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2、d 0.001Cu 0.0001热镀锌锌层的结构和形成示意图热镀锌锌层的结构和形成示意图DC3AFE24480 C1419 C460 C65锌锅BA镀层外表氧化膜；镀层外表氧化膜；B纯锌层；纯锌层；CFe-Zn合金层；合金层；DFe2Al5中间层；中间层；E钢基；钢基；F带钢的温度变化曲线；带钢的温度变化曲线锌锌层形成的步骤层形成的步骤钢材防腐蚀的方法钢材防腐蚀的方法l合金法（如不锈钢）l包层法 非金属涂层法（如涂漆、涂塑料等）非金属膜法（如铬酸钝化、磷酸盐处理）l金属镀层法 热镀法 电镀法 包镀法 喷镀法 气相镀法镀锌层在大气中发生腐蚀的主要类型镀锌层在大气中发生腐蚀的主要类型l热镀锌
3、层在大气中可发生如下两种类型的腐蚀：1、在干燥的空气中，锌层与周围介质发生化学腐蚀 2ZnO22ZnO ZnCO2ZnOCO ZnH2OZnOH2 2、在潮湿气体中及电介质中发生电化学腐蚀 阳极：Zn2e Zn2 阴极：O2H2O4e4OH热镀锌层的保护机理热镀锌层的保护机理l长期以来，钢板之所以进行热镀锌，是因为锌在腐蚀环境中表面能生成致密的保护膜，即：2ZnO22ZnO，它不仅能保护锌层本身，而且保护了钢基；另一方面，当镀锌钢板处于潮湿环境或处于电介质中时，锌层和钢基形成原电池，起到了阳极保护作用，从而避免了钢材在恶劣环境中的进一步腐蚀，延长了钢材寿命。其具体的反应如下：阳极：Zn2eZn
4、2 阴极：O22H2O+4e4OH （在清洁而潮湿的空气中）反应产物：Zn2OH Zn(OH)2 ZnOH2O钢板热镀锌类型钢板热镀锌类型 线外退火法：湿法热镀锌 （熔剂法）干法热镀锌（单张板热镀锌）（干法连续热镀锌）（惠林法）线内退火法（还原法）：l森吉米尔法l改良的森吉米尔法l美国钢铁公司法 l赛拉式法l莎伦法热镀锌板的品种及用途热镀锌板的品种及用途l普通镀锌板（差厚镀锌板）（单面镀锌板）GIl合金化热镀锌板（焊接性能好，彩涂基板）GAl铝锌镀层板GL 美国伯利恒钢铁公司研制的铝锌镀锌板，所用设备完全与现有热镀锌机组相同，在工艺上只改变了锌液化学成份，锌液中含AL为55，含Zn为43.4，
5、含Si为1.6。这种品种耐蚀性能优于普通镀锌板，是镀锌板的510倍。同时，这种产品的耐高温腐蚀也强于镀锌板，因此往往用于耐热和耐高温腐蚀的领域（如汽车发动机的烟筒等）。l锌铝稀土板GF 该产品是1980年研制出来的一个新品种，完全可以用现有镀锌机组生产该产品，不同的是，改变了锌液操作温度（420）及锌液成份：5AL0.05R、E（铈、镧）Zn，这种方法要求锌锭纯度较高（不低于99.99），特别是Pb、Sn含量要低于0.005。该产品的耐蚀性为镀锌板的12倍，所以往往用于耐蚀性较强的场合（如蚀性容器等）。感应锌锅的优越性感应锌锅的优越性 1、由于锌液的循环移动，可使已生成的悬浮于锌液中的铁锌合金
