熱浸鍍

所謂熱浸鍍就是將一種基體金屬浸在熔融狀態的另一種低熔點金屬中，在其表面形成一層金屬保護膜的方法。

根據熱浸鍍前處理方法不同，其工藝可分為溶劑法和保護氣法兩大類： ^[2] 

溶劑法熱浸鍍 (亦稱Cook- Northman 法)，這是最常用的熱浸鍍方法。在熱浸鍍之前，在清潔的金屬表面塗一層助鍍劑，防止鋼鐵被氧化。

浸入鍍液後，助鍍層可以迅速分解，並起到清除基體金屬表面的氧化物、降低熔融金屬表面張力的作用，以提高鍍層的質量。

溶劑法熱沒鍍的基本工藝流程分為鍍前表面處理、助鍍處理、熱浸鍍和鍍後處理四個基本工藝階段，其流程如下：預鍍件鹼洗一一一酸洗一一水洗一一稀鹽酸處理一水洗一一熔劑處理一一烘乾一一熱浸鍍一一鍍後處理一一製品。其中溶劑處理是該工藝的重要環節，是提高鍍層質量、防止漏鍍的關鍵步驟。

其作用如下：

(1)可除去預鍍件酸洗後在空氣中又被氧化而生成的少量氧化物，提高鍍層對基體材料的附着力；

(2)清除預鍍件表面上未完全酸洗掉的鐵鹽；

(3)清除熔融金屬表面的氧化物；

(4)降低熔融金屬表面的表面張力，促使鐵的表面被熔融金屬所潤濕。

溶劑法多為間斷式操作，鍍塗各種形狀和不同尺寸的鋼鐵製件，也可使各工序連線聯動，鍍塗成卷的線材等。

保護大氣還原法熱浸鍍(典型的生產工藝是Sendzimir法)，Sendzimir法是鋼材的表面預處理按照順序在氧化爐和還原爐中完成。

還原爐中以高温輻射方式加熱使鋼材表面的氧化物被氫氣還原，經過適當降温後，將鋼材引入浸滲液中浸滲。

主要工藝過程如下：

(1)將基材送入氧化氣氛的加熱爐中，在400~500℃下使鋼材表面的油脂和污物碳化除掉，或者變為在後續步驟中易於除掉的形態；

(2)將鋼材送入還原爐中，在800~850℃下將存留在鋼材表面上的氧化物還原除掉；

(3)經處理的鋼材在還原氣氛的保護下，直接送入浸鍍的鋁或鋁合金的熔融的浸鍍液中鍍覆。 ^[3] 

熱浸鍍工藝中的鍍前預處理和鍍後處理同樣是重要的工序。鍍前處理是清洗鍍件表面和將表面氧化物清除或還原得到純淨的基體金屬表面，這是保證鍍層質量、避免漏鍍缺陷的關鍵。在間歇式或低速連續式熱浸鍍工藝中，通常包括鹼清洗、酸洗和熔劑處理等步驟。在高速的帶鋼連續熱浸鍍生產線中，則大多采用在還原性氣體中退火處理法進行表面預處理。鍍後處理通常包括鍍層表面的鈍化處理、磷酸鹽處理及塗油等，以提高鍍層產品的耐蝕性、塗裝性等使用性能。 ^[1] 

常用熱浸鍍層種類如表。

熱浸鍍層應用最廣的是熱鍍鋅。凡鋼鐵材料暴露於大氣、土壤、水等腐蝕條件下使用時，熱鍍鋅是應用最普遍、有效而經濟的保護手段，例如用於廠房鋼結構、輸電鐵塔、橋樑結構、高速公路護欄以及建築、車輛製造等。

熱鍍鋁也是主要的熱鍍品種之一，特點是有良好的抗硫腐蝕性能和抗高温氧化(500℃以下)性能，多用於含二氧化硫的工業大氣環境及製造爐具、汽車排氣管、穀物烘乾機等。 ^[1] 

