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·2 · Apr. 2001 SURFACE TECHNOLO GY Vol. 30 NO. 2
本文所述实验采用熔剂法 ,其工艺流程如下 ; 钢丝 →脱脂 →酸洗 →水洗 →助镀处理 →烘干 →热
[ 参考文献 ] [1 ] 郝建堂 ,张翠兰. 我国溶剂法热浸渗铝工艺发展概况[J ] .
金属热处理 ,1995 ,1 :35. [2 ] 刘邦津. 推拉式空腹钢窗热镀铝工艺及组装与焊接技术
[J ] . 表面技术 ,1997 ,26 (5) :33～34. [3 ] 骆更新 ,沈家福 ,任福民. Zn2Al 合金热浸镀用溶剂 [J ] . 表
1. 3 热镀铝工艺条件
图 2 热浸镀 20 钢丝纯铝层厚与温度关系
钢丝热镀铝工艺条件包括浸镀温度 、浸镀时间 、提
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2001 年 4 月 表 面 技 术 第 30 卷 第 2 期 ·19 ·
Study on Continuous Hot2Dip Aluminium Plating for Steel Wire
L IU Shun2hua ,L I Wei (Department of Materials Engineering of Dalian University of Technology ,Dalian 116024 ,China)
首先把比例度凑试好 ,待过渡过程已基本稳定 ,然后再 加积分作用消除余差 ,最后加入微分作用以提高调节 质量 。如在整定过程中 ,观察到曲线振荡很频繁 ,须把 比例度增大以减小振荡 :曲线最大偏差大且趋于非周 期 ,须把比例度减小 ;当曲线波动较大时 ,应增大积分 时间 ,曲线偏离给定值 ,长时间回不来 ,则须减小积分 时间 :如果曲线振荡很厉害 ,须把微分作用减到最小 , 曲线最大偏差大而衰减慢 ,须把微分时间加长 ,一直调 到过渡过程振荡两个周期基本达到稳定 ,温度的波动 幅度达到工艺要求为止 。
比例调节加热装置 ,采用 PID 温控方式 ,该种加热 装置的输出功率可以在最大值和最小值 (可设定) 之间 连续地能量等于烘道散失的能量 ,从而能保证炉 温的稳定 。在调试的过程申 ,关键是根据烘道的大小 , 加热器的大小及工件进出烘道的速度等因素 ,设定合 适的 PID 参数来保证整个烘道温度的稳定 。在设定参 数过程申 ,由于比例 ( P) 作用是基本的调节作用 ,一般
配方 4 产生漏镀的原因是 , K2ZrF6 在水中的溶解 度较小 ,室温溶解度为 4 % ,沸水时溶解度为 16 %[4] 。 试验中操作温度稍有波动便会有结晶析出 ,析出的晶 体附着在钢丝表面上 ,导致助镀剂分布不均匀 ,镀铝时 K2ZrF6 与铝液反应同样使局部形成气泡而导致漏镀 。
相 对 而 言 , KF在 水 中 的 溶 解 度 很 大 , 0 ℃时 为 30. 9 % ,室温 20 ℃时为 48. 7 %[5] 。在室温浓度为 6 % 时离饱和程度尚远 ,其水溶液在钢丝上附着十分均匀 , 形成一层致密的助镀剂膜有效地保护钢丝不被二次氧 化 。同时 KF 还有溶解 Al2O3 的作用 ,可提高镀层质 量。
溶剂 配方
1 2 3 4 5 6
表 1 助镀剂配比与镀层外观
盐类配比 ( %)
镀层外观
KF
NaCl K2 ZrF6 ZnCl2 NH4Cl KCl
漏镀 色泽均匀性 光泽
6
极少
好
有
6
4
无
好
有
4
1
重
差
有
6
轻
稍好
有
25
4
较重
稍好
有
5
15
重
稍好
无
1. 2 助镀剂的选择 经酸洗除锈后的钢丝若不及时助镀 ,表面被很快
1 实验方法
钢丝热浸镀铝工艺分森吉米尔法和熔剂法两种 。 森吉米尔法是一种氧化还原表面处理工艺 ,钢件首先 依次在氧化炉和还原炉中完成镀前处理工序 ,然后进 入镀液进行浸镀 。这种工艺的特点是自动化程度和生 产效率高 ,产品处理稳定 ,但设备投资大 ,工艺复杂[2] 。 熔剂法是用熔融的熔剂或水溶液溶剂来保护经预处理 后的新鲜钢材表面不被氧化 ,同时当钢材进入铝液时 提高钢材表面的活性及与铝液的浸润性的镀铝方法 。 它具有设备投资少 ,操作简单 , 生产灵活的特点 ,是一 种简单 、经济可行的方法 。 1. 1 工艺流程
图 1 V 形引镀装置 1. 导向轮 2. 镀铝炉 3. 沉没辊 4. Ar 气管 5. 预热炉 6. 放线轮 7. 收线轮 8. 电机
[ 收稿日期 ]2000207215 [ 作者简介 ]刘顺华 (1964 - ) ,男 ,河北人 ,大连理工大学教授 ,主要从事导电材料及热镀工艺等研究 。
镀铝时间取决于热容量 ,即钢丝的粗细 。本实验 所用钢丝为 20 钢丝 ( < 2mm) ,镀铝时间控制在 10～ 15s。镀层厚度与时间关系如图 3 所示 。
