热浸镀

单张钢板热镀锡装置
1．熔剂，2．镀锡原板，3加锡口，4。加热盘管，5.导板，6.刮锡 扳；7．镀锡辊；8.空气冷却装置，9.提升机；10，11．烟道
钢丝热镀锡工艺
工件→酸洗→水洗→溶剂处理→热浸镀锡→浸油处 理→空冷→脱油→分选→成品。
工艺与单张板同，但要注意如下几点。
1）溶剂处理 溶剂为在氧化锌中加10%氯化铵的混 合水溶液。溶剂槽温度480～220℃。溶剂槽中因 加水生成盐酸，可再次对钢丝表面氧化物清洗。
热浸镀
一、热浸镀原理
将经过表面处理的金属工件，放入远比工件熔点低
的熔融金属中，以获得金属镀层的过程，这个过程称热
浸镀（熔融镀、热镀）。
热浸镀层金属一般为锡（熔点231.9℃）、锌（熔点
419.5℃）、铝（熔点658.7℃）、铅（熔点327.4℃）。
基体材料一般是钢铁，有时也用铜。浸镀前工件需进行
表面预处理，清除表面的油污和氧化皮。热浸镀后还要 进行化学处理、涂油或必要的整形。
热镀锡原理
热镀锡原理
在300℃时，铁与锡相互反应生成FeSn2。例如，在热镀 锡时，经过前处理的钢板进人含有氯化按及氯化锌的熔剂 层，形成铁锡合金。 ZnCl2+2H2O—Zn(OH)2十2HCl FeO十2HCl——FeCl2十H2O Fe十2HCl—FeCl2十H2 生成的氯化亚铁(FeCl2)与炼锡(Sn)反应，生成SnC12及 FeSn2 3Sn十FeCl2——SnC12十FeSn2 生成的化合物FeSn2一部分附在钢板上。另一部分进入锡 槽形成锡渣。附着FeSn2层的钢板再进入炼锡中浸镀锡。
2）热浸镀锡 锡液温度为260～290℃之间。 3）浸油处理 棕榈油温度为230～240℃之间。
热浸镀锡钢板性能
1）钢板 通常厚度为 0.2mm，很薄。 2）合金层 主要是FeSn2, 非连续附着于钢基板上， 存在一定空隙。 3）锡层 也是非连续性附 着与合金层上。在露出 合金层的空隙处，
FeSn2与Sn之间构成局部电池，若有电流通过，则发生溶解。 在酸性环境中，合金层电位较正，易极化，腐蚀速率不大。在 露出钢基体表面的空隙处，Sn同Fe构成局部电池，极化作用小， 锡的溶解速率加快。因此，为获得高质量镀锡板，合金层应尽 量均匀。
单张板热镀锡工艺
工件→酸洗→水洗→溶剂处理→热浸镀锡→浸油处理→空 冷→脱油及抛光→分选→成品 1)酸洗 给料机从板垛上取下工件(原板)，送入酸洗槽中酸 洗，去氧化皮，然后用水冲洗。酸洗掖一般用盐酸或硫 酸电解酸洗。电解酸洗时，工件接阴极。 2)熔剂处理 熔剂主要由氯化锌及3～5％氯化铵组成(有时 还加入10％氯化钠)。熔剂配成较浓的水溶液，浮在熔 锡上面，总处于沸腾状态。熔剂的作用是促使铁锡合金 (FeSn2)的形成。
2）硫氰化铵孔隙度试验 将试样先用有机溶剂除油，然 后浸入250 mL试验溶液中，温度为20～25℃，放置 15min。孔隙点中暴露的钢基体铁离子变成红色硫氰 化铁，再用比色法进行定量分析。可见这种方法不能 测定孔隙点的分布。试验溶液的组成见表。
种类 成分 硫氰化铵（NH4SCN） 醋酸（CH3COOH） 过氧化氢（H2O2） 1 20（g/L） 10（g/L） 2 5．0%浓度，100（mL） 2．5%浓度，100（mL）
5）热浸镀 经溶剂处理的工件放入熔融金属中，即 可在其表面镀上一层金属。浸镀时加热可采用煤 气、天然气或油加热，也可用感应电加热。 6）后处理目的是保证产品质量。后处理内容包括： 冷却和平整矫直。 （1）冷却 热浸镀后工件必须冷却。目的是避免未 凝固的镀层被划伤。
（2）平整矫直 热浸镀后工件（如钢板或带钢）表 面有变形（波浪或翘曲），需平整矫直。
二、热浸镀工艺
根据热浸镀工件前处理方法的不同，可将热浸镀 工艺分为溶剂法和保护气体还原法两类。
1. 溶剂法
溶剂法工艺流程为： 工件→碱洗→酸洗→水洗→稀盐酸处理→溶剂处 理→热浸镀→后处理→成品。
溶剂处理
