鍍層厚度適宜，外觀(guan)更光亮、平滑(hua)，并有(you)較好的耐腐(fu)蝕(shi)性(xing)能和粘附性(xing)[2]。
對于含Si量(liang)高的(de)過圣德林鋼材熱鍍鋅(xin)，鋅(xin)浴中加入上述合(he)金(jin)(jin)對抑制(zhi)Fe-Zn反應的(de)作用并不顯著(zhu)。對此，廣大熱鍍鋅(xin)工(gong)作者一直努力尋求解(jie)決(jue)方法，圍繞進一步改進Zn-Ni合(he)金(jin)(jin)成分以及探索新的(de)合(he)金(jin)(jin)元素組(zu)成進行了研究，取(qu)得了一些(xie)研究成果及工(gong)業(ye)應用。本文綜述了國(guo)外最新的(de)有關熱浸鋅(xin)合(he)金(jin)(jin)浴研究及工(gong)業(ye)應用情況。
1 Zn-Ni-Bi合金(jin)浴
鋅(xin)(xin)浴中加Bi可(ke)提高鋅(xin)(xin)浴流(liu)動性，降(jiang)低鋅(xin)(xin)液(ye)(ye)的(de)(de)表面張(zhang)力，使鍍件浸(jin)鍍后提升過程中表面的(de)(de)液(ye)(ye)態(tai)鋅(xin)(xin)能夠更好地回流(liu)。同時，Bi對鍍層的(de)(de)結構、附著性、鈍化及(ji)耐白銹性和涂裝性等均無不利影響。Bi可(ke)以降(jiang)低鋅(xin)(xin)渣的(de)(de)生(sheng)成量。但它并不能抑制活性鋼的(de)(de)異常(chang)生(sheng)長。Bi在鋅(xin)(xin)浴中的(de)(de)作用(yong)與鉛(qian)相似(si)，但卻(que)沒有鉛(qian)的(de)(de)毒性。由于國外(wai)對鉛(qian)的(de)(de)使用(yong)限制得(de)越(yue)來(lai)越(yue)嚴格(ge)，使Zn-Bi合金得(de)到了越(yue)來(lai)越(yue)廣泛的(de)(de)應用(yong)。此種Zn-Bi合金鍍層的(de)(de)商(shang)品名為“Galva Flow”。
Zn-Bi合(he)金浴(yu)的(de)(de)(de)特(te)性，使熱(re)鍍(du)(du)鋅(xin)(xin)(xin)研究工作(zuo)者自然(ran)地想到研究Ni和(he)Bi聯合(he)作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)。Cominco公司的(de)(de)(de)Pedersen[3]通過對比實(shi)驗研究了(le)鋅(xin)(xin)(xin)鎳(nie)合(he)金浴(yu)中(zhong)(zhong)加Bi的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，結(jie)果(guo)(guo)表明(ming)，鋅(xin)(xin)(xin)鎳(nie)合(he)金浴(yu)中(zhong)(zhong)添加Bi并沒有明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)。但Fratesi等人(ren)[4,5]總(zong)結(jie)了(le)不同工廠的(de)(de)(de)實(shi)驗結(jie)果(guo)(guo)認為，含(han)Ni0.04%、Bi0.1%左(zuo)右的(de)(de)(de)鋅(xin)(xin)(xin)浴(yu)成分效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)較(jiao)單純鋅(xin)(xin)(xin)鎳(nie)浴(yu)更佳，鋅(xin)(xin)(xin)浴(yu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)Ni可(ke)以有效(xiao)(xiao)抑制圣(sheng)德(de)林(lin)鋼的(de)(de)(de)Fe-Zn反應，鋅(xin)(xin)(xin)浴(yu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)Bi使鍍(du)(du)浴(yu)的(de)(de)(de)流動性更好，但對控制鋼材熱(re)鍍(du)(du)鋅(xin)(xin)(xin)活性沒有明(ming)顯(xian)作(zuo)用(yong)。他們還發現，這種鋅(xin)(xin)(xin)浴(yu)在過圣(sheng)德(de)林(lin)鋼熱(re)鍍(du)(du)鋅(xin)(xin)(xin)時，Ni和(he)Bi的(de)(de)(de)聯合(he)作(zuo)用(yong)可(ke)以起(qi)到抑制這類鋼材的(de)(de)(de)活性。
