关于提高镀层粘附性的探讨

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1、关于提高镀层粘附性的探讨朴明魁王溪钢摘要：介绍了连续热镀锌镀层粘附的机理，并结合生产实际研究了影响镀层粘附 性的工艺因索，即原料表面状态、炉内气氛、锌液成分及镀锌工艺参数等，同时 提出了改进不良粘附性的措施.关键词：镀锌板；镀层；粘附性Research on improving the adhesion of zinc coatPIAO Ming-kui, WANG Xi-gang(Cold Rol1ing Co., Ltd.,Benxi Iron & Steel(Group)Co., Benxi117000, China)Abstract:The mechanism of zinc coat

2、 adhesion of continuous hot galvanizing is introduced. Combining with practical production, the influence factors on adhesion, such as the surface appearance of strip, gases of annealing furnace, composition of zinc solution and technology parameters of galvanizing, etc., are studied. Mean whi1e, so

3、me measures have been put forward to improve the adhesion of zinc coat.Keywords:ga1vanized sheet; zinc coat; adhesion1镀层粘附的机理人们使用镀锌板，是因为覆盖在钢板表面的锌层可以在腐蚀环境中形成耐蚀 层，使钢板本身免受腐蚀，延长其使用寿命.如果镀层与钢板结合不牢，锌层脱 落，裸露的钢板失去镀层的保护，即失去了镀锌板的使用价值.所以，镀层粘附 性是影响镀锌产品质量的关键问题，镀层粘附性不良是导致锌层裂纹、脱落的直 接原因.近年来，关于镀锌理论的研究成果表明，镀层的附着能力不取决于

4、镀层的厚 度，而取决于将镀层与钢板牢固结合的中间粘附层的形成与状态.镀锌板镀层的分布为：A-钢板基体；B-Fe2Al5|HifJ粘附层；C-Fe-Zn合金层; D-纯 Zn 层；E-ZnO 层.在带钢连续热镀锌过程中，一方面，由于Fe-Al反应的自由恰大于Fe-Zn 反应的自由恰，所以在同等条件下，浸入含A1锌液中的带钢可以大量吸取锌液 中的A1,并优先同铝反应形成Fe-Al化合物；另一方面，由于锌的熔点比铝的熔 点更接近锌液温度，因此在450C的锌液中，锌的扩散能力大，使钢板与锌液也 有形成Fe-Zn化合物的倾向.实践表明，一旦钢板表面未形成Fe2Al5,l,PU粘附层 而首先形成Fe-Zn

5、化合物，生产的镀锌板已无镀层粘附性可言.所以，在现代化 热镀锌生产中,锌液中的A1含量正逐步提高,以利于FezAl冲间层的优先形成.然而，Fe?Ah中间层的形成也只是保证镀层粘附性的必要条件，其充分条件 是：只有出锌在Fe2Al5ip|iiJ层的溶解不饱合血形成贫锌固溶体时，此中间层才能 起到粘附作用，并能有效阻止铁、锌原子的进一步扩散.如果锌在FsAls中间层 过饱合而生成富锌固溶体，则不仅使中间层中有效铝的相对含量下降，而且大量 分布的锌固溶体破坏了中间层的均质性，使其阻止Fe、Zn原子扩散的能力和粘 附镀层的能力下降，镀层的附着性能也随之降低.由此可知，保证镀层粘附性的充分必要条件是：带

6、钢浸入锌液之后，在钢板 表面首先形成含铝多、含锌少的较薄的Fe2Al5p间粘附层，才可能粘附镀层和阻 止Fe-Z门扩散反应，从而达到提高镀层粘附性的作用.2原料带钢在退火炉内的表面还原带钢热镀锌吋，要求进入锌液的带钢具有海绵状纯铁的表面，只有在带钢表 面充分还原成纯铁的情况下，才有可能在镀锌吋，带钢与锌液中的A1反应形成 粘附力较好的Fe2Al5ip间层，而这一还原过程只有靠调节退火的工艺参数，控制 炉子的生产状态来完成.本钢热镀锌机组的连续退火炉在加热带钢吋，采用N285%, HJ5%的保护气体, 以进行带钢的表面还原.带钢在炉内的表面还原，依靠炉内气氛与钢板表面的氧化铁发生还原反应， 还原

