1、热浸镀锌 -处理工艺资料来源：固捷五金收集整理 阅读次数：3111 加入时间： 2008 年 6 月 17 日 前言钢铁材料为今日人类生活中不可或缺的重要资源。然而因其本身特性使然，使得“锈蚀“无日不时伴随着我们，并无时无刻地损耗着我们的资源钢铁。先进诸国，很早就注意到“锈蚀 “的严重性，据估计，因防蚀所造成的损失，在日本一年约达国民生产毛额（GNP）的 3.5。在美国，此比率为 4.2，在英国为 3.5，德国为3。如以日本 3.5来计算，在 2001 年我们不知不觉中损失了人民币八百三十亿元。所以先进国家均成立了有关的防蚀技术研究机构，以采取各种有效的措施，来避免或减少其损失。热浸镀锌防腐蚀
2、技术是目前各先进国家，使用最广泛，也是最有效的大气防腐蚀方法，其性能、特点及经济效益，在本简介中均有论及。盼能借着本简介说明，使大家对热浸镀锌防腐蚀方法，有更深一层的认识，并加以采用。热浸镀锌的使用已有一百五十年以上的历史，其原理至今尚无改变。且因有无数的研究报告针对其作业流程作详细检讨，因此才有从最原始的湿式法镀锌演变至今天的干式法及连续法等作业。其防腐蚀效果也被公认为是目前最好的，且最具经济效益的。据估计，全世界每年经热浸镀锌保护的钢材约有 20,000,000 吨，其对人类有限资源的维护价值实在是难以估计。先进国家热浸镀锌的使用已非常广泛。举凡电力、电信、道路、运输、桥梁、港湾、建筑等均
3、可使用。夸大地说“有铁的地方，就有热浸镀锌 ”应不为过。热浸镀锌流程简介热浸镀锌的原理，简单的说即是将已清洗洁净的铁件，经由 Flux 的润湿作用，浸入锌浴中，使钢铁与熔融锌反应生成一合金化的皮膜。良好的热浸镀锌作业，应是各流程均在严格的管制下，彻底发挥该流程的功能。且若前一流程的操作不善，会造成后续流程的连锁不良反应，而大量增加作业成本或造成不良热浸镀锌产品。若前处理不良，则熔锌无法与钢铁正常完全反应，形成最完美的镀锌皮膜组织。若后处理不良，则破坏镀锌皮膜外观，降低商品价值等。热浸镀锌的优点1.整个钢材表面均受到保护，无论在凹陷处管件内部，或任何其它涂层很难进入的角落，溶化锌均很容易均匀的覆
4、盖上。 2.镀锌层的硬度值比钢材还大。最上层的 Eta layer 只有 70 DPN 硬度，故易受碰撞而凹入，但下层 Zeta layer 及 delta layer 分别有 179 及 211 DPN 硬度值比铁材的 159 DPN 硬度值最还高，故其抗冲击及抗磨耗性均相当良好。 铁地（Base steel） 为原来铁基，一般硬度约为 159 DPN hardness。层（ Zeta layer）最靠近铁基一层致密合金层，构造复杂，富有韧性及延展性，以 Fe Zn7 化成存在，铁含量约 711。1层（Delta layer）为一显著单斜系柱状组织，以 Fe Zn13 化成存在，铁含量约6，
5、硬度值约 179 DPN。层（Eta layer）最上部纯锌层，为一稠密六方晶系，质软、富于延展性，变形加工不易破裂。锌纯度约 98.5以上，硬度值约 70 DPN。3.在边角区，锌层往往比其它地方还厚，且有良好的韧性 及抗磨耗性。而其它涂层在此边角处，往往是最薄最不易施工，最易受伤害处，故常须再维护。 4.即使因受很大的机械伤害或其它原因。造成一小部份的锌层脱落， 将铁基裸露，此时，周围锌层就会发挥牺牲阳极的功能，来保护此 处钢铁，使其不受侵蚀。而其它涂层则刚好相反，锈会马上生成，且 迅速漫延至涂层下面，引起涂层剥落。5.锌层在大气中的消耗是非常缓慢的，约为钢铁腐蚀速率的 1/17 至 1/
6、18，且是可预估的 。其寿命远超过其它任何涂层。 6.镀层寿命在某一特定的环境下，主要视镀层厚度而定。而镀层厚度又受钢铁厚度而决定，即越厚的钢铁易得较厚的镀层，故同一个钢构中厚的钢铁部位一定也得到较厚的镀层，以保证得到更长的寿命。 表 1：使用环境别热浸镀锌的腐蚀速度暴露环境 腐蚀速率（g/年） 平均（g/年） 耐用年数（注）平均重工业地区 2840 34 16都市地区 1218 15 36海岸地区 1114 13 42田园地区 512 9 60山间地区 38 6 90干燥地区 25 4 135注：以附着量 600g/来估计。7.因美观、艺术，或在特定严重腐蚀环境使用时，镀锌层可再施以上漆处理