2 Zn-Sn-Ni-Bi（Galveco）合金(jin)浴[6,7]
以(yi)往對(dui)含(han)Sn鋅浴(yu)(yu)的(de)研(yan)究認為，鋅浴(yu)(yu)中僅含(han)Sn時(shi)，鍍層不(bu)會(hui)出(chu)現鋅花(hua)，此時(shi)Sn對(dui)鍍層的(de)形貌及厚度均無(wu)影響[8]。而當鋅浴(yu)(yu)中同時(shi)含(han)Pb和(he)Sn或同時(shi)含(han)Sb和(he)Sn時(shi)，會(hui)有鋅花(hua)出(chu)現[9]。
1997年(nian)Uminco公司(si)在(zai)intergalva會議上(shang)介紹了在(zai)Zn-Ni合金(jin)浴(yu)中(zhong)添加5%或者2.5%的Sn可以極大地降低(di)活性(xing)(xing)鋼(gang)(gang)甚(shen)至高硅(gui)鋼(gang)(gang)和含(han)磷鋼(gang)(gang)中(zhong)鋅(xin)(xin)鐵中(zhong)間相(xiang)的生長速率(lv)。不(bu)過，過高的Sn量會引起鋅(xin)(xin)鍋的嚴重(zhong)腐蝕(shi)。經(jing)過進(jin)一步的研究(jiu)，比利時(shi)的Umico公司(si)推出(chu)Zn-Sn-Ni-Bi合金(jin)浴(yu)，效(xiao)果較好。不(bu)僅能(neng)(neng)夠解(jie)決(jue)低(di)硅(gui)鋼(gang)(gang)的活性(xing)(xing)問題(ti)，而且能(neng)(neng)夠有效(xiao)解(jie)決(jue)高硅(gui)鋼(gang)(gang)鍍層超厚問題(ti)，彌(mi)補(bu)了Zn-Ni合金(jin)不(bu)能(neng)(neng)解(jie)決(jue)高硅(gui)鋼(gang)(gang)活性(xing)(xing)問題(ti)的不(bu)足。
典型的合(he)金(jin)(jin)(jin)浴的成(cheng)分為：1.2％Sn,0.05％Ni,0.1～0.35％Bi。Beguin等人[6]認為，由于Zn-Fe合(he)金(jin)(jin)(jin)層(ceng)中(zhong)不含Si和Bi，在熱鍍鋅(xin)過程中(zhong)隨著Zn-Fe合(he)金(jin)(jin)(jin)層(ceng)的生(sheng)長(chang)，Sn和Bi將(jiang)被排到(dao)Zn-Fe合(he)金(jin)(jin)(jin)層(ceng)生(sheng)長(chang)界面上，形成(cheng)一個連續阻擋層(ceng)阻擋Fe與鋅(xin)的互擴散(san)，從而抑制(zhi)Fe/Zn合(he)金(jin)(jin)(jin)層(ceng)的生(sheng)長(chang)。
由于(yu)Sn和(he)Bi可以(yi)降低鋅(xin)溶(rong)液的(de)粘度，在低于(yu)460℃時，錫的(de)影響力(li)要超(chao)過鉛,鉍也有相(xiang)似的(de)影響。故該(gai)合金浴(yu)有好(hao)的(de)流(liu)動性(xing)。同時合金浴(yu)中的(de)Sn和(he)Bi可降低表面張力(li)，因(yin)此(ci)鋅(xin)浴(yu)浸潤(run)性(xing)較好(hao)。
研(yan)究發(fa)現，采用Zn-Sn-Ni-Bi合(he)金浴可降(jiang)低鋅(xin)渣(zha)(zha)量(liang)，鋅(xin)浴中Sn和(he)Bi的含(han)量(liang)越(yue)高，產生的鋅(xin)渣(zha)(zha)越(yue)少(shao)。對鋅(xin)灰(hui)的產生量(liang)則影(ying)響不大(da)。
