熱鍍鋅也稱熱浸鍍鋅，是鋼鐵緊固件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的一種方法。近年來隨高壓輸電、交通、通訊事業(yè)迅速發(fā)展，對鋼鐵緊固件防護要求越來越高，熱鍍鋅需求量也在不斷增加。

1、熱鍍鋅工藝

1.1熱鍍鋅層防護性能

　　通常電鍍鋅層厚度5～15μm，而熱鍍鋅層一般在40μm以上，甚至高達(dá)200μm。熱鍍鋅覆蓋能力好，鍍層致密，無有機物夾雜。眾所周知，鋅的抗大氣腐蝕的機理：有機械保護及電化學(xué)保護，在大氣腐蝕條件下鋅層表面有ZnO、Zn(OH)2及堿式碳酸鋅保護膜，一定程度上減緩鋅的腐蝕，這層保護膜(也稱白銹)受到破壞又會形成新的膜層。當(dāng)鋅層破壞嚴(yán)重，危及到鐵基體時，鋅對基體產(chǎn)生電化學(xué)保護，鋅的標(biāo)準(zhǔn)電位-0.76V，鐵的標(biāo)準(zhǔn)電位-0.44V，鋅與鐵形成微電池時，鋅作為陽極被溶解，鐵作為陰極受到保護，明顯熱鍍鋅對基體金屬鐵的抗大氣腐蝕能力優(yōu)于電鍍鋅。

1.2熱鍍鋅層形成過程

　　熱鍍鋅層形成過程是鐵基體與最外面的純鋅層之間形成鐵-鋅合金的過程，工件表面在熱浸鍍時形成鐵-鋅合金層，才使得鐵與純鋅層之間很好結(jié)合，其過程可簡單地敘述為：當(dāng)鐵工件浸入熔融的鋅液時，首先在界面上形成鋅與α鐵(體心立方晶格)固溶體。這是基體金屬鐵在固體狀態(tài)下溶有鋅原子所形成一種晶體，兩種金屬原子之間是融合，原子之間引力比較小。因此，當(dāng)鋅在固溶體中達(dá)到飽和后，鋅鐵兩種元素原子相互擴散，擴散到(或滲入)鐵基體中的鋅原子在基體晶格中遷移，逐漸與鐵形成合金，而擴散到溶融的鋅液中的鐵就與鋅形成金屬間化合物FeZn13，沉入熱鍍鋅鍋底，即為鋅渣。當(dāng)工件從浸鋅液中移出時表面形成純鋅層，為密排六方晶格。其含鐵量不大于0.003%。

1.3熱鍍鋅工藝過程及有關(guān)說明

1.3.1 工藝過程

　　工件→脫脂→水洗→酸洗→水洗→浸助鍍?nèi)軇?rarr;烘干預(yù)熱→熱鍍鋅→整理→冷卻→鈍化→漂洗→干燥→檢驗

1.3.2 有關(guān)工藝過程說明

(1)脫脂

　　可采用化學(xué)去油或水基金屬脫脂清洗劑去油，達(dá)到工件完全被水浸潤為止。

(2)酸洗

　　可采用H2SO4 15%，硫脲0.1%，40～60℃或用HCl 25%，烏洛托品3～5g/L，20～40℃進行酸洗。加入緩蝕劑可防止基體過腐蝕及減少鐵基體吸氫量,同時加入抑霧劑抑制酸霧逸出。脫脂及酸洗處理不好都會造成鍍層附著力不好，鍍不上鋅或鋅層脫落。

(3)浸助鍍劑

　　也稱溶劑，可保持在浸鍍前工件具有一定活性避免二次氧化，以增強鍍層與基體結(jié)合。NH4Cl 100-150g/L，ZnCl2 150-180g/L，70～85℃，1～2min。并加入一定量的表活劑.

