热浸镀及相关技术研究(高波,李世伟)思维导图

表面处理的种类
涂装(Paint Finishing)，包括各种涂装如手工涂装、静电涂 装、电泳涂装等
热浸镀(Hot dip) 热浸镀锌(Galvanizing),俗称"铅水" 热浸镀锡(Tinning)
•乾式镀法 PVD 物理气相沈积法(Physical Vapor Deposition) 阴极溅射 真空镀(Vacuum Plating) 离子镀(Ion Plating) CVD 化学气相沈积法(Chemical Vapor Deposition)
热浸脱脂
•主要是利用鹼劑和皂化油脂的皂化作作用去除金屬表 面污垢和氧化物，其必需具備濕潤、滲透、分散及乳 化效果。 經常使用的藥劑：氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷 酸鈉、磷酸三鈉、焦磷酸鈉、葡萄糖酸鹽及矽酸鹽等。 但目前因環保問題，磷酸鹽系統將漸被淘汰。其主要 是利用鹼性強弱來適用於不同之底材。 而所謂的界面活性劑就是乳化劑，可分為陽離子性、 陰離子性、陰陽離子性及非離子性等界面活性劑。其 應具有分散、乳化之效果，避免油脂浮於處理表面， 減少帶出，降低後續水洗之困擾。
镀铜
以氰化浴、硫酸浴及焦磷酸浴為主。除氰化浴外皆為 二價銅沉積，氰化浴適合鐵及鋅合金底材電鍍，配合 合適光澤劑，可得平滑光澤之鍍層。鍍層均一性佳， 鍍液安定已應用多年，但鍍液含大量氰化物毒性高， 廢水處理成本高，除滾鍍及預鍍外已逐漸被取代。 硫酸浴配合合適的添加劑，填平及光澤性高、成本低、 管理容易，廢水處理成本低，已大量應用於電路板、 裝飾品、電鑄等領域。 焦磷酸浴配合合適的添加劑.曾用於電路板。但廢水處 理麻煩，除鋅合金底鍍外，以被硫酸浴取代。
《完》2002/6/28
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要正直地生活，别想入非非！要诚实 地工作 ，才能 前程远 大。。2 0.8.102 0.8.10 Monday , August 10, 2020

钢中化学成分对铁锌反应的影响
碳：含碳量增加会使铁锌反应加剧，铁锌 合金层生长速率增大。钢中碳的存在形式 和分布的均匀性对铁锌反应也有影响。 硅：钢种的含硅量较高时， 会使镀层的ξ 相迅速生长，并将ξ相推向镀层表面。 磷：微量的磷能促进ξ相的异常生长，使ξ 相晶粒粗大并抑制δ相生长。

含硅活性钢的热浸镀锌
显著抑制了高硅活性钢热 浸镀锌层的异常生长， 镀层厚度明显减小。抑制机理为： Sn较难溶于Fe－Zn合金相 层中，热浸镀的过程中伴随 Fe－Zn合金层的生长，Sn会排列到Fe－Zn/液相Zn的生 长界面上，当Sn达到足够量时就会形成连续层，阻挡Fe 与Zn的相互扩散， 抑制Fe－Zn合金层生长。
热浸镀锌层的性能
电 解 脱 脂 法
热浸镀锌新工艺
Zn－Ni合金镀层技术
锌浴加入大约0.1%的镍可降低铁锌的反应速度，
消除 含Si小于0.25%的活性钢镀锌时ξ相的异常生长，使镀层 的粘附性提高， 表层可形成连续的η相自由锌层，镀层 外观光亮。对含Si大于0.25%活性钢作用不明显。
Zn－Sn合金镀层技术
锌浴中加入3－5％的Sn时，
热浸镀锌涂层性能主要是耐蚀性能。 热镀锌层可以作为隔离保护层覆盖在钢铁 表面进行防护， 几乎在所有电解质中，锌都可以作为钢铁 材料的阳极的这一特性使在受到损坏或少 量的不连续时仍然对钢铁起保护作用 防护的三个阶段

热浸镀锌技术的特点

热浸镀锌的钢铁构件具有长的使用寿命及 低的使用期维护成本。 可给钢基体提供三重防腐蚀保护 热浸镀锌层与钢基体结合牢固、覆盖完全。 工艺控制可靠、镀层检查容易。
第六章 热浸镀
热（浸）镀

