什么是镀锌?

1. 介绍

镀锌是一种金属涂层过程，主要旨在通过施加一层锌来保护钢和铁免受腐蚀.

该保护锌层可以通过各种技术应用, 每个都有自己的特征, 但是总体目标保持不变: 在不同的环境条件下增强碱金属的耐用性和寿命.

历史背景

镀锌的历史可以追溯到18世纪. 在 1742, 法国化学家Paul Jacoulet de la Faye首先描述了用锌涂料的涂层的过程.

然而, 直到 1836 法国工程师斯坦尼斯拉斯·索雷尔（Stanislas Sorel）为热浸镀锌过程申请了专利, 这标志着镀锌工业应用的重要里程碑.

自那以后, 该过程不断发展和改进, 成为现代制造业必不可少的一部分.

2. 什么是镀锌?

镀锌 是将保护性锌涂层涂在钢或铁上以抑制腐蚀的过程.

通过金属将一层锌粘结到基材上, Galvanizing两者都可以 屏障保护 - 物理阻塞水分和氧气，并 阴极保护, 其中锌在钢前牺牲腐蚀.

电化学保护机制

镀锌保护效果的核心在于电化学保护机制.

当镀锌涂层暴露于电解质时 (例如空气中的水分或水), 形成电源单元.

锌, 比钢更具有电化学活性 (具有标准电极电位的-0.76 V for锌和-0.036 v铁), 充当阳极,

钢作为阴极. 在此设置中, 锌优先氧化, 释放电子.

这些电子通过电解质流到钢表, 防止氧化 (生锈) 钢.

锌和牺牲阳极的作用

锌不仅为阴极保护提供动力，而且还形成了自己的保护性铜绿:

• 屏障形成
  锌的腐蚀产生 氧化锌 (Zno) 和 氢氧化锌 (Zn(哦)₂).
  这些化合物强烈粘在表面, 填充微裂缝和毛孔以减慢进一步的进攻.
• 自我修复能力
  即使涂层被刮擦, 相邻的锌继续首先腐蚀, 转向腐蚀电流远离裸露的钢边缘.
• 长期耐用性
  农村气氛中锌的典型损失率只是 0.7每年–1.0 µm. 一个 100 µm厚层可以保护钢的半个世纪或更长时间.

3. 镀锌的类型

热浸镀锌 (HDG)

• 过程: 在热浸镀锌中, 首先预处理钢或铁成分.
  这涉及脱脂以去除油和油脂, 在酸性浴中腌制 (通常是盐酸或硫酸) 消除生锈并扩展,
  和磁通以防止浸入熔融锌浴期间的氧化.
  然后将预处理的部分浸入约450°C的熔融锌浴中 (842°f).
  冶金反应发生, 在钢表面形成一系列锌铁合金层, 上面有一层纯锌.
• 优势: 它提供了出色的长期耐腐蚀性. 在典型的室外环境中, 热浸镀锌涂层可以保护钢 20-50 年.
  涂层厚度的范围从 30-120 微米, 提供良好的防止机械损坏.
• 缺点: 该过程可能会导致表面粗糙度或斑点外观, 可能不适合美学敏感的应用.
  需要大规模设备, 并且可以处理的零件有尺寸限制.

电瓦化

• 过程: 电瓦化是一个电化学过程. 将钢分量放在含锌盐的电解质溶液中.
  钢充当阴极, 并且镀锌阳极也浸入溶液中.
  当电流通过溶液时, 来自阳极的锌离子被钢阴极吸引，并沉积为薄, 均匀的锌层.
• 优势: 它提供了平稳的, 美学上令人愉悦的表面饰面, 使其非常适合汽车车身面板和家用电器.
  涂层厚度可以精确控制, 通常从 5-15 微米.
• 缺点: 与热浸镀锌涂层相比，电钙化涂料具有较低的耐腐蚀性, 特别是在恶劣的环境中.
  该过程更具能源密集型和成本效益, 主要是由于需要电力和专业设备.

