热镀锌与电镀锌比较.docx

热镀锌与电镀锌的比较1. 热镀锌技术1.1 什么是热镀锌？ 热镀锌也称热浸镀锌，是钢铁构件浸入熔融的锌液中获得金属覆盖层的一种方法高温（440°C）下把锌锭熔融呈液态并添加一些辅助材料，然后把预处理（脱脂、酸洗、助 镀等）的金属结构工件浸入镀锌槽中，经过复杂的物理及化学作用在钢铁上不仅镀上较厚的 纯Zn层，而且还生成一种Zn-Fe合金层1.2 热镀锌的原理1.2.1 热镀锌 Zn-Fe 合金状态图热镀锌Zn-Fe合金状态如图1所示，可见Zn-Fe合金层中存在Z、％ L、n、「5相Fe（wt%）图 1 Zn-Fe 二元合金相图1.2.2 热镀锌层的形成通常认为热镀锌工艺，镀锌层形成的过程如下：热镀锌时Zn熔融液的温度430〜470C）当经过表面处理的钢质工件进入Zn熔融液（高温440C左右熔化锌锭）时，铁基体与熔融 锌反应：铁被溶解，形成Zn在a-Fe中的固溶体；相互扩散，生产Fe-Zn合金化合物；工件 离开锌熔融液时，带出纯的熔融Zn覆盖在合金层上，形成纯的Zn层钢铁基体热镀锌层的显微结构如图 2 所示：纯 Zn 层Fe 基层Z层6］层Zn-Fe 合金层图 2 钢铁基体热镀锌层显微结构小结热镀锌层显微结构表明，靠近 钢基体的是6］层（致密的合金层， 维氏硬度244）, 6］层上面是Z层（合 金层，维氏硬度179），最外层是n 层（纯锌层，维氏硬度70），钢基体 维氏硬度为150。

因此，Zn-Fe合金层耐磨性优 异且不易脱落1. 3热镀锌层的特性及应用1. 热镀锌层与工件基体的结合强度高热浸镀锌过程中，熔融Zn可以充分浸入经过良好表明处理的工件表面，形成Fe-Zn合 金层覆盖整个工件表面，该Fe-Zn合金层具有良好的韧性、硬度，可耐较大的摩擦及冲击， 与工件基体结合强度高2. 耐腐蚀性好锌层的腐蚀产物为ZnO、Zn（OH）2及ZnCO3等化合物，此类腐蚀产物转化为ZnO3Zn（OH） 膜（厚度大约0.01mm）时，具有比锌层（锌的钝化膜）更好的化学稳定性、耐腐蚀性3. 阴极保护作用Zn 的电极电位比 Fe 的电极电位更负，电解质存在条件下， Fe 基体与 Zn 镀层组成原电 池，Zn为阳极，Fe为阴极，Zn镀层不断被氧化溶解腐蚀，从而Fe基体得到保护4. 热镀锌工艺得到镀锌层结合强度高、防腐性能优异，广泛应用于镀锌钢板、带，镀锌 钢管、镀锌钢丝和镀锌钢构件（五金件、电讯和灯塔构件）2. 电镀锌技术2.1 什么是电镀锌？电镀是一种电化学过程——氧化还原过程将经过清理和特殊预处理的待镀工件作为阴极，用镀覆金属Zn制成阳极，两极分别与 直流电源的正极和负极联接，浸在盛有镀锌液（电解质）的镀槽中。

通电后，镀锌液中的 Zn2+ 离子在电位差的作用下移动到阴极（工件）上被还原成单质 Zn 沉积到工件表面形成镀锌层； 阳极的镀覆金属Zn被氧化成Zn2+离子进入镀锌液，以保持Zn2+离子的浓度平衡2.2 电镀锌的原理电镀锌介绍电镀锌原理如图3所示电镀液的温度一般30〜60°C电镀锌原理(2/4)电镀锌原理n e-阳极直流整流器n e-电镀上的Zn层交换离子阴极（镀件）Zn Zn2++2e- £ Zn2++2e- Zn -J镀液槽Page 13TrafficUSTRY CORP.,rLTD.电镀锌工艺，镀锌层形成过程如下：电镀锌过程中，水化的Zn2+离子在电流作用下向阴极（工件）表面扩散和迁移；水化膜变 形，Zn2+离子从水化膜分离出来；Zn2+离子被吸附到阴极（工件）上的活性部位；Zn2+离子获得2个e-电子被还原成Zn原子，并排列组成锌晶体，即锌镀层阳极Zn电极被氧化成Zn2+离子浸入镀锌液中，维持镀锌液的离子平衡电镀锌层的微观结构如图4所示纯Zn层Fe基层图4 电镀锌层的微观结构小结电镀锌层显微结构表明，钢基 体表面的镀覆层只是纯Zn层，维 氏硬度70,钢基体维氏硬度为150因此，纯Zn层的厚度不宜过 厚（W30um），当厚度超过一定值 时，镀Zn层与Fe基体的附着力会 大大下降，易脱落。

