第三章 热浸镀技术
3.1 3.2 3.3 3.4 概述 热镀锌 热镀铝 热镀锌铝合金
[2,5,6]
3.1 概述
热浸镀简称热镀，是将被镀金属材 料浸于熔点较低的其它液态金属或合金 中进行镀层的方法。该方法的基本特征 是在基体金属与镀层金属之间有合金形 成，因此，热浸镀层是由合金金属和镀 层金属构成的。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[5]。
热浸镀工艺方法： 热浸镀工艺基本过程分为前处理、热浸镀、 后处理。根据浸镀前的预处理方法不同，其工 艺可分为溶剂法和保护气体还原法两大类。 （1）溶剂法 溶剂法是最常用的热浸镀方法。在热浸镀 之前，在清洁的金属表面涂一层助镀剂，防止 钢铁腐蚀。浸入镀液后，助镀层能迅速分解， 并起到清除基体金属表面的氧化物、降低熔融 金属表面张力的作用，提高镀层质量。溶剂法 主要用于钢管、钢丝和零件的热浸镀。 （2）保护气体还原法
3.2 热浸镀锌
3.2.1 热镀锌层的形成 （1）Fe—Zn二元系状态图及镀锌层相结构 在钢材热镀锌时，锌液与钢材之间发 生一系列的复杂的物理化学过程，在钢 材表面便形成了由铁与锌结合的Fe-Zn合 金层。图3-1为Fe—Zn二元系状态图。 当热镀纯锌时，从钢基体起，按锌 浓度增大方向，形成的Fe—Zn合金相依 [5] 次为Γ、δ1、ζ、η 四个相，如图3-2所示 。
3.2.3 镀锌钢板的用途
3.3 热浸镀铝
钢材的热镀铝一般指热镀纯铝和热镀铝 硅两种镀层[5]。 3.3.1 热镀铝层的形成 （1） 铁铝和铁铝硅状态图及镀层的结构 当固态铁与熔融铝接触时，在铁表 面发生铁、铝原子的相互扩散，并在两 种金属中形成扩散层。
由图3-43可知，在一般热镀铝温度 710～730℃内,有可能存在三个金属间化 合物，即：FeAl2(ζ相)、Fe2Al5(η相) 和 FeAl3 (θ相)。 （2） 铁与熔融铝的反应及镀铝层的形成 图3-46
3.4.2 热镀锌铝合金镀层钢板的性能与用途 （1）55%Al-Zn合金镀层钢板的性能与用途 （2）Zn-5%Al-RE合金镀层钢板的性能与用 途
图3-1 Fe-Zn二元系状态图
图3-2 镀层相结构示意图
典型的生产工艺是森吉米耳(Sendzimir)法。 它是将待镀的钢材先通过煤气或天然气直接加 热的微氧化炉，将钢材表面残余的油污、乳化 液等烧掉，同时钢材表面被氧化，生成蓝色的 氧化薄膜。然后进入通有保护气的还原炉，把 钢材表面的氧化皮还原为适合热浸镀的活性海 绵状铁，并使钢材继续加热，完成再结晶退火 的目的。接着在保护气氛中，钢材被冷却到适 当温度后，进入镀锅。 该工艺取消了溶剂法中的碱洗、酸洗、水 洗与溶剂处理等一系列操作步骤，将钢材连续 退火与热浸镀连在同一生产线上，适合连续化 生产，主要用于钢板、钢带的连续热浸镀。
（2）镀层成分及第三组分 耐蚀性 漏铁点 （图3-69） （图3-70）
（3） 镀层显微结构 55%Al-Zn镀层具有成核的枝晶状显 微结构。它由80%（体积）的富铝枝晶 臂和约20%（体积）的富锌枝晶间物质 构成。此镀层的耐蚀性比厚度相同的普 通热镀锌层有很大提高。 Zn-5%Al-RE合金镀层具有典型的共 晶组织的层状结构。
（2）钢基体化学成分的影响[5] 在钢的五大元素中，以碳和硅的影响最为 突出，锰、磷、硫的影响最小。 （a) 碳的影响： 一般地说，钢中碳含量愈高， Fe-Zn反应愈强烈，铁损愈大， 合金层降。 （b) 硅的影响：钢中的硅对热镀锌层的影响最 为突出。
（2） 镀锌层的形成过程
[6,5]
热镀锌层的形成过程大致可分成以下三 个步骤：
（a) 铁基表面被锌液溶解形成铁锌合金相层。 （b) 合金层中的锌原子进一步向基体扩散， 形成锌铁互溶层。 （c) 合金表面包络着一薄层锌。
3.2.2 热镀锌层厚度、相结构 [5,6] 和性能的影响因素
（1）锌液温度和浸镀时间的影响[5] （图3-3、图3-4、图3-5、图3-6）
3.3.3 镀铝钢材的应用
3.4 热镀锌铝合金
[5]
近年来，已经商品化并投入大量生产的两 种Zn-Al合金镀层钢板是55%Al-Zn镀层钢板和Zn5%Al-RE镀层钢板。 3.4.1 Zn-Al 合金镀层成分及镀层结构 (1) Zn-Al二元系状态图（图3-68） 由此状态图看出，Zn-Al合金在室温下的平衡 结构是由α-Al和ß -Zn构成的双相结构。
ⅰ） 硅对铁在锌液中的溶解速度的影响 图3-8、图3-9 ⅱ） 硅对镀锌层厚度的影响 图3-10、图3-11 ⅲ） 硅对镀层结构的影响[5]（见P182) 0.04%; 0.05-0.12%; 0.13-0.25%; 0.26-0.45%
（3） 锌液成分的影响[5、6] 铝、铅、铁、镉、锡、铜 图3-12、图3-13
3.3.2 影响热镀铝层的因素
（1 ） (a) (b) (c) (d)
[5]
钢基体化学成分的影响 碳的影响 镍的影响 锰的影响（图3-49） 硅的影响（图3-48） 综上所述，缩小γ相区的元素，均 能增大镀层厚度 ，反之，减小厚度。
（2）铝液化学成分的影响 (a) 硅的影响 (e) 铁的影响 (b) 铜的影响 (f) 锰和镍的影响 (c) 铍的影响 (g) 镁的影响 (d) 锌的影响 (h) 稀土金属的影响 （3）热镀铝工艺参数的影响 (a) 镀铝温度和时间的影响 (b) 提升速度和铝液黏度的影响