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熱鍍鋅設計之熱鍍鋅層形成過程

2020-07-08

　　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原子所形成一種晶體，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%。

　　熱鍍鋅層防護性能

　　通常電鍍鋅層厚度5～15μm，而熱鍍鋅層一般在65μm以上，甚至高達100μm。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，鋅對基體產生電化學保護，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。顯然熱鍍鋅對基體金屬鐵的抗大氣腐蝕能力優于電鍍鋅。

　　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。