Sherardizing

• 过程: Sherardizing涉及将钢零件用锌粉加热在密封的容器中，在锌的熔点以下的温度下 (通常约320-370°C).
  锌蒸发并扩散到钢表面, 形成锌铁合金涂层.
• 优势: 它提供了具有良好耐腐蚀性的均匀涂层, 特别是针对小零件.
  该过程相对较低, 降低热敏感组件中失真的风险.
• 缺点: 涂层厚度有限 (通常是 20-30 微米), 而且该过程相对较慢, 使其不太适合大规模生产.

机械电镀

• 过程: 在机械电镀中, 将钢组件与锌粉一起放置在旋转的鼓中, 玻璃珠, 和化学激活剂.
  当鼓旋转时, 锌粉通过机械冲击和化学键合粘附在钢表上.
  玻璃珠有助于确保均匀分布锌颗粒并提供抛光效果.
• 优势: 这是一个低温过程, 适用于热敏零件.
  它对于涂上小零件特别有效, 例如螺丝和紧固件, 并为中等腐蚀环境提供良好的耐腐蚀性.
• 缺点: 涂层厚度相对较薄 (到周围 20-30 微米),
  与在高压力条件下的热浸镀锌相比，涂层的粘附可能更低.

富含锌的绘画和喷雾金属化

• 锌富的绘画: 此方法涉及应用含有高比例锌粉的油漆 (通常超过 80% 按重量).
  油漆中的锌提供了类似于其他镀锌方法的牺牲保护.
  它是用于现场应用的成本效益的解决方案，可用于修饰工作或保护其他镀锌方法不实用的大型结构.
• 喷涂金属化: 在喷雾金属化中, 使用高速空气流将熔融锌喷在钢表上.
  该方法可以迅速产生相对较厚且均匀的涂层.
  它适用于大规模结构，可用于修复受损的镀锌涂层. 然而, 它需要专门的设备和熟练的操作员.

4. 适合镀锌的材料

镀锌主要用于保护 亚铁金属, 特别是各种等级的 钢 和 铸铁, 由于它们对生锈的敏感性.

然而, 并非所有金属都与镀锌过程兼容.

适合镀锌的钢和铁的类型

碳钢

• 低碳 (温和的) 钢 由于其相对简单的微观结构和一致的表面化学，因此是理想的选择.
• 高碳钢 可以镀锌，但由于硅和磷含量，可能会产生更粗糙或更厚的涂层 (看 桑德尔的效果).

结构钢

• 广泛用于热浸镀锌 (HDG) 用于桥梁, 建筑物, 和工业结构.
• S275级, S355, A36, ETC. 在镀锌应用中很常见.

铸铁和锻铁

• 可以通过 热浸 或者 机械电镀.
• 挑战: 孔隙度和表面粗糙度会导致涂层不平.

延性铁 (结节铁)

• 适合镀锌，但可能需要 预处理以避免剥落 由于石墨结节中断粘附.

表面准备要求

适当的表面制备对于确保冶金粘合和长期涂料粘附至关重要:

• 恶化: 去除油, 油脂, 和有机污染物.
• 腌制: 清洁酸 (例如。, hcl或h₂so₄) 去除氧化物, 规模, 和生锈.
• 磁通: 促进润湿并防止氧化浸入锌之前.

带有油漆的表面, 铣削量表, 或重腐蚀可能抵抗涂层粘附并需要磨料.

其他金属的限制

而锌很好地粘附在基于铁的底物上, 非有产金属 经常构成挑战:

材料	镀锌兼容性	笔记
铝	❌贫穷	形成氧化物屏障; 不容易与锌结合
铜 & 合金	❌不相容	锌的电腐蚀的风险
不锈钢	⚠️Limited	可以镀锌, 但是涂料粘附很差
带领, 锡, 锌	❌不适合	已经耐腐蚀或不兼容

5. 过程概述

表面清洁 (恶化, 腌制, 磁通)

• 恶化: 如前所述, 脱脂从金属表面去除有机污染物.
  例如, 在汽车行业, 零件可能具有加工油或润滑剂的地方, 碱性脱脂剂通常使用.
  这些脱脂机分解了油，然后将油脂变成可以冲洗的较小液滴, 确保清洁表面以进行后续过程.
• 腌制: 腌制对于去除生锈至关重要. 在建筑业, 钢梁和板通常在制造过程中形成铣削量表.
  盐酸腌制是一个流行的选择，因为它有效地溶解了氧化铁.
  酸化时间取决于尺度的厚度和钢的类型, 通常从几分钟到半小时不等.
• 磁通: 磁通剂在热浸镀锌中起着至关重要的作用. 它们在金属表面上创建一个保护层, 当零件浸入熔融锌浴中时，可以防止氧化.
  通量还有助于润湿金属表面, 允许锌更有效地粘附.

