一直以来,幕墙的龙骨多采用热浸镀锌的钢管,但是行业内对于“热镀锌”、“热浸镀锌”、“电镀锌”、“冷镀锌”等到底是怎么回事也是众说纷纭。最近正好有一个项目,业主让解释清楚,于是查找相关文献、书籍、规范、网文等,特整理如下:
热浸镀(hot dip)简称热镀,是将被镀金属材料浸于熔点较低的其他液态金属或合金中进行镀层的方法。
钢铁材料热镀锌基本特征是在钢基体与锌镀层之间有合金层(alloy layer)形成,且当钢铁件表面从熔融的金属锌液中提出时,在此合金层表面附着一层熔融金属锌,经冷却凝固后形成金属锌镀层。
钢铁材料是热浸镀的主要基体材料,因此,作为镀层材料的金属的熔点必须比钢铁的熔点低得多。
一般认为,适合于热浸镀锌的钢是低硅量的沸腾钢,美国的金属手册中指明要求硅含量wSi小于0.05%。
连续铸钢技术的普及,给热镀锌带来了新的问题。这种新的钢种硅含量大于0.05%。因此说,若不是低碳钢,或其中硅含量低或过高的工件,则使热镀锌工作很困难,但是能通过其他工艺方法实现热镀锌。
主要包括槽镀(或挂镀)、滚镀(适合小零件)、自动镀和连续镀(适合线材、带材)。
目前,国内按电镀溶液分类,可分为四大类:氰化物镀锌;锌酸盐镀锌;氯化物镀锌;硫酸盐镀锌。
热镀锌也称热浸镀锌(galvanizing),是钢铁构件浸入熔融的锌液中获得金属覆盖层的一种方法。
系指铁基体与最外面的纯锌层之间形成铁-锌合金的过程,钢制件表面在热浸镀时形成铁-锌合金层,才使得铁与纯锌层之间很好结合。其过程可简单地叙述为:
当铁工件浸入熔融的锌液时,首先在界面上形成锌与α铁(体心)固溶体。这是基体金属铁在固体状态下溶有锌原子所形成一种晶体,两种金属原子之间是融合,原子之间引力比较小。
因此,当锌在固溶体中达到饱和后,锌铁两种元素原子相互扩散,扩散到(或叫渗入)铁基体中的锌原子在基体晶格中迁移,逐渐与铁形成合金。
而扩散到熔融的锌液中的铁就与锌形成金属间化合物FeZn13,沉入热镀锌锅底,即为锌渣。
当钢制件件从浸锌液中移出时表明产生纯锌层,为六方晶体,其含铁量不大于0.003%。
以“干法”热镀锌为例分析,钢管涂上氯化锌、铵助镀溶剂在烘干炉上预热至150~200℃的温度后,进入温度为440~450℃的锌液(浴)之中去。
首先,在瞬间钢铁制件就吸收了大量的热量,使钢铁制件表面上的锌液突然受冷,使之在瞬间内凝固于钢铁制件表面,形成了一层固体外壳,由于热量的继续大量供给,这层外壳很快受热而熔化。
当钢铁制件表面温度与锌液温度达到平衡时,熔融的锌液就开始与钢铁相互作用。经过一段时间,使钢铁表面上就产生了铁-锌合金层;铁-锌合金层的外侧连接着纯锌层,当冷却后纯锌层结晶,在锌层内侧连接着钢基体。
其整个过程较为复杂,它包括了物理变化、化学变化,钢铁的固体与熔融的锌液发生了浸润、扩散、溶解,其过程进行的速度随着钢材的化学成分、锌液的温度、浸锌的时间与深度有很大的关系。
固体铁溶解▶▶铁与锌结合成铁-锌合金化合物,产生了铁-锌合金层▶▶铁锌合金层的外侧连接着纯锌层,当冷却后纯锌层结晶,在锌层的内侧连接着钢基体。因此,热镀锌过程主要是由于扩散作用而形成镀锌层的过程。
4.1.1 当镀锌钢铁制件表面完好时,只发生锌的腐蚀,由于锌腐蚀的产物对锌有较好的保护作用,所以腐蚀速度很慢,寿命是未镀锌钢制件的15~30倍。
4.1.2 最常见的情形是镀锌钢铁件在使用中,表面发生划伤,或其他原因使镀层遭到局部破坏,钢铁从伤口中暴露在环境之中,如果镀层是非金属类的物质,暴露出钢基体很快就会被腐蚀掉,但镀锌钢制件特有的牺牲保护性能,使腐蚀速度变得很慢。
4.1.3 正常的情况下,镀锌钢件的腐蚀并不是表面的镀锌层全部均匀地被腐蚀掉的,而是在镀层与钢件基体结合较差的地方镀层首先被腐蚀掉,从而造成局部严重腐蚀失去使用性能的。
隔离保护层的两个重要性能是其对金属的附着力和自身的耐磨性。在这方面,热镀锌层提供了坚硬的、由金属键结合作用的隔离层,它可以完全覆盖钢铁表面,将钢铁与腐蚀的环境隔离开。
热镀锌层表面腐蚀后形成的腐蚀产物会产生体积膨胀,堵塞因镀层的选择性溶解而出现的不连续间隙,从而阻碍镀层的进一步腐蚀,使镀锌层在环境腐蚀介质中的腐蚀速度降低。
对于意外破坏而暴露出的任何小区域,如碰伤或刮痕等,由于锌的电位比铁更负,热镀锌层作为牺牲性的阳极被优先腐蚀,对钢铁提供阴极保护。