2.3 电镀锌层的特性及应用1. 电镀锌层均匀性良好、镀层较致密，外观光滑2. 电镀锌层的厚度视工件的要求而异，镀层一般不低于5 |im,普通在6~12|im，恶劣环境 条件才超过20ym电镀锌层厚度超过一定值后，附着力会大大下降3. 综上，电镀锌工艺不适宜在酸、碱、盐雾大气环境中使用；适用于轻工、仪表、机电 农机和国防等工业中3. 热镀锌与电镀锌比较序号项目热镀锌电镀锌1原理热浸镀电解过程2温度440°C相当一次退火处理，消除工件焊接 产生的内应力，利于车削加工30〜60C冷镀锌3镀层结构8!纯Zn层Zn-Fe合金层Fe基层SMlS Fe L 基层4镀层厚度视工件而定：三35卩m,甚至200pm 说明：镀Zn层厚度大,镀层在酸、碱、 盐雾海洋性大气环境中表现优异的 耐腐蚀性Fe-Zn合金层具有优异的耐磨 性能视工件而定：W30卩m说明：电镀锌层的厚度很薄，一般 不低于5 pm,普通在6~12pm，恶 劣环境条件才超过20pm如果厚度超过规定值，镀层与 基体的附着力大大下降，易脱落不适宜在酸、碱、盐雾大气环 境中使用5层间结合 力热镀锌具有Fe-Zn合金层，Fe/Zn互 熔，结合力极强。

分析：热镀锌层实际是Fe-Zn合金 相，只是由基体向外，Fe含量梯度 降低，Zn含量梯度增加电镀锌层是镀锌液中Zn2+离子被还 原成Zn原子在工件表面排成形成， 无Fe-Zn合金相结构小结：比较层间结合力(附着力)，热镀锌层的附着性能较优异6镀层的硬 度Fe-Zn合金层维氏硬度179〜244,钢 基体维氏硬度150,镀层表现出优异 的耐磨性电镀锌层的维氏硬度仅为70,硬度 较低7耐腐蚀性热镀锌层和电镀锌层的防护作用机理是相同的，包含如下两个过程：1. 物理屏蔽：镀层越完整，厚度越厚，保护作用越优秀2. 电化学防护： __ 实际上就是Zn比Fe化学活性更咼，腐蚀过程中，Zn层先被腐蚀溶解，保护Fe基体；当Zn层被全部腐蚀 后，Fe基体将直接受到腐蚀3. 从腐蚀机理看，热镀锌层远优于电镀锌层，有文献报道热镀锌层的耐 腐蚀能力是电镀锌层的10〜15倍8相关标准ISO 10684《紧固件一一热浸镀锌层》ASTM A153 (153M)GB/T 13912-2002BS 7371-6紧固件热浸镀锌涂层ISO 4042《紧固件一一电镀锌层》ASTM B633GB/T 5267.14. 推论热浸镀锌和电镀锌都是有效的金属防腐方式。

1. 热镀锌防腐层由Fe-Zn合金层和纯锌层构成,n-Fe互熔结构,具有很高的结合力； 另外，热镀锌获得镀层的厚度很厚，其防腐能力比电镀锌优秀 (有文献指出热镀 锌防腐蚀能力是电镀锌的 10~15 倍)在酸、碱、盐雾及海洋大气环境中表现出 优异的耐蚀性2. 电镀锌获得的镀层厚度一般12~21ym，最大厚度不超过30pm，因为镀层厚度超 过一定值,它的附着力会大大下降； ASTM B633 标准指出,即使采用最好的电 镀锌技术，基体金属表面的缺陷如划痕、砂孔、凹陷、夹渣、刀痕都会影响镀层 的外观和耐腐蚀性能电镀锌不适宜在酸、碱、盐雾大气环境中使用3. 针对按照ISO 10684《紧固件一一热浸镀锌层》和ISO 4042《紧固件一一电镀锌层》 标准制作的桁架销的性能进行比较：(1) 桁架销镀锌层厚度：ISO 10684热镀锌要求2100卩m ；ISO 4042电镀锌要求25pm；热镀锌和电镀锌涂层防腐蚀机理和过程完全一样，按照相同的腐蚀速度，单从镀层厚度可以推算：热镀锌层的防腐蚀性能至少是电镀锌层的4倍以上2) 层间结合力：ISO 10684热镀锌要求制作的桁架销的镀锌层存在Fe-Zn合金 层，其结合力比电镀锌要高。

3) 镀层耐磨性：ISO 10684热镀锌要求制作的桁架销的镀锌层具有Fe-Zn合金 层，维氏硬度达到244,比Fe基体(维氏硬度155)都要高，其耐磨性极 好4) 关于桁架销与桁架阴阳头销孔的配合精度问题： 设计时，针对热浸镀锌工艺已经充分考虑的精度问题：桁架阴阳头销孔偏差由①50.2改为①50：o.|，现场拼装试验表明是合理的 桁架销电镀锌制作，因为锌层的厚度仅为25pm,必会造成配合间隙大，钢 桥的挠度增加5) 综合比较分析：按照ISO 10684《紧固件一一热浸镀锌层》和ASTM A153(153M)热镀锌标准或许比ISO 4042《紧固件一一电镀锌层》和ASTM B633 电镀锌标准要求更高6) 另外，目前欧美国家针对电缆铁塔、钢桥架等钢构件的防腐，普遍采用热 浸镀锌技术英国MABEY公司和德国KRUPP公司制造的贝雷桥的桁架销 的防腐均采用热浸镀锌工艺。