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钢结构镀锌基本知识,怎么分辨热镀锌和冷镀锌?

2022-07-11 16:06:10

第一节  热镀镀层分类


      热镀基板可以是热轧也可以是冷轧基板,一些外贸询单中会用HX或HC这种简称来代指热轧基板或是冷轧基板。这是源自欧标牌号的命名规则,当然是不太规范的。

      此外,在某些行业中,GI常被用来代指热镀纯锌镀层、GA代指热镀锌铁镀层、ZAM代指锌镁镀层。


一、主流的热镀镀层有哪些?


钢板及钢带的热镀镀层有很多种类,美、日、欧、国标等各大标准中的分类规则也近似,我们以欧标EN 10346:2015为例解析。

主流的热镀镀层分为六大类,分别是:

1、热镀纯锌(Z)

2、热镀锌铁合金(ZF)

3、热镀锌铝(ZA)

4、热镀铝锌(AZ)

5、热镀铝硅(AS)

6、热镀锌镁(ZM)

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二、各种热镀镀层的定义和特点

      将经过预处理的钢带浸入熔融池中,通常熔融池中的熔融金属不同会获得不同的镀层(锌铁合金镀层除外)。


1.热镀纯锌镀层(Z)hot‐dip zinc coating

熔融池金属液体中的锌含量应不小于99%。

热镀纯锌工艺可以生成不同尺寸的锌花,锌花影响表面感官,但不影响耐蚀性。

镀锌厚度是怎么计算出来的呢?锌的密度是7.14 g/cm^3,折算成镀锌厚度与每平米重量的关系为:1μm≈7.14g/m2,比如单面锌量厚度是50 μm(微米),即单面镀锌重量为50×7.14=357 g/m^2。

一般常说的,每平米镀锌重量,指的是双面镀锌总重量。

GB/T 2518-2008《连续热镀锌钢板及钢带》第7.7.2条摘录:推荐的公称镀层重量及相应的镀层代号应符合表14的规定。经供需双方协商,等厚公称镀层重量也可用单面镀层重量进行表示。

例如:热镀锌镀层Z 250可表示为Z 125/125,热镀锌铁合金镀层ZF 180可表示为ZF 90/90。 

比如,我们常说的C型或Z型檩条,双面热镀锌275 g/m^2,实际单面镀锌厚度为275/2/7.14=19.3 μm(微米),与普通涂料120~200 μm的漆膜厚度相比,相差甚远。


2.热镀锌铁合金镀层(ZF)hot‐dip zinc‐iron alloy coating

和热镀纯锌镀层的主要区别在于,随后增加了一道合金化处理工艺,使铁在锌中扩散形成锌铁合金层,合金镀层中铁含量通常为8~12%。

锌铁合金镀层的焊接性能较好,镀层颜色是亚光灰白色的,涂油后显现为暗灰色,锌铁合金镀层没有锌花。

热镀纯锌和锌铁合金镀层,其厚度和重量的关系基本一致:1μm≈7.1g/m2。

注1:热镀纯锌和锌铁合金镀层,虽然锌锅中锌含量要求一样,但镀层的使用特性是不一样的,耐蚀性也不同。


3.热镀锌铝镀层(ZA)hot-dip zinc-aluminium coating

熔融池中金属液体含有大约5%铝(Al)和少量稀土元素,其余为锌。

锌铝镀层表面比纯锌镀层亮,耐蚀性强于纯锌镀层,但在国内应用比较少,外贸询单中偶有提及。

镀层厚度和重量的关系:1μm≈6.6g/m2。


4.热镀铝锌镀层(AZ) hot-dip aluminium-zinc coating

熔融池中金属液体含有大约55%铝(Al)和约1.6%硅,其余为锌。

铝锌镀层有优异的耐蚀性,同时也具备一定的耐高温性。

镀层厚度和重量的关系:镀层厚度1μm≈3.8g/m2。

注:热镀锌铝(ZA)和热镀铝锌(AZ)是两种完全不同的镀层,虽然在内贸中热镀锌铝产品较少,但在外贸询单中仍时有提及,需仔细确认。

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5. 热镀铝硅镀层(AS ) hot-dip aluminum-silicon alloy coating