7、 duplex system，只要漆的系统选用正确、施工容易，其防蚀效果比单独上漆及热浸锌寿命加起来还要好上 1.52.5 倍。请参照表 2。 表 2：热浸镀锌及热浸镀锌漆（duplex-system）耐用年数比较表热浸镀锌皮膜附着量 田园地带 海岸地带 工业区地带单位oz/ft2单位g/单独热浸镀锌耐用年数duplex-system 耐用年数单独热浸镀锌耐用年数duplex-system 耐用年数单独热浸镀锌耐用年数duplex-system 耐用年数0.350.751.01.61.62.5107227305488488763415183735601025355045702111328284
8、07242546376014516152151512302032注：1.附着量为一般镀锌钢板规格。2、耐用年数以铁材 95部位均受到有效保护而言。3、耐用年数视现场环境及涂材系统而有很大不同。8.用锌层来保护钢铁，除了热浸镀锌法外，尚有其它数种方法，其优劣比 较如表 3，一般使用最广、防蚀效果最好且经济效益最佳者，为热浸镀锌法。 表 3：各种镀锌方式优缺点比较比较项目 特性原理 优点 缺点方法溶融入法热浸镀锌(hot dip Galvanizing) 均匀锌及锌、铁合金层请参阅本章1.太小件作业困难2.大于镀锌槽构件作业较复杂原子状锌喷射焊法喷锌法(熔射锌, thermal spray)纯锌层
9、1. 尺寸、大小不拘2. 厚度可达 0.01英吋以上1.隅角均一性差2.经济性差电流电位差析出法电镀法(Zinc plating)纯锌层1. 形状大小不够2. 外观良好1. 厚度有限 2. 坚实性差锌粉加热机械附着法1. 均匀性良好2. 耐磨性好渗锌法纯合金层 1. 大构件作业困难2. 外观暗灰色厚度有限喷漆法或刷涂法涂锌法(加镀锌, Ziga) 9295高锌含量漆1. 作业简单 1. 耐磨性差2. 隅角均一性差热浸镀锌品质判定标准及要因解说1.附着量：耐蚀性主要决定于镀锌层的厚度，故量测厚度常为主要判定镀锌质量好坏的根据，镀锌层受钢材表面的成分、组织、结构不同而有不同的反应，另进出锌溶液的角
10、度、速度亦有很大的影响。故预得完全均一的镀层厚度，实际上不太可能。所以量测附着量绝对不能以单一点（部位）来判定，必须要量测其单位面积（）平均附着锌重（g）才有意义。最通用的标准为 ASTM A-123。表 4： ASTM A-123 钢材种类与镀层厚度等级材料种类in(mm)1/16 以下（1.6）以下1/16 至1/8（1.6至 3.2）1/8 至3/16（3.2至 4.8）3/16 至1/4（4.8至 6.4）1/4 以上（6.4）以上结构构件及钢钣 45 65 75 85 100钢条及钢棒 45 65 75 85 100钢管 45 45 75 75 75钢线 35 50 60 65 80
11、表 5 ：ASTM A-123 钢层厚度等级对应表厚度等级 Mils Oz/ft2 m g/35 1.4 0.8 35 24545 1.8 1.0 45 32050 2.0 1.2 50 35555 2.2 1.3 55 39060 2.4 1.4 60 42565 2.6 1.5 65 46075 3.0 1.7 75 53080 3.1 1.9 80 56585 3.3 2.0 85 600100 3.9 2.3 100 705表 6：某电力公司规范最低镀锌量每平方公尺公克（g/）材料等级试样品平均数任一样品A 级 铸造物锻铁，钢 610 549B-1厚度在 0.5 公分（包括 0.5 公
12、分）以上及长度超过 20 公分（不包括 20 公分） 610 549B-2厚度在 0.5 公分（不包括 0.5 公分）以下及长度超过 20 公分（不包括 20 公分） 457 381B 级滚压，压榨锻炼（不包括 C 级和 D 级材料） B-3厚度在 20 公分（包括 20 公分）以下及其任何厚度 396 335C 级直径超过 1 公分（不包括 1 公分）的螺栓、螺帽和类似材料，以及厚度为 0.5 公分和 0.6 公分以上垫圈381 305D 级 直径在 1 公分（包括 1 公分）以下的螺栓、螺帽、 305 259铆钉、钉子和类似材料，以及厚度为 0.5 公分以下垫圈量测附着量的方法有很多种，如
