哈 尔 滨 理 工 大 学
表面工程技术论文
（综述）
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年    月    日
热镀锌
一、 引言
近年来,随着世界经济的发展,尤其是汽车、家电及建筑业的发展,对镀锌带钢的需求量大大增加,市场需求非常可观。在美、日等钢材生产大国,热镀锌钢板在钢材中所占比例高达13% ~15%,而用于汽车行业的热镀锌板已占其总产量的40%以上。目前,日系轿车基本上全部采用热镀锌板作外板,而热镀锌带钢在我国市场一直是紧缺产品。正是这种需求大大促进了连续热镀锌技术的发展。
热镀锌也称热浸镀锌，是在高温下把锌锭融化，在放入一些辅助材料，然后把金属结构件浸入镀锌槽中，使金属构件上附着一层锌层。热镀锌的优点在于他的防腐能力强，镀锌层的附着力和硬度较好。缺点在于价格较高，需要大量的设备和场地，钢结构件过大不易放入镀锌槽中，钢结构件过于单薄，热镀又容易变形。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，热镀锌需求量也不断增加。
二、热镀锌技术发展史
（一）热镀锌技术发展史
热镀锌是由较古老的热镀方法发展而来的，自从1836年法国把热镀锌应用于工业以来，已
经有一百四十年的历史了。然而，热镀锌工业是近三十年来伴随冷轧带钢的飞速发展而得到了大规模发展.
1937年美国建立了第一条连续热镀锌带钢生产线，1942年在美国建成了第一条连续电镀锌带钢生产线，从进入工业性生产至今已有160多年的生产历史。
热镀锌产品广泛用于建筑、家电、车船、容器制造业、机电业等，几乎涉及到衣食住行各个领域。近年来，世界镀锌钢板需求量不断增加，产量增长也很快，在美、日等钢材生产大国，热镀锌钢板在钢材中所占比例已高达13%-15%。
涂镀层钢板的最大优点是优良的耐蚀性、涂漆性、装饰性以及良好的成形性。近年来涂镀层钢板在汽车上的用量一直呈上升趋势，并成为汽车用薄板的主体。世界各国均在研究如何扩大涂镀层板的品种、规格，改进镀层工艺进而提高镀层质量，即耐蚀性、抗粉化剥落、涂敷性、焊接性。镀层板的成形性始终是其应用的重要方面，这主要取决于基板性能、镀层工艺及性能和成形工艺条件，通过综合的先进技术相配合才能达到良好的应用效果。
（二）我国镀锌钢板生产现状
    我国热镀锌生产发展一直处于滞后状态。20世纪50年代到60年代陆续建成了13条单张钢板熔剂法热镀锌机组，能力为10万t/a，但因产量低、成本高、质量差、污染环境、经济效益差等缺陷已先后停、转产。从20世纪70年代末，我国才开始建造大型宽带热镀锌机组。
    热镀锌带钢在我国市场一直是紧缺品种。从20世纪90年代中期以来，每年都要从国外进口80-100万t左右。随着国内经济的发展，尤其是汽车、家电及建筑业的发展，对镀锌带钢的需求量也大大增加。我国近二十年来已建成了一批年产量10万t以上生产线，但从工艺流程、设备组成到产品品种上都属于低水平传统技术的热镀锌机组，在品种质量数量上也不能满足我国经济建设发展的需求，仍需建设新热镀锌线来满足市场需要。
20世纪90年代以来我国镀锌钢板生产取得了长足发展，国内已有和在建镀锌板加工能力达到近300万t。近几年国产镀锌板的市场占有率提高很快，由1996年的约27%提高到1998年的59%左右。国内主要生产厂家为宝钢、武钢、攀钢、本钢、广东南方。5家企业生产能力总和已超130万t。见表1。
表1我国热镀锌钢板生产机组概况
生产厂
投产年份生
生产能力万t·a-1
工艺类型
生产规格mm
设计生产品种
速度m.min-1
炉型
备注
武钢l#镀锌
1979
15
改良型森吉米尔法
0.25~2.5x700 ~1530
普通、平整锌花,小锌花,锌铁合金
150
卧室炉
带有横切机组
武钢2#镀锌
1999
20
宝钢l#镀锌
1990
36.5
改良型森吉米尔法
0.3~3.0x900~ 1850
普通锌花,小锌花,平整锌花
180
塔室炉
-
宝钢2#镀锌
2000
35
本钢冷轧厂
1996
20
改良型森吉米尔法
0.5~2.5x700~1500
普通锌花,小锌花,平整锌花
150
卧室炉带快速冷却段
带有横切机组
攀钢冷轧厂
1997
15
带清洗段森吉米尔法
0.25~2.5x720 ~1120
普通锌花,小锌花,平整锌花
120
卧室炉带快冷、缓冷段
带有横切机组
广东南方钢板有限公司
1994
10
美铜联法
0.25~2.5x500 ~1250
普通锌花,小锌花,平整锌花
90
卧室炉
带有横切机组
我国现有的热镀锌机组与国外先进水平存在的主要差距在于绝大多数机组没有预清洗设备，对镀锌表面质量难以保证;现有光整机都是比较简单的两辊光整机(攀钢为四辊)，无法更好地改善带钢的机械性能，特别是深冲性能；现有品种都是单一的镀锌板，仅有少量的合金化板，远不能满足市场需要。
    我国厂家生产的热镀锌钢板均以建材、轻工、农业、交通等行业为主要用户。由于受现有热镀锌设备条件、工艺技术及原板性能的限制，实际生产可供汽车制造业使用的镀锌板很少。见图1。
图1 热镀锌厂