图 3 热浸镀 20 钢丝合金层厚与时间关系
提升速度过快易带入空气膜 ,使助镀剂与铝液不 能很好接触而产生漏镀 。速度过慢又易引起钢基体氧 化 。提升速度主要影响表面纯铝层厚度 ,提升速度快 可增加镀层厚度 。故在条件允许情况下 ,应尽可能加 快提升速度 。镀层厚度与提升速度关系如图 4 所示 。
面技术 ,1998 ,27 (4) :25～26. [4 ] 李国英. 表面工程手册[M] . 北京 :机械工业版社 ,1998. [5 ] 邱竹贤. 铝冶金物理化学 [ M ] . 上海 : 上海科学技术出版
3 结束语
烘炉的设计 ,调试工作中 ,通过采用变截面送回风 管及适当的送回风方式 ,选用比例式的加热装置及 PID 温控制方式 ,且通过调试 ,设置较为合理的 PID 参 数 ,取得了较好的温度均匀性 ,且能很好地控制温度的 波动 。
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升速度等 。镀铝温度原则上采取尽可能低的温度 ,以 降低能耗 ,增加镀层厚度 。对本实验 ,镀铝温度控制在 700 ±10 ℃为好 。镀层厚度与温度关系如图 2 所示 。
2001 年 4 月 表 面 技 术 第 30 卷 第 2 期 ·1 ·
电 (化学) 镀
钢丝连续热浸镀铝工艺研究
刘顺华 ,李玮 (大连理工大学材料工程系 ,辽宁 大连 116024)
[ 摘要 ] 研究了钢丝连续热浸镀铝工艺 ,得出了较好的助镀剂配方和工艺流程 ,并简要分析了其原因 。 [ 关键词 ] 热浸镀铝 ;助镀剂 ;工艺流程 ;连续 [ 中图分类号 ]TG174. 443 [ 文献标识码 ]A [ 文章编号 ]1001 - 3660 (2001) 02 - 0001 - 03
2 结 论
(1) 适用于钢丝热浸镀铝的水溶液助镀剂为 : 6 %KF + 4 %NaCl 。
(2) 较理想的热浸镀铝铝液温度为 680～710 ℃。
图 4 热浸镀 20 钢丝纯铝层厚与提升速度关系
(3) 镀铝层分为纯铝层和合金层 ,随热浸镀铝温 度的上升纯铝层厚度减小 ,随热浸镀时间的延长合金 层厚度增大 ,随提升速度的提高纯铝层厚度增大 。
bnefly. [ Keywords] Hot - Dip aluminium plating ; Promotion flux ; Processing flow ;Continuous
0 引 言
钢丝热浸镀铝就是使钢丝通过熔融铝液 ,以使钢 丝表面覆盖一层均匀牢固的铝层 。连续热浸镀铝就是 使这一过程能够连续进行 。由于铝的导电率高 ,耐腐 蚀性好 ,比重轻 ,钢丝强度高 ,将铝钢两种材料的优良 性能结合在一起 ,能充分发挥它们各自的特长 。使复 合导线具有机械强度高 ,电性能好 ,铝钢结合好 ,外表 美观 ,耐腐蚀等优越性能 。因此可广泛用于沿海地区 , 盐碱滩 ,工业区和火山附近等盐雾腐蚀严重地带 。如 编织网 、篱笆 、围墙 、海岸护堤网 、鱼网 、防鲨网 、球场网 等防护设施 。特别是随着电力工业的发展 ,它将是在 架空输电线路上最常用的大跨越导线 钢芯铝绞线 和全钢芯线的理想替代产品 ,具有广泛的应用前景 。 在国外 ,60 年代是钢材热浸镀铝技术迅速发展的时 期 。目前已有成熟的生产工艺 ,并进入稳定的生产时 期 。在国内 ,此技术发展较晚 ,它的生产与应用目前还 处于刚刚起步阶段 。近年来 ,我国的热浸镀铝工艺技 术也取得了可喜的进展[1] 。各种文献上也有关于此技 术研究工作进展情况的报道 ,但是由于技术上保守的 缘故 ,有关助镀剂等关键环节方面的资料均末给出详 细报道 。本文就此问题做了针对性的研究 ,取得了较 理想的结果 。
浸镀 →后处理 将钢丝 放 入 高 温 炉 内 脱 脂 , 温 度 控 制 在 400 ±
10 ℃,持续时间约 10～15min 即可烧去油污并形成很 薄的蓝色氧化膜 ,稍冷后即放入酸洗槽中进行酸洗 ,以
清除氧化膜和锈层 。酸洗采用市场上购买的除锈剂 , 在室温下清洗约 3min 。然后置于水槽中彻底清除表 面的残酸和铁盐 ,随后浸入助镀剂中约 2min ,然后在 烘干炉中加热烘干后立即浸入铝液中镀铝 。本实验所 用设备为自己设计制造的 V 形引镀装置 ,如图 1 所示 。
反应生成较多的挥发性气体以钢丝表面为形核基 体生长成气泡 ,生成的气泡附着在钢丝表面不易脱落 上浮 ,使铝液不能与钢丝表面相浸润导致局部漏镀 。 同时 Al 还置换了 ZnCl 中的 Zn ,使之游离在铝液中导 致铝的纯度下降 ,而严重影响镀铝层的质量 。试验中 可明显看到当钢丝从铝液中提出时 ,有燃烧的气泡在 钢丝与铝液表面交界处破裂 ,该处便形成一块漏镀 。 试验中还观察到随着 ZnCl2 和 NH4Cl 浓度的增大漏镀 越重 。