(4)烘干預(yù)熱

　　為了防止工件在浸鍍時由于溫度急劇升高而變形，并除去殘余水分，防止產(chǎn)生爆鋅，造成鋅液爆濺，預(yù)熱一般為80～140℃?，F(xiàn)在一般都加防爆劑。

(5)熱鍍鋅

　　要控制好鋅液溫度、浸鍍時間及工件從鋅液中引出的速度。引出速度一般為1.5米/min。 溫度過低，鋅液流動性差，鍍層厚且不均勻，易產(chǎn)生流掛，外觀質(zhì)量差；溫度高，鋅液流動性好，鋅液易脫離工件，減少流掛及皺皮現(xiàn)象發(fā)生，附著力強，鍍層薄，外觀好，生產(chǎn)效率高；但溫度過高，工件及鋅鍋鐵損嚴(yán)重，產(chǎn)生大量鋅渣，影響浸鋅層質(zhì)量并且容易造成色差使表面顏色難看，鋅耗高。

　　鋅層厚度取決于鋅液溫度，浸鋅時間，鋼材材質(zhì)和鋅液成份。另外，鍍鋅合金也很重要.
一般廠家為了防止工件高溫變形及減少由于鐵損造成鋅渣，都采用450～470℃×0.5～1.5min。有些工廠對大規(guī)格件采用較高溫度，但要避開鐵損高峰的溫度范圍。但建議在鋅液中添加有除鐵功能和降低共晶溫度的合金，且把鍍鋅溫度降低至435～445℃。

(6)整理

　　鍍后對工件整理主要是去除表面余鋅及鋅瘤，采用熱鍍鋅專用震動器來完成。

(7)鈍化

　　目的是提高緊固件表面抗大氣腐蝕性能，減少或延長白銹出現(xiàn)時間，保持鍍層具有良好的外觀。一般用鉻酸鹽鈍化，如Na2Cr2O7 80～100g/L，硫酸3～4ml/L，但這種鈍化液嚴(yán)重影響環(huán)境，最好采用無鉻鈍化。

(8)冷卻

　　一般用水冷，但溫度不可過低也不可過高，不低于30℃不高于70℃，

(9)檢驗

　　鍍層外觀光亮、細(xì)致、無流掛、皺皮現(xiàn)象。厚度檢驗可采用涂層測厚儀，方法比較簡便。也可通過鋅附著量進行換算得到鍍層厚度。結(jié)合強度可采用彎曲壓力機，將樣件作90～180°彎曲，應(yīng)無裂紋及鍍層脫落。也可用重錘敲擊檢驗，并且分批的做鹽霧試驗和硫酸銅浸蝕試驗。

2、鋅灰、鋅渣的形成及控制

2.1 鋅灰、鋅渣的形成

　　鋅灰鋅渣不僅嚴(yán)重影響到浸鋅層質(zhì)量，造成鍍層粗糙，產(chǎn)生鋅瘤。而且使熱鍍鋅成本大大升高。通常每鍍1t工件耗鋅40～100kg，如果鋅灰鋅渣嚴(yán)重，其耗鋅量會高達(dá)140～200kg?？刂其\渣主要是控制好溫度，減少鋅液表面氧化而產(chǎn)生的浮渣，所以更要采用有除鐵功能和抗氧化功能的合金并且用熱傳導(dǎo)率小、熔點高、比重小、與鋅液不發(fā)生反應(yīng)，既可減少熱量失散又可防止氧化的陶瓷珠或玻璃球覆蓋，這種球狀物易被工件推開，又對工件無粘附作用。

　　對于鋅液中鋅渣的形成主要是溶解在鋅液中的鐵含量超過該溫度下的溶解度時所形成的流動性極差的鋅鐵合金，鋅渣中鋅含量可高達(dá)94%，這是熱鍍鋅成本高的關(guān)鍵所在。

