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热镀锌加工中铝对锌液的影响

浏览次数: 日期:2013-3-27

热镀锌加工中铝对锌液的影响

在热镀锌加工生产实践中,几乎很少有人去、也没有必要去研究锌液中加铝的理论,铝不是作为锌锭的正常杂质进入锌液的, 在研究锌液中加铝对镀锌的影响时发现:即使在锌液中加入极少量的铝, 例如0. 05% , 就可以借助于加铝后形成的保护性氧化膜而大大减少锌液表面的氧化, 降低表面锌灰的生成速度和数量, 因而降低了因氧化而造成的一部分锌耗。与此同时, 镀层表面也比不加铝的纯锌层光亮

450℃时加铝量对锌的流动性的影响

在探讨加铝对热镀锌的影响时,我们必须先明确,在锌锅中加铝时是的目的。

(a)增进光泽;

(b)改变组织。

  如果使锌液中的铝含量、浸镀温度及浸锌时间都处于使Fe2A l5 层形成的最佳条件时, 则可以获得有一定厚度并且完整的Fe2A l5 合金层作为粘附的中介层, 进而使镀层的附着力得到

改善。加铝之后, 在浸锌的初始阶段优先形成的Fe2A l5 , 起了抑制锌原子扩散的作用,抑制了Fe2Zn 合金层的生长。随着浸锌时间的加长, Fe2A l2Zn 三元合金组成也发生变化。在浸锌后首先形成的是由10%14%A l22%25%Fe 60%65%Zn 组成致密的合金层。随着浸锌时间的加长, 化学亲和力较强的铁和铝继续反应生成铁铝化合物。其中锌的比例将下降, 形成了成分为24%30%A l33%36%Fe 34%40%Zn 的所谓二次抑制相。如果再进一步延长时间, 则会进一步变成Fe2 (A lZn) 5。在含铝0. 25%、温度为450℃的锌液中浸镀10s30s120s 的实验中分别出现上述组织, 当组织变为Fe(A lZn) 5 , 它已失去了抑制Fe2Zn 反应的能力。

因此, 在镀锌时如果形成Fe2A l5 层和缺锌的固溶体时, 镀层的附着力较好, 而且镀层也较薄。但是若由于锌在Fe2A l5 中的溶解度增加, Fe2A l5 层由于均质性受到了破坏,丧失了抑制Fe-Zn 反应的能力, 附着力变差,镀层也变厚。

  为了增进锌层的光泽在锌中维持0.02%的含铝量已经足够。要改变锌层的组织含铝量就必须在0.2?0.3%之间,即至少要比增进光泽的含铝量增加九倍。由于铝在锌锅中很容易被氧化,在增进光泽的锌锅内要维持它的足够含铝量就必须按0.2%加入。

对于溶剂法热镀锌, 由于加铝, 溶剂的作用发生了变化, 当溶剂浸入锌液时, 出现了如下新的反应:

3ZnCl2+ A l23Zn+ 2A lCl3(123)   3NH4Cl+ A lCl3A lCl3·NH3(400) + HCl上述反应表明, 铝的存在, 大量消耗了溶剂中的ZnCl2 NH4Cl, 削弱了溶剂的作用,在生产时造成钢板表面的漏镀。同时, 使用ZnCl2 NH4Cl, 又大量消耗了锌液中的铝。所以, 在湿法镀锌时, 便失去了加铝的可能性

 

在需要改变组织的锌锅内加铝量—即所谓干法镀锌——就必须加到1.5?3.5%。如以含铁的再生锌操作时,加铝量就须更多,因为再生锌中的铁能和铝相结合,因此铝的损失是由于它与锌中铁结合及铝的氧化二者之和。

在使用干法镀锌时, 同样存在铝的消耗和铝使溶剂作用降低的反应。但更主要的是在烘干不良、含水较多时造成了铝的强烈氧化, 生成了大量的A l2O 3。有的资料介绍, 在溶剂镀锌锅的钢板入口处的锌灰中, A l2O 3

的含量达到了1 5. 2%。与此同时, 还降低了ZnCl2 FeO 溶解作用, 从而使表面可能出现漏镀并消耗了大量的铝。

  加入少量铝来增进光泽可以照下列方法进行:锌由其液态氧化后都知道带有一些黄色,因此镀锌后工件的表面带有些变色。这是由于锌中含有氧化物而生成的干扰颜色,特别是由于铅和镉。

