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""
"
第十四篇
热浸镀新工艺、新技术
第一章概论
第一节热浸镀层的应用
热浸镀简称热镀，是将经过适当前处理的钢铁工件浸入熔点较低的熔融金属或合金
中，铁与熔融金属发生反应和扩散形成合金层，当工件从熔融金属液提出后，在表面形成
一层金属镀层。被镀材料一般为钢和铸铁，热镀层金属有锌、铝、锡、铅及锌铝合金。热
浸镀层的应用参见表!"#!#!。
表!"#!#!热镀层的应用
镀层材料熔点（$）特点及应用
锌"%&
热镀锌是价廉而耐蚀性良好的镀层，对钢基体具有牺牲性保护作用，大量
用于钢材防大气腐蚀
铝’()
镀铝层具有优异的抗大气（尤其是工业大气和海洋大气）腐蚀性能，还具有
良好的耐热性
锡%%
是最早出现的热镀层，早期热镀锡板用于食品包装。由于锡资源短缺，热
镀锡已很少采用
铅%)
铅的化学稳定性好，很适于作钢材的保护镀层，铅液中需添加一定量的锡
或锑，才能形成镀层
锌铝合金
热镀锌铝合金镀层的耐蚀性远优于单一的镀锌层，已商品化的有((+,-
#./合金镀层和./#(+,-#01合金镀层
热浸镀镀层的成分存在过渡，靠近工件的内层，成分接近工件；镀层表面的成分含镀
·((2·
第一章概论
层金属最多。内外层之间的中间层是合金层。合金层较脆，其厚度应控制。
第二节热浸镀工艺
热浸镀工艺可分为溶剂法和氢还原法两大类，如表!"#!#$所示。
表!"#!#$热浸镀工艺
方法工艺过程
熔剂法（多用于钢丝及
钢制零部件）
工件在浸入熔融金属前，先经熔剂处理，在已净化的工件表面形成一层熔剂层，可除
去酸洗后又氧化生成的少量氧化皮和表面残留的铁盐。在浸入熔融的金属后，熔剂层
受热挥发分解，露出活化的新鲜金属表面，发生反应和扩散而形成镀层
氢还原法（多用于钢带
连续热镀）
连续热镀，生产效率高。典型工艺称为森吉米尔法。钢带通过用煤气或天然气直接
加热的微氧化炉，火焰烧掉钢带表面的油污和乳化液，使钢带表面形成氧化膜，然后进
入通有氢和氮混合保护气的还原炉被还原，并完成再结晶退火，接着在保护气氛下冷
却到适当温度后进入镀锅热镀。现在该法已有很大改进
·%&’·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
第二章热镀锌工艺
第一节热镀锌工艺流程
热镀锌的钢铁零部件广泛用于水暖、电气、电力、电讯、建筑器材与日用五金。热镀
锌时镀锌层的形成过程为：铁基体与熔锌反应，铁被溶解，形成锌在
!
铁中的固溶体，由
于相互扩散，在工件表面生成铁锌合金化合物。然后在工件离开锌锅时，带出纯的熔融
锌覆盖在合金层上，形成纯锌层。其工艺流程为：表面清理
!
酸洗
!
中和
!
熔剂处理
!
热镀
!
钝化。
一、表面清理
铸钢、可锻铸铁、球铁或灰铁铸件，表面有型砂黏结层和氧化层，需用机械方法进行
表面清理，采用的方法有滚筒法、喷丸法等。
（一）滚筒法
把工件放入六方或八方形的滚筒中，放入一些砂石、铁丸或钢珠作为磨料，滚筒以
!"#$%&’()"#$%&’的转速滚动，利用工件与工件、工件与磨料间的相互碰撞与摩擦达到
表面清理的目的。如加入一些碱液或稀硫酸和乳化剂能提高清理效率。该法只适用于
形状简单的小件，处理时间较长（+,），低凹处和内也很难清理干净。
（二）喷丸法
喷丸和抛丸机清理效率高，铸钢和可锻铸铁清理-"%&’(!"%&’，灰铸铁清理!"%&’
·./0·
第二章热镀锌工艺
!"#$%&可获得洁净表面。喷丸机采用吸入式喷抛形式，压缩空气压力为#’()+!
#’")+，石英砂直径为,$$!-$$，或用#’.$$!#’($$直径的铁丸。
二、除油
可采用碱洗除油方法，碱液组成与工艺如下：
氢氧化钠（/+01）（234）-#!(#
碳酸钠（/+
.
50
-
）（234）.#!-#
磷酸钠（/+
-
0
6
·,.1
.
0）（274）(#!8#
硅酸钠（/+
.
9%0
-
）（234）,#!,(
温度（:）;#!,##
时间（$%&）.#!6#（以除净为准）
三、酸洗
用酸洗清除机加工件表面的氧化皮，常用如下两种方法。
（一）硫酸酸洗
所用酸洗液硫酸浓度为,#
量缓蚀剂，如若丁#’-
274!#’(274
。酸洗过程中会产生硫酸亚铁（=>90
6
）杂质，当其超
过.##
274
时，酸洗除锈能力大大减退，必须对酸洗液进行处理或更换新液。
（二）盐酸酸洗
所用酸洗液盐酸浓度约.#<，.#:!6#:，-$%&!.#$%&。盐酸除鳞锈能力强，不易
侵蚀钢基体，但酸洗时气味大，腐蚀性强。当酸洗液中=>5?
.
含量超过.(
行处理或更换新液。当酸洗液中含有小于,"<的铁盐时可增加酸洗液的活性，因此更换
酸洗液时，可采用(#<沉淀除渣后的旧酸加(#<新酸的方法。
铸件可采用下面的酸洗液与工艺条件：
硫酸（1
.
90
6
，@;<）8(<
氢氟酸（1=，6#<）.(<
温度常温
时间（$%&）,#!,(
酸洗后要用清水冲洗。
四、中和
酸洗后的零部件表面往往带有残渣和灰泥，要通过碱洗中和，可采用两种溶液，如表
·;(@·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
!"#$#!所示。碱洗中和后，要用%&’()&’热水或流动清水冲洗干净。
表!"#$#!碱洗中和液及操作条件
溶液!溶液$
碳酸钠（+,-
.
）（/）&01(!氢氧化钠（+-2）（
345）!&&($&&
温度（’）)&(!&&温度（’）6&
时间（7）$&("&时间（89:）.&(;&
五、熔剂处理
熔剂处理分为湿法和干法两种。
（一）湿法
净化过的工件在热浸镀前浸入熔剂中进行处理，然后再浸入熔融金属中热镀。采用
的熔剂是氯化铵，或者氯化铵与氧化锌的混合物。其组成为：<:,=
$
·$2
"
,=（110%/
<:,=
$
，""0./2
"
,=），<:,=
$
·.2
"
,=（";0./<:,=
$
，1.0%/2
"
,=），可加入!/(;/的
甘油，加热温度.&&’(."&’。该法得到的镀层附着力较差，已逐渐淘汰。
（二）干法
将净化过的工件先浸入浓的熔剂水溶液中，经烘干后，表面附着一层干熔剂层，然后
进行热镀。所用熔剂为氯化铵和氯化锌组成的复合熔剂，如表!"#$#$所示，熔剂处理
后在!6&’($.&’烘箱中烘!&89:(.&89:，烘干水分。一般熔剂中2
"
,=比例愈大，污
染愈大。
表!"#$#$氯化铵和氯化锌组成的复合熔剂的组成和工艺条件
!$.
