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1、热镀锌简介,一、为什要热镀锌,1、金属的腐蚀2、外表美观,金属的腐蚀及危害,（1）金属腐蚀的定义 当金属和周围介质接触时，由于发生化学和电化学作用而引起的破坏叫做金属的腐蚀。（2）金属腐蚀的危害 金属腐蚀后失去了金属的特性，在外形、色泽以及机械性能等方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，使国民经济受到巨大的损失。 钢铁产品的1/10消耗于腐蚀。被腐蚀报废的金属制品的制造价值往往要比金属本身的价值高很多。,金属的腐蚀机理,金属的腐蚀按反应机理的不同分为：（1）物理腐蚀：单纯的物理溶解所引起的破坏（2）化学腐蚀（3）电化学腐蚀,化学腐
2、蚀,金属材料与外界介质发生纯化学反应而损坏的现象.反应特点是非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用形成腐蚀产物，反应过程中无电流产生。化学腐蚀的介质通常为干燥气体和非电解质溶液。这种腐蚀往往在高温条件下比在低温条件下快得多 。实际中由于化学腐蚀造成的金属腐蚀是很少的。,电化学腐蚀,金属材料与外界介质（电解质溶液）发生电化学作用而损坏的现象。 其特点是腐蚀反应包含一个阳极氧化反应和一个阴极还原反应。两反应同时进行，反应过程中有电流产生。 金属在大气、海水、土壤及各种电解质溶液中的腐蚀均属于此类腐蚀。金属破坏大多数是电化学腐蚀所致。 电化学腐蚀在生产实践中广泛存在。,化学腐蚀与电化学腐蚀的
3、区别,（1）化学腐蚀是一种单纯的化学反应，反应过程无电流产生；电化学腐蚀反应过程有电流产生。（2）化学腐蚀在表面进行，对钢铁内部影响不大；电化学腐蚀在钢铁表面和内部都能进行，是导致钢铁被透彻腐蚀的主要原因。（3）电化学腐蚀与化学腐蚀在机理上的主要区别在于电化学腐蚀时，金属与介质的相互作用被分为两个独立的共轭反应：阳极（放出电子的电极）过程是金属原子以离子形式进入溶液；阴极（得到电子的电极）过程是从阳极过来的电子，被电解质溶液中能够吸收电子的氧化性物质接受而发生还原反应。,为什么钢铁会腐蚀？,其根本原因还是钢铁自身的原因，任何金属最稳定的状态就是它原来在自然界中所处的状况，所以一旦条件适合，它们
4、便恢复到原先的矿物状态，生成氧化物、硫化物、碳酸盐等，这就是金属的腐蚀现象。,二、金属的防腐,（1）正确选择零件材料，合理设计零件结构 选择零件材料应考虑工作环境中介质的性质和使用条件。例如，奥氏体不锈钢在大气、水、硝酸等介质中有耐蚀性，但在非氧化性的盐酸、稀硫酸中不耐腐蚀。产品结构设计应避免电位相差很大的金属直接接触。例如铝、镁不应与铁、镍等材料接触。另外，零件结构应尽量采用圆角，避免尖角，以防止应力集中；结构要易于清楚表面沉积物等。,（2）化学处理,化学处理是指用化学方法使金属表面生成化合物保护膜，已达到防腐目的的方法。生产中常用的有以下两种：1）发蓝处理（发黑）将经过清洗的钢在空气、水蒸
5、气或含有NaOH、NaNO3等氧化性介质中加热至140左右，使钢表面生成一层致密的蓝色或黑色氧化膜，以改善钢的耐蚀性和外观，这种工艺称为发蓝处理（发黑）。2）磷化（磷酸盐处理）将工件浸入磷酸盐溶液中加热，使其表面获得一层致密、不溶于水的灰黑色磷酸盐薄膜的工艺称之为磷化。磷酸盐薄膜（厚度515m）与金属基体结合力很强，不易剥落，它对空气、润滑油、气体燃料以及大部分气体(除H2S)有良好的抗蚀能力。,（3）电化学处理,电化学处理是指选择电极电位低的金属，安装在被保护的金属上，或用导线与被保护的金属相连。当发生电化学腐蚀时，电位低的金属（阳极）被腐蚀，被保护的金属（阴极）不会腐蚀。此法也称阴极保护法