6、小颗粒和锌液中的铝充分发生反应，生成Fe2Al5，上浮于锌液表面，作为表渣清除，由此而消除底渣。2、由于锌液的循环移动，可使锌锅内锌液温度更加均匀。3、锌锅的热效率较高，一般为80。4、锌锅寿命较长。在带钢连续热镀锌中，为什么当锌液温度超过在带钢连续热镀锌中，为什么当锌液温度超过480时的铁重量损失急骤增加？时的铁重量损失急骤增加？当温度超过480时，相（FeZn13）的晶体形成速度变得非常慢，生成的少量相（FeZn13）晶体变成了颗粒粗大的晶料，而这些粗大的晶粒之间存在有许多间隙，液体锌可穿过这些间隙一直深入到1相（FeZn7），使熔锌在1的界面上呈现过饱和状态，这时铁就沿着1相的晶界被迅速
7、溶解。在生产实际要合理地控制锌液温度在生产实际要合理地控制锌液温度l锌的熔点是419.4，这时锌的流动性不好，遇到冷的原料易凝固，因此锌液温度太低，不适于热镀锌生产，另一方面，锌液温度不能过高，锌液温度过高有很多坏处：1、锌液温度过高，生成了较厚的合金层，使镀层的附着力变坏，在加工时易出现锌层脱落。2、锌液温度高，加速了锌液对镀锌设备的腐蚀，如炉鼻子浸入锌液部分、沉没辊、稳定辊等设备长期在锌液中工作，温度过高时，它们很快就会被腐蚀掉。3、锌液温度过高，加剧了铁的重量损失，从而增加了锌液中的铁含量，使镀层表面光泽降低，缺陷（如锌粒）增多。4、浪费了大量锌锭，因为温度高，则锌液中含Fe增多，生成的
8、锌渣多，而锌渣的主要成份是相（FeZn13），相中只含有6.06.20的铁，其余93的都是锌。镀锌时间对合金层厚度的影响镀锌时间对合金层厚度的影响l在固定的镀锌温度下延长镀锌时间，即等于增加了铁锌扩散反应的机会，这将使带钢表面上的铁更多地被溶解，总而言之，在任何温度下延长镀锌时间，铁的重量损失都会增加，尤其是在500时，延长镀锌时间，金属铁的损失呈直线增加，另一方面，在铁锌扩散反应中，从带钢表面溶解下来的铁大部分与锌结合成铁锌合金层，并粘附在带钢表面上，因此，延长镀锌时间会导致镀层中合金层的厚度增加。镀锌速度对合金层厚度的影响镀锌速度对合金层厚度的影响l在带钢连续热镀锌机组上，镀锌时间是受镀锌
9、速度支配的，它与镀锌速度成反比，它们之间存在下列关系：t=S/V 60 式中：t-镀锌时间“秒”V-镀锌速度“米/分”S-带钢在锌液中通过的行程“米”在镀锌机组中，带钢在锌液中的行程S是一定的，可见加快镀锌速度会缩短镀锌时间，则合金层薄，相反，降低镀锌速度，会延长镀锌时间，则合金层增厚。镀锌速度对纯锌层厚度的影响镀锌速度对纯锌层厚度的影响l一般来讲，增大镀锌速度，会导致镀层的纯锌层增厚，因为带钢从锌液中出来时，液态锌粘附在带钢表面上，而带钢往锌锅上方垂直运动时，由于自身垂力的作用，粘附在带钢表面上的锌液流向锌锅，如果带钢从锌液中拉出的速度慢时，从带钢上流回锌锅的锌液多，则纯锌层薄，如果镀锌速度
10、较快，带钢表面上的液态锌来不及流回锌锅就被带钢带走而冷凝固，则纯锌层就厚。锌液温度对锌层的影响锌液温度对锌层的影响l如果锌液温度过高，会加剧铁的重量损失，使镀锌层的Fe-Zn合金层增厚。l如果锌液温度过低，则锌液的流动性差，粘度增加，而粘度大的锌液从带钢表面流下来就比较困难，从而导致纯锌层增厚。合理地控制带钢速度合理地控制带钢速度l带钢速度应按照预先制定的生产率表或退火工艺曲线来给定，带钢速度是决定带钢退火时间和浸锌时间的重要工艺参数，在现代化的带钢连续热镀锌机组中，当镀层粘附性不良时，在没有搞清楚其真实原因的情况下，首先降低机组运行速度是最有效的办法。其次，每卷带钢规格发生变化时，带钢速度必
