钢结构的热浸镀锌钢结构件镀前处理的目的是提供洁净的制件与锌浴自由地反应形成连续的、附着性好的镀层。如果制件已经很好地进行了镀前处理,那么在钢铁制件表面获得良好镀层就取决于锌的质量、锌浴成分、锌浴的温度、浸锌的时间、镀件从镀锌锅中提出时的提升速度等条件。图3-4所示为低碳钢制件镀层质量与锌浴温度、浸镀时间和提升速度之间的关系曲线,由图可看出,锌浴温度升高、浸锌时间延长及提升速度增大,将使镀层厚度增大。(1)铝元素的添加58]在热浸镀锌时,常常会在锌浴中加入少量铝,它可以起到下列作用提高 镀层光亮性; 2减少锌液面锌的氧化,减少锌灰的产生。然而,如果锌浴中铝含量控制不好,不但不能够提高产品质量,反而会造成镀层表面出现颗粒,甚至导致漏镀等缺陷产生。@对镀层光亮性的影响。锌浴中加入少量铝可使镀层表面较纯锌层更光亮。由于锌浴中的A1被选择性地氧化而使表面形成一层连续的Al203膜,锌浴表面不易氧化而较纯锌浴更光滑,从而获得更为光亮的镀层。同时由于镀层中也含有铝,在镀层的表面也会形成一层Al2O3保护膜,给锌层提供了一个物理屏障而阻止了锌被空气氧化,有利于保持锌的金属光泽。实验表明,当锌浴中铝含量超过0.001%时,镀层光亮性就会显著提高;但锌浴中铝含量在0.001%~0.005%时,对镀层光亮性的作用随浸镀温度、制件提升速度等因素的影响而变得不稳定;锌浴中的铝含量超过0.005%后,镀层的光亮性随铝含量的增加稳步提高。并在锌浴中铝含量为0.02%左右达到高值,铝含量超过0.02%后镀层光亮性不再提高甚至会缓慢下降。因此,在热浸镀锌生产中,为提高镀层光亮性,可在锌浴中加入铝,使铝含量为0.005%~0.02%.@对锌渣及锌灰的影响。锌浴中的铝含量为0.005%~0.02%时,通常不会形成密度低而浮于表面及锌浴中的富铝浮渣。同时,锌灰会减少,这是由于在锌浴中含有铝而在表面形成了一层Al2O3保护层,阻止了锌被氧化形成锌灰。常用的酸洗方法钢结构热镀锌工序中常采用的酸洗介质为盐酸和硫酸,两种酸各有其特点。硫酸的酸洗速度比冷盐酸快,因此酸洗池的数量可少一些;而且回收硫酸所用的设备也较便宜,这不仅能简化工艺,也有利于污水处理;另外,硫酸比盐酸价格便宜。但硫酸酸洗时一定要加热到60~65℃才能达到较高的酸洗速度;而且硫酸是强氧化性酸,对操作者比较危险,要相当谨慎。相对来说,盐酸酸洗在热浸镀锌中运用得更为普遍。@盐酸酸洗。盐酸是目前热浸镀锌企业较广泛采用的一种酸洗原材料。其质量分数通常控制在5%~15%的范围。酸的质量分数越低,酸洗所需的时间越长。另外,酸洗的温度对酸洗的速度影响较大。在酸洗制件时,铁盐在槽内逐渐沉积。当酸中的铁盐达到150~200g/L时,虽然槽里含有一定量的游离酸还可以使用一段时间,但除非升高温度,否则酸洗速度将大大减慢。此时,不宜再添加新酸了,只能将其全部处理掉。2硫酸酸洗。在室温下,硫酸对金属氧化物的溶解能力较弱,提高含量不能显著提高硫酸的溶解能力。40%(质量分数)以上的硫酸溶液,对氧化铁的溶解能力显著降低,60%(质量分数)以上的硫酸溶液几乎不能溶解氧化铁,因此,用硫酸作酸洗溶液,其质量分数一般多控制在8%~15%,浓硫酸能够引起烧伤,因此搬运时必须特别小心。浓硫酸必须是慢慢地加到水里,而绝对不能将水往浓硫酸里倒。用添加浓酸的办法来保持酸液的含量。提高温度,可以大大地提高硫酸的除锈能力,由于硫酸挥发性低,适宜于加热操作。热硫酸溶液对钢铁基体腐蚀能力较强,对氧化皮有较大的剥落作用,但温度过高时,容易过腐蚀钢铁基体,使氢脆的倾向增加。为避免这些危害,硫酸一般不宜超过75℃,同时应加入适当的缓蚀剂。