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热镀锌制件的性能及质量要求分析

2017-09-29 23:01:12      点击:
    常规热镀锌又称连续热镀锌如镀锌钢管,镀锌钢板、钢丝等,批量热镀锌镀件浸锌时间长,镀层不经吹抹,因而得到的锌层较厚并具有较长的室外暴露使用寿命。
   批量热镀锌是指吊镀或喷镀的钢结构件如输电铁塔、公路护栏、路灯杆,标志杆等;常规热镀锌又称连续热镀锌如镀锌钢管,镀锌钢板、钢丝等,批量热镀锌镀件浸锌时间长,镀层不经吹抹,因而得到的锌层较厚并具有较长的室外暴露使用寿命。
  在讨论热镀锌层的质量问题前,有必要概述一下热镀锌层在钢铁防腐蚀应用中的一般规律。
 1.热镀锌层对钢铁防腐蚀的作用
   热镀锌层对钢铁的保护效果比油漆或塑料层好得多。热镀锌时,锌与钢铁之间发生扩散,生成锌铁金属间化合物层,即合金层。合金层与钢铁以及锌之间均为冶金结合,比漆类与钢的结合更牢固。暴露在大气环境中的热镀锌层数十年也不会脱落,直至被完全自然腐蚀。
   镀锌层有小的裂纹或损坏时,锌将以牺牲阳极的形式继续防止裂纹或损坏处的钢铁生锈,这是镀锌层比其他涂镀层优越的主要特点。铁锌合金层含锌在90%以上,对钢铁有与锌近似的电化学保护作用;而且铁锌合金层硬度比纯锌高得多(接近纯铁),因而镀层抵抗碰撞和刮损的能力更高。
   由于锌能溶解于酸和强碱,热镀锌层只能适用于一般大气和天然水环境中。镀锌层在接触空气和水时,会产生轻微的电化学腐蚀。在乡村和空气比较洁净的地区,镀锌层能维持很多年,而在工业污梁区和海岸地区,镀锌层的耐用年限就较短。此外镀层越厚,耐用年限也越长,耐用年限与厚度几乎成正比。镀层厚度也可用单位面积上锌的质量(g/m2)表示,1 μm镀层厚度对应于7.2 g/m2的附锌量。对热镀锌层耐用年限的试验已有大量数据,由于具体试验环境不同,这些数据有一定差异。
   由于镀层会在应用中消耗,当铁锌合金层逐渐暴露时,镀层表面变得灰暗无光。而且腐蚀产物中含有少量的铁锈(三价铁),会使镀层表面呈现局部铁锈颜色。对于易出现灰暗镀层的镀件,镀层表面很少或基本没有纯锌层,在镀件使用短期内就会出现这种“锈迹”,但这并不影响其保护作用,只是影响外观。
 2.热镀锌层的质量要求
   对锌层质量的要求主要包括外观、厚度(附着量)和附着强度(附着性),此外在GB 2694-81以及英、日标准中还提到均匀性(硫酸铜试验),以下对此逐一探讨。
 2.1 外观
   所有镀件表面应清洁、无损伤。其主要表面应平滑,无结瘤、锌灰和露铁现象。表面上极少量的储运斑点不应为拒收的理由。
   热镀锌的目的是防腐蚀而非装饰,所以不能用美观性来判断质量的好坏,热镀锌后工件表面并不能比原基体表面好,如基体表面有严重的锈蚀抗、划伤痕迹等,镀锌后仍会显示原有的表面状态。
   局部露铁又称漏镀,氖标准都规定露铁不可接受。露铁处直径小于2 mm时,由于锌有牺牲性保护作用,对耐蚀性影响不大。GB/T 13912以及美国、英国标准都指出,漏镀和不慎损坏的镀层可以修复,并对允许修补的面积以及修补厚度都有较明确的要求。修复用的材料是与镀锌层性能接近的熔焊低熔点锌合金、热喷涂锌或特别的富锌涂料。修复的具体内容包括材料、预处理、后处理等,在另一个专为修复热镀锌层而制定的美国标准中有详细的介绍。
   毛刺、滴瘤和多余结块很大时可能在安装中脱落,可小心地打磨去。但打磨过量会影响耐蚀性,故在不妨碍使用的情况下勿需处理。而连接处多余的锌或锌渣必须清除至不影响牢固安装。
   由于镀锌工艺的缺陷,锌层表面有时出现微粒状的锌凸起,里面是锌渣粒子,影响镀层外观,但不影响耐蚀性。
   近年来由于钢材大多为含硅的镇静钢,容易出现灰暗无光镀层,即镀层表面没有锌的光泽并呈灰色,严重时呈暗灰色,这是铁锌合金层露出表面而造成的,对抗大气腐蚀性能没有影响。改变镀锌工艺和在锌浴中加镍可减少或消除灰暗镀层的出现。但对硅含量特别高的钢如低合金高强度钢,目前国内外还无法完全消除这种现象。
   堆放的镀件表面会出现白色的痕迹,尤其是在潮湿天气或雨后十分明显,通常称为储存湿锈或白锈。白锈是在特定环境(水分高,不通风)下生成的,一旦脱离这个环境便会逐渐消失。由于白锈对锌层的消耗很小,所以对耐蚀性的影响也很小。如果希望热镀锌制品保持开始时的光亮外观,需要有特别的储存条件。热镀锌后立即加以钝化处理可避免或减少这些白锈的出现。
