滲鋅

滲鋅是工件表面滲入鋅的化學熱處理工藝。鋼件表面滲鋅，能顯著提高抗大氣腐蝕能力，在薄板、標準件上獲得大量套用。滲鋅的主要方法有粉末法與熱浸法。

基本介紹

• 中文名：滲鋅
• 外文名：Zinc impregnation
• 定義：工件表面滲入鋅的化學熱處理工藝
• 特點：耐磨、耐腐蝕性強
• 方法：粉末法、熱浸法等
• 領域：冶金、材料

通識

滲鋅主要用於提高鋼鐵材料在大氣和天然水環境中的耐腐蝕性能，其工藝方法和滲鋁相似，叮分為浸鍍型和擴散型兩種。熱浸鍍鋅（也稱熱浸鍍鋅、液體滲鋅等）所獲得的表面組織由擴散層和鋅鍍層組成，屬於浸鍍型滲鋅。擴散型滲鋅層則完全由擴散層組成，採用粉末滲鋅和真空滲鋅工藝獲得。

熱浸鍍鋅

熱浸鍍鋅足將表面潔淨鋼鐵浸入熔融的鋅或鋅合金熔液巾獲得滲鋅層的表面化學熱處理工藝。鋼帶、鋼絲等採用連續式熱浸鍍鋅。鋼鐵製件（如型鋼、緊固件等機械零件）則採用批量式熱浸鍍鋅。這裡只介紹批量式熱浸鍍鋅的工藝及性能。

熱浸鍍鋅工藝

批量式熱浸鍍鋅工藝流程為：鋼鐵製件一脫脂一除銹一助鍍劑一乾燥一熱浸鍍鋅一冷卻一鈍化一成品。助鍍劑的主要作用為：①去除鋼鐵表面殘存的氧化鐵；②改善上件與鋅液的浸潤住。助鍍劑的主要組成分為ZnCI₂和NH₄CI．鋼鐵製件經助鍍進入鋅液以後發生以下反應：

NH₄CI==NH₃+HCI

FeO +2HCI==FeCI₂+H20

Fe₂O+6HCI==2FeCl₃ +3H₂O

Zn+FeCI₂==ZnCI₂+Fe

3Zn+2FeCI₃==3ZnCI₂ +2Fe

在鋅液中，鋼鐵製件表面的鐵與鋅發生擴散反應形成擴散層，其主要成分為：η相(Fe₅Zn₂₆)、δ相(FeZn₁₇)、ζ相{(FeZn₁₃)。鋼鐵製件從鋅液中提出時，表面覆蓋上一層鍍鋅層，鍍鋅層為η相，其主要成分與鋅液成分基本相同。熱浸鍍鋅層就是由上述擴散層和鍍鋅層組成。

鋅鐵反應擴散形成的ζ相很脆，它的一部分存在於擴散層中，一部分則脫落進入鋅液形成鋅渣。ζ相的形成量大不僅會增加滲層的脆性，而且會使鋅渣量增大，鋅耗量增加。擴散層中鐵含量與鋅渣中鐵含量之和稱為鐵損量，鐵損量與熱浸鍍鋅溫度的關係見圖1。為了避免鐵損量過大，鍍鋅溫度應避開鐵損量的峰值溫度。普通結構鋼採用470℃以下的低溫鍍鋅，常用溫度為440~460℃。鑄鐵採用540℃以上的高溫鍍鋅。熱浸鍍鋅溫度越高則流動性越好，對於形狀複雜的零件，如螺栓，也採用高溫鍍鋅。為了減少鐵損鍍鋅時間也應儘量短，鐵損量與熱浸鍍鋅時間的關係見圖2。鍍鋅層（即η相）的厚度則與工件的提升速度和鋅液的流動性有關，提升速度越快，鍍鋅層越厚，鋅液的流動性越好，鍍鋅層越薄。

熱浸鍍鋅的性能及套用

熱浸鍍鋅在各類大氣環境中都具有良好的耐蝕性，被廣泛泛地套用於戶外，被廠泛地套用於戶外鋼結構和機械零件的表面保護，如：送變電鐵塔、高速公路護欄、城市道路燈桿、橋樑、汽車及工程機械用緊固件及零件等。

熱浸鍍鋅層在土壤、混凝土、pH6~pH11的水環境（如：河流、海水、部分工業用水）也都具有良好的耐蝕性，在船用管路及零件、海上鑽井平台結構件、石油開採抽油管、民用及工業用輸水管、建築預埋性等方面都獲得廣泛的套用。

粉末滲鋅

粉末滲鋅層是由鋅鐵擴散反應形成的，其主要成分為δ相(FeZn₁₇)。δ相含7%~11%（質量分數）Fe，緻密性和韌性良好，耐蝕性不低於熱浸鍍鋅層，硬度為250HV左右，具有較好的耐磨性能。