熔融池中金属液体含有大约8%~11%硅(Si),其余成分为铝。

铝硅镀层会在钢板表面形成明显的铝-铁-硅合金层,其特点是优异的耐高温性能,可以应用在一些高温加工和高温工作环境中。

镀层厚度和重量的关系:镀层厚度1μm≈3g/m2。

注3:热镀铝硅镀层钢板及钢带,是贸易中提及的“镀铝板”的一个种类。在欧标中镀纯铝是需要单独协议供货的,而在JIS标准中则根据耐腐蚀和耐高温等不同的应用做了分类。


6. 热镀锌镁镀层(ZM)hot-dip Zinc-magnesium alloy coating

热镀锌镁镀层也被称为锌铝镁(ZAM),熔融池中金属液体的组成是铝和镁的总和通常为1.5~8%(必须含有至少0.2%的镁),其余为锌。

热镀锌铝镁镀层的特点在于极为优异的综合耐蚀性能,尤其是对钢板剪切断口的保护。

这种镀层比较特殊,各个厂家有各自的配方,所以在标准中铝和镁的含量有较大的调整空间,镀层厚度和重量的转换关系也没有固定值,大约为 1um≈6.2-6.6g/m2。

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第二节  热镀锌与冷镀锌(电镀锌)的对比差异



1. 镀锌工艺介绍

镀锌是指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术。应用较多主要是热镀锌和冷镀锌(电镀锌)。


2. 热镀锌流程

      现在钢板的表面镀锌主要采用的方法是热镀锌。热镀锌(galvanizing) 也叫热浸锌和热浸镀锌:是一种有效的金属防腐方式,主要用于各行业的金属结构设施上。是将除锈后的钢件浸入500℃左右融化的锌液中,使钢构件表面附着锌层,从而起到防腐的目的。热镀锌工艺流程:成品酸洗-水洗-加助镀液-烘干-挂镀-冷却-药化-清洗-打磨-热镀锌完工。热镀锌是由较古老的热镀方法发展而来的,自从1836年法国把热镀锌应用于工业以来,已经有一百七十多年的历史了。近三十年来,伴随着冷轧带钢的飞速发展,热镀锌工业得以大规模发展。

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3. 冷镀锌流程

      冷镀锌也叫电镀锌,是利用电解设备将管件经过除油、酸洗、后放入成分为锌盐的溶液中,并连接电解设备的负极,在管件的对面放置锌板,连接在电解设备的正极接通电源,利用电流从正极向负极的定向移动就会在管件上沉积一层锌,冷镀管件是先加工后镀锌。

技术标准采用美国ASTM B695-2000及军用C-81562机械镀锌技术标准。

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4. 热镀锌与冷镀锌对比区别

      热镀锌抗腐蚀能力远远高于冷镀锌(又称电镀锌)。通常电镀锌层厚度5~15μm,而热镀锌层一般在35μm以上,甚至高达200μm。热镀锌覆盖能力好,镀层致密,无有机物夹杂。冷镀锌工艺用于保护金属防止腐蚀,为此利用了锌填料的涂料,在利用任何一种涂敷的方法将其涂在被保护表面,干燥之后形成锌填料涂层,在干燥涂层中具有含量的锌(达到95%)。钢铁在冷却的条件下在表面镀锌,而热镀锌是钢管在热浸的条件下对表面镀锌,它的附着力很强,不容易脱落。

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5. (延伸)机械镀锌

      在装有镀件、玻璃球、锌粉、水和促进剂的旋转滚桶内,作为冲击介质的玻璃球随着滚桶转动,与镀件表面发生摩擦和锤击产生机械物理能量,在化学促进剂的作用下,将镀涂的锌粉“冷焊”到镀件表面上,形成光滑、均匀和细致的具有一定厚度的镀层。


怎么分辨热镀锌和冷镀锌?