  锌锅中不同含铝量时的铁的损失量及上锌量

  铝能生成有特殊组织的氧化铝层。氧化铝层有效地阻塞了氧的扩散,这些少量的铝不但防止了锌液表面的氧化,而且同样地在锌液表面的氧化铝也防止了其中其他金属的氧化。由于这些氧化铝薄层非肉眼所能见,因此我们看起锌来就觉得完全是金属的光泽而没有受到任何干扰。

  所谓的光亮镀锌或银亮镀锌就是指要获得特别光亮的镀锌操作。这是照前面所讲的方法在锌锅中加铝,同时还加一些锡,锌层在未凝固前就在温水中加以冷却。这样的快速冷却阻止了纯锌层生成花纹。因此加入铝和锡后在镀锌工件表面生成了一层银亮色的均匀的锌层。

  加铝量达0.2?0.3%的效果特征是固体的铁基和液体锌之间的反应开始得较慢。在二者没有较长的接触时间以前,反应不会开始,因此,在较短的浸锌时间及较低的镀锌温度时,固体铁基和液体锌之间完全没有反应发生。

  当液体铝和固体铁基接触时好像也发生类似情况。此处在液体铝中加入少量的其他金属相当地降低了液体铝对固体铁基的侵蚀。用熔融铝在铁基表面镀铝时发现当铝中含有铁时对铁基的侵蚀作用大为减低。

  这个现象的不同点就是它并不是延迟了反应的发生而是减低了反应的速度。同样在化一间的反应也发现,如果钢为锌所饱和,它们间的反应也缓慢得多。但是必须指出,这种情况只有在较高温度下才能生效,而在通常的锌锅中决不会发生。

  加铝后的阻止作用完全决定于它的含量及锌锅的温度。很明显地可以假定这阻止作用和氧化铝薄膜的存在有关,它是扩散作用的阻碍。

  无论如何,任何锌液中含有相当多的金属氧化物以致可能生成一层Aal2O3层时,可以想象此薄膜会沉积在钢的表面,使铁基与锌液有一段隔离的时间,直至其消除。

  在锌锅温度较低而又含有相当量的铝时,事实上液体锌不可能和固体铁基反应,只有温度稍为升高时才可能发生。

  钢在镀铝时如铝中含硅量增加,FeAl3开始生成的温度就提高了。温度较高时很明显地增加了质点的数量,使质点移动没有一个能得到保留,因此反应性就加速了。

  注意的是,含铝的锌锅当它的阻止作用一旦停止而反应开始时,它比纯锌对铁的侵蚀作用就更为巨大。

  在不同加铝量百分数及不同浸锌时间下的上锌量见附表。

  从这类锌锅中可以看出其上锌量的相当不规则特征。

  但是,仔细地研究它的组织以及在这些锌锅中反应发生的过程,就可以明了这些不规则性发生的原因。必须指出的另一事实是,当浸锌时间较长时,含铝高的锌锅其上锌量较含铝低的为多。

  也可以看出,当浸锌时间较短,即在4min以下时,含铝高时就发生了阻止作用。因此,加铝多使铁的损失量大为减少,但是当浸锌时间较长而加铝多时却使铁的损失量增加。

  从图可以看出铁的溶解速度对于含铝量及浸锌时间的关系达到如何程度,加铝后反应进展和寻常不同的地方,在温度变动的影响上也表现出来。在纯锌中温度由450℃升至470℃时,铁的损失量约增加了30%,如果这个锌液是含铝状态,同样的温度变动,铁的损失量约比纯锌中高出三倍。

  这个问题,在笔者经历中真切的经历过,老师傅们固执的认为加铝可以防止锌锅氧化,还可以节省锌,理直气壮的向锌锅中加铝,甚至铝合金、易拉罐、导线等,结果很短的时间内,锌锅出现强烈浸蚀,当然这和其他因素也有关系。但通过后来的学习、实践、终于明白了其中原因,那就是:加铝在450?470℃这一正常的热浸镀锌范围内,由于以上原因和反应机理,铝加速了锌锅、吊具、工件中铁的溶解,铁的损失量约比纯锌中高出三倍,进而造成了大量锌渣,损失巨大。

  为了达到热镀锌操作的目的,从这里可以学习到的经验就是,只有镀锌工件的浸锌时间可以在锌锅中调整到较短的时候,含铝锌液才有它的作用。

  假如浸锌时间稍长,就可能发生特别剧烈的浸蚀,用含铝锌液热浸镀锌的目的是为了要得到挠性特别良好的锌层,并阻止很脆的缺乏挠性的Zn—Fe合金层的生成。但这些作用只有在浸锌时间很短时才有可能。

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