13、破坏性的切片金相观测法、酸洗法，非破坏性的膜厚计法、电化学法、进出货重量差估计法等。一般常用的为膜厚计法及酸洗法。膜厚计为一利用磁场感应来量测锌层厚度最普遍省事的方法，其基本条件为钢铁表面必须平滑、完整，才可得较准确数字。故在钢材边角处或粗糙、有角度钢件或铸件等，均不太可能会的一准确的数字。普通铁件用原铁材当归零基材，尚可得相当准确的数字，铸件就绝对不准确了。酸洗法为正式检验报告用，最准确的方法，惟切片时必须注意上下部位的公平取舍，才可得准确数字。但其亦有缺点，如费时甚多，复杂钢材面积不易求得，太大件无法整个酸洗等。故充分利用膜厚计来控制现场制程，而用酸洗法来做最后检测，就已经足够了。2.均一
14、性：热浸镀锌钢铁最易生锈的部位，仍是锌层最薄的地方，故必要测其最薄部位是否符合标准。均一性的试验法，一般都用硫酸铜试验，但此方法对于由锌层和合金层组成的镀锌层皮膜测试很有问题。此因锌层与合金层在硫酸铜试验液中的溶解速度不同，合金层中也因锌/铁的比率差异而不同。所以，以一定浸渍时间的反复次数来判定均匀性并不是很合理。因此，最近欧美规格及 JIS 中，均有废止此试验方法的倾向，以分布取代均一性，以目视或触感为主，必要时才用膜厚计检查分布状态。又形状复杂的小构件因面积量测不易，不易求得平均膜厚，有时不得不用硫酸铜试验法来做参考，但绝不能以硫酸铜试验取代附着量测定的目的。3.坚实性：所谓坚实性就是镀锌
15、层与钢铁密合性，主要要求镀锌构件在整理、运搬、保管及使用中具有不得剥离的性质，一般检验法有锤打法、挤曲法、卷附法等。锤打法是以锤打击试片，检查镀层皮膜表面的状态。把试片固定，免得因锤支持台等高且水平，锤以支持台为中心，使柄重垂直位置自然落下，以 4mm 间隔平行打击 5 点，观察皮膜是否剥离以为判断。但是，距离角或端 10mm 以内，不得作此试验，同一处不可打击 2 次以上等。此法最普遍，适用于锌、铝等皮膜坚实测试。其它如挤曲法、卷附法一般很少用，故暂且不提。一般人常有一种错误观念，往往为了方便量测坚实性，拿两个镀锌钢材，以边角互相敲击，观察边角剥落情形以为判断。若边角处刚好有几处较厚的锌粒。
16、在作业中没处理好，则一用力敲击，厚的锌粒一定会剥落。故此法不能用来判定正常镀锌皮膜与铁基的密合性。附着量、均一性及坚实性，即为一般规格定义热浸镀锌质量检验的项目。亦是一般正式检验报告的标准。有关规范，请参照表 7。表 7：热浸镀锌有关规范中国国家标准(CNS) CNS 1247 镀锌检验法CNS 8503 热浸镀锌作业方法CNS 10007 钢铁热浸法镀锌2. 美国材料测试标准A90 Methods of test for weight of coating on zinc coating(galvanized) iron and steel articles A123 Zinc(hot ga
17、lvanized)coating on products fabricated from rolled,pressed,and forged steel shape, plates, bars,and stripA153 Zinc coating(hot-dip) on iron and steel hardwareA325 High strength bolts for structural steel joints,including suitable nuts and plainA385 Providing high-quality zinc coating(hot-dip)A780 R
18、epair of damaged hot-dip galvanized coatingsA767 Zinc-coated(galvanized)steel bars for concrete reinforcementE376 Practice for measuring coating thickness by magnetic-field or eddy-current (electromagnetic) test methods3. 日本工业标准(JIS):H8641 Zinc hot dip galvanizingsH9124 Recommended practice for zinc
19、 coating(hot-dipped)H0401 Methods of test for hot dip galvanized coatings4. 英国工业标准(BS)：BS 729 Hot dip galvanized coatings on iron and steel articles影响品质诸要素研讨1.钢构尺寸大小、重量：钢构尺寸以能一次全数浸入锌液，以达到均一镀锌皮膜组织为好，若太长或太宽，以致须分两次浸镀作业者，接合处的锌层外观将会显得粗涩、太厚等不良。另外，如钢构的单重太重，超过镀锌设备负荷者，将使其作业困难。故与热浸镀锌厂事前的沟通，最为重要。2.钢构的材质：钢构的材质，