溶剂处理目的是：① 对工件：清除其表面残存的铁 盐及酸洗后在空气中又产生的氧化皮；②对熔融金属： 清除其表面的氧化物，降低其表面张力，改善与工件表 面的湿润性。 溶剂处理有两种方法：湿法（又称熔融溶剂法）和干 法（又称烘干溶剂法）。 （1）湿法 工件在热浸镀前浸入熔融溶剂 （ZnCl2· 3NH4Cl或Zn Cl2· 2HN4Cl）中进行处理，然后 再浸入熔融金属中热镀。 （2）干法 工件在热浸镀前浸入浓的溶剂（600～800g/L ZnCl2＋60～100g/L NH4Cl） 水溶液中，然后烘干，工 件上即附着一层干溶剂。当工件热浸镀时，溶剂受热分 解，起到清除工件表面残存铁盐、铁的氧化物、镀层金 属氧化物及降低镀液表面张力的作用。
熔剂处理
干法：将净化过的工件先浸入浓的熔剂水溶液中，经烘干后，表面 附着一层干熔剂层，然后进行热镀。所用熔剂为氯化铵和氯化锌组 成的复合熔剂，熔剂处理后在18一般熔剂中氯化铵比例愈大，污染愈大。
单张板热镀锡工艺
工件→酸洗→水洗→溶剂处理→热浸镀锡→浸油处理→ 空冷→脱油及抛光→分选→成品 3)热浸镀锡 经熔剂处理的钢板进入310～315℃的熔锡 中浸镀。 4)浸油处理 镀锡板再进入235～240℃的棕榈油槽处理。 油的作用是防止锡氧化和使锡在所镀钢扳上保持熔融 状态。由图还可见到，漫在棕桐油中的三对镀辊（序 号7)还可调节镀锡层的厚度及均匀性。 5)空冷 浸油处理后，工件立即喷空气冷却，再经脱油及 抛光进入分选。 6)分选 手工或称重，对镀层及板进行质量检查，合格板 为成品。
耐蚀性评定
耐蚀性评定主要是指镀锡层在空气中的抗蚀能力 （孔隙度试验）及食品罐头内部的罐藏寿命（铁溶出 试验）。 1）热水试验 孔隙度试验。将试样浸入pH 3.5～5.0的蒸 馏水中，95℃加热6h，对显示出的孔隙点进行计数， 并观察颁布状况。改进的方法是将试样先浸入90℃、 10%的无水铬酸水溶液中，取出后在pH 4.5～5.5的 95℃的蒸馏水中垂直保持40min即可进行孔隙点计数 观察。
2.保护气体还原法
保护气体还原法工艺流程为：
工件→微氧化炉→还原炉→冷却→热浸镀→后处理→成品。
1）微氧化炉 由煤气或天然气加热。工件进入氧化炉，火焰将 工件表面油污、乳化液烧掉，同时工件表面生成氧化膜。 2）还原炉 用电阻或辐射管间接加热。炉内密封有保护气体 （氢气与氨气混合）。工件进入还原炉，一方面将工件表面 的氧化皮还原为适合热浸镀的活性海绵状铁；另一方面将工 件继续加热进行再结晶退火。
镀层形成理论
热镀锌是世界各国公认 的一种经济实惠的材料 保护工艺；热镀锌层的 形成要经历如下步骤： ①铁基表面被锌液溶解 形成铁锌合金相层；② 合金层中的锌原个进一 步向基体扩散，形成锌 铁固溶体；③合金层表 面包络—薄锌层。
热镀锌层特性
1）与基体结合强度高在热浸镀锌过程中，熔融锌可以充分 浸入经过良好处理的基体表面，形成铁-锌合金层覆盖于 整个工件表面，且此合金层有一定韧性、硬度，可耐较大 磨擦入冲击，与其体有着很好的结合。 2）耐蚀性好 锌的腐蚀产物ZnO、Zn（OH）2及ZnCO3。当 此腐蚀产物转化为不溶性的ZnO3· Zn（OH）膜时（此膜厚 度为0.01mm），比锌层（锌的钝化膜）有着更好的化学 稳定性。尤其是在大气、水、土壤及混凝土中，耐蚀性好。 3）阴极保护作用 由于锌的电极电位（－0.96V）比铁的电 极电位（－0.44V）更负，在有电解质条件下，基体（铁） 与涂层（锌）组成原电池，锌为阳极，铁为阴极，锌不断 溶解，而基体（铁）得到保护。
热浸镀锡钢板耐蚀性能