热镀 是将被镀零件浸入熔融的的低熔点金属中 短时间加热， 经固－液反应后提出冷却， 熔融 金属在零件表面形成镀层的表面强化工艺。

严选内容
15
（2）镀层成分及第三组分 耐蚀性 漏铁点
（图3-69） （图3-70）
严选内容
16
（3） 镀层显微结构
55%Al-Zn镀层具有成核的枝晶状显 微结构。它由80%（体积）的富铝枝晶 臂和约20%（体积）的富锌枝晶间物质 构成。此镀层的耐蚀性比厚度相同的普 通热镀锌层有很大提高。
Zn-5%Al-RE合金镀层具有典型的共 晶组织的层状结构。
第三章 热浸镀技术[2,5,6]
3.1 概述 3.2 热镀锌 3.3 热镀铝 3.4 热镀锌铝合金
严选内容
1
3.1 概述
热浸镀简称热镀，是将被镀金属材
料浸于熔点较低的其它液态金属或合金 中进行镀层的方法。该方法的基本特征 是在基体金属与镀层金属之间有合金形 成，因此，热浸镀层是由合金金属和镀 层金属构成的。被镀金属材料一般为钢、 铸铁及不锈钢等。用于热镀的低熔点金 属有锌、铝、铅、锡及其合金等[5]。
（2）保护气体还原法
严选内容
3
典型的生产工艺是森吉米耳(Sendzimir)法。 它是将待镀的钢材先通过煤气或天然气直接加 热的微氧化炉，将钢材表面残余的油污、乳化 液等烧掉，同时钢材表面被氧化，生成蓝色的 氧化薄膜。然后进入通有保护气的还原炉，把 钢材表面的氧化皮还原为适合热浸镀的活性海 绵状铁，并使钢材继续加热，完成再结晶退火 的目的。接着在保护气氛中，钢材被冷却到适 当温度后，进入镀锅。
12
（2）铝液化学成分的影响 (a) 硅的影响 (e) 铁的影响 (b) 铜的影响 (f) 锰和镍的影响 (c) 铍的影响 (g) 镁的影响 (d) 锌的影响 (h) 稀土金属的影响
（3）热镀铝工艺参数的影响 (a) 镀铝温度和时间的影响 (b) 提升速度和铝液黏度的影响

原出来的不是连续的镀层，而只是活化点。
真空物理气相沉积三种方法的比较
电流密度（A·dm－2）
化学气相沉积是利用加热、等离子体激励或光辐射等方法，使气态或蒸汽状态的化学物质在衬底表面反应并沉积生成固态薄膜的过程
。
硫酸镍（NiSO4·7H2O）
（4）镀后单颗粒抗压强度提高5%-20%，镀后增重随粒度不同在0.
4
钠 30～50 6～9 4
12 室温 需要
2 3.5 13.2 1
34.5 6.8 3.2
12 室温 需要
3
4
10
10
20～40 40
40
35
10
10
10
20
12～13 12.5 室温 25 需要 需要
5.化学镀镍工艺规范
化学镀镍工艺规范（含量/g·L－1）
镀液成分及工艺条件
氯化镍（NiCl2·6H2O） 硫酸镍（NiSO4·7H2O） 次磷酸钠NaH2PO2·H2O 琥珀酸钠 Na2C4H4O4·6H2O 柠檬酸钠 Na3C6H5O7·2H2O 醋酸钠CH3COONa·3H2O 羟基乙酸CH2OHCOOH 氯化铵NH4Cl
合状态
结合，结 结合强度
无结合强
结合强度
合强度高 低
度
高
镀 覆 温 度 850-1100℃，<400 ℃ ， >850 ℃ ， <100 ℃ ， >850 ℃ ， 700-820 ℃ ，
及 金 刚 石 严 重 热 损 无热损伤 严 重 热 损 无热损伤 严 重 热 损 无热损伤
热损伤 伤
伤
伤
单次镀覆 高 能力
0.008～0.02 0.002～0.004 0.002～0.004