 2.2 锌层厚度
   锌层厚度直接关系到耐蚀寿命,必须予以保证。GB/T 13912中对钢铁零件锌层厚度最小值的规定见表2,而GB 2694中则规定:镀件厚度小于5 mm时,锌附着量应不低于460 g/m2,即锌层厚度应不低于65 μm;镀件厚度大于或等于5 mm时,锌附着量应不低于610 g/m2,即锌层厚度应不低于86 μm。其他国家的热镀锌标准中对钢结构件锌层厚度的规定见表3~6(表2~6中未列入有关标准中对铸件及离心处理件的规定)。
   对照上述标准看出,镀件厚度决定镀层厚度,这些内容GB/T 13912比GB 2694分类较细,这是比较合理的,因为厚工件获得较厚镀层没有困难,而表面平滑的薄钢板(如3 mm以下)想得到较厚镀层则很困难。这也是向国际先进标准靠拢的做法。此外,在对镀层厚度的要求上,各标准有一定出入,其中美国标准ASTM A123要求较高,而日本标准JIS H8641和ISO 1461要求稍低,这是订立合同时要注意明确的。
 2.3 附着强度
   GB/T 13912规定:“热镀锌层应有足够的附着强度,在无外应力作用使镀件弯曲或变形时,镀层不应出现剥离现象。本标准对附着强度的试验方法未作规定。必要时,供需双方可协定镀层不剥离不凸起。”
   热镀锌层应有足够的附着性,保证镀件在正常的搬动、装卸、运输、安装过程中经受碰撞时,镀锌层不会开裂或剥离。而镀件安装后,一般不会再经受尖锐硬物的猛烈撞击,在使用过程中不会再剥离脱落。锤击试验的条件比较苛刻,故能经受锤击试验的镀层附着性肯定没有问题。
   早期由于镀锌件采用低硅钢,镀层厚度适中,合金层较薄而纯锌层较厚,经受锤击试验均无问题。近年来由于硅镇静钢的普及,超厚镀层较多,镀层中铁锌合金层往往较厚,甚至几乎占据了整个镀层,这些镀层中有相当部分可能通不过锤击试验,但使用时并无问题。
 2.4 均匀性
   早期的国外标准曾规定用硫酸铜试验检验锌层均匀性。硫酸铜试验实际上是测定最小锌层厚度的方法,不是测定最小厚度与最大厚度的差,所以“均匀性”说法不妥。而且纯锌层与铁锌合金层在硫酸铜溶液中的溶解速度有很大差异,因而浸入次数与附锌量的对应关系并不是很好。而GB 2694仍规定“锌层应均匀,用硫酸铜溶液浸蚀4次不露铁”。实际上,只要附锌量达到标准,硫酸铜试验次数比标准规定的4次要多得多,实用性方面完全没有问题,GB/T 13912采用的规定锌层局部厚度最小值的办法,即可直接控制最小锌层厚度。
   在美国标准及ISO标准中,已取消了硫酸铜试验;在英国标准中,规定当供需双方同意时可做硫酸铜试验;在日本标准中,有一类镀件可不规定锌层附着量而只要求5次硫酸铜试验,其他规定附锌量的就不必做硫酸铜试验。
 3.热镀锌层质量验收时的一些问题及建议
   目前国内许多厂家如大多数铁塔厂,对锌层质量的常规检验不做硫酸铜试验,只保证外观、锌层厚度和锤击试验,这是没有问题的。对于一些薄镀件或表面不平整镀件的粘附性可参照“硬刀试验”法来检验。当锤击试验不合格而用“硬刀试验”可通过时,则对使用并无大碍,可由供需双方商议解决办法。
   部分厂家与用户只重视外观质量是否平整光亮而忽视锌层厚度要求,甚至根本不做锌层厚度测试,这是不应该的。镀层太薄的镀件无法保证足够的耐用寿命,尤其是采用较大加铝量的锌浴(如Zn-Al-RE,Zn-Al-Mg)时要特别注意,因为0.2%的铝量已足以使镀层明显减薄,造成大量镀层达不到要求。
   漏镀是直接影响镀件使用寿命的,是不允许的缺陷,不能简单地以一层银色油漆覆盖了事。如漏镀现象个别且面积小,又不便返镀,可协商采用ASTM A780-80中的修补办法。
   在遇到含硅量特别高的钢材镀锌时,灰暗无光镀层是无法完全避免的,而目前厂家在国内对低合金高强度结构钢的选择并无多大余地,供需双方应事先讲清楚。
   镀层生“白锈”也是经常遇到的现象,如果镀层出白锈量较大,可将白锈擦去后再测量锌层厚度,只要锌层厚度足够,对于使用并无影响。
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   热镀锌的作用主要是防腐蚀,镀层必须连续、有足够厚度和粘附性,这是最基本的质量要求,而质量好的镀层应兼具好的外观,包括镀层平整、光滑、无毛刺滴瘤及一切异物(如锌灰、锌渣、溶剂渣或镀后污染物等),色泽均匀光亮等。要实现镀层质量好,厂家还必须在镀锌工艺技术及管理上多下功夫。