11、须作相应调整，改变带钢运行速度，其它参数也要作相应的调调整，总之，调整各项工艺参数时必须注意前后生产程序的连续性。现代热镀锌中，为什么要向锌液中加现代热镀锌中，为什么要向锌液中加铝？铝？l在现代热镀锌工艺中往往向锌液中加入一定数量的铝，而锌液中加铝后，镀锌层的质量有很大改善，具体表现在：1、锌液中含0.010.02的铝，可以显著提高镀层的光泽，因为铝对氧的亲合力大，锌中含铝，可以避免锌氧化造成的镀层发黄现象。2、锌液中含铝量0.100.15时，能显著提高锌层附着力使镀层塑性较好而不脱落。3、当锌液中含0.150.20的铝时，可使镀层结构发生明显的改变：铁锌合金层1相和相（FeZn13）减薄甚至
12、完全消失得到的是相较厚的镀层。4、当锌液中含0.140.16的铝时，可以消除锌锅中的底渣，而Fe2Al5比较小，浮于锌液表面，可以在不停产的情况下随时消除。镀锌过程中锌液中铝的作用机理镀锌过程中锌液中铝的作用机理l因为铝与铁反应的亲合力大于锌与铁反应的亲合力，所以，当带钢进入含铝的锌液时，在带钢表面首先形成Fe2Al5或FeAl3，这种铝铁化合物的熔点比锌液温度高，在锌液中不会马上熔化，而呈现一层薄膜的形式牢固地粘附在带钢表面上，阻碍了铁锌反应的正常进行，由于铁锌反应受到阻碍，镀锌时生成的铁锌合金层减薄特别是脆性的相减薄，相越薄，锌层的附着力就越好。Fe2Al5或或FeAl3中间相层的形成因素
13、中间相层的形成因素l铝铁中间相层的形成与锌液中的铝浓度、镀锌时间及带钢入锌锅温度有关，分述其影响如下：1、受锌液中铝的浓度影响：镀层中合金层的铝含量是随锌液中铝含量的增加而增加的，如果锌液中不含铝，则不具备反应的物质基础，就不能形成FeAl中间相层了。2、受镀锌时间的影响：一般而言，镀层中的铝含量随镀锌时间的延长而增长，因为镀锌时间的延长，等于增加了锌液中的铝向镀层中的扩散机会。3、受带钢温度的影响：用美钢联法热镀锌时，带钢进入锌锅的温度对铝铁化合物的形成速度有很大影响，如果带钢进入锌锅温度适当高于锌锅的操作温度，可以增加合金层中的铝浓度，提高锌层附着力。向锌锅中加铝的方法向锌锅中加铝的方法l
14、为了使锌液中保持0.150.2的铝，必须向锌锅中加入一定量的铝，概括起来，向锌锅中加铝的方法有如下三种：1、加纯铝：采用一定的形状把铝锭(切成12公斤)压入锌液面以下的方法，使之受锌液的侵蚀慢慢熔化，这种方法可以省去炼合金的工序，还可减少成品的锌粒缺陷，避免铝的过多氧化而节约铝。2、加锌铝二元合金：在专门的合金炉中，炼成含铝715的锌铝合金并铸成约8Kg的合金锭。一般来讲，含铝8的锌铝合金锭最适合，因为含铝高时，比重较轻，则合金浮于锌液面熔化较慢，易造成铝的过多氧化，而加速铝的消耗，在生产过程中，锌铝合金锭和锌锭按比例地加入锌锅。3、加含铝的锌锭：在热镀锌时，锌锅中除了含0.100.15的铝之
15、外，还含有0.24的铅，为简化锌锅的操作程序和减少加铝时的氧化浪费，目前已已发展为使用铝、铅含量较高的锌锭，这种锌锭中一般含Al0.160.2、Pb0.220.24、Fe0.01。生产时直接把这种锌锭投入锌锅即可，但在实际生产中，由于铝的实际消耗量比锌液中铝含量高出一倍，所以尽管具备了和锌液中铝含量大至相同的含铝锌锭，还必须准备含铝量为8的Zn-Al二元合金锭，以便必要时加入锌锅，来维持锅中恒定的铝含量。为什么向锌锅加铝的含量要比锌液中为什么向锌锅加铝的含量要比锌液中的实际铝含量高一倍以上？的实际铝含量高一倍以上？l根据测定，镀锌层中的铝含量一般比锌锅中的铝含量高出30。l浮渣中含铝较高，平均