镀锌钢板的特点：镀锌能有效的防治钢材腐蚀，延长使用寿命。镀锌薄钢板（厚度为0.4～1.2mm ）又称镀锌铁皮，俗称白铁皮。镀锌钢板广泛应用于建筑、车辆、家电、日用品等行业。随着西部大开发战略的实施，西电东送、西气东输、南水北调、三峡工程、农网及城市电网二网改造等项目的深入展开，我国热镀锌行业已进入新一轮的高速发展阶段。
三、热镀锌技术基本原理及设备简介
（一）热镀锌技术基本原理
1、概述
　　锌易溶于酸，也能溶于碱，故称它为两性金属。锌在干燥的空气中几乎不发生变化。在潮湿的空气中，锌表面会生成致密的碱式碳酸锌膜。在含二氧化硫、硫化氢以及海洋性气氛中，锌的耐蚀性较差，尤其在高温高湿含有机酸的气氛里，锌镀层极易被腐蚀。
  锌的标准电极电位为-0.76V，对钢铁基体来说，锌镀层属于阳极性镀层，它主要用于防止钢铁的腐蚀，其防护性能的优劣与镀层厚度关系甚大。
  锌镀层经钝化处理、染色或涂覆护光剂后，能显著提高其防护性和装饰性。近年来，随着镀锌工艺的发展，高性能镀锌光亮剂的采用，镀锌已从单纯的防护目的进入防护-装饰性应用。
镀锌溶液有氰化物镀液和无氰镀液两类。氰化物镀液中分微氰、低氰、中氰、和高氰几类。无氰镀液有碱性锌酸盐镀液、铵盐镀液、硫酸盐镀液及无氨氯化物镀液等。氰化镀锌溶液均镀能力好，得到的镀层光滑细致，在生产中被长期采用。但由于氰化物剧毒，对环境污染严重，近年来已趋向于采用低氰、微氰、无氰镀锌溶液。
2、原理
在盛有镀锌液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的正极和负极联接。镀锌液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，镀锌液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入镀锌液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬
化合物来维持。镀锌时，阳极材料的质量、镀锌液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，需要适时进行控制。
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。
（二）热镀锌技术设备简介
热镀锌设备的结构构成：
  1、内加热陶瓷镀锌设备由锅体、内加热器、电控及温度控制系统组成，锅体由三层保温材料和锅体钢板框架构成。
　 2、内加热陶瓷镀锌设备外观设计科学，加热器安装在锌锅内侧垂直均匀布置，保证锌液温度均匀，便于操作和维修，生产效率高，操作安全可靠。
　 3、内加热陶瓷镀锌设备用内加热器、锌液温度双控制，锌液采用耐蚀热电偶测温，电偶直接与锌液接触温度准确，实现数字化自动调温，保证锌液温度长期稳定工作。
　 4、内加热陶瓷镀锌设备，锅体钢板框架采用标准钢材焊接而成，钢材表面经过防锈工艺处理，外表美观，使用寿命长。
四、热镀锌技术工艺方法
（一）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  
（二）有关工艺过程说明  
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 20%，六次甲基四胺1～3g/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。
脱脂及酸洗处理不好会造成镀层附着力不好，镀不上锌或锌层脱落。  
3浸助镀剂 　
　  也称结合剂，可保持在浸镀前工件具有一定活性，以增强镀层与基体结合。NH4Cl 15%～25%，ZnCl2 2.5%～3.5%，55～65℃，5～10min。为减少NH4Cl挥发可适当加入甘油。
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120～180℃。
5热镀锌 　
要控制好锌液温度、浸镀时间及工件从锌液中移出的速度。
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，锌耗大，甚至无法施镀。  
在同一温度下，浸镀时间长，镀层厚。不同温度，要求同样的厚度时，高温浸镀所需时间长。  
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。  
为了提高在较低温度下热浸镀液的流动性，防止镀层过厚，并提高镀层外观，常常加入0.01%～0.02%的纯铝。铝要少量多次加入。 　
6整理 　
镀后对工件整理主要是去除表面余锌及锌瘤，用震动或手工方法均可。 　
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。  
8冷却 　
一般用水冷，但温度不可过低，防止工件，特别是铸件由于激冷回缩产生基体组织开裂。 　
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。
五、热镀锌技术常用的材料

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