6、。阳极材料一般是锌、铝、镁等活泼金属。阴极保护法常用于船体外壳、锅炉、海底设备和地下管道等。,电子,阳极,阴极,电解液,锌,钢铁,A,正离子,负离子,（4）覆盖法-金属覆盖法,覆盖法是指在金属表面覆盖一层耐蚀材料（金属或非金属），以达到防腐目的的方法。1）金属覆盖法金属覆盖法是将活泼性很小，有较高抗蚀能力的金属覆盖在被保护的金属表面，以达到防腐目的的方法。常用的方法有以下几种：电镀法热镀法包渡法,电镀法,电镀是指利用电化学原理，在金属表面沉积一层耐蚀金属的方法。电镀层一般是锌、锡、铬、铜、镉等纯金属，抗蚀能力强。镀锌可防止大气腐蚀，且成本低；镀锡常用于食品工业；镀铬可防大气、水、酸、碱腐蚀，并
7、有装饰作用，常用于钟表、日用品等，还可修复磨损零件，提高耐磨性。电镀法的镀层厚度可准确控制，镀层质量好，镀层与基体金属结合牢固，电镀时不需要加热或加热温度不高，但生产率低。电镀法广泛用于轻工、电器、仪表等行业。,热镀法,热镀法是指将金属短时间浸入熔融耐蚀的金属液中，取出冷却后，在金属表面形成覆盖的方法。钢板、钢管、钢丝等经热镀锌，可防大气、水腐蚀；热镀可防烯酸侵蚀，且；不会产生有毒盐，常用于制作食品罐头。热镀层与金属表面结合牢固，热镀法操作简单，生产率高，应用广泛。,包渡法,包渡法是指在被保护金属的全部表面放上保护板进行热轧，依靠机械力和扩散作用使其牢固结合，获得抗蚀覆盖层的方法。包渡法可使钢
8、件表面宝以黄铜、铝、镍、和不锈钢等耐蚀金属，也可以用纯铝包硬铝以防止腐蚀。,热镀锌与冷镀锌的区别,、主要是生产工艺不同，热镀锌是在锌锅溶液中通过物理化学反应，在表面形成一层金属锌，电镀锌是通过电极反应得到。 2、应用在钢结构上的电镀锌一般防锈效果都不是很好，主要是镀锌量达不到，而且镀锌不均匀，一般两三年就出现生锈现象，质量差的暴露在潮湿环境中十几天就生锈了。 3、冷镀锌的工艺过程：将钢材表面化学清洗处理后放进电镀液中，电镀液含氧化锌。直流电一极接钢材，一极接放在电镀液中的锌板。通电后锌以分子状态置换到钢材表面。如果加光亮剂钝化，则体现彩云状光亮镀层。,（4）覆盖法-非金属覆盖法,生产中常用的方
9、法有以下几种：涂料涂装法涂防锈油法,三、热侵镀锌（热镀锌）,在各种保护钢基体的涂镀方法中，热浸锌是非常优良的一种。它是在锌呈液体的状态下，经过了相当复杂的物理、化学作用之后，在钢铁上不仅镀上较厚的纯锌层，而且还生成一种锌一铁合金层。这种镀法，不仅具备了电镀锌的耐腐蚀特点，而且由于具有锌铁合金层。还具有电镀锌所无法相比拟的强耐蚀性。因此这种镀法特别适用于各种强酸、碱雾气等强腐蚀环境中。,1、热镀锌层防护性能,通常电镀锌层厚度515m，而热镀锌层一般在35m以上，甚至高达200m。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
10、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。,2、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铁(体心)固熔体。这是基体金属铁在固体状态下
11、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%。,3、热镀锌工艺过程,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,热镀锌工艺流程示意图,3.1 镀前处理脱脂,清除在防锈处理、机械加工过程沾上的油脂 （国内较少使用，油污较少或没有）碱性脱脂：10NaOH(或