镀锌方法 (批次与连续)

• 批处理: 在批处理中, 单个部分或小组的零件一起处理.
  此方法适用于不规则形状的零件, 小规模生产, 或大小不同的零件.
  零件被装入篮子或架子, 预处理, 然后浸入熔融锌浴中. 镀锌后, 他们被删除, 冷却, 并检查.
• 连续镀锌: 连续镀锌用于大量生产长, 钢板和线圈等平坦产品.
  钢条通过一系列预处理储罐连续喂食, 然后通过熔融锌浴, 最后进行后处理过程.
  此方法具有高生产效率和一致的涂料质量, 使其非常适合需要大量镀锌钢的汽车和建筑行业.

治疗后过程 (淬火, 钝化, 绘画镀锌)

• 淬火: 有时将淬火用于热浸镀锌，以快速冷却镀锌零件. 这可以改善锌铁合金层的硬度和机械性能.
  例如, 在镀锌螺栓和螺母的生产中, 淬火可以增强他们对磨损的抵抗力.
• 钝化: 钝化涉及用化学溶液处理镀锌表面,
  通常基于铬酸盐 (尽管由于环境问题，非腐蚀性替代方案变得越来越普遍).
  这个过程形成一个薄的, 锌表面的保护性氧化物层, 进一步增强耐腐蚀性.
• 绘画镀锌: 在镀锌表面上绘画可以提供额外的保护和美学吸引力.
  在建筑应用中, 镀锌钢结构通常被绘制以符合设计要求，同时还通过在元素上增加额外的障碍来增加结构的寿命.

6. 镀锌涂料的性能和好处

镀锌涂料, 通常通过热浸镀锌的过程创建, 涉及将锌的保护层施加到钢或铁上以防止腐蚀.

这些涂料因其耐用性而被广泛认可, 成本效益, 和环境优势.

腐蚀保护

• 屏障保护: 锌涂层用作物理屏障，可防止腐蚀性物质到达基础金属.
• 阴极保护: 锌充当牺牲阳极. 即使涂层被刮擦, 锌继续通过腐蚀代替倒数金属来保护裸露的钢.
• 长期耐用性: 镀锌涂料可以持续20-100年, 取决于环境, 特别是在农村和郊区的环境中.

成本效率

• 降低生命周期成本: 尽管初始费用可能高于某些涂料, 由于维护和维修减少而造成的长期节省量远远超过初始费用.
• 最小维护: 镀锌钢几乎不需要维护, 特别是在非攻击环境中, 随着时间的推移降低成本.

机械性能

• 韧性: 锌和钢之间的冶金键具有涂层在处理过程中对机械损伤的高电阻, 运输, 和安装.
• 耐磨性: 锌涂层对磨损和撞击具有很高的耐药性, 特别是与基于油漆的系统相比.

美学和应用灵活性

• 一致的外观: 镀锌表面具有均匀, 如果需要，也可以涂上的银色外观.
• 广泛的适用性: 适用于一系列结构, 包括桥梁, 建筑物, 栅栏, 和公用线.
• 快速周转: 热浸镀锌过程很快，可以轻松安排, 减少项目的交货时间.

7. 机械的 & 镀锌的结构含义

镀锌增强腐蚀保护, 但是它对 机械和结构行为 必须理解钢组件的, 特别是在关键或高性能应用中.

结构完整性和机械强度

在大多数情况下, 镀锌不会显着改变拉伸强度或屈服强度 碳或低合金钢, 特别是那些屈服优势以下的人 460 MPA.

然而, 为了 高强度钢 (多于 550 MPA), 热暴露 (大约. 450°C热浸镀锌) 可能导致微观结构变化, 例如谷物生长或延性降低.