1、从外观上分辨

热镀锌整体的外观表现稍显粗糙一些,会产生工艺水纹、滴瘤等表现,特别是工件一端表现明显,整体是银白色的。

而电镀锌(冷镀锌的表层就比较光滑了,主要是黄绿色的,当然也还有七彩、青白色、白色呈绿光等表现,整个工件基本上是不会出现锌瘤、结块等现象。

2、从工艺上分辨

      热镀锌的加工工艺较多,要经过工件除油、酸洗、浸药、烘干等工序后才能浸入熔化锌液池中,浸一定的时间就可以提出来,这样才是热镀锌,像一些热镀管件都是这样加工的。

而冷镀锌其实就是电镀锌,采用电解设备来加工的,要经过除油、酸洗等工序后浸入有锌盐成分的溶液中,连接电解设备,在正负极的电流定向移动中工件上析出沉积锌层而来的。



第三节 镀锌件的防腐年限


假设基材的厚度为2mm,根据规范GBT13192-2002《热镀锌标准》可知:

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按照国标要求,对于2mm基材,局部厚度不应小于45μm,平均厚度不应小于55μm。根据日本热镀锌协会根据1964~1974年的大气暴露试验结果,

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若按照国标来计算,平均厚度为55μm,则附锌量为55x7.2=396g/m2,在四种不同的环境下可使用的年限约为:

C2类环境:79年,取每年的减损较高值为0.7 μm;

C3类环境:28年,取每年的减损较高值为2.0 μm;

也就是说,在城市和农村室外常规环境下,满足规范要求的镀锌件,可满足30-80年的防腐要求。



第四节 如何测量镀锌层厚度与重量


镀锌件的国标检测标准是GB/T13912-2002 金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及实验方法。

丝网产品适用于此标准,可根据本标准到质监局或其它检测单位进行检测。

标准当中对镀锌层做了如下规定(见下表)

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      从表中可以看到,厚度大于等于6mm的钢铁制件,局部厚度Z少70微米,平局厚度85微米,这里解释一下,局部厚度是说检测几个不同部位可能得到的数值不一样,有大有小,但是Z低不能低于70微米,测量几处所得的平均值不应低于85微米。

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锌层厚度的测量方法

1. 称量法

      称量法是仲裁的方法,按GB/T13825要求进行,按本方法测得的镀锌层的镀覆量应按镀层的密度(7.2g/cm²)换算成镀层的厚度。本方法是破坏性实验方法。在制件数量少于10件的情况下,如果称量法可能牵涉到制件损坏和由此发生的补救费用令需方不可接受,则需方不应勉强接受称量法。

      上面是13912当中的说明,意思是用破坏法测量上锌量,会产生额外的费用,尤其是数量少的情况下,需要破坏好几件成品,对整个订单的成本影响过大,所以,产生这么多费用,导致需方接受不了,可以不用勉强。

      称量法是用退镀溶液,利用酸性溶液将表面的锌溶解掉,然后称重试样在退镀前后的重量,根据7.2g/cm²来计算出镀层的厚度。

      厚度是怎么计算出来的呢?比方说上锌量厚度是50微米,那就50×7.2=360克,如果上锌量厚度是70微米,那就70×7.2=504克,按照这种算法,来进行厚度与重量之间的换算,相同的有了重量也就可以换算出厚度了,但是有一定误差,因为有些锌并不是均匀覆盖的制件表面的,比如钢板网产品,在缝隙的地方会存很多锌,这些锌只是聚集在一小部分,并不是均匀的覆盖在表面,所以用测厚仪跟用称重法得出的厚度是有差距的。


2. 磁性法

      磁性法是非破坏性实验方法,按GB/T 4956 要求进行,利用电磁测厚仪测量锌层厚度的一种方法,这里值得一说的是,越便宜的设备可能测出来的误差越大,电磁测厚仪价格几千至几万不等,建议用好的设备进行检测。


3. 横截面显微镜法

横截面显微镜法是破坏性实验方法而且仅代表一点,所以不常用,按照GB/T 6462进行。

原理是从待检测的制件上,切割一块试样,镶嵌后,采用适当的技术对横断面进行研磨、抛光和浸蚀,用校正过的标尺测量覆盖层横断面的厚度。


4. 阳极溶解库仑法

      用适当的电解液阳极溶解精确限定面积的覆盖层,通过电解池电压的变化测定覆盖层的完全溶解,覆盖层的厚度通过电解所耗的电量(以库仑计)计算,利用溶解镀层的时间与所耗电量,计算镀层的厚度。


Z后分享,GB/T4956-2003《磁性基体上非磁性覆盖层覆盖层厚度测量磁性法》镀锌层厚度试验方法。


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