除锈液可加热到50~60℃,除锈过程中积累的铁盐将显著降低硫酸溶液的除锈能力,减慢酸洗速度,并使除锈后制件表面残渣增加,质量下降,因此,硫酸溶液中的铁含量,一般不应大于60g/L.当溶液中铁含量达到60g/L时就要停止加酸,终铁含量增加到80~120g/L后再废弃。3氢氟酸酸洗。氢氟酸可用于粘砂铸件的酸洗,以代替喷砂清理。但必须强调的是,氢氟酸毒性大,挥发性强,在使用时,应严防氢氟酸和氟化氢气体接触人体,如果与皮肤接触,会引起严重烧伤。因此,在使用时,酸洗人员必须穿戴橡胶靴子和围裙、长的橡胶手套和密封护目镜。当铸件从氢氟酸液中取出以后,制件表面上的胶状层必须用水冲刷干净。然后,制件再进行普通的酸洗及溶剂处理步骤。氢氟酸酸洗池底的大量沉淀物必须定期清除,池顶部应设置抽风装置。由于制件及锌锅上的铁不断溶入锌中,使锌浴中铁含量增加,在450℃时铁在锌中的溶解度为0.03%,当铁含量超过该值时,便会生成FeZn1s金属间化合物沉入锅底形成锌渣。当锌浴中加入0.06%~0.10%的镍后,铁的溶解度将下降,这意味着加镍会促使一部分铁形成锌渣。为减少锌渣的形成,锌浴含铁量应尽量减小。锌渣由原先的Zn Fe二元合金相转变为Zn-Ni Fe三元合金相。锌浴加镍后锌灰的生成量会减少。@锌浴中镍的加入方式。由于镍的熔点大大高于锌,锌浴中添加镍,往往需要首先转化成锌镍中间合金或采用镍粉直接合金化技术。、国际上曾采用的锌镍中间合金有Zn-2%Ni,Zn-0.5%Ni中间合金和Zn-0.24%Ni预合金。表36所列为几种常用的Zn-Ni合金及镍粉在热浸镀锌中的使用特性:镍元素加入锌浴中,镀层、锌渣中所带走的镍量均大于锌浴中的含镍量。当锌浴中的镍含量在0.055%~0.06%的范围内时,镀层中的含镍量比锌浴中更高:而锌渣中的镍含量为0.5%,比锌浴中高出10倍,若形成r:相浮渣、含镍量将更高;锌灰中的镍含量约为0.04%,略低于锌浴中。因此,要维持一定镍含量的锌浴,锌镍合金的实际加入量要高得多。这就涉及镍的有效利用率问题。早期有报道称当锌浴中刚加入Zn-2%Ni合金时,锌浴中的镍含量很快上升。但持续地添加后,镍的有效利用率(锌浴中的镍含量与添加量之比)降低得很快,仅为20%~30%.Zn-0.5%Ni和Zn-o.24%Ni预合金早是用于维持锌浴中较高镍含量(镍含量为0.08%~0.12%)而生产的,预合金的意思就是直接使用而不再与纯锌进行稀释。但后来由于锌浴中镍的使用量降低,Zn-0.5%Ni合金也就作为中间合金使用了。由于Zn-0.5%Ni合金中的d-NiZns金属间化合物相量较少且分布更均匀,故镍的有效利用率更高,有报道称可达到33%,但使用该合金的成本是Zn-2%Ni合金的2倍以上。Zn-0.24%Ni合金接近共晶成分,它的熔点低,可迅速溶解于锌浴中,但这种合金因使用成本过高而未被广泛采用。目前国外使用得较多的为Zn-0.5%Ni合金,而国内出于成本的考虑,使用得较多的仍为Zn-2%Ni合金。镍粉直接合金化是由加拿大TECKCominco公司研究开发的。采用该技术设备制作简单、成本低、操作方便,但在目前尚未取得广泛应用。浸镀速度在保证操作工人安全的前提下,钢结构件浸入锌浴的速度要尽可能地快。这就要求已处理好的钢结构件应尽可能干透,否则会引起严重的锌的飞溅,造成锌耗增加且不安全。钢结构件浸入的速度还影响着镀层的均匀性,特别是长制件,若保持倾斜角度不变,先进入锌浴的一端与后进入的一端在锌浴中浸没的时间是不同的,可以采用“先进先出”的办法来加以弥补。钢结构件快速浸没于锌浴还有助于减少制件变形。
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