所以, 材料选择和资格预审 当镀锌高性能钢时至关重要.

疲劳和磨损注意事项

镀锌涂层会影响 疲劳性能:

• 轻微降低 疲劳强度 (5–20％) 可能由于脆性锌铁合金层中的表面微裂纹而发生, 在循环应力下可以充当裂纹启动位点.
• 然而, 在某些情况下, 这 压力应力 由涂料引入的可以稍微改善疲劳寿命, 特别是当表面粗糙度最小化时.

在关键磨损应用中, 镀锌表面可提供中等的耐磨性, 特别是在热浸涂料中, 可以达到硬度值 250 HV.

然而, 他们是 耐磨性较小 比专业的硬涂料 (例如。, 硝化物或碳化物覆盖).

氢抗封型风险

氢的含氢 (他) 是一个关键问题, 特别是对于高强度, 薄片组件，例如螺栓和紧固件.

在酸腌制期间, 原子氢可以扩散到钢中, 导致脆弱的失败延迟. 缓解策略包括:

• 添加后烘焙 (200–230°C 2-4小时)
• 使用 替代清洁方法
• 除非专门设计

尺寸公差和涂料均匀性

镀锌涂层增加了厚度 (通常 40–200 µm), 会影响:

• 线程参与 在螺栓和紧固件上
• 适合和功能 在近距离的组件中
• 边缘保护, 随着弯角和边缘上的较薄涂层可能会更快地腐蚀

管理这些效果, 工程师经常允许 公差补偿, 线程重返, 或者 后加利瓦式加工.

均匀的排水和排气孔设计对于一致的涂层应用也至关重要.

8. 镀锌的应用

镀锌在保护各种行业的钢结构和组件中起着关键作用.

建筑和基础设施

镀锌钢是现代民用和结构工程的基础材料. 它被广泛用于:

• 桥梁和高速公路护栏
• 公用电线杆和变速箱塔
• 混凝土中的钢筋 (钢筋)
• 屋顶, 墙壁覆层, 和结构框架
• 人孔盖, 涵洞, 和排水组件

汽车和运输

在 汽车 行业, 镀锌 - 尤其是 连续的钢板镀锌 - 对于车辆寿命和结构安全至关重要.

• 汽车和面板 (抗腐蚀皮肤板)
• 车身框架和底盘组件
• 公共汽车和火车组件
• 拖车尸体和货物容器

农业和公用事业结构

镀锌涂层在农业中至关重要, 肥料, 和动物浪费 - 高度利用腐蚀的条件.

• 击剑, 大门, 和畜栏
• 谷仓屋顶和谷物筒仓
• 温室和灌溉设备
• 电气和水电结构

能源和可再生装置

随着全球向可持续基础设施的转变, 镀锌钢在可再生能源系统的耐用性中起主要作用.

• 太阳能电池板支撑帧
• 风力涡轮塔和平台
• 电气传输塔
• 油气管架

海洋和沿海设备

镀锌涂料非常适合易盐水的环境, 对高度抵抗力 氯化物诱导的腐蚀.

• 船拖车和码头
• 沿海标牌和灯杆
• 港口围栏和梯子
• 海堤和防波堤

9. 与其他涂料进行比较

虽然镀锌以其出色的腐蚀保护和成本效益而被广泛认可, 这不是唯一可用的选项.

与镀锌相比:

涂料类型	保护机制	典型的厚度	寿命 (中等环境)	维护频率	常用用途
热浸镀锌	牺牲 (锌)	45–200 µm	40–75年	低的	桥梁, 护栏, 塔
锌丰富的油漆	牺牲 + 障碍	50–125 µm	5–20年	缓和	修饰, 管道, 船体
粉末涂料	仅屏障	60–150 µm	10–25年	缓和	室内/室外家具, 电器
环氧/聚氨酯	仅屏障	75–250 µm	10–30年	高的 (特别是在湿/潮湿的环境中)	化学罐, 海洋结构
金属化 (热喷雾锌)	牺牲 (锌或Zn-al)	100–250 µm	20–40岁	低至中等	海洋/沿海钢, 维修应用
不锈钢	被动电影 (cr₂o₃)	N/A。 (散装合金)	50+ 年	非常低	建筑学, 食品加工设备

镀锌与限制与. 替代方案

镀锌的优势

• 长期使用寿命: 到 75+ 在非侵略性环境中的几年.
• 自我修复保护: 锌牺牲自己以保护裸露的钢或划痕.
• 维护低: 难以访问结构的理想.
• 全表面覆盖范围: 甚至管道和空心部分的内部表面.
• 降低生命周期成本 比大多数壁垒系统.