16、为1.4。l底渣中含铝较高，平均为0.7。l所以，必须向锌液中多加0.110.17的铝，如果锌锭中含铝达0.355,就用不着再向锌锅中加锌铝合金锭了。合理地控制锌液中的铝含量合理地控制锌液中的铝含量l生产过程中，锌铝合金应均匀地加入锌锅，最好和锌锭按一定比例加入，一般来讲，每向锌锅加入一块含铝的大锌锭，需向锌锅中补加锌铝合金锭的块数可由下式计算：lNz(Ay-An)GnAH GH 式中：Nz每加入锌锅一块大锌锭，需补加的锌铝合金块数 Ay锌液的实际消耗铝含量 An锌锭中的铝含量 Gn每块锌锭的重量kg AH锌铝合金锭中的铝含量 GH每块锌铝合金锭的重量 kg锌液的消耗量锌液的消耗量l在生产过程
17、中，带钢把锌液从锌锅带走，形成镀层，同时还不可避免地生成底渣和浮渣，而不断从锌锅清除，锌的消耗量可由下式来计算：Zy=GzGf/Gm 式中：Zy镀一定量原板的锌耗量kg Gz锌屋重量g/m2 Gf原板重量kg Gm原板单重kg/m2 另外，还必须附加生成的浮渣和底渣的锌耗量，每吨镀锌板大约为4kg。锌锅浮渣的生成锌锅浮渣的生成l在吹气法热镀锌中，若采用压缩空气为喷射介质，则浮渣中主要是氧化锌，其反应如下式：ZnCO2 ZnOCO ZnH2O ZnOH2 Zn(1/2)O2 ZnO 影响锌渣生成量的因素影响锌渣生成量的因素l锌渣生成量的多少和锌液温度、带钢温度及锌液中铝含量有关：1、锌液中铝含量
18、小于0.2时，铁的溶解量随铝的含量的增高而下降，所以产生的底渣少，而当铝含量高于0.2时，恰恰相反，所以锌液中铝含量不能大于或等于0.2。2、锌液温度的影响：锌液正常工作时，要求温度维持在450460，如果锌液温度超过480，则铁的重量损失成上抛物线增加，所以生产的底渣多。3、带钢温度的影响：一般来讲，带钢温度在规定的偏差内，应尽可能比锌液温度高，因为只有这样，才能促进Fe2Al5中间相层的形成，而阻止Fe-Zn扩散，减少铁的重量损失，而避免过多锌渣的形成。控制锌锅底渣控制锌锅底渣l我们已经知道，底渣的主要成分是FeZn7，它可以和铝发生如下反应：2FeZn75Al Fe2Al514Zn 上述
19、反应所生成的Fe2Al5其比重为4.2左右，较锌轻，可以上浮于锌液表面，作为浮渣可以随时清除，当感应锌锅的锌液中铝含量低于0.12时，上述反应向右进行得十分缓慢；锌液中铝含量达到0.14时，上述反应达到平衡状态；铝含量提高到0.140.16，此时锌锅便基本不生成底渣。合金元素对锌花形成的影响合金元素对锌花形成的影响l长期以来，人们在生产实践中已经发现，向锌液中加入适量的合金元素可使锌花的结构发生变化。通过系统研究，可把加入锌液中的元素分为两类，一类在熔融锌中有充分可熔性，而在固态锌中几乎没有可溶性，如Pb和Sn、Sb,在上述两类合金中,只加入一类,是不能形成典型锌花的,只有从两类中各选一种,组