$&/的氯化锌铵水溶液（氯化锌
>氯化铵为!>.("或">;）1&’(
;&’
浸189:(!&89:
<:,=
$
;&&345(;1&3?5
2
"
,=6&3?5(!$&345
%&’(6&’
浸!89:($89:
<:,=
$
$01/(.01/
2
"
,=!6/($1/
11’(;1’
浸!89:($89:
六、热浸镀
镀锌时镀液温度控制在"1&’("%&’，时间$89:(189:。所用锌锭含锌量在
))01/以上（"号锌）。
工件在送入和从锌锅中取出时，要先刮净锌液表面的锌灰，以免锌灰黏附在镀锌件
·)1)·
第二章热镀锌工艺
表面，影响质量。镀锌件从锌锅中取出后要用振动等方法立即清除镀层上多余的锌。以
免产生锌的结瘤。
工件从锌锅中取出的速度决定了留在工件上非合金镀层的厚度，取出速度应比锌在
工件上自由流动速度慢些，以得到均匀的非合金锌层。
为使镀层光亮，须把工件趁热浸入!"#$氯化铵水溶液中!%&’%进行曝光处理，曝
光后的工件立即在流动清水中冷却。
七、钝化处理
钝化处理的目的是提高制品的耐蚀性，常用的钝化有低铬型与高铬型两类，见表!(
))+，铬酐钝化效果好，但易污染且会致癌，目前大多选择低铬或无铬钝化。钝化处理
后，需用’#,以下的水漂洗干净，并在-#,以下进行干燥。
表!())+镀锌层钝化工艺规范
溶液组成（./0）
与工艺条件
低铬型高铬型
!+!+
铬酐（123
+
）
!’’#&+##!4#&!4’
硫酸（5
63
(
，74$）
!!!&#!’&#
重铬酸钠（89
123
:
·5
3）(&-!##&##
硫酸钠（89
63
(
·!#5
3）-&!#
硝酸（583
+
，!;!"(）
+#&(#"’&(
温度（,）:#&4##&+##&+#’&+’#&+’#&+#
时间（%）&’#&+#!#&+#’&!#!#&#!#&#
第二节影响镀锌层质量的因素
一、工艺因素
（一）镀液温度
当锌液温度在(+#,&(7#,范围时，工件表面生成的铁锌合金致密而且连续，但由
于锌液对铁的溶解缓慢，故镀锌速度较慢。
·#-7·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
当锌液温度在!"#$%&’#$时，锌液对铁的溶解速度最快，铁损最大，形成的铁锌合
金疏松，镀层结合不良，极易脱落。
当锌液温度在&’#$%&(#$范围时，铁损量降低，生成的铁锌合金层致密且牢固，而
且锌液流动性较好，镀锌速度较快。
根据温度的影响，可选的镀锌温度在!’#$%!"#$和&!#$%&(#$两个范围。其
共同特点是形成的铁锌合金层致密且牢固，不同点在于高温时锌液流动性较好，镀锌速
度快，这时的镀层是由厚合金层加薄的纯锌层组成。由于厚合金层外表面粗糙，故镀层
外表亦粗糙。另一方面，高温镀锌升温过程中经过了锌液对铁的恶性溶解温度，铁损大，
极大地缩短了锌锅的寿命。因而合适的镀锌温度应选择在!&#$%!)#$范围。
（二）浸镀时间
在常用浸镀温度时，浸镀时间越长镀层越厚，但过分延长镀锌时间会使锌层变脆，影
响镀层质量。
（三）工件提出速度
工件提出速度不影响合金层厚度，只影响外层纯锌层厚度。一般提出速度愈快纯锌
层愈厚，但速度太快，锌层外观不良。
二、工件化学成分
工件碳含量愈高，铁与锌反应愈剧烈，所得合金层愈厚，镀锌层变脆，塑性下降。硅
含量在##’+%#,-+，形成的合金层疏松，厚度大；含硅量在#,-+%#-&+，形成的
合金层致密，厚度正常；硅含量.#-&+，合金层厚度增大，附着力差。
三、镀锌液成分的影响
（一）铝
含铝##,+%##-+，可使镀锌层光亮；含铝#,+%#,&+，能抑制铁锌反应，降
低合金层厚度；含铝量达’+时，镀锌层耐蚀性明显提高，铝含量达&+时，耐蚀性更好，
/01&+23145镀层的耐蚀性远优于镀锌层。
（二）铅
铅能改善锌液对钢的浸润性，提高镀层附着性；铅降低锌的熔点、黏度，延长工件表
面锌液凝固的时间，形成大锌花。
·,6"·
第二章热镀锌工艺
第三章热镀铝工艺
第一节钢件热镀铝工艺
热镀铝所形成的镀铝层由两部分构成：靠近基体的铁铝合金层及外部的纯铝层。钢
件热镀铝的工艺流程为：除油
!
酸洗
!
活化
!
助镀处理
!
热镀铝。
一、除油
除油常用碱洗液，溶液组成与工艺条件见表!"#$#!，碱洗后需用热水漂洗以除去
表面的残留碱液。
表!"#$#!碱洗工艺规范
溶液组成（%&’）与工艺规范!(
氢氧化钠（)+,）$-./-$-./-
碳酸钠（)
(
0+
$
）
(-.1-(-.$-
磷酸钠（)
$
2+
"
·!(,
(
+）(-.$-"-.1-
硅酸钠（)
(
34+
$
）
/.!-/.!-
+2#乳化剂!.(!.$
温度（5）6-.7-6-.7-
二、酸洗
酸洗可采用热镀锌所用硫酸或盐酸的酸洗方法，也可采用表!"#$#(的酸洗液。
·(17·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
硫酸价廉，但需加热，故耗能多，并且生成的硫酸铁盐难于洗掉，近年多采用盐酸酸洗。
除去氧化皮后，工件放入流动水中漂洗。
表!"#$#%酸洗工艺规范
溶液组成（&’(）与工艺条件
氧化皮不
厚的锻件
一般锻钢及冲压件
!%$
硫酸（)
%
+
"
，!,!-."）
./0!1/%//0%1/
盐酸（)23，!,!-/）!1/0%//浓盐酸
硫脲%0$%0$
乌洛托品!0$
温度（4）1/05/1/05/%10$1!10$/
三、活化
镀铝前将工件放在$6016)23中，在室温下浸渍17890!/789，使表面活化，然后
水洗，水洗后在$//40"//4下烘干。
四、助镀处理
钢件镀铝的助镀处理常采用表面钝化法和熔剂处理法。
（一）表面钝化法
将净化的钢件浸入钝化液中，在工件表面形成一层致密的:;
$
+
"
薄膜。此膜有一定
的活性，浸入铝液中迅速被铝还原，露出活性铁表面与铝反应，形成铁#铝合金层而镀上
铝。
钝化处理可以采用铬酸溶液，浓度为$/
&<(
，在常温下钝化数分钟，用水洗净残液，经
$//40"//4烘干后即可热镀。
（二）熔剂处理法
此法是将净化钢的表面粘附一层含有氟化物的熔盐层，在浸铝时此熔盐层可增强钢
表面的活化作用，提高铝对钢表面的浸润作用。熔剂法根据熔剂所处位置分为一浴法和
二浴法。
一浴法将熔剂覆盖在液态铝表面，当工件穿过此熔剂层时，表面覆盖上熔剂，浸入铝
液后，熔剂上浮，使钢露出活性表面与铝反应。二浴法是将熔剂单独置于一个加热锅中，
工件先浸粘一层熔融的熔剂，然后进入铝锅中热镀。表!"#$#$是常用熔剂组成。
·$5=·
第三章热镀铝工艺
表!"#$#$热镀层常用熔剂
一浴法二浴法
组分用量，%（重量）组分用量，%（重量）
&’()
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·",3·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
五、热镀铝
铝锅温度!"#$%#&，工件浸镀’()+%#()。采用钝化法或二浴法时，镀铝锅表面
需覆盖,-./01-.2"/"的熔盐防止铝液氧化。工件进入和提出铝锅时，需扒开熔盐覆盖
层。工件出铝锅后，应立即采取振动或气吹等方法去除表面多余铝液，然后冷却至室温，
应注意避免高温时的急冷。
六、后处理
工件从铝锅取出后水淬可以除去铝层表面黏附的盐膜。为提高耐蚀性也可进行钝
化处理。
第二节影响热镀铝镀层的因素
一、工艺参数的影响
（一）铝液温度和浸镀时间
合金层的厚度随镀铝温度的升高和浸镀时间的延长而增大。浸镀时间还与工件厚
度有关，对于碳钢工件，不同厚度的浸镀时间如表"34543所示。
表"34543热浸镀铝时间
工件厚度（((）"6#+"6’"6’+%6’%6’+36#36#+76#876#
热浸铝时间（()）#6’+""+%%+55+33+’
（二）提升速度
工件从镀铝锅中的提出速度对合金层无大的影响，主要影响镀层表面纯铝层的厚
度。纯铝层的厚度还与铝液的黏度有关。铝液黏度愈大，提升速度愈高，则表面层愈厚，
提升速度的影响远大于黏度的影响。
二、工件成分的影响
合金层厚度随镍、铬含量增加而增加，随铝含量增加而减小。碳含量增加，有利于合
·’79·
第三章热镀铝工艺
金层结构均匀化。
三、镀液成分的影响
镀液成分对镀铝的影响如表!"#$#%所示。
表!"#$#%镀液成分对镀铝的影响
成分产生的影响
硅
硅提高镀层的耐热性。能提高铝液的流动性，从而降低镀铝温度。硅有阻止合金层长大的作用，使
合金层厚度明显下降
铜镀铝液中添加&’(%’的铜能较大幅度降低合金层厚度，但含铜量大于$’时，会引起耐蚀性下降
锌锌能降低镀铝温度，缩短浸镀时间。锌可提高镀层的附着力和表面光泽
铁
镀铝液中含铁量大于&’时，增加铝液的黏度，使镀层厚度增加，但使镀铝层外观变暗，镀铝层粗糙，
铝液中的铁含量不宜超过&)%’($’
·+·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
第四章热镀锌铝合金技术
第一节概述
这些年来，已经商品化并投入大量生产的两种!"#$%合金镀层钢板是&&’$%#!"