12、加Na2CO3/Na3PO4等)，60oC以上，除油效果很好 碱洗槽用钢制作，pH12.5以上铁为钝化态 清洗水也要加热，可用燃料镀锌炉余热酸性脱脂：稀H3 PO4加表面活性剂 优点：不需加热，可不用水洗 缺点：脱脂效果较差,3.2 镀前处理酸洗,清除表面的铁的氧化物硫酸要加热，污染、伤害较大盐酸不需加热（南方）或稍微加热，应用较多运行过程酸浓度降低而铁盐浓度升高，铁含量达250g/L时排放处理酸洗槽混凝土基础，防护层用花岗石、耐酸混凝土、聚丙烯板、木板等,镀锌车间前处理工艺区(聚丙烯板防腐),镀锌车间前处理工艺区(耐酸混凝土防腐),3.3 热镀锌实际操作情况,3.4 水冷和钝化,水冷镀层光亮
13、，方便运走整理对非活性钢也可空冷，要保证附着性铬酸盐钝化：13Na2Cr2O7,常温，效果好，成本低，使用方便，但有毒无铬钝化：无机盐和有机物，成本高或效果欠佳,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 80100g/L，硫酸34ml/L，但这种钝化液严重影响环境，最好采用无铬钝化。,常规铬酸盐钝化,机理:由三价铬和六价铬形成的Cr/金属混合物钝化膜组成，其中三价铬作为骨架，而六价铬（铬酸盐离子）很容易从钝化膜中渗出来作为缓蚀剂,使膜层具有“自愈”能力。特点：隔绝、自愈、结合力好优点：使用浓度低（批量热镀锌用0.
14、10.2%）、成本低、耐白锈效果好。缺点：六价铬盐毒性高且致癌。部分铬酸盐钝化电气产品已在欧洲禁用,铬酸盐钝化后处理,铬酸盐钝化后处理,其他设备大型热镀锌锌锅,其他设备废酸废水处理设备,其他设备除尘设备,4、镀锌层的保护原理,一、镀锌层的化学腐蚀 2Zn+O2=2ZnO Zn+H2O=ZnO+H2 Zn+CO2=ZnO+CO 上述三式在高温下反应剧烈，会生成致密的氧化锌薄膜，而在室温下进行的非常缓慢。ZnO膜每100小时增加厚度约1埃。膜厚在200埃以下时肉眼是察觉不到的。它的生长起始于锌的结晶体，而且和它下面金属结合很牢固。随着ZnO薄膜的增加，达到300-400埃时，人们肉眼才看到。由于Z
15、nO比锌的体积大44-59。特别在膜厚度较大时，在内部或外部应力的作用下容易产生破裂，这时保护作用也即失去。,二、镀锌层的电化学腐蚀 镀锌板表面有水存积的时候，由于水中溶解一定量的氧，二氧化碳及二氧化硫等腐蚀性介质，便形成了电解液。其化学反应不可避免的发生了。其反应式如下： 阳极反应：Zn-2eZn2+ 阴极反应：O2+2H2O+4e4OH 在阳极反应过程中，锌被溶解。在阴极发生的反应称为氧的去极化反应。因在电解液中溶解有一定量的氧，特别在电解液和空气接触的界面处，此反应进行得更为激烈，常称为界面腐蚀，反应结果产生的锈蚀产物为： Zn2+OHZn(OH)2ZnOH2O,二、镀锌层的电化学腐蚀
16、镀锌板表面有水存积的时候，由于水中溶解一定量的氧，二氧化碳及二氧化硫等腐蚀性介质，便形成了电解液。其化学反应不可避免的发生了。其反应式如下： 阳极反应：Zn-2eZn2+ 阴极反应：O2+2H2O+4e4OH 在阳极反应过程中，锌被溶解。在阴极发生的反应称为氧的去极化反应。因在电解液中溶解有一定量的氧，特别在电解液和空气接触的界面处，此反应进行得更为激烈，常称为界面腐蚀，反应结果产生的锈蚀产物为： Zn2+OHZn(OH)2ZnOH2O,热镀锌板的大气腐蚀试验,5、锌层对钢铁腐蚀的保护过程,锌层对钢铁腐蚀的保护过程, 表面的镀层完整，锌层对钢材进行物理保护，锌在大气中被腐蚀； 镀层中的合金层暴