求
性能和力学性能得到改善，而其心部的组
卓
织和力学性能不发生变化。
越
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20
热浸镀
概念：简称热镀，是将工件浸在熔点较低
的与工，取出冷
仿 却后，在表面形成所需的合金镀层。这种
成 涂覆主要用来提高工件的防护能力，延长
功
使用寿命。
追 讨论：热浸镀和电镀、化学镀的区别是什
17类 装饰性涂料 保护性涂料 特殊功能涂料
7
涂料成膜机理
物理成膜方式：非转化型成膜物质
模 A. 溶剂挥发成膜方式 仿 B. 聚合物凝聚成膜方式
成
功
化学成膜方式：转化型成膜物质
追 A. 漆膜的直接氧化聚合
求 B. 涂料组分之间发生化学反应的交联固
卓
化
越
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8
涂膜防护机理
①屏蔽机理：金属表面与外界环境隔离
模
一种工艺方法。
仿
成
功
追
求
卓
越
电火花沉积堆焊
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熔结
涂层熔化、凝结于金属表面，形成与基体
具有冶金结合的表面层，这种表面冶金强
模
化方法简称为“熔结”。
仿
表面冶金强化途径：表面熔化—结晶处理
成
（高能束）；表面熔化—非晶态处理；表
功 面合金化；涂层熔化、凝结于表面。
追
求
卓
越
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模
仿
成 涂料与涂装技术、热喷涂技术、堆
功
追 焊和熔结以及其他表面涂覆技术
求
卓
越
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3
模 仿 成 功 追 求 卓 越

读书笔记
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精彩摘录
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二、典型不锈钢的 退火
一、如何对不锈钢 进行热处理
三、典型不锈钢的 淬火与回火
1.如何对马氏体不锈钢进行热处理？ 2.如何对铁素体不锈钢进行热处理？ 3.如何对奥氏体不锈钢进行热处理？
1.00Cr17Ti不锈钢薄板冷轧时表面出现皱折怎么办？ 2.SUS304-2B不锈钢薄板退火不软化怎么办？ 3.冷冲压后的304不锈钢是否需要退火？退火温度应选择多少合适？ 4.如何退火可使304HC不锈钢钢丝能获得较高的塑性和较好的综合性能？ 5.如何进行不锈钢的光亮退火？ 6.如何对00Cr12Ti铁素体不锈钢进行退火处理？ 7.如何通过形变退火提高铁素体不锈钢的抗腐蚀性能？ 8.低温退火能否提高冷轧奥氏体不锈钢的硬度？ 9.2Cr12NiMo1W1V马氏体不锈钢异型锻件退火后出现炸裂怎么办？
1.如何避免Cr12型不锈钢零件的淬火裂纹？ 2.如何对1Cr17Ni2Si2不锈钢进行淬火与回火可提高其性能？ 3.超级马氏体不锈钢如何进行热处理可以提高其抗腐蚀性能？ 4.如何对0Cr13Ni4Mo不锈钢进行淬火与回火可以提高其拉伸性能和屈强比？ 5.如何对2Cr13钢进行淬火与回火？ 6.如何对2Cr11NiMoVNbWB钢进行淬火与回火？ 7.如何通过热处理提高含硼316不锈钢的性能？ 8.如何防止铬不锈钢2-4Cr13钢坯表面产生硬化裂纹？ 9.如何对不锈钢零件进行光亮热处理？
目录分析
二、热处理的地位 与作用是什么？
一、什么是热处理？

2.2 影响镀层成长的因素
1) 锌液的温度 • 镀层成长速率一般与镀液的 温度成比例。但是在 500℃ 时锌与铁会产生异常快速的 反应。 2) 浸镀时间
• 锌镀层通常是随着锌与铁之
间的扩散机制基材的厚度所影响。太薄的基材上无法析镀出 厚的镀层。因此欲析镀出厚的镀层需考虑基材的厚度。
• 热浸镀的金属层一般较厚，因此能在某些腐蚀环境中长期使 用(镀锌与镀锡等 )，或作为抗特种介质腐蚀的防蚀镀层 (如镀 锡与镀铅—组合金制品等)。
第二节 热浸镀原理 (Principle of Hot dipping)
• 1、热浸镀基本过程（图-2）：
• （1）介质中发生化学反应，以提供界面反应所需要的反 应物
• 4.3.3镀铝钢材的用途
• 1、镀铝钢板
heat durability
1.2 热浸镀工艺与制品的发展 • 古罗马时代就有把金属容器浸入
熔融锡中进行热镀的方法
• 13 世纪后半期到 16 世纪中叶用
热镀法在薄铁板上制成镀锡板
• 1742 年由法国化学家把熔融锌
镀在钢铁制品上
• 1837 年英国人 Grawford 取得熔 融法专利
1937年在美国建成第一条带钢连续热镀锌生产线
c 必须保持一定的温度，使原子具有一定的扩散动力
d 生成的活性原子的化学反应必须满足一定的热力学条件
第三节 热浸镀锌 (Hot-dip zincing)
1. 工艺过程(Technical process)
工业上的热浸镀锌可分两种：分
批浸镀制程与连续浸镀工艺过程
1.1 1)
分批浸镀工艺过程
应用 Applition
1.3 热浸镀工艺的分类 1.3.1 热浸镀的工艺 预镀件 前处理 热浸镀 后处理 制品 Work fore-treatment dipping after-treatment product 1.3.2 热浸镀分类 根据前处理不同分： 1)熔剂法 Method of flux 2)保护气体还原法 Method of protective gas reduction