镀层钢板和!"#&’$%#()镀层钢板。前者为美国+,-%+-+.钢铁公司于/012年研
究，/032年开始生产的，其商品名为45%65%7.+。目前已在世界许多国家生产。后者为国
际铅锌协会组织（89!(:）中比利时金属研究中心（;(<）研究开发，于2=世纪>=年代初
于法国!?+
@%+A
投产，其商品为45%B5"。目前正在许多国家推广。
第二节!"#$%合金镀层成分及镀层结构
一、!"#$%二元系状态图
!"#$%二元系状态图如图/C#C#/所示。
由此状态图看出，!"#$%合金在室温下的平衡结构是由
!
#$%和
"
#!"构成的双
相结构；
!
#$%相具有广阔的温度区域，其铝含量的浓度范围在D=’E/==’。在
"
#!"
相中，铝的浓度范围很小。锌在
!
#$%相中的浓度，在23DF时达D=’，在室温下降低到
·310·
第四章热镀锌铝合金技术
!"。在铝含量达#$"时，发生包晶反应而形成
!
相。当冷却时，在##"%&处发生共析
反应。’()%&合金的最低共晶点为$#+，其共晶组成的铝含量为!"。
图,-)-),’()%&二元系状态图
在’()%&二元系中，不形成金属间化合物，也不发生有序转变。但在实际钢材热镀
’()%&合金时，钢基体与融熔的’()%&合金界面上会形成较厚的./)%&)’(三元金属
间化合物相层。
二、镀层成分及第三组分
早在,01#年，2/34&/4/(钢铁公司曾对铝含量从,"567"的各种组成’()%&合金
镀层，在各种大气条件下，进行了为期!年的大气曝晒试验。结果表明，在铝含量为-"
5,7"范围内的’()%,合金镀层具有较高的耐蚀性；铝含量在,!"5#!"时，其耐蚀
性下降。以后，随铝含量的提高，其耐蚀性又逐渐增大，直到67"以上。图,-)-)#示
出’()%&合金镀层在不同大气条件下的耐蚀性比较。
另外，根据各种成分’()%&合金镀层钢板切边部位的腐蚀状况，确定铝含量在!!"
时具有好的电化学保护作用。高于此数量的’()%&合金镀层，其镀层钢板切边部位产
生锈蚀，而无锌的牺牲性保护作用。从而确定!!"%&的’()%&合金镀层成分。
其后，国际铅锌协会组织根据此试验结果，又确定-"51"%&的’()%&合金镀层。
对于!!"%&)’(镀层，由于熔融的!!"%&)’(合金与熔融的纯铝相似，能与钢基
体发生强烈反应而形成很厚的8/)%&合金层，致使镀层钢板的加工性大大降低。为降
低其合金层厚度，而在其中添加了一定量的硅。最终试验得出的理想组成为!!"%&)’(
),91":;。
·$10·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
图!"#"#$各种组成的%&#’(合金镀层的耐蚀性
!—海洋大气（)+,海滨，距海岸$"-）；$—海洋大气（同前地区，距海岸$".-）；
/—工业大气（0123,45(,5,&焦化厂）；"—农村大气（012678(79:+;）；
<—工业大气（3,45(,5,&研究所）
对于%&#<=’(合金镀层，由于此合金熔融后对钢基体的浸润性较差，其镀层中往
往含有未镀上的漏铁点。为解决此问题，而在其中添加第三组分。研究表明，在此熔融
合金中添加少量稀土元素>1#?,混合物有明显效果（图!"#"#/）。
图!"#"#/%&#’>合金添加稀土元素对其镀层漏镀点的影响
!—未加；$—添加稀土元素
显然，在’(#%&合金镀层中，铝含量愈高，其漏铁点愈多，添加稀土的效果愈明显。
三、%&#’(镀层的显微结构
<<=’(#%&镀层具有成核的枝晶状显微结构。它由@.=（体积）的富铝枝晶臂和约
$.=（体积）的富锌枝晶间物质构成。这种多相的枝晶状显微结构会导致富锌的枝晶区
·ABA·
第四章热镀锌铝合金技术
优先腐蚀，从而对镀层的其他组分和钢基体提供牺牲性保护作用。其细小的富铝枝晶臂
相互间构成许多间隙，这些间隙内能将锌的腐蚀产物储存于其中。因此，由于!!"#$%
&’镀层具有这种独特的腐蚀机制，而使此种镀层的耐蚀性比厚度相同的普通热镀锌层有
很大提高。
&’%!"#$%()合金镀层具有典型的共晶组织的层状结构。经铬酸侵蚀的镀层截
面的扫描电子显微镜观察表明，此种镀层的共晶组织呈明暗相间的层状结构，层间的距
离约为+,-.
!
/。其亮层与暗层的化学成分不同（表.0%0%.）。
表.0%0%.&’%!"#$镀层组织的化学组成
共晶体部位
化学组成"
&’#$12
亮层30+04+.5+!
暗层64+3..+.,+
应当指出，此镀层在浸镀后的冷却速度对镀层的共晶结构有一定影响。浸镀后立即
浸于水中快速冷却时，所得镀层虽然与上述空冷时的层状结构相同，但亮层与暗层的间
距大大缩小，接近+.
!
/。同时，镀层的硬度也有提高，达到.4789:。另外，镀层的耐
蚀性也有较大提高。
第三节!!"#$%&’合金镀层钢板
一、!!"#$%&’合金镀层钢板的生产
!!"#$%&’合金镀层钢板的生产工艺和过程与钢带连续热镀锌相似，一般采用改进
的;2’<=>/>?法或美钢联法热镀生产线生产。
镀层成分为!!"#$%05+0"&’%.+,";>，镀液温度在!3-,.@。锅体为感应加
热的陶瓷锅。为保持镀液成分均匀，在装入镀锅之前，先在小型铁锅中预熔化合金锭，然
后再倒入镀锅中。
镀层重量由气刀控制。标准中规定的镀层重量有多种，可根据用途不同，进行选择。
!!"#$%&’镀层合金的密度仅为5+,3ABC/
5
，在镀层重量相同的情况下，它的厚度是镀
锌层厚度的4倍。
·73·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
钢带浸镀后并经气刀擦拭后，需进行强行的快速冷却。钢带从!""#降到$%"#的
冷却速度应大于&&#’(，以达到最高的耐蚀性。因为快速冷却可使此种镀层形成以
!
)
+相为主体的含有少量树枝晶富锌相的镀层结构。
近年来，将此种镀层配方用于钢管和钢结构件上也取得了成功。对于钢管或钢结构
件由于形状复杂，只能采用熔剂法工艺。采用的熔剂由,-.+、/.+、/0和12.+
3
构成。此
熔剂的熔点约为45"#，热镀温度为!3"6!5"#。将此镀层热镀于
"
&"6
"
&!77的钢管
上，用以取代镀锌管，可大大提高其耐热水的腐蚀性，并可避免铅的污染。
在热镀结构件方面，有报道采用钝化法将此镀层用于高速公路护栏。
二、558+)12合金镀层钢板的性能与用途
（一）耐蚀性
558+)12镀层钢板具有比传统热镀锌钢板优异的耐大气、土壤及水介质的耐蚀
性。它与镀锌板及镀铝板长期大气曝晒试验结果分别示于图&4)4)46图&4)4)%和
表&4)4)3。
图&4)4)4三种镀层钢板在工业地区
（9:;<+:<:2，=>?）
&$年大气曝晒试验结果对比
&—镀锌钢板（3"
!
7）；3—558+)12镀层钢板（3"
!
7）；$—镀铝钢板（5"
!
7）
·&%@·
第四章热镀锌铝合金技术
图!"#"#$三种镀层钢板在农村地区（%&
’(&)+,)-./0
）
!1年大气曝晒试验结果对比
（图中符号含义同图!"#"#"）
图!"#"#2三种镀层钢板在海滨地区（3,)4海滨，5"67）
!1年大气曝晒试验结果对比
（图中符号含义同图!"#"#"）
图!"#"#8三种镀层钢板在海滨地区（3,)4海滨，5"7）的
!1年大气曝晒试验结果对比
（图中符号含义同图!"#"#"）
·589·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
表!"#"#$两种镀层钢板!%
!
!
!
年大气腐蚀失重比值
大气曝晒地区&&’()#+镀层,镀+层大气曝晒地区&&’()#+镀层,镀+
!
!
!
层
工业大气（-./0).0.+，123）43$海洋大气（567.海滨，$"8）
!
!
!
"3$
农村大气（9:;):7<=67>123）%3"海洋大气（567.海滨，$"?8）$3?