　　從鐵在鋅液中的溶解度曲線可以看出：不同的溫度及不同的保溫時間，其溶鐵量即鐵損量是不一樣的。在500℃附近時，鐵損量隨著加溫及保溫時間急劇增加，幾乎成直線關(guān)系。低于或高于480～510℃范圍，隨時間延長鐵損提高緩慢。因此，人們將480～510℃稱為惡性溶解區(qū)。在此溫度范圍內(nèi)鋅液對工件及鋅鍋浸蝕最為嚴(yán)重，超過560℃鐵損又明顯增加，達(dá)到660℃以上鋅對鐵基體是破壞性浸蝕，鋅渣會急劇增加，施鍍無法進行。因此，施鍍目前多在430～450℃域內(nèi)進行。

2.2 鋅渣量的控制

　　要減少鋅渣就要減少鋅液中鐵的含量，就是要從減少鐵溶解的諸因素著手：

　?、攀╁兗氨匾荛_鐵的溶解高峰區(qū)，即不要在480～510℃時進行作業(yè)。

　?、其\鍋材料盡可能選用含碳、含硅量低的鋼板焊接。含碳量高，鋅液對鐵鍋浸蝕會加快，硅含量高也能促使鋅液對鐵的腐蝕。目前多采用08F/XG08/WKS優(yōu)質(zhì)鋼板，并含有能抑制鐵被浸蝕的元素鎳、鉻等。不可用普通碳素鋼，否則耗鋅量大，鋅鍋壽命短。也有人提出用碳化硅制作熔鋅槽，雖然可解決鐵損量，但造型工藝是一個難題，目前工業(yè)陶瓷所制作的鋅鍋僅能做成圓柱型且體積很小，雖然可以滿足小件鍍鋅的要求但無法保證大型工件的鍍鋅。

　?、且?jīng)常撈渣。先將溫度升高至工藝溫度上限以便鋅渣與鋅液分離，使鋅渣沉于槽底后用撈鋅勺或?qū)Ｓ脫圃鼨C撈取。落入鋅液中鍍件更要及時打撈。

　?、纫乐怪儎┲需F隨工件帶入鋅槽，助鍍劑要進行在線再生循環(huán)處理，嚴(yán)格控制亞鐵含量，不允許高于4g/l，PH值始終保持在4.5～5。

　?、杉訜?、升溫要均勻，防止局部過熱。

3、熱浸鍍鋅產(chǎn)品的鍍層質(zhì)量檢測

　　熱浸鍍鋅產(chǎn)品的鍍層質(zhì)量檢測，對廠方和客戶都是關(guān)心和注重的，尤其是非標(biāo)大規(guī)格的熱浸鍍鋅螺栓檢測項目和方法選擇更重要，關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的認(rèn)可和爭議。

　　目前熱浸鍍鋅的檢測項目為，鍍層外觀、鍍層的厚度、鍍層與基礎(chǔ)的結(jié)合強度以及少數(shù)客戶特殊要求的鍍層均勻性、鈍化膜、耐鹽霧實驗等。這些檢測實驗應(yīng)分為鑒定檢測和交收檢測，所以交收檢測應(yīng)以外觀、厚度、結(jié)合強度為主，可以在產(chǎn)品上直接獲得質(zhì)量數(shù)據(jù)和結(jié)果。至于均勻性實驗、鈍化膜、耐鹽霧實驗應(yīng)作為鑒定檢測，可以試樣做破壞性檢測取得類似產(chǎn)品生產(chǎn)時的質(zhì)量結(jié)果，在均勻性（硫酸銅）試驗的燒杯中和鹽霧試驗的箱體中。

3.1外觀

　　熱浸鍍鋅的外觀是映入視覺的質(zhì)量的第一印象：光滑、粗糙、流掛、色差、脫漏鍍等等，亦是顧客能否接收的關(guān)鍵所在和引起爭議之處。

　?、?外觀是重要的，各加工單位應(yīng)要盡量滿足顧客的要求，提高工藝操作水準(zhǔn)，避免漏鍍、減少色差、流掛，加強整修去除鋅瘤、灰斑等不足，提高外觀質(zhì)量。