L1—试样拉断后的标距伸长量 L0—试样原始标距
力学性能
2. 断面收缩率（ψ）
断面收缩率是指试样拉断后, 缩颈处截面积的最大缩 减量与原始横断面积的百分比，即 ψ =(F0-F1)/F0
F1—试样断裂处的最小横断面积 F0—试样原始横断面积
特别提示：δ或ψ越大，表示材料的塑性越好。
力学性能
三、硬度
材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力叫断裂韧性。
式中：Y__裂纹的几何形状因子;
σ__外加应力（N/mm2）； a__裂纹的半长（mm）； K1__ 强度因子（MPa·m1/2或MN·m-3/2）
当K1达到临界值K1C时，零件内裂纹将发生失稳 扩展而出现低应力脆性断裂，而K1＜K1C时，零件安 全可靠。
力学性能 物理性能
化学性能
制造：指将原材料变成产品的全过程。 材料对其所涉及的加工工艺的适应能力——工艺性能
锻造性能 加工性能
焊接性能
热处理性能
§1.2 材料的使用性能 ——力学性能
力学性能是指材料在受力作用下所表现出的性能。
力学性能的类型
1.按加载方式不同：拉伸、压缩、弯曲、扭转与剪切等 2.按载荷变化特性：静载荷力学性能和动载荷力学性能
形状记忆合金内
部的微观结构会
(c)
加热后恢复
发生晶相转变， 宏观就表现为自
身形状的改变。
形状记忆效应简易演示实验
提起陶瓷，大家并不陌生，我们每天都在与陶瓷 打交道：吃饭的碗，喝水的茶杯，贴墙的瓷砖，建筑 水泥，玻璃……
陶瓷是我国古代劳动人民的一大发明。陶瓷诞生 的确切年月，已无从考证。从现有的考古材料看，可 以断定陶瓷与中华文明几乎同时诞生。 在英文单词 中，“china”一词代表中国，当这个单词的开头字 母用小写字母时，则代表陶瓷器，可见中国人发明了

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Ch10 热浸镀技术
§2 热浸镀锌
三、基体成分对镀层的影响 一般镀锌用Fe-C合金：
0.05~0.15%C 低碳钢；
C>1%钢丝绳或电缆 C： C% 铁损加大〔碳的存在状态〕
Si： Si% 激烈促进Fe-Zn反应 Cu：Cu>0.3%易出现网状裂纹， 一般应小于0.15%
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钢铁的热浸镀锌工艺：

镀后处理
去除多余的锌(人工磕碰、振动、离心、吹气) 水洗（20~50℃ ） 钝化(防白锈产生，用铬酸或重铬酸盐水溶液)
No
钝化液组成
温度℃
浸渍时间
1 1%重铬酸钠＋稀硫酸水溶液
2 5g/L铬干＋1g/L硫酸（98%） 3
18~22g/L铬干＋6~10g/L硫酸钠＋硝酸水溶液
常温

镀前处理
碱洗、酸洗、水洗〔去除油污、锈蚀、砂粒〕



助镀处理 ZnCl2+NH4Cl复合盐〔增强润湿性〕 热浸镀锌工艺条件 Pb<1%,Fe<0.06%,Cd.Cu.Sn<0.01 460~480 ℃(490 ℃) 0.1~5min 镀后处理
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Ch10 热浸镀技术
§2 热浸镀锌
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Ch10 热浸镀技术
§1 概述
热 浸 镀 钢 材 的 主 要 用 途
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Ch10 热浸镀技术
§1 概述
热浸镀和热喷涂的主要差别在哪里？ 操作方法：
涂层性能：
成本方面： 基体性能:
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Ch10 热浸镀技术
§1 概述