&&’()#+镀层钢板与镀锌钢板在土壤中的腐蚀试验结果示于图!"#"#@。在水
介质中及湿热试验中三种镀层钢板的腐蚀试验结果列于表!"#"#%。
图!"#"#@两种镀层钢板的土壤腐蚀试验结果对比
!、"—重腐蚀介质；$、%—中等腐蚀介质；&、4—轻腐蚀介质；
!、$、4—镀锌钢板；%、"、&—&&’()#+镀层钢板
（以A2A)
$
#B2A)#C>9D
"
水溶液调节土壤腐蚀性）
表!"#"#%三种镀层钢板浸水及湿热试验结果对比
试验条件试验材料开始生锈时间,E
浸水$$0后空气中干燥$0
&&’()#+镀层钢板
镀锌钢板
!
型镀铝钢板
F?
4"
&
湿热试验$$0空气中干燥$0
&&’()#+镀层钢板
镀锌钢板
!
型镀铝钢板
%&
&
&
连续浸水试验
&&’()#+镀层钢板
镀锌钢板
!
型镀铝钢板
!!"
F?
!4
在潮湿环境下存放的锈蚀试验表明，无论是成卷的或切板的&&’()#+镀层钢板
的耐蚀性均高于镀锌板。图!"#"#F列出经铬酸盐钝化处理的两种镀层钢板存放时的
·%GF·
第四章热镀锌铝合金技术
锈蚀状况对比。
图!"#"#$在潮湿仓库中存放时，两种镀层钢板锈蚀状况对比
!—%%&’(#)镀层钢板；+—镀锌钢板
此外，还对%%&’(#)镀层钢板与镀锌钢板同时在汽车车体底部进行为期+年的
挂片试验。其试验结果列于表!"#"#"。显然，%%&’(#)镀层钢板的耐蚀性远优于
镀锌钢板。
近几年，,-./(-/-0钢铁公司又对不同铝含量的)#’(合金镀层钢板在前述的四个
地区12年的大气曝晒试验结果（图!"#"#!2）及在建筑物上（作屋顶板）的实际使用情
况进行考察与研究。
表!"#"#"汽车底部挂片试验的腐蚀率3
!
0·4
#!
试片编号行车时间5月行车距离560镀锌钢板（7$2）%%&’(#)镀层钢板腐蚀率比值
’+8+$!191:112:"99:!
,!%1!"9+!:%82:"+1:9
;+!!+<$1!:%"2:+!9:1
=!8+8"!2!:"22:8<+:!
>+"1<+$"!:!22:%8!:9
?!"+1!<$!:$22:+"9:$
结果表明，在苛刻海洋环境下，镀锌钢板开始生锈时间是在"@%年，而铝含量在
":9&@9&的)#’(镀层开始锈蚀的时间稍长。但铝含量从9&@1%:!&的镀层呈下
降趋势。而铝含量在"":8&@8$:8&的镀层在!%年开始锈蚀。在其余三种大气环境
下，铝含量在"":8&@8$:8&的镀层钢板从挂片至今（12年以上）仍未锈蚀。
对%%&’(#)镀层钢板腐蚀电位的测定结果（表!"#"#%）表明，在不同地区挂片
12年后，镀层的腐蚀电位虽然比曝晒前的电位
AB-
（#!:22C）略有增大（#2:$+@
#2:$%C），但仍比钢的电位小得多，这样就能继续对钢基体提供牺牲性保护。
·"9$·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
图!"#"#!$在四种大气条件下，%&#’(镀层板开始生锈的时间
（箭头所指表示未锈蚀，继续试验）
表!"#"#)))’(#%&镀层钢板+$
!
!
!
年曝晒后的腐蚀电位
大气曝晒条件腐蚀电位
,-.
/0大气曝晒条件腐蚀电位
,-.
!
!
!
/0
曝晒前))’(#%&镀层钢板#!1$$工业大气，+$年
!
!
!
#$12)
中等海洋大气，+$年#$123钢基体（曝晒前）
!
!
!
#$1")
农村大气，+$年#$12)镀锌钢板（曝晒前）#!1$$
（二）耐热性及对光和热的反射性
))’(#%&镀层钢板在+)$4以下长期使用，其外观无变化。高于+)$4时，由于表
层的扩散而变灰色，失去光泽。在"$$4下，其氧化增重与镀铝钢板相近。三种镀层钢板
在+$$4和"$$4下的氧化增重曲线列于图!"#"#!!。
))’(#%&镀层还具有比镀铝层好的对光热的反射性（表!"#"#5）。
表!"#"#5三种镀层钢板对光热反射率对比
光波类型
反射率/
))’(#%&镀层钢板镀锌钢板
!
型镀铝钢板
可见光波长$1")6$17$
"
85)"915—
红外光波长31"877—95
·)92·
第四章热镀锌铝合金技术
图!"#"#!!三种镀层钢板在$%%&和"%%&下的氧化增重曲线
!—镀锌钢板；’—(()+#,-镀层钢板；$—镀铝钢板
（三）力学性能及焊接性
商品级与全硬级(()+#,-镀层钢板具有与镀锌钢板相接近的力学性能（表!"#"
#.）。此外，由于其合金层厚度很薄，其加工性良好，可以滚压成形。但在成形时，应加
润滑剂。
表!"#"#.(()+#,-镀层钢板的力学性能
品种
!/
0123
!4
0123
"
5)断面收缩率5)
商品级$"(6"(%’7%6$"(’"6$((%67%
全硬级7’%((%$67—
(()+#,-镀层钢板有较好的焊接性，可用一般电阻焊和弧焊进行焊接。电阻焊接
条件与镀锌钢板相同，点焊电极应修整，以保持焊头的外形和尺寸。
此外，(()+#,-镀层钢板经铬酸盐钝化处理后，还可进行良好的涂装。其涂装性
优于镀锌钢板。实践证明，其表面的铬酸盐钝化膜与涂漆层的粘附性远比镀锌板好。
（四）(()+#,-镀层钢板的用途
此种镀层钢板具有良好的耐蚀性（仅次于镀铝板）和一定的耐热性。其镀层外观呈
美丽的小结晶花纹。与镀铝钢板相比，其生产过程简单，热镀温度低。其用途范围超过
了镀锌钢板，可以部分地代替镀铝钢板。具体用途参考镀锌钢板。
·7.8·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
第四节!"#$%&’#()合金镀层钢板
一、!"#$%&’#()合金镀层钢板的生产
!"#$%&’#()合金镀层的原料合金锭按&+,-.$/—0$的规定炼制。应当指出
的是合金锭中的12、"、34等杂质含量应严格控制在该标准规定含量以下（表56#6#
0）。
表56#6#0!"#$%&’#()
!
!
!
合金锭的化学成分
元素含量7%元素含量
!
!
!
7%
铝68.9:8;镉
!
!
!
和铈/8/=9/85/锡
!
!
!
铁
!
!
!
硅
!
!
!
铅
!"#$%&’#()合金镀层钢板的生产工艺与钢带连续热镀锌相同，可采用改进的
>"4?@A@B法或美钢联法生产线。主要区别是其镀液温度稍低于锌液，为6=/96:/C。
在浸镀时，由于稀土金属容易氧化，锅中的稀土含量逐渐降低，尤其在锌液的上部。但由
于在连续生产过程中，此合金锭不断补充于镀液中，可使锌液中稀土金属的浓度维持在
一定的低水平（约/8/5%9/8/=%）。
钢带入锅温度控制在6$/C，经沉没辊转向出锅后经气刀擦拭，控制镀层厚度。然
后，用冷风进行强制快速冷却。
!"#$%&’#()镀层用锅体可用感应加热陶瓷锅，也可用铸铁锅或不锈钢锅体，但
不能用碳钢。用铸铁锅时，在铸铁中添加少量铬或钼，则更耐蚀。按3(,的研究结果，
锅中的结构件可采用特殊不锈钢（表56#6#D）。由它制做的沉没辊运转一年的厚度损
失仅为/8=9/86AA。
采用不锈钢作锅体时，应用奥氏体的，不用铁素体的。操作时，锅的温度不能过高。
超过$//C时，其腐蚀率急剧增大。
·..D·
第四章热镀锌铝合金技术
表!"#"#$用于%&#’()#+,镀层的锅中结构件化学成分
不锈钢的化学成分-(
./01&2/.340
腐蚀率-55·6
#!
789":877!8777879787!:’87!:8778";78<
787:"877!877787:787!!=87!"87789;78’
近年来，已将%&#’()#+,镀层用于钢丝及钢结构件上。其工艺均为熔剂法。由
于常规的热镀锌熔剂与镀液中的铝反应形成).
9
，而失去其熔剂作用，为此，开发出双
锅镀工艺，即先用熔剂法镀锌，然后再进入%&#’()#+,锅中镀此合金，并取得成功。
另外，对热镀%&#’()#+,合金用熔剂也进行了研究，例如在常规热镀锌用熔剂中添
加.>.