7、成纯铁.在炉内几种主要的气体中:CO、也属于还原性气氛;C02, H20属于 氧化性气氛，它们与带钢表而的氧化铁发生氧化-还原反应：Fe0+H2=Fe+H20 FeO+CO 二 Fe+CO?上述反应均为可逆反应.半反应平衡吋，炉内气氛达到平衡成分，此吋带钢 在炉内既不氧化也不还原对应其当时温度下的平衡常数为KpH2/H20和KpCO/CO2.若使带钢在炉内实现还原加热，要求炉内气氛呈还原性，并发生还原反应， 其条件为：ph2/ph2o X PC0/PC02KpH /h2o X KpC0/C02其中，p为炉内气氛的实际分压值，也可以换算为各气氛的百分含量，以便 于计算.这样，即可在生产中通过检测

8、炉气成分，并在平衡常数表中查出相应温度下 的KpH2/H2O, KpCO/COjfi,来判断带钢在炉内的还原程度.如果发现炉内还原气氛 不足，可以在工艺允许范围内，适当增加保护气体中的出含量，还可适当降低 带钢运行速度以减少还原的气体产物，使炉气保持在最佳的还原成分点，保证带 钢的充分还原.3锌液成分的影响锌液)11的各种微量元素在带钢热镀锌过程)11发挥着重要作用,影响着镀层的 形成与状态.(1) 铝：铝在镀锌过程中有着极其重要的地位q由粘附机理可知q只有通 过FMWli间粘附层的粘附作用，镀层才能紧紧地粘附在带钢表面.通常，锌液 中铝含量为0. 12%0. 18%. H前镀锌机组己将铝含量

9、提高到0. 20%,并取得了较 好的实际效果.然而，锌液中的铝含量并菲越多越好，过量的铝造成不必要的浪 费，使成本增加而且，铝极易氧化形成A1G浮渣，大量的浮渣会给镀锌操作 带来困难，使镀层表面质量难以控制.所以，要适半控制铝含量，使之既能保证 粘附层的充分形成，又避免不必要的浪费.(2) 铁：当锌液温度为450C时，铁在锌液中的最人溶解度为0.03%,如锌 液中的铁含量继续增加，则多余的铁会与锌、铝反应生成Fe-Zn, Fe-Al化合物， 形成锌液中的底渣.这就相对减少了锌液中的有效铝含量，使中间层形成困难， 也增加了锌液成分控制的难度.(3) 锡和铸：锌液中的锡和磔会促使镀层I Fe-Zn

10、合金层增厚，且变得破 而脆，从而导致镀层粘附性下降.但极少量的锡和锐可使镀层表面形成美丽的锌 花,提高镀层的表面质量.据有关资料显示，在锌液中，锡0.5%,鲜0.3%吋对 镀层粘附性没有不良影响.(4) 铜和镁：锌液中的Cu和Mg可使镀层的耐蚀性能提高，但也会促使Fe-Zn 合金层急剧增厚，使镀层的韧性和粘附性同时变坏.所以，在生产中应严格控制 锌液中铜、镁的含量，通常，Cul%,Mg0. 3%吋对镀层的粘附性没有不良影响.4镀锌工艺过程的影响镀层粘附性的好坏决定于Fe2Al5p间粘附层形成的状况，而粘附层的形成以 正确的镀锌操作工艺过程为条件，其影响因索包括：锌液温度，带钢入锌液吋的 温度，

11、带钢浸锌吋间(即带钢工艺速度)和镀后及时冷却情况.(1) 温度的影响锌液温度升高会促使铁、锌原子扩散速度加大，并增大铁在锌液小的溶解度, 使带钢的铁损失增加，从而使锌液中铁的绝对含量升高，并导致锌液中铝的有效 含量减少，使镀层形成困难或粘附性变坏.实践表明，锌液温度低于4&TC吋， 带钢的铁损失随温度升高增加不大，呈抛物线规律变化.当锌液温度高于480C 时，铁损失随锌液温度升高直线壇加.同时镀层中的Fe-Zn合金层急剧增厚，严 重影响镀层粘附性.所以，锌液温度一般控制在475C以下.镀锌时在反应界面大量供热可加速中间层FeAh的形成，可获得良好的镀层 粘附性.所以，带钢入锌液温度应高于锌液温

