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电加热锌锅炉热镀锌液中添加微量元素的作用

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电加热锌锅炉热镀锌液中添加微量元素的作用

发布日期:2018-05-30 作者: 点击:

电加热锌锅炉热镀锌液中添加微量元素的作用

锌锅摘要:热镀锌液中加入各种徽全合金元紊,将会对锌镀层的性能、显徽结构及外观等产生重要影响。镀锌生产线主要介绍了热被锌液中添加铝、硅、镁和稀土等11 种常见的徽童元素时破层的衬腐蚀性能的影响,锌锅并介绍了国内外最新理论研究成果,对热被锌合金的研究具有一定的指导意义。

引言

    随着我国汽车、建筑及家电等行业迅速发展,对高抗腐蚀材料的需求正在逐年增加。镀锌生产线是干什么的热浸镀锌作为一种具有优良耐腐蚀性能的涂层技术,在各行业中得到一r 广泛的应用。热镀锌液中添加微量元素可以有效地提高钢铁材料的耐腐蚀性能和改善镀层质量,因此探索和利用各种合金元素,将会对热镀锌合金的开发与应用产生重要的指导惫义。

1 热镀锌液中各元紊的作用

1.1 稀土元素

热镀锌液中加人柿斓混合稀土元素后,不仅可以有效改善镀层表面光泽,提高镀层耐蚀性能和机械加工性能,延长使用寿命,而且还可以减薄镀层厚度,明显降低热镀锌液温度。通常认为稀上的加入并不会改变热镀锌层的结构,稀土元素对镀层所起的作用主要有两方面:l )在一定的冷却条件下稀上元素的存在能使镀层表面组织更细;2 )稀土能提高镀层表面膜的致密性,在其镀层表面形成致密而均匀的氧化层,从而提高其抗高温氧化性能。

最近有研究认为,稀土元素在金属化合物中的扩散是不均匀进行的,其在钢基和锌液接触的相界面上发生偏析,抑制基体和镀层合金元家的相互扩散,延缓了金属间化合物的生长。还有研究认为,稀土元素能够对金属中的杂质,特别是电负性较高的S 、O 等(S 、0 等杂质的电负性较高会加速晶界腐蚀,是加速腐蚀的重要因素)元家起脱除作用,作为表面活性元素富集于镀层表面,形成致密而均匀的氧化薄膜,限碍了外界原子向锌镀层内部扩散,延缓腐蚀过程,提高了耐蚀性。

热镀锌液中稀土元素对镀层厚度有一定的影响,添加适量的稀土元素可以显著减薄合金层的厚度,当稀土为0.03%~0.10%时,锌合金层减薄程度最为明显;但是当稀土大于0.20%时,镀层出现RE 一Zn 化合物,影响镀层的性能。

1.2硅元素

当热镀锌液中的铁含量较高时,硅能与铁反应生成铁硅化合物将铁除去。硅除了去除铁之外,还能抑制锌合金层的生长,但是含硅的镀层往往表现出脆性。由于硅几乎不溶于锌合金镀层而以块状单质硅硕粒的形式分布于基体之上,而硅顾粒的硬度要比基体高的多,在锌合金镀层中硅粒子起着硬质点的作用,因此含硅的锌合金镀层具有较高的耐磨性能。硅的存在还可以提高锌合金镀层的耐高温和耐腐蚀性。

热镀锌液中加人适量的硅可以抑制Fe 一Zn 或Fe 一Al 合金相的生长,增强镀层的附着力。硅的加人还可以提高镀层的防腐蚀能力,因为硅在晶界上偏析,形成硅的氧化物,抑制了户β-Zn 相的氧化。当以Si小于0.01%时,其效果不明显(受到铝的抑制作用),硅无法在晶界上与铝或锌发生共晶反应,不能提高镀层防腐蚀能力;当w(si )大于2.00%时,超出了其在锌中的溶解度,在镀层中呈弥散状析出,于镀层表面形成小斑点,使其机械加工性能受损,所以ω(Si )应为0.02%~1.00%。