:
、甲醇等。
二、%&#’()#+,合金镀层钢板的性能和用途
%&#’()#+,镀层的耐蚀性高于镀锌层，特别是在工业大气或海洋大气中耐蚀性
尤为突出。
（一）盐雾试验结果
在实验室盐雾箱中，中性盐雾试验所得结果列于表!"#"#!7和表!"#"#!!。
表!"#"#!7不同镀层质量的两种镀层钢板盐雾试验结果
镀层质量-?·5
#:
开始出现红锈的时间-@出现’(面积红锈的时间-@
镀锌钢板
%&#’()#+,
镀层钢板
镀锌钢板
%&#’()#+,
镀层钢板
’7’7!’7’7:’7
!77!77::’:77’77
!’7!’79:’9’7!777
:77!’7’77——
从表看出，%&#’()#+,镀层抗盐雾腐蚀性至少高出镀锌板9倍。
表!"#"#!!三种镀层钢板盐雾试验的初锈时间对比
试样原始状况
开始产生红锈的时间-@
%&#’()#+,镀层钢板
（镀层质量：:<7?·5
#:
）
镀锌钢板
（镀层质量：:AA?·5
#:
）
’’()#%&镀层钢板
（镀层质量：!=A?85
#:
）
试片!（切边封闭）A77997:777
试片:（切边未封闭）A77997!"77
·A=$·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
（二）!"
#
加速腐蚀试验结果
对于含有!"
#
的工业大气，$%&’()&+,镀层钢板比传统镀锌板好得多的耐蚀
性。在含有-./01/
2
和2/01/
2
的模拟工业大气条件的加速腐蚀试验结果示于图-3&
3&-#和图-3&3&-2。
图-3&3&-#模拟工业大气的!"#加速腐蚀试验结果对
比（相对湿度42(543(，2’6，-./01/
2
!"
#
）
-—镀锌钢板；#—$%&’()&+,镀层钢板；
2—’’()&$%镀层钢板；3—镀铝钢板
图-3&3&-2模拟工业大气的!"
#
加速腐蚀试验
结果对比（相对湿度42(543(，2’6，2/01/
2
!"
#
）
-—镀锌钢板；#—$%&’()&+,镀层钢板；2—镀铝钢板
（三）大气曝晒试验结果
$%&’()&+,镀层钢板对各种大气的耐蚀性均优于传统镀锌钢板，而与’’()&
$%镀层钠板接近。表-3&3&-#及表-3&3&-2列出比利时金属研究中心（7+8）对$%
&’()&+,镀层钢板与其他镀层钢板在三个地区的大气曝晒试验-年和’年的结果。
·494·
第四章热镀锌铝合金技术
表!"#"#!$三种镀层钢板!年的大气曝晒试验结果对比
曝晒试验地点大气类型
曝晒!年镀层厚度损失%
!
&
镀锌钢板
’(#)+,#-.
镀层钢板
))+,#’(
钢层钢板
腐蚀率比值
’(#)+,#-.镀层
镀锌层
/0121工业大气$34435436437)
89:;1(<1
海洋大气
海洋大气（苛刻）
$3"
)3"
!3"
$3=
$3$
$36
43)=
43)$
.>?1(农村大气!344374374374
表!"#"#!7三种镀层钢板)年的大气曝晒试验结果对比
曝晒试验地点大气类型
曝晒)年镀层厚度损失%
!
&
镀锌钢板
’(#)+,#-.
镀层钢板
腐蚀率比值
’(#)+,#-.镀层
镀锌层
/0121工业大气!)34)3"437)
89:;1(<1
海洋大气
海洋大气（苛刻）
!$3)
$434
@37
!43"
435"
43)$
.>?1(农村大气!43"73"4377
日本钢铁公司对’(#)+,#-.镀层钢板及镀锌钢板在四种大气条件下!4年的大
气曝晒结果示于图!"#"#!"，并对其腐蚀产物进行了研究，其结果列于表!"#"#!"。
图!"#"#!"四种大气条件下’(#)+,#-.镀层钢板与镀锌板!4年大气曝晒结果
!—镀锌钢板；$—’(#)+,#-.镀层钢板
·4=@·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
表!"#"#!"!$年大气曝晒后镀锌板和%&#’()#+,镀层板的腐蚀产物
大气类型镀锌层%&#’()#+,镀层
农村大气%&-%&
"
.-
/
（-0）
1
·0
2
-
工业大气%&
"
.-
/
（-0）
1
·0
2
-%&
1
)
2
（-0）
!1
.-
/
·"0
2
-
海洋大气%&
"
.-
/
（-0）
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·0
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-%&
1
)
2
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!1
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/
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2
-
海洋大气（苛刻）%&
"
.-
/
（-0）
1
·0
2
-%&-、%&
"
.-
/
（-0）
1
·0
2
-、%&
1
)
2
（-0）
!1
.-
/
·"0
2
-
通过!$年的曝晒试验结果的研究得出以下结论：（3）镀锌钢板的腐蚀损失随时间的
延长呈直线关系而增大，而%&#’()#+,镀层钢板的腐蚀损失呈抛物线关系而增大，
其耐蚀性的差别更加显著；（4）%&#’()#+,镀层在四种条件下的耐蚀性至少是镀锌
层的2倍。即使在长期曝晒后，%&#’()#+,镀层的腐蚀产物仍然存在，因而降低了
其腐蚀速率。
（四）%&#’()#+,镀层钢板的用途
在性能上，%&#’()#+,镀层钢板除耐蚀性优于镀锌板外，其涂装性也优于镀锌
板，而其他性能例如力学性能与镀锌板相当，且其生产工艺与镀锌板相同。因此，它可完
全代替镀锌板而使用。
另外，由于开发出适于热镀此种镀层的新熔剂，而可用熔剂法镀其他钢材，例如钢管
及钢结构件等。从而可取代这些钢材的镀锌产品，取得更好的社会效益。
第五节高性能锌合金镀层
近!$年来，相继开发出耐蚀性更高的或具特殊性能的锌基合金镀层，例如，%&#
$5’(67镀层、%()#/(67镀层及%Y镀层等。
一、%&#$5’(6
7
镀层钢板
由新日铁开发的商品名为“:;6)%<=.”的%&#$5’(6
7
镀层钢板比传统镀锌钢板
具有更高的耐蚀性，且其他性能及生产成本无大的变化。
研究发现，在锌液中添加少量6
7
，可使其耐蚀性提高。当加6
7
量达$5’(时，锌层
的腐蚀率降到最低（图!"#"#!’）。
·!>?·
第四章热镀锌铝合金技术
图!"#"#!$加%
&
量与锌镀层耐蚀性的关系（盐雾试验结果）
此种锌基合金镀层的盐雾腐蚀试验表明，在相同镀层重量下，其耐蚀性为传统镀锌
层的!’$()倍（图!"#"#!）。复合循环腐蚀试验表明，+,#-’$.%
&
镀层的腐蚀失
重仅为传统镀锌层的!/$（图!"#"#!0）
图!"#"#!+,#-’$.%
&
与镀锌层的盐雾试验结果
!—+,#-’$.%&镀层；)—传统镀锌层
图!"#"#!0两种镀层的复合循环腐蚀试验结果
!—传统镀锌层；)—+,#-’$.%&镀层
大气加速腐蚀试验（每周向试片表面喷$.盐水)次）!)个月的结果表明，+,#
-’$.%&镀层的耐蚀性至少是传统镀锌层的1倍，且随曝晒时间的延长而趋于稳定。然
而，传统镀锌层却严重腐蚀（图!"#"#!2）。
·)23·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
图!"#"#!$两种镀层的大气加速腐蚀试验结果
!—镀锌层；%—&’#()+,-镀层
此外，在农村大气条件下的试验场曝晒%!个月后，&’#()+,
-
镀层钢板的腐蚀率
仅为")
-.
（/
%
·0），而传统镀锌板的腐蚀率高达!
-.