20、成一对合金元素加入锌液中,才能获得不同外形的典型锌花。l如Pb-Sb可获得风尾状锌花；Pb-Sn可获得羊齿状锌花；l目前，国际热镀锌生产通常选用Pb-Al相配，加入量基本上是Pb0.10.24、铝0.160.19。总之，锌液中Pb降低了锌液的凝固温度，延长了晶体生长时间，从而获得大锌花。金属材料的金属材料的“时效时效”l金属材料在长期存放期间，由于晶粒内部的夹杂向晶界的析出，而造成材料强度硬度升高，塑性降低的现象，叫做“时效”。造成镀锌带钢产生造成镀锌带钢产生“时效时效”的原因的原因l造成镀锌带钢“时效”的原因很多，其中以钢中含氮量对时效的影响最大，因为在镀锌带钢退火的过程中，保护气体中的氮在
21、高温下溶解在铁中，而形成固溶体。随着温度的降低，氮在钢中处于过饱和状态，加之随存放时间的延长，过饱和氮便会以氮化物形式析出，而且在晶界的滑移面上越积越多，从而降低了晶体与晶体之间的结合力，造成加工时易出现屈服平台，便产生了所谓的“时效”现象。消除镀锌板的时效消除镀锌板的时效l把经时效的镀锌板,重新进入平整,可以把晶界和滑移面上的氮、碳析出物破坏，重新恢复晶体间的引力，便可消除屈服平台，以消除“时效”。l采用铝镇静钢产生用于深冲的拉伸的镀锌产品，因为钢基中含有Al，而铝与氮的亲合力比较强，形成AlN化合物，从而固定了钢中的氮，所以铝镇静钢可以防止“时效”。钝化的基本原理钝化的基本原理l钝化薄膜理
22、论在钝化过程中，金属锌与氧化剂铬酸发生下列化学反应：lZnH2CrO4ZnCrO4H2 而形成较为致密的钝化膜ZnCrO4，在铬酸钝化膜中三价铬难溶于水，化学性质不活泼，起骨架作用，而其中的六价铬易溶于水，能在钝化膜划伤时再钝化(自愈)作用，因此钝化膜在一定程度上可以防止蒸气和空气对锌层的直接侵蚀，对锌层起保护作用。利用钝化提高镀层的耐蚀性利用钝化提高镀层的耐蚀性l因为：当未经铬酸钝化的锌层发生电化学腐蚀时，锌是腐蚀过程的阳极，在锌与电介质溶液的介面上，出现一层锌离子的吸附层，在锌层的表面上，相对应的会出现过剩的电子，当锌层表面上的电子转移到阴极上时，锌与溶液介面上的锌离子也随它进入溶液而发生
23、腐蚀损耗。如果铬酸粘附在锌层的表面上，由于它具有强烈的氧化性，因而提高镀锌带钢表面的氧浓度，氧吸附在锌层表面上，受金属内的电子的吸引，氧原子的正极移向金属，负极对着溶液，正是由于氧原子的存在使锌层的电位升高，从而抑制了锌的活泼性，出现了“钝化”现象，所以说经钝化后的锌层耐蚀性增强。电阻焊的基本原理电阻焊的基本原理l搭接电阻焊是将两块材料搭接，加压并通以电流，利用材料自身的电阻、材料之间的电阻及电阻间的接触电阻所产生的热量，使材料温度升高，最终溶化而焊接起来。根据欧姆棱次定律 Qr0.24I2Rt0.24Iet 式中：Qr热量，卡 I电流，安培 R焊接区电阻，e 电板间电压，伏特 t通电时间，秒 另一方面，若板厚为Df，由电阻定律可知：R2Df/S 材料电阻率 S焊接区断面积 由于S在焊接过程中是不断变化的，而又随温度而变化，如果在某一温度的电阻率为，则0（1）0常温下材料的电阻率 温度为时的电阻温度系数 可见，电阻率为0的材料，通电时温度上升，其电阻率上升为，因而便引起进一步发热，此热量又使电阻率进一步升高，如此不断反复，最终使材料熔化。熔化时电阻率比熔化前高12倍，因此，电流不再从已熔化区流过，而从即将熔化的压接区流过，使该区域再陆续熔化，而焊接也不断扩展。
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