热镀层由基体材料与熔融金属间形成的合金层和黏附的金属层组成,具有耐蚀防护的特殊性能。其基本特征是在基体金属与镀层金属之间有合金层形成。被镀金属材料一般为钢、铸铁及不锈钢等。用于热镀的低熔点金属有锌、铝、铅、锡及其合金等。
热浸镀
将金属材料浸入熔点较低的熔融金属或合金中保温并在其表面形成熔融的金属或合金层的工艺方法。简称热镀。
- 英文名称
- hot-dip metal coating
- 又称
- 热镀
- 所属学科
- 机械工程
热浸镀时,被镀的基体金属与熔融金属发生了一系列复杂的物理化学反应,包括熔融金属对基体表面的浸润、基体的溶解,基体金属原子与熔融金属原子之间的化学反应,以及基体金属原子与熔融金属原子的相互扩散等,是一个冶金过程,按照相应的相图形成有不同相构成的合金层,热浸镀层是由合金层和浸镀金属构成的复合镀层。
热浸镀工艺程序主要包括:待镀工件——前处理——热浸镀——后处理——成品件。
按照前处理的不同,分为保护气体还原法和溶剂法两种。保护气体还原法主要用于连续热浸镀工艺,如镀钢带和钢丝。这种方法主要是将处理干净的待镀工件,经过还原气氛退火炉加热到再结晶温度,然后隔离空气冷却,浸入熔融金属。按照前处理设备和工艺的不同,分为森吉米尔法、改良的森吉米尔法和美联钢法。溶剂法主要用于零件的间歇式热浸镀,如镀钢管、型钢和各种钢制件,也用于钢丝连续热浸镀。溶剂法又分为湿法和干法。“湿法”指待镀工件通过熔盐型助溶剂后不经烘干直接进入热浸镀槽,结合力良好,但助溶剂高温分解,烟雾大;“干法”指待镀工件通过水性助溶剂后,经过烘干再浸入热浸镀槽,环保性好,是当前常用的溶剂助溶方式。
因为热浸镀层金属的熔点要求比基体材料低得多,所以热浸镀常限于采用低熔点金属及其合金,如锡、锌、铝、铅及其合金,其中应用最为广泛的镀层金属是锌,近年来为了提高镀层的耐蚀性能和机械性能,以适应不同的应用场合,开发了多种锌基合金镀层。
热镀锌及其合金是当前热镀行业研究最多、技术最成熟的热浸镀基础性工艺。其镀层可以在室外环境使用10年以上,甚至高达几十年,常应用于室外的电塔、高速公路护栏和大型桥架。
热镀铝钢材具有良好的耐热性、耐蚀性、特别是具有优异的耐硫化腐蚀性能。镀铝钢材在工业大气中的腐蚀仅为镀锌钢材的1/3~1/5,在淡水中其使用寿命为镀锌钢材的3~50倍,含硅的镀铝钢材具有良好的耐热性,可在450℃下长期使用,其耐热性能与Crl3系列不锈钢相当,具有极其广泛的推广前景,但镀层的连续性和均匀性的控制不如热镀锌技术成熟。
为了兼顾热镀锌和热镀铝的优点,人们开发了热镀锌铝合金。热镀锌铝合金中最成功的是55%Al-Zn合金热浸镀层。在多种介质的环境中都表现出优良的耐腐蚀性能。试验表明,55%Al-Zn合金镀层的耐蚀性能大大优于锌镀层,在一些情况下可与铝镀层相比;其抗高温氧化性能优于锌镀层,达到与铝镀层相近的程度;该种镀层还具有良好的热反射性能。55%Al-Zn合金热浸镀层已经在建筑、汽车、家用设备等行业获得应用。
锡无毒性,因此广泛地用作热浸镀层。铅亦可热浸镀,但在热浸镀铅时要先镀锡再镀铅,或者在铅中加入3%~5%的锡或铋。铅锡合金热浸镀的常用镀液成分为70%~80%Pb,20%~30%Sn,浸镀温度为400℃~500℃,加入少量的稀土添加剂(0.02%)和微量镓可改善镀层质量,降低浸渍温度。
扩展阅读
- 卢锦堂,许乔瑜,孔刚.热浸镀技术与应用.北京:机械工业出版社,2006.
- 吴元康.热浸镀工艺概论.江苏表面工程,2010,111(3):8-11.