（/
%
·0）。在海洋大气条件下曝晒1
个月的结果表明，&’#()+,
-
镀层钢板失重为21)"
-./
%
，而镀锌板高达!23)$
-./
%
。
对&’#()+,
-
镀层的腐蚀产物研究表明，此种镀层的高耐蚀性原因在于其腐蚀
产物为致密的&’45
%
·"&’（67）
%
层，它对&’#,
-
镀层的阳极反应比腐蚀产物以疏松的
&’6为主的镀锌层更易受到抑制所致。
此外，&’#()+,
-
镀层的硬度（78!((）也高于普通镀锌层（781），故其抗划伤性
优于镀锌层。
二、&’#1+95#2+,
-
镀层钢板
由日新制钢于%(世纪:(年代开发的&’#1+95#2+,
-
镀层是当前锌基合金镀层
中具有最高耐蚀性的新型镀层。
其在&’#1+95的共晶组织中添加不同数量的镁，对其热镀镀层的复合循环腐蚀试
验表明，含镁达2+时，镀层的耐蚀性大大提高（图!"#"#!:）。而且镀层产生红锈的循
环次数在2+,
-
时，突然大幅度增加（图!"#"#%(）。
从图!"#"#!:看出，当镀层的腐蚀失重达1(
-./
%
时，各种镀层的循环腐蚀试验的
循环次数分别为：&’#()%+95：!(次，&’#1+95：%次，&’#")+95#()!+,
-
：2(次，
&’#1+95#()!+,-：2次，&’#1+95#!+,-：(次，&’#1+95#%+,-：:(次，&’
#1+95#2+,-：!$(次［镀层质量均在（:(;）-./
%
］，可见此新型镀层比传统镀锌层
（&’#()%+95）的耐蚀性高!$倍之多。
·2$:·
第四章热镀锌铝合金技术
图!"#"#!$含%
&
量不同的’(#)镀层的循环
腐蚀试验，镀层失重的对比
!—’(#+,-.)；-—’(#/.)；0—’(#",1.)#+,!.%&；
"—’(#/.#+,!.%&；1—’(#/.)#!.%&；
/—’(#/.)#-.%&；2—’(#/.)#0.%&
图!"#"#-+’(#/.)镀层中%
&
含量与产生红锈的循环试验次数的关系
对此种高耐蚀镀层及其腐蚀产物的微观研究表明，此镀层耐蚀性优异的原因是其产
物与众不同。众所周知，’(#)!共晶组织是层状的结构，但加镁后，此共晶组织变成颗
粒状结构。当加镁达+,-.3-.时，在’(#)!共晶体中析出了’(#)#’(
-
%&三元共
晶体，并随镁含量增高，其析出量愈多。当镁含量达0.时，镀层组织就以此’(#)#
’(
-
%&三元共晶为主体了。这种镀层组织在腐蚀环境下形成的腐蚀产物与其他锌基镀
层有很大差异。
对普通镀锌板、’(#1.)#+,!.%
&
及’(#/.)#0.%
&
镀层钢板的盐雾试验、
湿热试验及循环腐蚀试验的腐蚀产物进行了分析，结果表明，’(#/.)#0.%
&
镀层的
盐雾试验腐蚀产物为双层结构：上层为碱性碳酸锌铝［’(
/
)
-
（45）
!/
64
0
·"5
-
4］，底层为
·"7$·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
碱性氯化锌［!"
#
（$%）
&
’(
)
·%
)
$］，无非保护性的!"$和碱性碳酸锌［!"
（$%）
+
’$
,
·
%
)
$］形成。
其湿热试验的腐蚀产物以碱性碳酸锌铝为主，也无非保护性的腐蚀产物形成。
在循环腐蚀试验过程中，发现镀层中的-
.
逐渐向外移动，而铝不移动，并形成难溶
性的碱性碳酸锌铝。它能长期存在于钢板表面，而可抑制钢的腐蚀。
由此可见，镀层中的镁能长期抑制碳酸锌及氧化锌等非保护性腐蚀产物的形成。
三种镀层的极化曲线测定表明，普通镀锌层在腐蚀初期，其腐蚀电流不断增大，而!"
/#01(/2340-.镀层的腐蚀电流处于低的水平，但不久又急剧增大，而!"/+01(/
,0-.镀层在盐雾试验#225后和循环腐蚀试验)2个循环后仍维持在极低的水平（图4
//)4和图4//))）。这是因为含镁的锌系镀层腐蚀产物具有优异的抑制阴极反
应的效果。即使其上层的腐蚀产物的致密性差，其下层的含镁的碱性碳酸锌铝也可抑制
阴极反应，而不发生剧烈的局部腐蚀，从而表现出长期的稳定的耐蚀性。
图4//)4盐雾试验腐蚀电流的变化
4—镀锌层；)—!"/#01(/2340-.镀层；,—!"/+01(/,0-.镀层
图4//))循环腐蚀试验后腐蚀电流变化
4—镀锌层；)—!"/#01(/2340-.镀层；,—!"/+01(/,0-.镀层
·#&6·
第四章热镀锌铝合金技术
三、!"#$%合金镀层
众所周知，在间歇分批式钢结构件热镀锌时，在结构件的螺栓孔，复合结构件的缝隙
中以及其棱角处，一般都有过量的锌液不能自行流出，凝固后结成锌瘤。这给其以后的
施工及安装造成困难。为解决此间题，曾研究在锌液中添加少量$%取得了良好的效果。
研究表明，过量锌液的排除与其粘度和表面张力有关。一般情况下，添加合金元素对锌
液的粘度影响小，而对其表面张力的影响大。试验用试样为螺栓与垫圈紧固件，其间的
缝隙间距为&’())。经热镀四种合金镀液后，镀件的增重与镀液的组成示于图+#+#
&,。四种镀液表面张力测量结果示于图+#+#&+（其中-./和01/分别代表特级锌
和号锌）。显然看出，在此两种纯锌中加铋均有一定效果，且加铋后其表面张力均有降
低。
图+#+#&,锌液中加铋与未加铋螺栓试样的增重
图+#+#&+加铋与未加铋的锌液表面张力
另外，将$%与02同时加入锌液，则02可起到$%的“储存库”的作用。试验表明，$%
在02中的溶解量是在锌中的34倍。当锌液中$%消耗时$%可从02中析出，使锌液中的
$%量相对稳定。
此外，锌液中加$%附带的好处是$%对锅体有保护作用，它可在锅壁上形成金属间化
·567·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
合物保护层，使锅的使用寿命延长。同时，!"对镀层的结构、附着性、钝化及耐白锈性以
及涂装性等均无不利影响。
为期#年的工业试生产表明，加铋对降低锌渣的生成量有利，但对锌灰及熔剂渣的
生成量，不同厂家结果不同（表$%&%&$’）。
表$%&%&$’三个厂家对钢结构件热镀()&!"合金的技术经济数据
公司代号工艺锅长+合金液投产时间
工件镀锌
量变化
,
锌灰生成
量变化
,
锌渣生成
量变化
,
熔剂渣生
成量变化
,
总锌耗
变化
,
$
-
湿法./01234!"$55’年$6月&$#4’&$$40&5
#
-
干法
0/0
%/6
7834!"
7834!"
$55’年%月
$55’年9月
—
—
—
—
—
—
—
—
&$.
&$%
.
-
干法$6/:7834!"$559年0月&$64%6&#’——
此种()&!"合金镀层的商品名为“3;<=;>
注册使用。
·0:5·
第四章热镀锌铝合金技术
第五章热镀铅锡合金和锡锌合金
第一节概述
铅锡二元系在固态和液态下均不能相互溶解，仅在高温（约!"##$以上）下才发生溶
解作用。但不形成金属间化合物（图!%&’&!）。
图!%&’&!()&+二元系状态图
由()&+二元系状态图看出，在,-.$以下，形成单独的固态金属；在,-./!’-0$
之间的宽广温度间隔内，两者均不发生作用。因此，在钢材热镀铅时，必须借助一些既与
铅作用又与铁作用的第三元素才能形成镀层。实践证明，锡和锑是理想的第三元素，它
们能与铁反应形成()12
-
和()1+
-
合金层。因此，利用含有一定量的锡和锑的铅合金就
·003·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
很容易在钢材上热镀铅了。
第二节热镀铅锡合金镀层钢板
一、热镀铅锡合金钢板的生产
（一）热镀铅锡合金用原板
镀铅用原板（带）的材质根据用途而定。对于需要进行深冲加工的镀铅板宜采用!"#
或!"$%等深冲性好的原板，但应避免在热镀铅温（&’!(&)!）下产生时效硬化而降低
其延伸率。此外，由于钢板热镀铅通常采用熔剂法，钢带在生产线上无退火过程，所用原
板带应预先经过线外退火和调质轧制的全精轧板材。近年来，为解决其时效硬化问题，
开始采+#钢作为镀铅原板。
（二）工艺流程
镀铅钢板的生产工艺目前仍采用熔剂法。过去采用单张分批式镀法，目前已基本上
被钢带连续热镀生产线取代。其工艺流程示于图,’-.-/。
该镀铅生产线全长,./0，机组速度为’.01023。可镀宽.,!(,’!!00，板厚!4/5
(,4),00，直径,"!!00的钢带卷。也可剪成长&))!00的镀铅钢板。
在此生产线上设有钢带前处理、熔剂处理、镀铅及后处理等工序。
图,’-.-/钢带连续热镀铅生产线流程示意图
,—脱脂槽；/—酸洗槽；&—活套车；’—铅锅；.—冷却段；)—净化段；
6—擦拭塔；"—活套塔；5—卷取机；,!—堆垛机
·5"5·
第五章热镀铅锡合金和锡锌合金
钢带的前处理包括脱脂和酸洗。生产线的人口段与钢带连续热镀锌相同。进入工
艺段后，钢带经碱洗槽脱脂、热水漂洗后进入酸洗槽除去表面氧化膜，再进入水洗槽漂
洗，除去残余酸液，随即进入熔剂槽，在钢带表面涂熔剂后进入铅锅中镀铅。铅液表面覆
盖有熔融状的熔剂层，层厚约!""#$""%%。钢带穿过此覆盖层进入铅液，绕过铅锅内的
沉没辊转向引出铅液，通过铅液面上的油槽（槽内装有棕榈油、鱼油或矿物油）和镀层辊
控制镀层厚度。目前对镀层厚度的控制多采用气刀。钢带垂直上升，经风冷，进入净化
段及麦麸擦拭塔，除去钢带表面的粘附的油脂。最后，钢带通过活套塔、矫平机进入卷取
机，或经过飞剪，剪成钢板后堆垛。
（三）各工序的工艺技术参数
钢带连续热镀铅生产线各工序的技术参数列于表!&’(’!。
表!&’(’!钢带连续热镀铅工艺技术参数
工序成分和配方技术参数
脱脂金属脱脂剂（浓度)#(水溶液）)"#)(+，时间：,-".后刷洗
酸洗/
$
01
&
（!"#!(）或/23（(#!"）添加!#$缓蚀剂
4"+，时间：,&".（/
$
01
&
）
&"+，,-".（/23）
熔剂5623
$
’7/
&
23水溶液（$"）常温，!#$%86
覆盖剂5623
$
’7/
&
23（!9)分子比）或5623
$
’":(#!0623
$
)("#)-"+覆盖于铅液表面
镀铅;<’!"’$(06或;<’!"06’(0<)-"#)4(+，!"#)".
