热浸镀锌-处理工艺(一)

[资料来源:固捷五金收集整理] [阅读次数:9810] [加入时间:2008年6月17日] [字号: ]

前言

钢铁材料为今日人类生活中不可或缺的重要资源。然而因其本身特性使然,使得"锈蚀"无日不时伴随着我们,并无时无刻地损耗着我们的资源-钢铁。

先进诸国,很早就注意到"锈蚀"的严重性,据估计,因防蚀所造成的损失,在日本一年约达国民生产毛额(GNP)的3.5﹪。在美国,此比率为4.2﹪,在英国为3.5﹪,德国为3﹪。如以日本3.5﹪来计算,在2001年我们不知不觉中损失了人民币八百三十亿元。所以先进国家均成立了有关的防蚀技术研究机构,以采取各种有效的措施,来避免或减少其损失。

热浸镀锌防腐蚀技术是目前各先进国家,使用最广泛,也是最有效的大气防腐蚀方法,其性能、特点及经济效益,在本简介中均有论及。盼能借着本简介说明,使大家对热浸镀锌防腐蚀方法,有更深一层的认识,并加以采用。

热浸镀锌的使用已有一百五十年以上的历史,其原理至今尚无改变。且因有无数的研究报告针对其作业流程作详细检讨,因此才有从最原始的湿式法镀锌演变至今天的干式法及连续法等作业。其防腐蚀效果也被公认为是目前最好的,且最具经济效益的。据估计,全世界每年经热浸镀锌保护的钢材约有20,000,000 吨,其对人类有限资源的维护价值实在是难以估计。

先进国家热浸镀锌的使用已非常广泛。举凡电力、电信、道路、运输、桥梁、港湾、建筑等均可使用。夸大地说“有铁的地方,就有热浸镀锌”应不为过。

热浸镀锌流程简介

热浸镀锌的原理,简单的说即是将已清洗洁净的铁件,经由Flux 的润湿作用,浸入锌浴中,使钢铁与熔融锌反应生成一合金化的皮膜。

良好的热浸镀锌作业,应是各流程均在严格的管制下,彻底发挥该流程的功能。且若前一流程的操作不善,会造成后续流程的连锁不良反应,而大量增加作业成本或造成不良热浸镀锌产品。若前处理不良,则熔锌无法与钢铁正常完全反应,形成最完美的镀锌皮膜组织。若后处理不良,则破坏镀锌皮膜外观,降低商品价值等。

热浸镀锌的优点

1.整个钢材表面均受到保护,无论在凹陷处管件内部,或任何其它涂层很难进入的角落,溶化锌均很容易均匀的覆盖上。

2.镀锌层的硬度值比钢材还大。最上层的Eta layer 只有 70 DPN 硬度,故易受碰撞而凹入,但下层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。

铁地(Base steel) 为原来铁基,一般硬度约为159 DPN hardness。
ζ层(Zeta layer) 最靠近铁基一层致密合金层,构造复杂,富有韧性及延展性,以Fe Zn7化成存在,铁含量约7~11﹪。
δ1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。
η层(Eta layer) 最上部纯锌层,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,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。

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,使其不受侵蚀。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。

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

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:使用环境别热浸镀锌的腐蚀速度

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寿命加起来还要好上1.5~2.5倍。请参照表2。

表 2:热浸镀锌及热浸镀锌-漆(duplex-system)耐用年数比较表

热浸镀锌皮膜附着量 田园地带 海岸地带 工业区地带
单位oz/ft2 单位g/㎡ 单独热浸镀锌耐用年数 duplex-system耐用年数 单独热浸镀锌耐用年数 duplex-system耐用年数 单独热浸镀锌耐用年数 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.附着量为一般镀锌钢板规格。
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。

8.用锌层来保护钢铁,除了热浸镀锌法外,尚有其它数种方法,其优劣比 较如表3,一般使用最广、防蚀效果最好且经济效益最佳者,为热浸镀锌法。

表 3:各种镀锌方式优缺点比较

比较项目 特性原理 优点 缺点
方法
热浸镀锌(hot dip Galvanizing) 溶融入法 请参阅本章 1.太小件作业困难
2.大于镀锌槽构件作业较复杂
均匀锌及锌、铁合金层
喷锌法
(熔射锌, thermal spray)
原子状锌喷射焊法 1. 尺寸、大小不拘
2. 厚度可达0.01英吋以上
1.隅角均一性差
2.经济性差
纯锌层
电镀法(Zinc plating) 电流电位差析出法 1. 形状大小不够
2. 外观良好
1. 厚度有限
2. 坚实性差
纯锌层
渗锌法 锌粉加热机械附着法 1. 均匀性良好
2. 耐磨性好
1. 大构件作业困难
2. 外观暗灰色厚度有限
纯合金层  
涂锌法(加镀锌, Ziga) 喷漆法或刷涂法 1. 作业简单 1. 耐磨性差
2. 隅角均一性差
92~95﹪高锌含量漆

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