　?、?熱浸鍍鋅近期的技術(shù)及特點對外觀影響。熱浸鍍鋅技術(shù)目前各國有不少改進和提高，但離裝飾性鍍層的要求還有距離，其中色差是鋼中硅的影響，各國雖經(jīng)努力研究還尚未徹底解決。為攻克這一外觀的不佳，都采取低溫鍍鋅來改善避免，但不可能杜絕，同時低溫鍍鋅操作不當(dāng)，會造成流掛現(xiàn)象產(chǎn)生。此外，鋅液中的鐵（鍍件、鋅鍋引起）成小鋅渣，會覆著在鍍層上，使鍍層不光滑，是難以避免的。除非標(biāo)準(zhǔn)件熱浸鍍鋅后用風(fēng)力處理，一般的非標(biāo)準(zhǔn)件鍍鋅或多或少存在鋅粒，這是熱浸鍍鋅的一個不佳特點，所以，熱浸鍍鋅要作為裝飾鍍層，目前還未能達(dá)到該水平，提請顧客理解和注意。而色差、流掛、鋅粒對鍍件的使用壽命是無影響。在國標(biāo)GB/T 13912、日本標(biāo)準(zhǔn)ISH8641、美標(biāo)A123/A 123M都有詳細(xì)說明。

　?、垲櫩偷奶厥庖?br />
　　如日本標(biāo)準(zhǔn)對外觀中的說明參考：“本來熱浸鍍鋅不是以裝飾為目的而實施的，所以不應(yīng)以危害美觀為原來來判斷其良否”同樣在GB/T 13912、A123/A 123M中都有敘述，所以對顧客有很高外觀要求的要與之溝通，說清楚熱浸鍍鋅的不足特點，以便取得顧客認(rèn)識的統(tǒng)一。

　　其次，熱浸鍍鋅緊固件希望采用沸騰鋼材質(zhì)，但隨冶煉技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)的鋼材多數(shù)是鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼，沸騰鋼基本淘汰，而上述鋼中硅含量對熱浸鍍鋅的外觀會產(chǎn)生不利影響，產(chǎn)生色差（俗稱桑德林效應(yīng)）同時隨鋼價的上漲，一些廢鋼搞亂市場，對熱浸鍍鋅的質(zhì)量帶來更大的負(fù)面影響，所以客戶的要求和鍍件材料性質(zhì)影響的矛盾很大，需要客戶選材時要充分注意。

　?、軝z測方法

　　外觀的檢測方法，國內(nèi)外采取的手段是基本一致的，都采用目測法和手撫摩法。這里要說明的是內(nèi)腔表面的檢測條件，一般要用照度相當(dāng)于40W日光燈500～750mm遠(yuǎn)照明或300勒克司照度，這樣看得較清楚。有些多彎頭的U型件，較難目測，要在工藝上進行控制，（或內(nèi)窺鏡檢測）。保證其質(zhì)量，檢測方法可由供需雙方協(xié)商決定。

3.2熱浸鍍鋅層厚度檢測

　　熱浸鍍鋅時,鍍件的鐵和鋅液發(fā)生合金反應(yīng),生成的合金層加上合金層上附著的純鋅層一起構(gòu)成了鍍層或“附著量”。在同一環(huán)境條件下，熱浸鍍鋅件的壽命與附著量大致成正比,鍍層厚耐腐蝕使用壽命長。然而在熱浸鍍鋅時，鍍層的鋅液受重力、鋅液流動性能、鍍件結(jié)構(gòu)形狀、材質(zhì)、厚度、表面狀況、操作工藝等因素的影響，致使鍍鋅層均勻程度不一，所以平時檢測的鍍層厚度數(shù)據(jù)是平均值，不可能表示鍍層精確的厚度。