（四）预镀镍热镀铅工艺
由于钢板的热镀铅层是依靠其下部的=>06
$
和=>0<
$
中间合金层而附着于钢基体
上。故在铅液中必须加入足够量的锡或锑，此中间合金层才能连续。同时，对钢带的前
处理（脱脂和酸洗）条件的要求也十分严格。其碱洗应采用电解脱脂法，其酸洗温度较
高，时间较长，以彻底净化钢带表面。但往往造成过酸洗而腐蚀钢带基体。然而，采用预
镀镍可大大减少锡和锑的添加量，同时也不需要十分严格的前处理。图!&’(’)列出
了预镀镍对防止镀铅层产生针孔漏镀的效果。
显然，钢带预镀镍层质量达!
?@%
$
就可完全消除镀铅层的针孔漏镀，同时，铅液中添
加的锡量可降到-#A。预镀镍层的这种作用是由于镍层在熔融的;<’06合金中能
与06快速反应形成致密的7806合金层，并改善了铅锡合金液的浸润性。从而可获得连
续性良好的镀铅层。
·"BB·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
图!"#$#%预镀镍量与镀铅层针孔漏镀的关系
!—&’#!$()；+—&’#,()镀层
钢带连续热镀铅生产线上，预镀镍槽设置在酸洗、水漂洗并被橡胶辊挤干后与熔剂
槽之间。预镀镍电镀液的成分及工艺技术条件列于表!"#$#+。
表!"#$#+钢带预镀镍电镀液成分及工艺技术条件
镍电镀液成分和浓度-.·/
#!
电镀工艺技术条件
硫酸镍（01)2
"
·34
+
2），+"5温度："$6
氯化镍（0178
+
·94
+
2），"$阴极电流密度：!5:·;<
#+
磷酸（4
%
&2
"
），%
=4值：%>+
预镀镍的钢带经水洗后进入熔剂槽。在熔剂槽可除掉预镀镍层表面形成的微薄的
氧化膜，然后进入铅锅镀铅。以后的过程与前述一般热镀铅生产线相同。
（五）后处理
钢带热镀铅后进入后处理段。后处理包括封孔处理和涂覆防锈润滑油等工序。封
孔处理的目的是对镀铅层可能出现的针孔漏镀进行封闭，以提高其耐蚀性。
封闭处理采用!(磷酸水溶液在,56下浸渍$?后再水洗。图!"#$#"示出镀铅层
经磷酸封闭处理后的盐雾试验结果。（钢带前处理采用!5(硫酸在@56下酸洗。其预
镀镍的酸洗!5?，不预镀镍的酸洗"$?。预镀镍量为!
.-<
+
。镀铅层质量为$5A$9
.-<
+
。
盐雾试验时间为+"B。）
显然，预镀镍并经封闭处理的镀铅层，其耐蚀性明显提高。经对封闭层的分析得知，
镀层表面的&2
%#
"
含量约为!A+<
.-<
+
。镀铅层的针孔被磷酸盐膜覆盖。
封闭处理后再进入涂油机，用辊涂法涂覆防锈润滑油，以提高其耐磨损性及冲压成
形性。
·!@@·
第五章热镀铅锡合金和锡锌合金
图!"#$#"镀铅层的封闭处理效果对比
!—只经酸洗未经封闭处理；%—预镀镍未封闭处理；
&—只经酸洗及封闭处理；"—预镀镍并封闭处理；
二、镀铅板的性能和用途
（一）耐蚀性
钢材的热镀铅层具有优异的耐化学药品的腐蚀性和耐汽油腐蚀性。表!"#$#&及
表!"#$#"列出其在化学药品及汽油中的试验结果。
表!"#$#&三种镀层的耐化学药品腐蚀试验结果
’()
!
!
!
%
化学药品热镀铅层热镀铝层热镀锌层
!
化学药品热镀铅层热镀铝层热镀锌层
!
!
!
!
$+,
%
-.
"/0/1%0110/
$+2,
"
.,
!
!
!
/0/$/0"/0!!
$+,34/0&%!%0/50/$+26%3.&
!
!
!
/0!/!0//0/!
$+,2.
&
!
!
!
$50//"$0/7/0/$+2634/0/"/0//"/0/$
$+26.,/0/1%0//0&%$+26&8."/0!/!0%/0&/
!
表中数据为"/9下在各药品中浸渍%":的溶解量。
表!"#$#"两种镀层钢板的耐汽油腐蚀性振动试验结果
!
试验用镀层钢板
实验结果
箱的底部箱的侧壁汽油状况
镀铅钢板无变化无变化无变化
镀锌钢板5$+;
"
!
振动试验方法：取!/=汽油与/0$=水混合放于密封箱中，在振动试验机上振动&//:，静置7//:。观察箱
内壁腐蚀状况及汽油变色程度。
"
;代表白锈。
另外，镀铅钢板的耐盐雾腐蚀性也很好（表!"#$#$）。
·%55·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
表!"#$#$几种镀层钢板的耐盐雾腐蚀性对比
试验用镀层钢板
盐雾腐蚀试验时间%&
’(")(!’
镀铅钢板（镀层质量：+,-%./
(
）,!点!010
镀铅钢板（板厚’//，艾氏杯突试验后）1点
!
!0!,0!$0
镀铅钢板（!,2弯曲试验后）$0
!
!,0!,0!$0
镀锌钢板’,03
!
!,,03!,,031,0
镀锡钢板10$,0!,,0!,,0
镀铅钢板（三聚氰胺树脂涂装后）,,,!41//
"
镀锌钢板（三聚氰胺树脂涂装后）,,!,4!$//(,41,//
!
代表锈点。
#
代表出现红锈的面积比率。
$
3代表白锈。
"
代表划线处涂膜剥落宽度。
（二）涂装性及焊接性
一般镀铅钢板用于建筑时均在表面涂漆。其涂装性远优于镀锌板。镀铅钢板在涂
装前，仅需将其表面的防锈润滑油清洗掉便可进行涂装，而不需要其他前处理过程。表
!"#$#’列于它与镀锌板涂装性的对比。
表!"#$#’两种镀层钢板涂装性对比
镀层类别棋盘格试验
!
划线试验
#
艾氏杯突试验%//
$
镀铅钢板$(,5’
镀锌钢板!(5$!"5$)5’
!