由于热镀锌工艺与其他金属防腐蚀方法相比,在镀层电化学保护性、镀层致密性、镀层耐久性、镀层免维护性、镀层与基体结合力、镀层经济性以及热镀锌工艺对钢制件形状、尺寸的适应性、生产的高效性方面具有其他工艺不能够比拟、得天独厚的优势。
热镀锌钢材在使用中具有可成形性、可焊性、可涂装性以及良好的延展性等优点,热镀锌技术越来越向着大规模、低成本的方向发展。
由于镀锌层的寿命主要根据镀层的厚度,因此能很容易地从外观观察其表面是否连续、光亮,以及采用磁性测厚仪就可方便准确地测定出其厚度是不是满足标准要求。
大气暴露试验表明:镀层厚度为86μm的热镀锌层在重工业、海洋、郊外和城市地带的耐用年限分别为13年、50年、104年、30年。
一般而言,上锌量为600g/m2的镀锌层,其免维护的常规使用的寿命为20~50年,对于建筑用基板不镀锌的彩板,其常规使用的寿命为3~5年,而基板镀锌的彩板其常规使用的寿命可达20~30年。
电镀锌俗称“冷镀锌”,也称为“水镀锌”;它是采用电化学的方式,将锌锭作为阳极,锌原子失去电子后成为离子状态溶解到电解液中,而钢材料作为阴极,锌离子在钢材上得到电子还原成锌原子沉积到钢材的表面,实现镀层形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程。
热镀锌镀层一般锌层较厚,大约在40μm以上,甚至高达200μm以上,热镀锌层一般是电镀锌层的10~20倍。
热镀锌板的镀锌量不可能太小,一般最小为双面50~60g/m2,最大可达600g/m2。
而电镀锌板的镀锌层可以很薄,最小达15g/m2,但要求镀层较厚的话则生产线速度很慢,不适应现代化机组的工艺特点,一般最大为100g/m2。正因为如此,电镀锌板的生产受到很大的限制。
热镀锌板纯锌镀层与钢板基体之间有一层稍脆的化合物层,纯锌镀层结晶时大多形成锌花,镀层均匀无孔隙。
而电镀锌层的锌原子只是在钢板表面沉积析出,而且是靠物理作用附着在钢带表面,有许多孔隙,极易因腐蚀性介质引起点蚀,所以热镀锌板比电镀锌板更耐腐蚀。
热镀锌板一般以冷硬板为原料,在镀锌线上连续进行退火和热镀锌,钢带在短时闻内加热后又冷却,所以强度和塑性受到一定的影响,其冲压性能比同样的冷硬板经专业生产线脱脂退火后的冷轧板差。热镀锌板的生产所带来的成本更低,应用场景范围更广,也成为镀锌板市场的主要品种。
电镀锌板以冷轧板为原料,基本上保证了冷轧板同样的加工性能,不过其复杂的工艺流程也增加了生产成本。
热镀锌适用于大的部件和设备;热镀锌板是先将钢管进行酸洗,为了去除钢管表面的氧化铁,酸洗后,通过氯化铵或氯化锌水溶液或氯化铵和氯化锌混合水溶液槽中进行清理洗涤,然后送入热浸镀槽中。
热镀锌覆盖能力好,镀层致密,没有污物夹杂。具有镀层均匀、附着力强、常规使用的寿命长等优点。热镀锌对基体金属铁的抗大气侵蚀的能力优于电镀锌。
电镀法制造镀锌钢板拥有非常良好的加工性能,但镀层较薄,抵抗腐蚀能力不如热浸镀锌板;电镀锌板附着的锌量很少,只在外管壁镀锌,而热镀是内外都镀。
通过对比可知,从2002年版规范开始,将“热镀锌”修改为“热浸镀锌”并修改了规范名称以及术语。
而术语中不同的点主要有:1、经过前处理的;2、由“锌液”修改为“锌浴”。3、由“覆盖层”修改为“镀层”
1、92版的列项描述是“局部厚度”和“平均厚度”,2002年版是“镀层局部厚度”和“镀层平均厚度”,到了2020版较2002年版增加了两项“镀层局部镀覆量”和“镀层平均镀覆量”。
2、从镀锌的“局部厚度”和“平均厚度”的数值可看出,其数据从92版至2020版始终没变化。只是随着规范的更新,对其描述更为准确,要求更为严格而已。
1、可能92年版的规范是“热镀锌”到了2002看版修改为“热浸镀锌”,中间10年已经很多人习惯了最初的叫法。
2、新规范出来之后,习惯的叫法不是所有人都改过来了。毕竟多了一个字,“热浸镀锌”比“热镀锌不够流畅。
《金属覆盖层 钢铁制品热镀锌层 技术方面的要求》GB/T 13912-1992
《金属覆盖层 钢铁制件热浸镀锌层 技术方面的要求及试验方法》GB/T 13912-2002
《金属覆盖层 钢铁制件热浸镀锌层 技术方面的要求及试验方法》GB/T 13912-2020
2、《钢管热镀锌技术》 苗立贤 王立宏 主编 化学工业出版社(北京市东城区青年湖南街13号 100011)
5、钢结构镀锌基本知识,怎么分辨热镀锌和冷镀锌? - 预制建筑网:装配式建筑行业平台