除鋅和鋁此之外，還有不同成分的鋅-鋁合金熱浸鍍層，例如成分為55%鋁一43.5%鋅一1.5%硅的鋁一鋅合金鍍層(國際上商標名為Galvalume)和成分為95%鋅一5%鋁一0.1%鈰鑭混合稀土的鋅一鋁合金鍍層(國際上商標名為Galfan)，是在熱鍍鋅基礎上發展的新鍍層，耐蝕性可提高數倍，正在逐步推廣使用。

熱浸鍍錫工藝是食品罐頭用的鍍錫薄鋼板的古老傳統生產工藝，但到20世紀60年代末已基本上被電鍍錫工藝所取代，除了少量需要較厚鍍錫層的特殊用途之外，鋼板的熱浸鍍錫法已被淘汰。

熱浸鍍鋅的工業生產歷史很長，其產品產量大，應用範圍廣，作為熱浸鍍基礎性工藝的熱浸鍍鋅技術已經很成熟。

鋅的熔點很低，只有419.7℃，且在450C~480℃的温度範圍內就可以浸鍍。一般得到的灰色鍍層由兩個分層構成：外層為鋅層，內層是鐵一鋅金屬間化合物層。金屬間化合物的生成可以使鍍層與基體間呈現冶金結合，附着牢固。

由於鋅具有良好的延展性，其合金層與鋼基附着牢固，因此熱鍍件可進行冷衝、軋製、拉絲、彎曲等各種成型而不損壞鍍層。純鋅層是熱鍍鋅中最富有塑性的一層鍍鋅層，其性質基本接近於純鋅，具有延展性，所以它富於撓性。

鋼結構件熱鍍鋅後，相當於一次退火處理，能有效改善鋼基體的機械性能，消除鋼件成型焊接時的應力，有利於對鋼結構件進行車削加工。但是純鋅鍍層常常出現灰暗、超厚及粘附性差的不良現象。為了解決這一問題，近幾年發展了多種鍍鋅技術，如多元合僉鍍鋅、高温鍍鋅、鋅鎳合金鍍鋅等。鋅鍍層具有良好的耐腐性能。一方面是鍍層作為阻擋層隔離了鋼基體與周圍的腐蝕環境；另一方面鍍層鋅可以作為犧牲陽極對鋼基體產生化學保護作用。

由於鋁的性質比較活撥，極易氧化，因此熱浸鍍難度較大。世界上只有少數國家掌握這種技術，並且進行大工業化生產。

鋁的熔點是658.7℃，其浸鍍温度一般在700C~750℃，所生成的鍍層同樣是雙層結構，外層是鋁層，內層是鐵一鋁金屬間化合物，鍍層與基體成冶金結合，結合強度高。

但是純鋁鍍層自身有一些無祛避免的缺點，首先，由於鋁鐵合金層的脆性使鍍鋁板的二次加工很困難，尤其是對於那些需要進行深拉和衝壓的零部件，在加工時往往會帶來鍍層龜裂甚至脱落，為了解決這一問題，向鍍液中添加一定量的鐵、鎂、鈉等元素來控制合金層的厚度，然而最有效是添加硅其次，為了提高鍍層的使用壽命，研究開發出了55%Al一Zn合金鍍層(Galvalume)，這種鍍層既具有鍍鋁的耐蝕性和抗高温氧化性，同時又具有鍍鋅層的切邊電保護性。經研究表明，鋼基體中鉻和硅含量的增加，可以抑制Al一Fe合金層的生長速度，阻止鋁向鐵基體中擴散，從而既可以提高鍍層耐剝落性又可得到純鋁鍍層的優良耐蝕性。

鋁鍍層不僅具有光潔的表面和良好的耐蝕性，而且具有優良的耐

、

等強腐蝕介質的腐蝕，同時具有良好的耐高温氧化、耐磨及對光和熱的反射性能，熱浸鍍鋁的鋼材還具有機械強度和良好的韌性。這是因為鋁鍍層不但是很好的阻擋層，且表面又為緻密的氧化鋁薄膜所覆蓋，呈現出一種鈍化狀態。鍍層在含硫化物、氨、水分和灰塵的大氣中有很好的耐蝕性能。在海洋大氣中等含有氯化物的環境中，鍍層因其表面氧化膜受到溶解而會對鋼鐵基體產生電化學保護時。因此,鋼材熱浸鍍鋁被看作是一種具有綜合性能與特殊性能於一體的複合金屬材料。