!,,为满分。
#
(,为满分。
$
涂装膜层剥落时的深度。
此外，热镀铅层还具有良好的焊接性，特别是其钎焊性。这是因为其镀层的成分与
钎焊料成分接近之故。另外，它与冷轧板一样，可进行缝焊、点焊等电阻焊接，其焊接电
流范围宽，电极消耗小。
镀铅钢板在冲压加工时，具有良好的加工润滑性。其深冲性与冷轧板相近，而优于
其他镀层钢板。
（三）镀铅钢板的用途
热镀铅层可施加于纯铁、铸铁、碳钢、铜及其合金、镍及其合金的板、管及结构件上。
应当指出，由于铅有污染问题，使其应用范围受到了极大的限制。目前主要用于钢板上。
镀铅钢板的主要用途如下。
·1++·
第五章热镀铅锡合金和锡锌合金
!"交通运输业
汽车、船舶、载重卡车、拖拉机等交通工具的燃料箱、散热器部件、阀罩、油过滤器、空
气过滤器等。
#"电气行业
收音机、收录机、电视机及其他电器仪表的底盘等。
$"建筑行业
大型建筑物的屋顶板、挡水板、落水沟、落水管、防火门等。
%"其他用途
五金工具、化学药品贮槽及容器、电解槽、蓄电池部件等。
第三节热镀锡锌合金镀层钢板
由于铅对人体是有害的，近年来，按环保要求，希望逐步取消铅镀层，而开发出一种
性能与&’()镀层相接近的)(+镀层。此种镀层也采用熔剂法在钢板（带）上施镀。
经研究得出的最佳的镀层成分为)
(
（,-!）.+。锌的添加量过低，则对此镀层的漏铁
点及镀层的切边无牺牲性保护作用；锌含量过高，镀层中过多的锌形成大的结晶颗粒而
易优先腐蚀（图!%(/(/）。
图!%(/(/汽油腐蚀试验中)(+镀层钢板镀层
中+浓度与各种金属溶出量的关系
对此成分的)(+镀层钢板模拟汽油箱的使用条件，进行了各项性能的试验与评
价。
·%00·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
一、耐蚀性试验
（一）内表面耐汽油腐蚀性
由于汽油长期放置，会因氧化而变质，产生甲酸和乙酸等杂质，而引起燃料箱内部剧
烈腐蚀。此种氧化分解的汽油称为劣化汽油。
腐蚀试验用介质采用标准汽油与劣化汽油和!"#水构成的溶液。调整其水相中两
种有机酸浓度，配制成两种腐蚀液：$液（甲酸质量分数!""%!"
&’
，乙酸质量分数(""%
!"
&’
，盐质量分数!""%!"
&’
）；)液（甲酸质量分数!"""%!"
&’
，乙酸质量分数("""%
!"
&’
，盐质量分数!""%!"
&’
）。将腐蚀液密封在由此镀层钢板制作的容器中，在+,恒
温条件下静置周。然后，测定镀层的腐蚀深度及各种金属的溶出量。其结果示于图!
&+&’及图!&+&-。
图!&+&’汽油腐蚀试验的腐蚀深度对比
图!&+&-汽油腐蚀试验的金属溶出量对比
由图看出，./&0/镀层对两种腐蚀液显示出相同的腐蚀倾向，且./&0/镀层的耐
蚀性比12&./镀层好得多。
（二）外表面的耐蚀性
由于汽车用油箱大部分安装在车的下部，腐蚀条件差。试验是在其表面涂漆后，浸
·+33·
第五章热镀铅锡合金和锡锌合金
泡在!!"的盐水中共#$天，然后测定涂漆膜的附着性。其结果列于表#%&!&’。
表#%&!&’涂漆后漆膜的附着性和耐蚀性
镀层类别
漆膜附着性
第一次漆膜第二次漆膜
腐蚀试验划线处的剥落宽度())
+&,-.+完好完好/0$
12&3-+完好完好#03
可以看出，+&.+镀层表面涂漆膜的附着性良好，与12&+镀层相似。
二、冲压成形性试验
为评价镀层的润滑性，采用45678+法测定了镀层的摩擦系数（荷重：$0,39，钢球直
径：:$))，操作速度：$0!)();+）。其结果是+&,-.+镀层的摩擦系数（$0#,）远低于
12&3-+镀层（$0!’）。这表示+&.+镀层更有利于其冲压性。
为评价其深冲性，采用艾氏杯突法测定其极限冲压比。结果表明，两种镀层钢板的
冲压比均为/0:。这一结果说明，它们具有相同的深冲性。
另外，对实际冲压成形后镀层外观的观察得知，镀层完好无损，并未出现露出钢基体
的加工缺陷，显示出其良好的附着性。
三、焊接性试验
利用现有的钎焊12&+镀层钢板的方法钎焊此+&.+镀层钢板，同样可得到良好
的焊接强度和气密性。
此外，其点焊性和缝焊性也均接近于12&+镀层钢板。
由上述研究结果看出，新开发的+&.+镀层钢板的性能可完全满足汽车油箱的使
用条件，且仍可利用原有的熔剂法热镀铅的生产线进行生产，而不需增加新的投资。同
时，原有制造汽油箱的加工设备也无需改变。
·<,,·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
第六章热浸镀前景展望
钢材热浸镀层的发展虽然已有百余年的历史，但至今仍被广泛应用，并有新的更高
级的镀层不断涌现，保持其长盛不衰的态势，其未来的发展仍有很大的空间。从目前的
发展前景看，除在钢带连续热镀生产线上进一步实施高速化、自动化及进一步提高质量
和降低成本外，具体有以下几方面是最近的未来应探索与实施的内容。
一、汽车用高强度合金化镀锌板
随着!"钢合金化镀锌板被大量用于汽车，并已被证明是当前汽车用板材的首选材
料外，汽车界又提出了减轻车体质量和提高抗撞击性及安全性的要求。为此，需要开发
适应于此要求的高强度超深冲性的合金化镀锌板。然而，钢基材的研究与开发必须与热
镀锌工艺结合起来。否则虽然原料钢材达到要求，而在热镀工艺上不能满足，也达不到
其目的。
大量的研究表明，采用固溶强化型、烘烤硬化型（#$钢）、组织强化型（双相钢）等强
化型钢材，可大大提高钢材的强度，同时仍保持其较高的深冲性，有望用于汽车上。
目前这些品种钢板的热镀锌及合金化处理，除对双相钢有少量热镀锌及合金化的研
究外，尚未进行深入研究与探索。这些钢材的热镀锌与合金化处理会有一定难度，是今
后值得研究的课题。
二、钢丝、钢管及钢结构件用热镀高耐蚀镀层的熔剂的开发
目前新开发的高耐蚀镀层大部分是采用氢还原法对钢带在连续生产线上镀层的。
但是，占使用钢材的大部分的钢管、钢结构件及钢丝而不能应用。如果能将这些高耐蚀
镀层用于这些钢材上，其社会效益将十分可观。为此，开发适于上述钢材热镀高耐蚀镀
·%&&·
第六章热浸镀前景展望
层的熔剂应是当务之急。
据有关文献报道，钢结构件热镀!!"#$%&’用熔剂取得了结果。其类型仍与常规
热镀锌用熔剂相似，仅在其中添加一定量的()，并提出了必要的工艺条件。但这一类
熔剂对含铝如此高的镀层，一般说最易产生针孔漏镀，甚至大面积漏镀。工业化的大规
模生产，仍很困难。
此外，新开发的&’%+"#$%,"-
.
的称为/0世纪的镀层用熔剂尚待研究。
三、新型热浸镀用镀锅的工业化应用
影响目前钢带连续热镀锌质量、生产效率和成本的关键设备是镀锅的结构。采用电
磁移动场磁流体封闭式镀锅可能是镀锅改造的发展趋势。现行的钢带连续热镀锌生产
线，在其镀锅中设置了许多浸泡在锌液中的零部件，例如炉鼻、沉没辊、稳定辊及其支撑
结构件，而产生很多弊端：钢带与沉没辊间的锌渣、辊面的磨蚀坑缺陷、轴承的磨损与腐
蚀等。这些均对镀层质量产生不利影响，且需经常更换而造成停产。此外，热张紧辊必
须安装在高温退火炉内，使炉体结构复杂化。
利用电磁移动场创造磁流体动力学封闭原理而设计的垂直形镀锅，可取消现行锅体
中的结构件，而得到高速、无渣、节能和提高镀层质量等一系列好处。目前此种锅体已用
于半工业试验，并取得成功。
此外，钢带连续热镀锌的发展趋势还应包括以下几个方面。
01进一步深入研究镀锌及合金化过程的机理。在这方面，目前虽有大量的研究结
果发表，但由于此镀层甚薄以及其反应速率十分迅速而不能完全了解其微观反映真实过
程，以致不同研究者所得的结论不完全一致，甚至矛盾。然而，若能将此过程的机理完全
明了，则对精确控制镀层的质量和性能是至关重要的。
/1继续追求高效率高质量的镀层工艺。这方面的研究内容有：在热镀锌生产线上采
用一个锌锅同时生产镀锌板和合金化镀锌板；消除钢基体内的某些元素（例如，2、34等）
对镀层性质和合金化速率的影响；实现无渣镀锌及合金化作业的全部自动化；研究开发
钢带及镀层缺陷的快速检出技术和质量保障技术。
,1继续降低钢带镀锌成本。为此，要综合考虑从生产到使用全过程中各种因素的影
响，以建立最佳的生产体系。
钢材的热镀铝及铝合金目前虽然在价格上和技术上存在一定的问题，但从资源上考
虑，钢材热镀铝及铝合金在未来将有广阔的发展空间。因此，探索钢材热镀铝及铝合金
的新工艺和新技术的研究工作也应积极地进行。
·566·
第十四篇热浸镀新工艺、新技术
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