20、会影响热浸镀锌皮膜的组织、厚度等，但若经事前的沟通，将可技术性的将其影响减至最少。如高张力钢材含硅、碳量较高，易于快速地与熔锌反应，合金化过度成长的结果，将造成灰黑色的外观，但并不影响其防蚀性能。又如热处理钢材，若其抗拉强度超过 90kg/mm2 时，经热浸作业后，易使其强度降低等。3.异种金属的组合：如钢材与铜、锡、铅等非铁金属的组合，于热浸作业时，此非金属的溶出，将会造成锌皮膜组织的变化。又如新旧钢材的组合，于酸洗作业时，新材质易酸洗过度。此外如部份加工构件，加工处的酸洗过度亦是。4.钢材的污染：如油漆的污染、特殊油脂的污染等，于普通的碱性脱脂液中不易除去，此时必须使用特殊溶剂清除或用燃烧
21、法、喷砂法等，使成本增加且作业困难。此外如焊接触的焊渣清除亦是相当重要的。5.焊接方式：焊接方式对热浸镀锌钢铁结构物的质量影响很大，严重者甚至引起裂开，或成品变形。6.设计上的问题：钢铁结构物设计，是热浸镀锌作业质量成败的主要因素。其设计的主要原则，为使溶锌在结构物内、外部能流动顺畅。以下数图，请参阅本网站结构物设计要点。7.可动部铁材注意要点：镀锌后须能自由转动灵活的铁配件，于设计时，需预留一定大小的余裕，以为锌皮膜所占空间。8.变形、歪变的防治：钢铁因加工时所发生残余应力，易于热浸或冷却时放出，若应力不均匀释出，则造成变形。如钢材作 90 度以上弯曲冷加工，亦易造成变形。因残留应力不均匀所
22、造成变形，可于热浸镀锌前作 600以上消除应力退火热处理以避免。又设计上应避免不同材厚组合，以免因热膨胀不均匀而变形，其组合参考表 8。所有的变形，可于热浸前增加适当的补强材，以尽可能避免。表 8：焊接相对板厚极限（单位：mm）板厚 t1 以 t1 为基单 t2 最大值35 1.445 1.850 2.055 2.260 2.465 2.675 3.080 3.185 3.3100 3.99.氢脆化的避免： 脆化发生的原因有二种：（1）钢铁经较大冷加工后时效应变（strain aging），于热浸时大量发生。（2）抗拉强度（ultimate tensile strength）超过 150 Ks
23、i 铁材，及严重冷加工的钢材，经酸洗过后所吸收氢原子，于热浸时释出所致。 氢脆化避免有以下三种方法：（1）尽可能用热加工，尤其于严重变形时；（二）用喷砂来替代酸洗除锈；（三）热浸前，经适当热处理。 上述 9 点因素，对热浸镀锌成品质量影响均很大，但均可有效的事先加以注意、防治。故钢构厂与镀锌厂事前密切沟通，最为重要。 外观研讨外观，对热浸镀锌的防蚀性或质量标准，实在完全没有影响。亦因锌层组织不同而无法得到有电镀锌那种美观。热浸镀锌皮膜的目的本来就不是装饰，主要用在防蚀。因而，判定质量良否，可忽略此点。当然，外观良好，可增加商品的价值，亦是镀锌业者技术开发的主要目标。以下说明外观上的几个缺陷及其
24、影响。 1.局部没镀上：指局部没镀上锌皮膜，使钢铁露出呈黑点的状态。研究报告指出直径小于 3 mm 的黑点，或黑点面积总和不超过 40 mm2 时，因锌本身的牺牲阳极保护作用，对整体的防蚀寿命几无影响，故此时可合理的用富锌（含 95 以上锌）涂料来补修。请参照图 18。黑点发生的原因大都为前处理不良，或设计上的不适当等，为镀锌业者首要克服的技术问题。 2.烧 灰：这是皮膜上的纯锌层完全转变成合金化的颜色，主要还是决定于钢材的材质，如（Si , semi-killeld steel）Si 脱氧的半净钢，或喷砂或酸洗过度的钢材表面粗糙化时，扩散反应激烈而易得，另冷却时间及速度控制亦是一大主因。烧掉或合金化，虽缺乏金属光泽，但在大气中的防蚀性及防白锈性，均比光亮的纯锌层好，纯锌层在大气中放置一段时间，亦自然会转变成氧化锌而成暗灰色。故吾人实不必太在意外观光亮度。 3.锌垂、积滞：即锌在制品端部残留成腊烛般的崩垂状或瘤状，或锌积滞于局部的状态。此主要决定于镀锌业者的技术及设备。此多余的锌有助于耐蚀性，可用锉刀轻轻磨平，惟须注意不可过力削落，会使其整个剥落而露出钢铁生锈。当然，严重的崩垂，会因搬运中的不小心撞击而剥落，锐利的尖端会割刺手等。能避免则尽量减少其发生，若避免不了，个人认为尽量保持原态为宜。