熱鍍鋅的應用隨着工農業的發展也相應擴大。因此,熱鍍鋅製品在工業(如化工設備、石油加工、海洋勘探、金屬結構、電力輸送、造船等)，農業(如：噴灌、曖房)、建築(如：水及煤氣輸送、電線套管、腳手架、房屋等)、橋樑、運輸等方面，已大量地被採用。由於熱鍍鋅製品具有外表美觀、耐腐蝕性能好等特點，其應用範圍越來越廣泛。

一、抗高温、抗氧化和耐腐蝕條件下的應用

鍍鋁鋼鐵優越的抗高温氧化性能主要是由於形成的Fe-Al合金層的優良的高温物理和化學性能所致，其主要應用領域有：

(1)熱處理設備中耐熱元件。使用温度達850℃的燃氣噴管，用於滲碳爐和碳氦共滲設備 ^[4]  ，使用温度達850~950℃的裝料框架，抗氧化和耐硫蝕的爐子煙道，爐用耐熱輸送帶和傳動元件，使用温度在1000℃以下的熱電偶保護套管。

(2)熱交換元件，鍋爐中耐熱抗蝕元件。如吹灰器，使用温度為550~600℃的鍋爐管道、壁管 ^[5]  ，空氣防熱器和節煤器及發動機缸套。

(3)化工和鍋爐管道通用緊固件，煉油廠和工業爐用緊固螺栓、銷子等。

(4)化工反應器管道、換熱器管在705C高温使用的抗

腐蝕的生產硫酸的轉換器。

二、抗大氣腐蝕環境條件下的應用

由於鍍層表面

薄膜的鈍化作用以及電化學作用，因此鍍鋁鋼件可用於含硫高的工業氣氛，含有機肥和化肥的農村環境，含鹽的海洋環境和腐爛食品垃圾環境下。可用來製造電線杆上的鋼支架，屋沿漏水管槽和鋼結構建築設施等。在汽車工業中，用於製作消音器、遮熱板、卡車車身架、車廂以及汽車排氣焊管等。在廚房設備中用來製造爐灶、烤箱、空調器室外天線曬衣架、加熱裝置等。在建築上可用作屋頂、壁板、煙道煙肉、防塵裝置、下水管道、屋檐排水槽和鋼窗。

眾所周知，金屬材料的腐蝕問題遍及國民經濟和人民生活中的各個領域。腐蝕給人類帶來了巨大的經濟損失和危害。據不完全統計，全世界每年因腐蝕而損耗的金屬高達2.3億噸，這個數字約佔當年鋼產量的30%左右。據發達國家的統計，因腐蝕造成的經濟損失約佔當年國民生產總值的1%~5%。

我國的金屬腐蝕問題也相當嚴重，每年因腐蝕所造成的經濟損失約佔國民經濟生產總值的4%，而由腐蝕帶來的間接損失更是難以估算。長期以來，人們一直在尋求各種方法降低腐蝕的危害。由於腐蝕都始於金屬表面，所以採用表面工程技術進行表面改性已成為材料科學最活躍的前沿領域之一。鋼材表面改性後，可以和延長鋼材使用壽命、提高經濟效益和社會效益。熱浸鍍作為一種表面改性的技術，是一種很好的防腐技術。

近年來，新材料、新工藝在工業生產中得到廣泛的應用，熱浸鍍工藝因其價格低廉以及性能優良，成為世界各國金屬材料主要的防腐方法。隨着設備和工藝的進一步優化，以及與其他交叉學科的共同進步，熱浸鍍技術將不斷完善，熱浸鍍技術的應用將更加廣泛，前景會更加廣闊。