1.3锰元素

研究发现向热镀锌液中添加锰时,熔锌锅底部产生很多粉末状渣,且随锰元素添加量的增加,粉末状渣的量不断增多,经检测发现此粉末状渣主要为富锰的芬相。进一步研究表明,锰元素能促进锌镀层中占相层的生长,抑制‘相层的生长,并且锰元素能促使占相由破碎状向致密状转变。

锰元素能提高镀层的耐腐蚀性和抗氧化性。镀层中的锰含量相当低,通常以d 小于2μm的粒子形式存在于镀层表面,这是因为锰没有充分熔解于锌中。由于液态锰的相对密度小于液态锌的相对密度.致使其在液态锌表面附近聚集,当试样提起时,镀层表面形成分散细小的富锰粒子(锰也有一定的表面聚集作用),锰在空气中会生成一层连续致密的氧化物保护膜,提高锌镀层在空气中的抗氧化和耐腐蚀能力。

随着热镀锌液中锰的添加量的不同,锌镀层的组织结构会产生不同的变化。热镀锌液中。ω(Mn ) 低于0 . 50 %时,镀层主要由δ、ζ和η相组成,锰可以促进均匀致密的占相和或相的生成,锌镀层厚度随镀液中,ω( Mn )的增加而减少;当热镀锌液中ω( Mn )为0 . 5 。%时,锰进人整个合金层,特别ζ相中,有利于促进相δ和ζ相的均匀、紧密,并影响δ/ζ界面的扩散过程;当热镀锌液中。ω(Mn )超过0 . 70 % 时,被层中出现分散状的8 粒子,镀层厚度明显增加;当热镀锌液中。(Mn ) > 5 . 00 %时,镀层的耐蚀性、粘附性及延展性可以得到一定的提高。

Mn 的加人曾被认为是热被锌液中Ni 的有效替代元家。但是,由于热镀锌液中加人Mn 后会使镀层粗糙度提高,镀层发暗;同时,Mn 对活性钢热镀锌Fe -Zn 反应的抑制作用弱于Ni。最新研究结果表明。锰元素对Q345 钢的镀层过厚生长没有明显的抑制作用,而对Q235和Fe-0.08% Si的硅反应性有明显的抑制作用。因此,热镀锌液中加人锰,并未获得广泛的工业化应用。

1.4锡元素

一般情况下向热镀锌液中添加锡是为了得到较好外观的镀层,获得各种美丽的锌花,因此通常情况下锡和铝同时加入热镀锌液中会获得良好的效果,这样的镀层不仅有添加铝带来的优点,又具有添加锡所得的美丽外观。锡元素的存在不仅可以获得美丽的锌花,而且还可以降低热镀锌液的熔点(锡的熔点为217 ℃ );因为锡对铁的侵蚀速度只有锌对铁的一半左右;加锡后热镀锌液枯度会增加,因此镀锌层的厚度也会增加。有研究表明,当热镀锌液中ω(Sn )超过1.00%时又可使镀层变薄;当ω(Sn )高于0 . 30 %时,锡聚集在锌的晶粒界面形成锌一锡的共析体,引起局部微电池,腐蚀后生成坑洞,增加镀层的腐蚀速度,耐腐蚀能力下降。

在含硅的热镀锌液中,当加人ω( Sn )为3 % - 12 %后,对0.37% Si钢热镀锌层厚度变化情况表明,热镀锌液。ω(Sn )为3 %-5 %时,能够显著抑制高硅活性钢热镀锌层的异常生长,镀锌层厚度明显减少,其抑制机理为:由于sn 较难溶于Fe -Zn 合金相层中,在热镀锌过程伴随着Fe 一Zn 合金层的生长,会把sn 排到Fe 一Zn 相层/液相Zn 的生长界面上,当Sn 达到足够量时就会在Fe 一Zn 合金层生长前沿形成一连续层,阻挡Fe 与Zn 的相互扩散,从而抑制Fe 一Zn 合金层的生长。根据锌锡二元相图可以清晰的看出,在450 ℃ 时,锡在锌中的溶解度达到100 % , 因此锡的加人量可以有很大范围,但是锡易产生晶界腐蚀,使镀层耐蚀性下降,因而热镀锌液中锡的质量分数要严格控制红。

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