由于該合金浴(yu)(yu)對鍍件(jian)Fe-Zn反應(ying)的抑制作用，以及鋅浴(yu)(yu)良好的流(liu)動性(xing)及浸潤性(xing)，采用該合金浴(yu)(yu)獲(huo)得的鍍層(ceng)外觀光(guang)亮平滑，并伴(ban)有鋅花的出現。
戶外腐(fu)蝕(shi)的(de)暴露試驗表明：該合金浴所獲鍍層(ceng)與Zn-Ni浴鍍層(ceng)有相似的(de)腐(fu)蝕(shi)速率。對(dui)鍍層(ceng)的(de)可涂裝性(xing)能(neng)基本沒有影(ying)響。
一(yi)些鍍鋅者該(gai)合金浴鍍層容易產生白銹，估(gu)計是由于其合金浴中殘留有Pb，當鋅浴中含鉛低時，這個問題將不會(hui)出現。
采(cai)用該合金浴(yu)可明顯降(jiang)低(di)活性(xing)鋼(gang)鍍(du)(du)(du)(du)鋅時的鋅耗。對非活性(xing)鋼(gang)，能獲(huo)得與常(chang)規鋅鉛合金相同厚(hou)(hou)度的鍍(du)(du)(du)(du)層，但是(shi)鍍(du)(du)(du)(du)層略厚(hou)(hou)于鋅鎳合金浴(yu)所獲(huo)鍍(du)(du)(du)(du)層。Umico公司對不同鋅浴(yu)中所獲(huo)鍍(du)(du)(du)(du)件平均鍍(du)(du)(du)(du)層厚(hou)(hou)度進行了類比，結果(guo)見表1。
表1 不同鋅浴所獲鍍層(ceng)厚度對比(bi)
鋼材成分
鋅浴成分
Si+2.5P<0.05%
0.05<Si+2.5P
<0.15%
0.15<Si+2.5P
<0.25%
Si+2.5P>0.25%
Zn-Pb
60-80
>300
120-250
>250
Zn-Ni(Bi)
50-70
120-280
100-200
140至(zhi)>250
Zn-Sn-Ni-Bi
55-80
60-100
80-150
100-200
由(you)于(yu)該(gai)合金鋅浴流(liu)動性好，鋅浴是(shi)在較低溫(wen)度(du)下（440℃）操作更適(shi)宜。溫(wen)度(du)降低會(hui)使能耗降低約2%。
與(yu)普通Zn-Pb浴(yu)(yu)比較，Zn-Sn-Ni-Bi合金浴(yu)(yu)每噸增加成本6～12%，而Zn-Ni(Bi)浴(yu)(yu)增加3～8%。不過，考慮該合金浴(yu)(yu)的(de)使(shi)(shi)用(yong)成本，應結合其鋅耗的(de)降(jiang)低情況，以找出(chu)使(shi)(shi)用(yong)何種合金最適宜。
在鋅(xin)價較(jiao)低(di)，非活性(xing)鋼(gang)(gang)工(gong)件(jian)多的(de)情況下(xia)，采用(yong)普通鋅(xin)鉛合(he)金(jin)浴是最適(shi)宜的(de)。如果有大于10%活性(xing)鋼(gang)(gang)工(gong)件(jian)，則(ze)Zn-Ni合(he)金(jin)和(he)Zn-Ni-Bi合(he)金(jin)是最適(shi)合(he)的(de)。若(ruo)活性(xing)鋼(gang)(gang)鍍鋅(xin)占總量的(de)35%，采用(yong)Zn-Sn-Ni-Bi合(he)金(jin)則(ze)是最實用(yong)。若(ruo)鋅(xin)價增高(gao)，合(he)金(jin)浴使(shi)用(yong)成(cheng)本反而會更(geng)加(jia)低(di)。
對于(yu)有變形或開(kai)裂(lie)傾向的(de)(de)(de)(de)工(gong)件，在Zn-Sn-Ni-Bi合金(jin)浴中，這(zhe)種傾向將更明顯(xian)，甚至造成工(gong)件破壞(huai)。這(zhe)是(shi)由(you)(you)于(yu)該合金(jin)浴較好的(de)(de)(de)(de)流動性及(ji)潤濕性，使鋅浴向工(gong)件的(de)(de)(de)(de)熱(re)傳導加快，引起工(gong)件各部分(fen)溫差加大(da)(da)，熱(re)應(ying)力增大(da)(da)。