粉末滲鋅工藝

粉末滲鋅是將表面清理過的工件埋入裝有滲鋅荊的密封容器中，加熱到鋅的熔點( 419.4℃)以下，保溫一定的時間，然後隨爐冷卻到室溫。粉末滲劑通常有鋅粉、惰性粉末（如氧化鋁）、活性劑如氯化銨和氯化鋅等組成。滲鋅層的厚度與品質主要與加熱溫度、保溫時問、滲劑成分及滲鋅方法有關。通常滲鋅溫度愈高，則滲層愈厚。但溫度過高會使工件鍍層表面黏鋅，且表面粗糙度下降。一般固體粉末滲鋅溫度為380℃～400℃。滲層的厚度隨保溫時間的延長而增加．但到一定的時問後保溫時間再延長，滲層深度不會有很大的增加，這是由於滲層表面的鋅含量已達到了飽和狀態。滲鍍時間一般控制在2h～4h之間。

滲鋅處理後，通常對滲層進行鉻酸鹽鈍化處理或在磷酸鹽中進行磷化處理，使滲層表面形成一層保護膜，進一步提高滲鋅層的耐蝕性．防止在運輸及儲存過程中形成“白銹”腐蝕現象。

滲鋅劑的成分對滲層厚度也有較大的影響，滲劑中含鋅量越高，則滲鍍速度越快且滲層較厚，這是因為高含量的滲劑會提高活性鋅原子的濃度、有利於促進鋅原子的擴散速度。滲層的厚度還與滲鋅方法有關，如用迴轉爐滲鋅的方法，其滲鍍速度比普通的箱式滲鍍要快的多，這是因為工件在迴轉爐旋轉過程中能與滲劑均勻且經常接觸的緣故。

粉末滲鋅的特點是，滲層較均勻，不會產生氫脆及變形現象，適合形狀複雜的工件，如緊固件、彈簧以及管子等。其缺點是勞動條件差，環境污染較大，不易生產自動化等。

粉末滲鋅產品的性能

粉末滲鋅產品的性能良好，概括起來有以下特點：

耐腐蝕性強。腐蝕、鏽蝕是鋼鐵材料的天敵。據估算，世界鋼產量約有 十分之一損耗於腐蝕、鏽蝕。腐蝕對我國造成的經濟損失每年至少在400億元以上。實踐證明，在海洋大氣、惡劣的工業大氣等多種環境下，滲鋅層的耐蝕性 優於熱、電鍍鋅和不鏽鋼。在同一種工業大氣中，不鏽鋼腐蝕600天，表面就布滿銹點，而滲鋅產品腐蝕1600多天，其表面沒一點銹跡。

耐磨、抗擦傷性能好。滲鋅層表面硬度能達到Hv250～400，而熱、電鍍鋅製件表面為純鋅，鍍層硬度僅為Hv70左右，因此滲鋅比熱、電鍍鋅耐磨和抗擦傷性能好得多。

生產基本無污染。在一般情況下，滲鋅生產的前處理只採用拋丸機除銹 清油，且用布袋除塵，能達到國家三級標準。生產中以油燃料作為主要能源，採用循環燃燒無煙排放技術，粉末滲鋅技術為鋅固體滲，沒有鋅蒸氣產生，工件與 助劑又在密閉的器具中進行滲透和分離，對周圍環境沒有污染。

鋅消耗量比較低。據了解，熱鍍鋅的鋅消耗量噸產品為100公斤左 右，而粉末滲鋅僅為30公斤左右，只占熱鍍鋅的30%。另外，也沒有鋅鍋腐蝕這一熱鍍鋅的老大難問題。

塗漆後能實現複合防護。滲鋅產品的滲鋅層均勻且與油漆的結合力為一級，其複合防護層的耐腐蝕性均優於熱、電鍍鋅和滲鋅層。

經滲鋅處理的鋼材製件不影響材料的機械性能。滲鋅處理的溫度比熱鍍鋅低100～280℃，此溫度下吸入鋼基體的氫原子已擴散逸出。因此在套用中沒有氫脆的危害，也能避免彈簧等一些高強度件因處理溫度高造成機械性能下降的弊端。

真空滲鋅

真空滲鋅也是由鋅鐵擴散反應形成的滲鋅層，因此真空滲鋅層的組織、性能及套用範圍，與粉末滲鋅基本一致。與粉末滲鋅相比真空滲鋅具有以下特點：

(1)滲鋅過程中鋅的氧化損失少，鋅的利用率高。

(2)工藝穩定，滲層重現性好。

(3)滲層質量好，滲層表面無氧化。

(4)設備複雜，一次性投資較高。