热镀锌层对钢铁防腐蚀的作用

2 热镀锌层对钢铁防腐师德作用

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［8］。

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 g/m2的附锌量［1］。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。比较典型、有代表性的数据见表1。

表1 镀锌产品耐用年限的规定［5］

大气

暴露环境附锌量

400 g/m2 附锌量

500 g/m2 附锌量

600 g/m2 附锌量

600 g/m2(无光)

腐蚀量

.a-1) 耐用

年数

(a) 腐蚀量

.a-1) 耐用

年数

(a) 腐蚀量

.a-1) 耐用

年数

(a) 腐蚀量

.a-1) 耐用

年数

(a)

重工业地带9 11 1

3 30

海岸地带33 41 50 4 7

郊外地带67 86 10

4 104

城市地带21 25 30 3 1

注：(1)上述数值，由日本热镀锌协会根据1964～1974年的大气暴露试验结果计算而得；

(2)暴露地：重工业地带在横滨市鹤见工业高中，海岸地带在伊良湖甲震观测站，效外地带在奈良气象站，城市地带在东京大学工科部；

(3)耐用年数的推定：根据锌层达到90%损耗的时间而定。

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。

3 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。

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［1］。

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［9］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。

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)。

表2 GB/T 13912-92的热镀锌层最小厚度

钢构件厚度(mm) h＜h=～≤h≤h＞

局部值(μm)35 45 55 70

平均值(μm)45 55 70 85

表3 A123-89最小镀层厚度要求(μm)

钢构件

厚度(mm) h＜h=～h=～＜h＜h≥

结构型钢45 65 85 85 100

钢板45 65 75 85 100

钢管- - 75 75 75

线材45 45 65 65 85

表4 BS 729-1971最低镀层重量要求

钢构件厚度(mm) 1≤h＜2 2≤h＜5 h≥5

锌层重量(g/m2) 335 460 610

镀层厚度(μm)47 65 86

注：标准中规定的是锌层重量，表中所给厚度为推算值，表5，6同。

表5 JIS H8641-82锌层附着量最低要求