17、露于大气中，锌层对钢材进行物理保护，由于电极电位的不同，纯锌层对合金层提供阳极保护而优先腐蚀； 纯锌层腐蚀完毕，合金层完整，合金层对钢材提供物理保护，发生的腐蚀是Zn-Fe合金层在大气中的腐蚀； 镀层部分破损使钢板局部裸露于大气中，由于Zn、Fe和Zn-Fe合金的电极电位分别为-0.762v、-0.439v和-0.59-0.66v，所以发生的腐蚀是Zn的电化学腐蚀，锌对钢基提供阳极保护； 纯锌层腐蚀完毕，钢铁部分裸露在大气中，合金层对钢铁阳极保护； 全部镀层消耗完毕，发生钢铁腐蚀。,不同涂层损坏后基体的腐蚀情况,镀锌产品耐用年限的规定JISH-8641,6、热镀锌标准,批量热镀锌（batch
18、hot-dip galvanizing）或常规热镀锌（general hot-dip galvanizing），与生产镀锌钢板、镀锌钢丝的连续热镀锌不同：浸锌时间长，镀后不吹抹，镀层厚，耐蚀寿命长GB/T 13912，金属覆盖层 钢铁制品热镀锌层 技术要求及试验方法GB2694, 输电线路铁塔制造技术条件GB/T 18226，高速公路交通工程钢结构防腐技术条件 ISO 1461, Hot dip galvanized coatings on fabricated Iron and Steel ArticlesSpecifications and Test Methods（钢铁制件热浸镀锌 技术
19、条件及试验方法）ASTM A123，Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coatings on Iron and Steel Products （钢铁制品热浸镀锌镀层）ASTM A153，Zinc Coating (Hot Dip) Coatings on Iron and Steel Hardware （钢铁五金件热浸锌镀层）JIS H 8641， 溶融亜鉛（热浸锌镀层）DL T 768.7-2012 电力金具制造质量 钢铁件热镀锌层DL-T 764.4-2002 冷锻热浸镀锌螺栓和螺母,质量要求锌层厚度 （各标准有区别）,未经离心处理的镀层厚度的最小值， (GB/T 139
20、12-2002，ISO 1461:1999 ）,质量要求附着力和均匀性,足够的附着力：镀件在正常的搬动、装卸、运输、安装过程中经受碰撞时锌层不会开裂或剥离一般厚度的热浸镀锌在正常工作条件下应没有剥落和起皮现象当镀层超厚时要特别注意附着力附着力试验方法：利刀法，锤击法均匀性硫酸铜试验，实际上是测定最小锌层厚度，锌层局部厚度最小值合格时肯定合格,表面缺陷灰暗镀层,呈斑块状或网状，灰暗区镀层全部为Zn-Fe合金，含硅0.1左右和大于0.3的钢合金层生长特别快，水冷前合金层已长到锌层表面，失去金属光泽。灰暗镀层外观难看，但对镀层抗大气腐蚀的性能没有影响。,表面缺陷漏镀,残余的油漆、油脂、氧化皮、焊渣和
21、锈斑，未能通过正常的酸洗除去，或夹层、非金属夹杂物等直径小于2mm时，故不大影响耐蚀性。允许修补的面积大小，总面积比例和修补方法按产品相关标准,表面缺陷表面粒子,微粒状的锌凸起，里面是锌包裹锌渣FeZn13(含Fe 6%)的粒子,不影响耐蚀性,镀层外观检查和处理方法1,镀层外观检查和处理方法2,7、白锈产生的机理以及预防,白锈产生的环境,新镀件以密堆的方式在潮湿和通风不好的环境中储存和运输白锈量不多时不会对镀层的保护造成有害影响。通常它会随着暴露风干而消失如果运输不当、储存方法不好，白锈可能会变得严重 由于暴露的环境造成的，并不表示镀锌的质量低劣,氧浓差电池,紧密地堆积，暴露于潮气中，以及表面