12、度2030C,为Fe-Al反应提供 充足的热力学条件.(2) 镀锌时间的影响镀锌时间，应理解为自带钢进入锌液到离开液而后，镀层冷却至Fe、Zn原 子不能进行较长距离扩散为止，即图1中8c点之间带钢运行的吋间.代刀“6 1图1镀锌过程示意图镀锌时，当中间层形成以后，为防止镀层中Fe-Zn的进一步扩散反应，保证 Fe.AlsH1间层贫锌和均质性，应尽快冷却镀层，使Fe、Zn原子尽快失去扩散能 力.在这一点上，气刀的喷吹刮锌实质上也起到了快速冷却镀层的双重作用.木 钢机组的气刀距锌液面最小距离仅75血,充分保证了镀后的快速冷却.对于带钢在&、b两点间的镀锌时间，可分解为2个时间过程：带钢与锌 液中的

13、铝和锌化合反应，形成FeAh中间层和Fe-Zn合金层的过程；锌液中远 离带钢区域的Al向带钢附近区域扩散的过程.按照这一概念分析，如带钢速度 慢，即镀锌吋间长，则带钢表面优先形成的Fe2Al5|H层阻止不住Fe-Zn的进一 步扩散，从而导致中间层失效；如镀锌吋间过短，则带钢附近的A1被消耗后， 锌液中远离带钢区域的A1来不及扩散均匀化，造成带钢附近贫A1,不能保证形 成Fe2Al5ip间粘附层的有效Al浓度，失去了形成粘附层的充分条件.本钢镀锌机组沿带钢运行方向a、b两点间大约为3600mm,按机组最大速度 150m/min计，带钢在8、b两点之间的运行时间为1. 44s.镀锌过程对镀层粘附性

14、的影响是多方面的，应将多个因素综合考虑，如提高 带钢入锌液温度，延长浸锌吋间或增加锌液中的A1含量，均会促使中间层的形 成.但温度过高、浸锌时间过长会使中间层形成之后，Fe-Zn继续向Fe.AlsH1间 层反应扩散，使之失效，失去粘附作用.5镀锌粘附性不良产品的分析处理镀锌吋造成镀层粘附性不良有以下3个原因：（1）带钢在炉内未充分还原，表面残存氧化物，造成中间层未能形成，致 使镀锌层部分区域产生裂纹、脱落、导致露钢缺陷.对于这种情况，只有改善炉 子设备，调整炉子工艺，已生产的产品不能补救.（2）正常的中间层形成后，由于操作条件恶劣，工艺参数不当，如浸锌吋 间过长，温度太高等，致使中间层遭到破坏

15、，失去粘附性，这种产品只能判废.（3）镀锌时因工艺控制不当，中间层未来得及形成，因而导致粘附性不良.对 于这种特殊情况，可以采取后退火工艺加以修补.一般采用罩式炉280C回火 24h, 200C揭罩，然后空冷的工艺.回火吋，分散在镀层中的A1可以扩散迁移 到钢板表面并优先与Fe反应形成Fe2Al5ip间粘附层，从而提高镀层粘附性.6结束语综上所述，要提高镀锌产詁的粘附性，应注意以下几点：（1）原料冷轧板的表而状态，在炉内的表而还原程度及炉内气氛的控制;（2）锌液成分的控制；（3）镀锌工艺参数的优化调整；（4）加强检查监督，提高工人操作水平.作者简介：朴明魁（1963），男（汉族）,辽宁人，工程师，生产科长.作者单位：本溪钢铁（集团）冷轧薄板有限公司，辽宁 本溪117000 参考文献1）李九龄.带钢连续热镀锌（M）北京：冶金工业出版社，1995. 2）安运铮.热处理工艺学（M北京：机械工业出版社，1988.（3）宋维锡.金属学.北京：冶金工业出版社，1980.