這(zhe)個問(wen)題是(shi)在高硅(gui)鋼方管(guan)熱(re)鍍(du)鋅時發(fa)現(xian)開(kai)裂(lie)情況后(hou)提出的(de)(de)(de)(de)。分(fen)析(xi)其(qi)原因是(shi)由(you)(you)于(yu)嚴重的(de)(de)(de)(de)冷(leng)變形產生較大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)殘余應(ying)力，加上(shang)高硅(gui)含量及(ji)熱(re)鍍(du)鋅溫度下的(de)(de)(de)(de)時效引發(fa)出裂(lie)紋(wen)，Zn-Sn-Ni-Bi合金(jin)浴則由(you)(you)于(yu)其(qi)熱(re)傳導速(su)率增大(da)(da)誘使熱(re)應(ying)力的(de)(de)(de)(de)增大(da)(da)，促進(jin)了這(zhe)種問(wen)題的(de)(de)(de)(de)出現(xian)。
使用一種特殊的傳(chuan)感器來(lai)檢測(ce)在(zai)鋼的浸鍍過程(cheng)當中(zhong)的溫度(du)梯(ti)度(du)，發現在(zai)相同的熱鍍鋅參數下(xia)，工件(jian)(jian)在(zai)Zn-Sn-Ni-Bi合金(jin)浴的溫度(du)梯(ti)度(du)幾乎是鋅鎳合金(jin)浴的3倍。尤其當Bi含量達到0.15％時，工件(jian)(jian)溫度(du)梯(ti)度(du)達到最大。
當Zn-Sn-Ni-Bi合(he)(he)金浴(yu)(yu)中含0.1％Bi時，工件浸(jin)入鋅浴(yu)(yu)中產生的溫度(du)梯(ti)度(du)高于在(zai)鋅鎳合(he)(he)金浴(yu)(yu)時的50％。這可通過(guo)調整(zheng)熱鍍(du)鋅參數來(lai)進行(xing)補償。例如降低(di)鋅浴(yu)(yu)的溫度(du)、提高預熱溫度(du)、改變溶(rong)劑成分以及(ji)加快浸(jin)鍍(du)速(su)度(du)等方式來(lai)彌補。
3 Zn-Sn-V(Ni)合金浴[10]
在1997年Intergalva會議上Cominco公(gong)司介紹了(le)Zn-V-Ti合(he)(he)金的(de)研究結果，發(fa)現鋅(xin)浴(yu)中(zhong)含(han)0.04％V及0.05％Ti可有(you)效控(kong)制(Si+2.5P)值(zhi)高(gao)達1%的(de)鋼材的(de)鐵(tie)鋅(xin)反應。但這(zhe)種合(he)(he)金浴(yu)最主(zhu)要的(de)缺點是(shi)鋅(xin)浴(yu)含(han)Ti造成傳統氯(lv)化(hua)銨(an)助劑(ji)不適用(yong)(yong)，而(er)導(dao)致鋅(xin)灰很(hen)多。隨后Cominco和(he)(he)Uminco開展(zhan)聯合(he)(he)工作以確定(ding)是(shi)否V和(he)(he)Sn一起加入(ru)鋅(xin)浴(yu)可起到(dao)既(ji)能控(kong)制較低Sn含(han)量時的(de)鐵(tie)鋅(xin)反應、又(you)不會對(dui)鐵(tie)鋅(xin)鍋的(de)使用(yong)(yong)壽命產(chan)生不利影(ying)響(xiang)的(de)作用(yong)(yong)。初步(bu)的(de)試驗表明(ming)，鋅(xin)浴(yu)含(han)1％Sn和(he)(he)0.05％V可以控(kong)制(Si+2.5P)高(gao)達0.5％的(de)鋼鐵(tie)的(de)鐵(tie)鋅(xin)反應。為(wei)了(le)減少V的(de)用(yong)(yong)量，在鋅(xin)浴(yu)中(zhong)又(you)加入(ru)Ni，與(yu)V一起使用(yong)(yong)。Uminco和(he)(he)Cominco于(yu)1997六月聯合(he)(he)申請了(le)一項(xiang)Zn-Sn-V-Ni基系列鍍(du)鋅(xin)合(he)(he)金的(de)實(shi)用(yong)(yong)專利。從那時起，Uminco就致力于(yu)Zn-Sn-Ni合(he)(he)金的(de)商(shang)業(ye)化(hua)，而(er)Cominco則致力于(yu)含(han)V和(he)(he)低Sn合(he)(he)金的(de)發(fa)展(zhan)。
