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浅析热镀锌技术的防护性能及镀层厚度要求

发布于：2025-01-03 16:07:03 来自：电气工程/电气工程施工

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来源：银机电

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热镀锌（Galvanizing），也称为热浸镀锌或热浸锌，是一种将钢材浸入熔融的锌液中以获得金属覆盖层的方法。这种方法主要用于提高钢铁材料的耐腐蚀性，广泛应用于各种金属结构设施上，如铁塔、电力设施、公路护栏等，此外，热镀锌也用于紧固件、管道、机械零件等的防腐处理。

热镀锌层防护性能

热镀锌覆盖能力好，镀层致密，无有机物夹杂。众所周知，锌的抗大气腐蚀的机理有机械保护及电化学保护，在大气腐蚀条件下锌层表面有ZnO、Zn(OH)2及碱式碳酸锌保护膜，一定程度上减缓锌的腐蚀，这层保护膜(也称白锈)受到破坏又会形成新的膜层。当锌层破坏严重，危及到铁基体时，锌对基体产生电化学保护，锌的标准电位-0.76V，铁的标准电位-0.44V，锌与铁形成微电池时锌作为阳极被溶解，铁作为阴极受到保护。显然热镀锌对基体金属铁的抗大气腐蚀能力优于电镀锌。

热镀锌层形成过程

热镀锌层形成过程是铁基体与***外面的纯锌层之间形成铁-锌合金的过程，工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)固熔体。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，当锌在固熔体中达到饱和后，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。当工件从浸锌液中移出时表面形成纯锌层，为六方晶体。其含铁量不大于0.003%。

热镀锌抗腐蚀能力远远高于冷镀锌（又称电镀锌）。热镀锌在几年里都不会生锈，冷镀锌在半年里就会生锈。

冷镀锌工艺用于保护金属防止腐蚀，为此利用了锌填料的涂料，在利用任何一种涂敷的方法将其涂在被保护表面，干燥之后形成锌填料涂层，在干燥涂层中具有含量的锌（达到95%）。钢铁在冷却的条件下在表面镀锌，而热镀锌是钢管在热浸的条件下对表面镀锌，它的附着力很强，不容易脱落，热镀锌管虽然也出现锈蚀的现象，但在很长的周期可以满足技术、卫生要求。

热镀锌设计的镀层厚度要求

影响热镀锌设计的镀层厚度的因素主要有：基体金属成分，钢材的表面粗糙度，钢材中的活性元素硅和磷含量及分布状态，钢材的内应力，工件几何尺寸，热浸镀锌工艺。现行的国际和国内热镀锌标准都根据钢材厚度划分区段，锌镀层平局厚度以及局部厚度应达到相应厚度，以确定锌镀层的防腐蚀性能。钢材厚度不同的工件，达成热平衡和锌铁交换平衡所需的时间不同，形成的镀层厚度也不同。标准中的镀层平均厚度是基于上述镀锌机理的工业生产经验值，局部厚度是考虑到锌镀层厚度分布的不均匀性以及对镀层防腐蚀性要求所需要的经验值。因此，ISO标准，美国ASTM标准，日本JIS标准和中国标准在锌镀层厚度要求上略有不同，大同小异。

通常电镀锌层厚度5~15μm，而热镀锌层一般在35μm以上，甚至高达200μm。

热镀锌镀层厚度的作用和影响

热镀锌镀层的厚度决定了镀件的防腐蚀性能。由美国热镀锌协会提供的相关数据。用户可以选择高于或低于标准的锌镀层厚度。对于表面光滑的3mm以下薄钢板，工业生产中得到较厚的镀层是困难的，另外，与钢材厚度不相称的锌镀层厚度会影响镀层与基材的结合力以及镀层外观质量。过厚的镀层会造成镀层外观粗糙，易剥落，镀件经不起搬运和安装过程中的碰撞。钢材中如果存在较多的活性元素硅和磷，工业生产中得到较薄的镀层也十分困难，这是由于钢中的硅含量影响锌铁间的合金层生长方式，会使ζ相锌铁合金层迅速生长并将ζ相推向镀层表面，致使镀层表面粗糙无光，形成附着力差的灰暗镀层。

因此，如上述讨论结果，镀锌层的生长存在不确定性，实际生产中要取得某一范围的镀层厚度常常是困难的，热镀锌标准中规定的厚度是大量实验后产生的经验值，照顾到了各种因素和要求，较为合理。