热浸锌是在高温下进行的。对于管形构件应该让其两端开敞。若两端封闭会造成管内空气膨胀而使封头板爆裂，从而造成安全事故。若一端封闭则锌液流通不畅，易在管内积存。

由于热浸锌的工艺温度比较高，对回火温度较低的材料很容易使其在镀锌的过程中被退火，从而硬度降低。此外对配合件使用热浸锌还要考虑镀层的厚度对配合公差的影响。

用途：

近年来随高压输电、交通、通讯事业迅速发展，对钢铁件防护要求越来越高，热浸锌作为一种有效的金属防腐方式，已被广泛用于各行业的金属结构设施上。

热镀锌层防护性能：

通常电镀锌层厚度5～15μm，而热镀锌层一般在35μm以上，甚至高达200μm。热镀锌覆盖能力好，镀层致密，无有机物夹杂。众所周知，锌的抗大气腐蚀的机理有机械保护及电化学保护，在大气腐蚀条件下锌层表面有ZnO、Zn(OH)2及碱式碳酸锌保护膜，一定程度上减缓锌的腐蚀，这层保护膜(也称白锈)受到破坏又会形成新的膜层。当锌层破坏严重，危及到铁基体时，锌对基体产生电化学保护，锌的标准电位-0.76V，铁的标准电位-0.44V，锌与铁形成微电池时锌作为阳极被溶解，铁作为阴极受到保护。显然热镀锌对基体金属铁的抗大气腐蚀能力优于电镀锌。

热镀锌层形成过程：

热镀锌层形成过程是铁基体与最外面的纯锌层之间形成铁-锌合金的过程，工件表面在热浸镀时形成铁-锌合金层，才使得铁与纯锌层之间很好结合，其过程可简单地叙述为：当铁工件浸入熔融的锌液时，首先在界面上形成锌与α铁(体心)固熔体。这是基体金属铁在固体状态下溶有锌原子所形成一种晶体，两种金属原子之间是融合，原子之间引力比较小。因此，当锌在固熔体中达到饱和后，锌铁两种元素原子相互扩散，扩散到(或叫渗入)铁基体中的锌原子在基体晶格中迁移，逐渐与铁形成合金，而扩散到熔融的锌液中的铁就与锌形成金属间化合物FeZn13，沉入热镀锌锅底，即为锌渣。当工件从浸锌液中移出时表面形成纯锌层，为六方晶体。其含铁量不大于0.003%。

工艺过程：

　工件→脱脂→水洗→酸洗→水洗→浸助镀溶剂→烘干预热→热镀锌→整理→冷却→钝化→漂洗→干燥→检验

工艺过程说明：

　(1)脱脂

可采用化学去油或水基金属脱脂清洗剂去油，达到工件完全被水浸润为止。

　(2)酸洗

　可采用H2SO4 15%，硫脲0.1%，40～60℃或用HCl 25%，乌洛托品3～5g/L，20～40℃进行酸洗。加入缓蚀剂可防止基体过腐蚀及减少铁基体吸氢量,同时加入抑雾剂抑制酸雾逸出。

　脱脂及酸洗处理不好都会造成镀层附着力不好，镀不上锌或锌层脱落。

　(3)浸助镀剂

也称溶剂，可保持在浸镀前工件具有一定活性避免二次氧化，以增强镀层与基体结合。NH4Cl 100-150g/L，ZnCl2 150-180g/L，70～85℃，1～2min。并加入一定量的表活剂.

(4)烘干预热

　为了防止工件在浸镀时由于温度急剧升高而变形，并除去残余水分，防止产生爆锌，造成锌液爆溅，预热一般为80～140℃。不过现在一般都加防爆剂，辽阳浩岩热镀锌添加剂有限责任公司的防爆剂不错。

　(5)热镀锌

　要控制好锌液温度、浸镀时间及工件从锌液中引出的速度。引出速度一般为1.5米/min

温度过低，锌液流动性差，镀层厚且不均匀，易产生流挂，外观质量差；温度高，锌液流动性好，锌液易脱离工件，减少流挂及皱皮现象发生，附着力强，镀层薄，外观好，生产效率高；但温度过高，工件及锌锅铁损严重，产生大量锌渣，影响浸锌层质量并且容易造成差使表面颜难看，锌耗高。

锌层厚度取决于锌液温度，浸锌时间，钢材材质和锌液成份。另外，镀锌合金也很重要，浩岩热镀锌专用多元合金在2008年全国绿批量热镀锌论坛上被多位专家评为当前市场上最佳合金！助镀剂添加剂获国家专利《专利产品（专利号200710139349.3）》。详情可：www.lnhaoyan。

一般厂家为了防止工件高温变形及减少由于铁损造成锌渣，都采用450～470℃，0.5～1.5min。有些工厂对大工件及铸铁件采用较高温度，但要避开铁损高峰的温度范围。但我们建议在锌液中添加有除铁功能和降低共晶温度的合金并且把镀锌温度降低至435-445℃。

(6)整理

镀后对工件整理主要是去除表面余锌及锌瘤，用采用热镀锌专用震动器来完成。

(7)钝化

目的是提高工件表面抗大气腐蚀性能，减少或延长白锈出现时间，保持镀层具有良好的外观。都用铬酸盐钝化，如Na2Cr2O7 80～100g/L，硫酸3～4ml/L，但这种钝化液严重影响环境，最好采用无铬钝化。

(8)冷却

一般用水冷，但温度不可过低也不可过高，一般不低于30℃不高于70℃，

(9)检验

镀层外观光亮、细致、无流挂、皱皮现象。厚度检验可采用涂层测厚仪，方法比较简便。也可通过锌附着量进行换算得到镀层厚度。结合强度可采用弯曲压力机，将样件作90～180°弯曲，应无裂纹及镀层脱落。也可用重锤敲击检验，并且分批的做盐雾试验和硫酸铜

浸蚀试验。

锌灰、锌渣的形成：

锌灰锌渣不仅严重影响到浸锌层质量，造成镀层粗糙，产生锌瘤。而且使热镀锌成本大大升高。通常每镀1t工件耗锌40～100kg，如果锌灰锌渣严重，其耗锌量会高达140～200kg。控制锌渣主要是控制好温度，减少锌液表面氧化而产生的浮渣，所以更要采用有除铁功能和抗氧化功能的合金并且用热传导率小、熔点高、比重小、与锌液不发生反应，既可减少热量失散又可防止氧化的陶瓷珠或玻璃球覆盖，这种球状物易被工件推开，又对工件无粘附作用。

对于锌液中锌渣的形成主要是溶解在锌液中的铁含量超过该温度下的溶解度时所形成的流动性极差的锌铁合金，锌渣中锌含量可高达94%，这是热镀锌成本高的关键所在。

从铁在锌液中的溶解度曲线可以看出：不同的温度及不同的保温时间，其溶铁量即铁损量是不一样的。在500℃附近时，铁损量随着加温及保温时间急剧增加，几乎成直线关系。低于或高于480～510℃范围，随时间延长铁损提高缓慢。因此，人们将480～510℃称为恶

性溶解区。在此温度范围内锌液对工件及锌锅浸蚀最为严重，超过560℃铁损又明显增加，达到660℃以上锌对铁基体是破坏性浸蚀，锌渣会急剧增加，施镀无法进行。因此，施镀目前多在430～450℃域内进行。

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