　　對熱浸鍍鋅層的厚度，目前檢測的方法大致采用磁性測厚法、顯微鏡法、稱量法、硫酸銅浸蝕法等（視方法而定），其中全相顯微鏡法、稱量法、硫酸銅浸蝕法都是破壞性的測試，一般都不采用，大多數(shù)都是用磁性測厚法檢測鋅層厚度。
雖然，有的生產(chǎn)單位檢測報告中有硫酸銅浸蝕法，事實上多數(shù)未做該法檢測，數(shù)據(jù)是摘錄的，實驗情況模糊。憑心而論，用磁性法檢測厚度已足矣，此法既快捷又方便，有一定的科學(xué)可信度，而且一般非標(biāo)準(zhǔn)件的鍍層厚度，生產(chǎn)時居多數(shù)是超厚（太厚結(jié)合強度不佳）。非雙方有爭論時，才用仲裁稱量法。

　　下面對磁性測厚法、稱量法、硫酸銅浸蝕法的特點原理、檢測方法及注意要點敘述如下：

　　①磁性測厚法

　　特點是不破壞產(chǎn)品，所測厚度為某區(qū)域某點鍍層的厚度，不表示整體的精確厚度。因此為能有較好的正確性，需多測幾個區(qū)域，多幾點的測試平均值，這樣對鍍件的鍍層厚度具有代表性，也較客觀的反映。

　　該法原理是根據(jù)磁引力或磁感應(yīng)原理。磁引力或磁感應(yīng)隨磁性基體上的鍍層厚度的變化而變化。即磁體斷開力或磁阻值與鍍層厚度有一定的函數(shù)關(guān)系。可用儀器測量磁體脫離受檢鍍件表面的斷開力或測量通過鍍層與基體金屬磁路的磁阻力來求得鍍層厚度。

　　磁性檢測方法和檢測注意點：磁性檢測方法是用購買的測厚儀，在鍍件上檢測鍍層厚度。

　?、诜Q量法

　　原理：將試樣浸于退鍍?nèi)芤褐校芙庠嚇颖砻娴臒峤冧\層，稱量鍍鋅層溶解前后試樣的質(zhì)量，按試樣的質(zhì)量損失計算試樣單位面積上熱浸鍍鋅層的質(zhì)量，也可換算成厚度。

　　由上所知，鍍件的鍍層遭破壞，而所得到的鍍層質(zhì)量（換算的厚度）也是平均值，是指整體的而不是局部的。此外，對大的鍍件、很重的鍍件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鍍件，用這種稱量法誤差也是不少的，而且有難度的。

　　檢測方法：1試樣用不侵蝕熱浸鍍鋅層的有機溶劑脫脂烘干待用或鍍后直接稱量。2、退鍍之前，稱量試樣并要有精度。3、將試樣完全浸入室溫下的退鍍?nèi)芤褐?，退鍍?nèi)芤旱挠昧坎簧儆?0mL/1平方厘米（試樣完全浸入）不裸露，觀察試樣表面析氫反應(yīng)，以氫氣析出平緩無變化時作為鍍層溶解過程的終點。取出試樣量于流水中清洗，必要時，可用刷子刷去表面附著的任何松散物質(zhì)。然后浸于無水乙醇中，（迅速取出干燥，再較量到前述精度，然后計算或換算）。

　?、哿蛩徙~浸蝕法（均勻性實驗）

　　原理和特點：是利用金屬的標(biāo)準(zhǔn)電板電位的不同（Zn為–0.672V、Fe0.441V、Cu0.512V）它們的活潑性不同，電位負(fù)的活潑金屬能量置換溶液中不活潑金屬（離子）反應(yīng)：
　　Zn+CuSo4=Cu+ZnSo4
　　Fe+CuSo4=Cu+FeSo4