限制

• 有限的颜色选项: 与粉末涂料或油漆相比，美学限制.
• 高处理温度: 不适合热敏或超高强度钢.
• 涂层厚度控制 不如喷涂或涂漆的方法精确.
• 表面粗糙度 可能高于其他涂料, 影响光滑的饰面.

何时选择其他涂料而不是镀锌

• 高度装饰的应用 →喜欢 粉末涂料或双工系统.
• 化学浸入或高pH/低pH环境 →使用 环氧/聚氨酯系统.
• 高精度组件 →喜欢 电镀 或者 金属化 用于控制厚度.
• 极端的海洋暴露 →双工系统 (HDG + 环氧树脂或聚氨酯面漆) 建议.
• 结构不锈钢替代品 →使用 304/316 不锈钢 当美学时, 卫生, 或需要极端耐用性.

10. 未来趋势和创新

镀锌行业正在迅速发展, 受增强性能的需求增加的驱动, 环境可持续性, 和成本效率.

高级合金涂料:

新兴配方，例如锌铝含量 (Zn-Al-Mg) 合金具有出色的耐腐蚀性, 特别是在侵略性环境中, 同时减少锌消耗.

与传统的纯锌涂层相比.

双工系统:

将镀锌与先进的油漆或粉末涂料结合起来继续吸引.

双链涂层提供协同保护, 镀锌钢的寿命加倍甚至增加了两倍, 特别是在苛刻的海洋或工业环境中.

聪明而自我修复的涂料:

研究正在发展为嵌入带有微胶囊或纳米颗粒的涂层，这些涂层会在损害后释放腐蚀抑制剂.

这些智能系统旨在通过自主修复小涂层缺陷来延长服务寿命并降低维护.

环境和过程改进:

通量化学的创新, 沐浴成分, 和回收技术旨在降低镀锌的环境足迹.

非染色物钝化处理正在取代传统的基于铬酸盐的钝化处理，以满足更严格的法规，而不会损害耐腐蚀性.

自动化和质量控制:

自动化和实时涂料厚度测量的进步正在增强一致性, 减少浪费, 并提高批处理和连续镀锌操作的过程效率.

11. 结论

镀锌仍然是保护行业钢和铁的基本技术, 利用锌的牺牲电化学保护大大延长金属寿命并降低维护成本.

从热浸到电瓦化的各种镀锌方法, 平衡耐用性和美学.

镀锌涂层在耐腐蚀性中表现出色, 粘附, 和机械耐用性, 使其在建设中必不可少, 汽车, 农业, 活力, 和海洋部门.

虽然存在氢含水和表面准备等挑战, Galvanizing的成本效益和长期保护优于许多替代方案.

期待, 高级合金涂料等创新, 双工系统, 明智的自我修复技术有望增强镀锌的可持续性, 耐用性, 和适应性,

确保其在现代工业和基础设施保护中的重要作用持续到未来.

 

常见问题解答

1. 什么是镀锌, 为什么使用?

镀锌是将保护性锌涂层涂在钢或铁上以防止腐蚀的过程.

它通过提供牺牲保护和防锈的物理屏障来延长金属组件的寿命.

2. 镀锌涂层通常持续多长时间?

取决于环境和涂层厚度, 镀锌钢可以持续 40 结束 75 中等状况的年份, 明显长于未涂层的钢.

3. 镀锌的主要类型是什么?

主要方法包括热浸镀锌, 电瓦化, Sherardizing, 和机械电镀, 每种都适合不同的材料, 形状, 和申请要求.

4. 可以涂镀锌钢?

是的, 镀锌钢上的绘画通常可以增强美学并提供额外的保护, 特别是在建筑和海洋应用中.