22、没有自由流动的空气，镀件表面没有自由流动的二氧化碳，镀件表面就会残留水分并形成一种“氧浓差电池”,白锈的产生机理-“氧浓差腐蚀电池”原理,(1) 阳极反应为：Zn Zn2+ + 2e； 阴极反应为：O2 + 4e- + 2H2O 4OH-； 总反应为：2Zn+O2+2H2O 2Zn(OH)2 （白、疏松） 起保护作用的碱式碳酸锌不能生成,水分的来源,白锈造成的破坏是在相对短的时间内由水单独完成的水冷后没有完全干燥，造成在堆积或包装的时候镀件上留有水分直接暴露雨水或海水中由于大气温度变化造成凝结水，导致镀件表面留有水分通过接触表面间的毛细作用导致镀件表面留有水分,污染物的影响,破坏程度取决于暴露
23、在残留水分和所处环境中持续的时间污染都会提高水的电导率从而增大氧浓差电池的作用污染物：来自海水的氯化物 来自工业环境的硫化物来自镀锌操作中的助镀剂的残留物,容易产生白锈的镀锌件,堆积或捆扎的镀锌片、板、角钢、杆和管等镀锌件经常会出现白锈已经在大气中形成正常的腐蚀产物保护层的锌表面很少有白锈出现加工后的镀锌产品比平整的镀锌钢丝、镀锌板对白锈没那么敏感,白锈的预防,镀锌者有责任根据国家标准生产出质量好的镀层 为提高镀件抗白锈能力，采用钝化后处理工艺镀件离开工厂后，用户必须在储存运输过程及建筑安装工地采取合适的处理措施和储存手段，确保在最终安装时镀件不生白锈储存和运输 ；保持低湿度 镀件间保证足够的
24、通风,镀锌件后处理,加工后的组合件其镀锌表面是充分暴露的，一般不需要后处理。大多数加工后的热镀锌件不经任何后处理就运走紧密堆积的热镀件需不需要进行表面处理主要取决于镀件的外形和预期的储存条件堆放或套入的镀锌件的防白锈的能力是极其脆弱的，特别是当它们以不打开的捆的存放几个星期以上时如果镀锌表面在六个月内要涂漆，后处理可能会妨碍与漆的黏附力。需同镀锌者商量如何制备要涂漆的表面,预防白锈的措施,1. 镀锌件应该清洁，无残留助镀剂2.在干燥的、有良好的通风环境的、有加热设施的条件下。远离通向室外的门口3.户外储存时镀件应该架高并用窄条隔离物分开并倾斜放置，给所有镀件表面提供自由流动的空气。不应该在湿的
25、土壤上和腐烂的植被上存放。含松脂的木材不能用作隔离物或包装物，4.在容器中存放的小镀件在包装前要彻底干燥。包装箱密封时加入干燥剂。5.未覆盖的镀件不要放在可能会受到雨水、雾气、凝结水和雪水的地方。6. 海运时，不应该放舱面和底舱处,镀件堆放示意图,一般白锈的危害,锌变为氧化锌或氢氧化锌时体积增大3-5倍因为腐蚀产物的体积很大，腐蚀作用看起来要比实际情况严重得多中等或很厚的储存湿锈层是非常难看的，但是它们仅仅使基底镀层损失很少的锌钢结构件热镀锌层提供的较厚的镀层，通常白锈对镀层的耐久性和预期使用寿命几乎没有影响或没有明显影响。,轻度白锈的处理,白锈同常是肤浅的，在大多数情况下，并不表明锌镀层已严
26、重破坏，也不意味着镀件的使用寿命可能会减少发生轻度白锈后，镀件应摆开以使表面迅速变干。镀件干了后，就立即检查当表面的锈迹是轻微而平滑的，当轻轻用指尖刮表面来判断时，锈迹会逐渐消失并和周围的锌表面混成一体，与在服役期间正常腐蚀的结果一样如果影响区在服役期间内将暴露不充分，或将在潮湿的环境下工作，即使是非常肤浅的储存湿锈也应去除，以不妨碍生成碳酸锌保护膜。,中度到重度的白锈的处理,中度到重度的白锈必须清除，否则在影响区不能生成必要的碱式碳酸锌保护膜。清除要用硬毛刷，不能用钢丝刷。在白锈发展的后期，典型的白色和灰色的腐蚀产物可能会变黑。当这种情况出现时有明显数量的镀锌层已经被腐蚀，使用寿命会降低。在清除储存湿锈后必须检查影响区的镀层厚度以确保留有足够的镀锌层。在极端的情况下，由于在恶劣的环境中长期存放，已经形成极严重的白色沉积物或红锈，清除后必须按照修复热镀锌层的损坏区和漏镀区的标准方法进行修补。如果影响区域很大或者腐蚀严重损害镀件预期的使用，必须重镀,锌层厚度与锌层重量转换表,谢谢,