　　反應(yīng)中析出的銅在鋅層上的沉積物是黑色的，無粘附性的海綿狀銅，在鐵表面上沉積的一層較牢固的紅色置換銅，終點明晰。
該浸蝕法的特點，由于試件或鍍件的鍍層受諸多因素的影響，不可能獲得相同情況的鍍層，因此實驗結(jié)果的重現(xiàn)性、可比性差，對鍍層厚度無具體數(shù)據(jù)顯示，然而，眾所周知檢測鍍層的厚度、重量是平均值，不可能精確得悉鍍層上某處的厚薄，而該法會讓你清楚觀察到鍍層的最薄處以及鍍層是否達(dá)到要求。所以，該法仍被許多國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)上規(guī)定檢測鍍層的均勻性，是有一定道理和可信性。

　　檢測方法：將清洗好的試樣放入18℃±2℃的試樣中，靜放1分鐘。此時不要攪動溶液和碰到容器壁上，使試片靜放在溶液中央，取出的試片馬上用水洗凈，擦掉附著在鍍鋅層上的銅。以規(guī)定的次數(shù)反復(fù)操作，不要它達(dá)到終點為好。

　　鍍層和基體的結(jié)合強度（附著力）：鍍層的結(jié)合強度是熱浸鍍鋅的重要性能，鍍層結(jié)合力不佳、脫落，就談不上使用壽命，等于未鍍鋅，所以結(jié)合強度的檢驗很重要。

　　鍍層結(jié)合強度的檢測有彎曲實驗法、錘擊法、劃格法等，其中劃格法一般對薄板鍍層而言，彎曲法通常用于管件，這種方法系鍍鋅后的外加應(yīng)力，在標(biāo)準(zhǔn)上已有說明（GB/T13912 6.4附著力），亦不能完全說明附著力不好，所以也不采用。對錘擊法的使用比較青睞。

　　檢測方法：1、操作試件要水平放置實驗面，以重錘支撐臺為中心，錘柄從垂直位置自然落下，平均間隔為4mm，打擊5點，檢查敲打間隔的鍍層剝離及起皮情況。同一部位不準(zhǔn)重復(fù)敲擊。2、錘擊法使用中，有些單位以500克榔頭敲打，鍍層不起皮脫落為好。

　?、芷渌臋z測方法：

　　諸如性狀試驗、鍍層孔隙率、鹽霧試驗等檢測。

　　狀性試驗僅是日本標(biāo)準(zhǔn)中提及，它用濃堿液的腐蝕時間來判斷鍍層的厚度，此法只有耐腐蝕時間，無具體厚度依據(jù)，再則退鍍后尚有少量合金層剩留，國內(nèi)基本不采用。

　　對鍍層的孔隙率檢測，先要了解熱浸鍍鋅是熔化的鋅液和鋼鐵合金化冷卻凝固后形成的合金層及純鋅層，一般不存在孔隙，所以做孔隙率檢測是多余的，那么，為何會提出孔隙率檢測。這是將電鍍層的檢測誤移到熱浸鍍鋅層來，電鍍鍍層是在電鍍時由于氫氣的析出夾雜至電鍍層中而形成的孔隙率。所以了解生產(chǎn)鍍層的機理不同，對檢測的項目應(yīng)會有不同的合理選擇。

　　至于鹽霧試驗，檢測熱浸鍍鋅的鍍層的耐蝕性意義不大，由上面孔隙率的檢測和鍍層厚度的相差得知，熱浸鍍鋅件的使用壽命主要依靠鍍層厚度，而鹽霧試驗對鍍層鈍化膜的檢測是合適的。鍍層厚度為44-55um，經(jīng)過200小時鹽霧噴濺試驗（條件5%NaCl,壓力1.5Par、溫度40℃）產(chǎn)品表面無紅銹產(chǎn)生，經(jīng)試驗后再測鋅層厚度仍為45-55um 。所以，對熱浸鍍鋅層來說，此試驗意義不大。

　　（根據(jù)有關(guān)資料整理，不當(dāng)之處請批評指正。）

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