（1）在空气中的腐蚀（相当与罐头外的腐蚀），若空气是干燥的， 则镀锡板不易生锈。若是潮湿空气，则在锡层孔隙处Sn与Fe构 成局部电池。Sn的电极电位比基体金属Fe更正，钢板会发生阳 极溶解，开始生锈，因此，镀锡层对钢板不具保护作用。 （2）在不含氧的弱酸中（相当于罐头内部），若Sn与Fe接触，则 电位发生逆转，Sn的电极电位比Fe更负，于是Sn溶解。钢铁基 体得到保护。在含氧的环境下，上述情况正好相反,铁被迅速腐 蚀. （3）氧化膜 氧化膜是锡被氧化后的产物,主要是SnO及SnO2。 SnO是不稳定的氧化物，不耐蚀。 SnO2是稳定的氧化物，耐蚀 性好。一般镀锡板在室温下长期贮存时，镀锡板表面易生成 SnO2。在涂料烘烤（一般150～210℃）时，生成SnO。 （4）油膜 一般热浸镀锡板上涂油量为2～10mg/m2，其用用是防 止板运输中的机械划伤及增加板的耐蚀性。
热镀锌工艺流程
表面清理→酸洗→中和→熔剂处理→热镀→钝化。 熔剂处理：熔剂处理分为湿法和干法两种。
湿法：净化过的工件在热浸镀前浸入熔剂中进行处理，然
后再浸入熔融金属中热镀。采用的熔剂是氯化铵，或者
氯化铵与氯化锌的混合物。其组成为：55.7％氯化锌与
44.3％氯化铵；46.3％氯化锌与53.7％氯化铵，可加入 1～6％的甘油，加热温度300～340℃。该法得到的镀 层附着力较差，已逐渐淘汰。
1）ζ相 位于纯锌层与δ1相 之间，含锌量为93.8%～94% （重量），化学成分为FeZn13， 性脆，具单斜晶格。 2）δ1 相 含锌量为 88.5%～93%（重量），化学 成分相当于FeZn7，为六方晶 格。 3）г相 直接附在钢基体上， 含铁量为22.96%～27.76% （重量），化学成分为 Fe5Zn6，性脆且硬，具有体 心立方结构。 4）η相 是铁在锌中的固溶 体，含铁量不大于0.003% （重量），几乎是纯锌，塑性 好，为密排六方晶格。普通低 合金钢在标准热浸镀锌温度 （450～470℃）时，可能仅 形成δ1 、ζ、г、η等4个相层。
3）冷却 工件在保护气氛中冷却到一定温度，再进行热浸镀。
三、热浸镀层的性能
（1）操作和设备简单；（2）效果比电镀好。（3） 只适于用低熔点金属（锌、锡、铝、铅）覆盖。 （4）覆盖层较厚； （5）镀层分层次。靠近工件的内层，化学成分含工 件成分最多；接近表面的外层，化学成分含镀层 金属最多。内外层之间的中间是合金层。 （6）合金层 较脆。合金层中因含少量工件金属及 微量夹杂，对镀层力学性能影响甚坏，故令合金 层较脆。其厚度应有所控制。 （7）镀层厚度不易精确控制。不规则的制件不容易 形成均匀的膜；
四、热浸镀层应用
（1）一般防腐蚀.如热镀锌、热镀铝；一般大气及 清水等弱腐蚀介质。如用于高速公路的护栏、桥
梁和建筑材料。
（2）特种 防腐蚀及特种性能。如镀锡与镀铅-锡合 金，有良好的耐汽油性，钎焊性、深冲性等。
第2节 热镀锡
热镀锡钢板(即马口铁)是最早应用的热浸镀锡板。近 些年来，由于锡资源的紧张，电镀锡已在若干领域取 代了热镀锡，但在一些需要厚镀层及电器、无线电工
程等方面，热镀锡仍在应用。
热镀锡涂层的特点是：耐腐蚀(有机酸)、无毒、焊
接性好，表层光亮且不易变色，可进行印刷及装饰。
因此，多年一直在包装业及食品罐头工业中应用。
热 镀 锡 原 理
铁锡 系 二 元 状 态 图
由相图可见有两个γ相及一个α相。两个γ相，一个在 780～900℃，含锡量为62(wt％)。一个在910～ 1390℃，含锡量为2％。α相是锡在α铁中的固溶体。 锡在α铁中的溶解度(wt％)，750℃时为9.3％，900℃ 时为17.5％。 FeSn2相含80.95(wt％)锡，为四角晶体组织，脆性 大，硬度高，是铁和锡之间的中间层，能令锡与铁结 合好。FeSn相含68.0(wt％)锡，稳定保持温度750℃； Fe3Sn2相含58.62(wt％)锡，稳定保持温度900℃ Fe3Sn相含41.47(wt％)锡，稳定保持温度880℃， 1130℃以上为金属混合物的液相区。
10（g/L）
0．3%浓度，100（mL）
热镀锌
热镀锌的钢铁零部件广泛 用于水暖、电气、电力、 电讯、建筑器材与日用五 金。热镀锌时镀锌层的形 成过程为：铁基体与熔锌 反应，铁被溶解，形成锌 在铁中的固溶体，由于相 互扩散，在工件表面生成 铁锌合金化合物。然后在 工件离开锌锅时，带出纯 的熔融锌覆盖在合金层上， 形成纯锌酸层。