經過實驗研究發(fa)現，0.8％Sn＋0.08％V或1％Sn＋0.05％V的鋅浴(yu)成分可(ke)以(yi)有(you)效控(kong)制(zhi)(zhi)(Si+2.5P)值高達0.5％的鋼(gang)材(cai)的活性。在Zn-1.2％Sn-0.02％V合金(jin)浴(yu)中加入0.055％的Ni可(ke)以(yi)控(kong)制(zhi)(zhi)(Si+2.5P)值高達0.4％的鋼(gang)材(cai)的活性。
觀察含(han)0.3％Si鋼在Zn-1%Sn-0.05％V合金浴中(zhong)所獲鍍層組織微觀形貌發現，與低硅鋼典型組織形貌一致(zhi)，表明Fe-Zn異常反應受到(dao)充分抑制。鍍層外(wai)觀平滑光亮(liang)，有鋅花。
對合(he)金鍍層(ceng)作附著(zhu)(zhu)性及耐蝕性試驗均表明，合(he)金鍍層(ceng)與純鋅(xin)層(ceng)的附著(zhu)(zhu)性及耐蝕性基本一致(zhi)。
鋅鍋(guo)腐(fu)蝕(shi)試驗結果發(fa)明：在普通鍍鋅溫度（450℃）下，Zn-Sn-V-Ni合金(jin)浴中(zhong)鋼材的失重量可與Zn-Pb浴相當。
4 Al-Sn-Bi合金浴
Kim等人[11]研究了鋅(xin)浴中Bi和Al的(de)聯合作用。研究發現，當鋅(xin)浴中含0.1%Bi和0.025～0.05%Al時(shi)，可獲(huo)得平滑(hua)均勻(yun)并有良(liang)好(hao)(hao)良(liang)好(hao)(hao)光澤的(de)鍍(du)層(ceng)，同時(shi)可減少鋅(xin)灰及鋅(xin)渣(zha)，鋅(xin)耗也可降(jiang)低。但不能抑制高硅鋼熱鍍(du)鋅(xin)時(shi)的(de)Fe-Zn異常(chang)反應。
Fratresi等(deng)人[12]對Al-Sn-Bi合金浴(yu)進行了(le)研究，結果表明(ming)：加入0.035％鋁(lv)和0.45％錫能有效抑(yi)制高硅鋼的活性。對于過(guo)圣(sheng)德林鋼，這種合金鍍(du)層(ceng)(ceng)厚度(du)(du)比Zn-Pb浴(yu)鍍(du)層(ceng)(ceng)減少(shao)量可(ke)達65％，比Zn-Ni浴(yu)可(ke)減少(shao)30％。對高磷鋼熱鍍(du)鋅，該合金浴(yu)更(geng)為有效，比Zn-Pb浴(yu)鍍(du)層(ceng)(ceng)和Zn-Ni浴(yu)鍍(du)層(ceng)(ceng)厚度(du)(du)可(ke)減少(shao)90％。這些(xie)鋼鍍(du)層(ceng)(ceng)組織(zhi)類似(si)于亞圣(sheng)德林鋼，且鍍(du)層(ceng)(ceng)表面光亮平滑(hua)。
Al-Sn-Bi合金鍍層(ceng)(ceng)(ceng)在工業和城市環境(jing)中(zhong)，有良好的耐腐性(xing)，然而在海邊環境(jing)中(zhong)稍差。與(yu)純鋅層(ceng)(ceng)(ceng)及(ji)鋅鎳(nie)鍍層(ceng)(ceng)(ceng)相比，該合金鍍層(ceng)(ceng)(ceng)能(neng)保持較(jiao)長時間的光亮(liang)。但(dan)鍍層(ceng)(ceng)(ceng)的白銹形成主要取決于儲(chu)存環境(jing)有關(guan)，受(shou)合金浴成分影響不大(da)。
鋅(xin)鍋腐(fu)蝕試驗表明：使用Al-Sn-Bi合金浴在初始階段(duan)會(hui)加速鍋的(de)損耗，但經過一段(duan)時(shi)間后，鋅(xin)鍋腐(fu)蝕速度將與普通鋅(xin)鉛浴相當。因而，工業鋅(xin)鍋的(de)使用壽命并無明顯變化。
鋅浴(yu)中(zhong)加入0.035％鋁和0.45％錫，可(ke)提高鍍層質量、減少鋅耗(hao)。但(dan)使用(yong)常(chang)規助劑容易在(zai)此(ci)合(he)金浴(yu)中(zhong)失(shi)效(xiao)。
