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热浸镀锌及锌基合金镀层工艺及其耐蚀机理的研究与应用

作　者: 张玉
导　师: 于萍
学　校: 山东大学
专　业: 化学工程
关键词: 热浸镀 Zn-Al-Mg合金 Zn-Al-Mg-Re合金耐蚀性能耐蚀机理
分类号: TQ153.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

热浸镀是当今世界上应用最广泛、性能价格比最优的钢材表面处理方法。热浸镀产品对钢铁的减缓腐蚀、节能节材起着不可估量和不可替代的作用,热浸镀层与钢铁基体之间有很好的结合力,作为防护涂层,其耐蚀性能大大提高。随着科学技术的发展和生产的需要,传统的镀层种类已不能满足生产需要,这就需要开发出镀层美观、性能优良的新型合金镀层。在锌浴中加入Al、Mg、Re等合金元素,对镀层有明显的减薄作用,可提高产品质量,降低生产成本。本实验在不改变原有热镀浸Zn设备的基础上,制备了纯Zn、Zn-Al合金、Zn-Mg合金、Zn-Al-Mg合金及Zn-Al-Mg-Re合金样片,分析检测了其耐蚀性能,研究了耐蚀机理。在所有可添加的合金元素中,最常用且最大量使用的是Al、Zn-Al合金的耐蚀性比纯Zn好,Al的加入可增加镀件表面镀锌层的光泽,改变Zn-Fe合金层的组织结构,抵消锌液中铁的影响。本文合成制备了Zn-1Al合金、Zn-5Al合金和Zn-55Al合金三种镀层样片,分析研究了其耐蚀机理。在Zn及Zn-Al合金中加入少量的Mg能使镀层的组织结构发生变化,增加镀层的光泽,提高镀层耐蚀性。Mg和Zn、Al并未形成均匀的固溶体合金,而是分布于Zn、Al的晶界上,起到细化金属晶粒、强化晶界的作用,使镀层组织结构更均匀。为此,合成制备了Mg含量在0.5%～3.0%之间的合金镀层样片。Re元素具有突出的化学活性和很强的亲和力,Re的加入可使镀液粘度大为降低,改善对钢基浸润性。Re在镀层中有富集于表面的倾向,并且在镀层表面形成致密而均匀的氧化层,在一定程度上阻止外界杂质原子向合金层内部扩散,从而延缓了氧化和腐蚀过程。本文合成制备了Re含量在0.01%～0.2%之间的合金镀层样片。因合金元素与Zn的熔点相差较大,直接将纯金属加入到Zn浴中很难溶解,甚至造成浮渣增多等情况,为避免这种情况的发生,本文采用向锌浴中添加中间合金的方法来制备合金样片。通过镀层厚度测量,分析合金元素的加入对镀层厚度的影响。通过Na2SO4溶液全浸腐蚀试验、NaCl中性盐雾试验和极化曲线测定了不同合金镀层的耐蚀性能,研究了Al、Mg、Re元素的加入对合金镀层耐蚀性能的影响。通过高频显微镜及扫描电镜观察了镀层的微观形貌,利用X-射线衍射对镀层在Na2SO4溶液中的全浸腐蚀产物进行衍射试验,分析了镀层的耐蚀机理。研究表明：向锌液中添加一定含量的合金元素,可以提高产品性能,美化外观,节约成本,提高产品耐蚀性。由于合金元素添加量较少,因此可以采用与热镀纯Zn相近的工艺参数,操作简单,具有广阔的应用前景。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章文献综述  10-24
  1.1 前言  10
  1.2 热浸镀原理及镀层分类  10-16
    1.2.1 热浸镀原理  10
    1.2.2 热浸镀镀层分类  10-16
      1.2.2.1 热浸镀纯锌  11-12
      1.2.2.2 热浸镀锌铝合金  12-14
      1.2.2.3 Zn-5Al-Mg合金镀层(Superzinc)  14-15
      1.2.2.4 Galfan合金  15
      1.2.2.5 Galvalume合金  15-16
  1.3 热浸镀工艺特点及影响因素  16-19
    1.3.1 热浸镀工艺特点  16-19
    1.3.2 热浸镀工艺影响因素  19
  1.4 国内外热浸镀研究现状及发展趋势  19-23
    1.4.1 国内热浸镀发展概况  20-21
    1.4.2 国外热浸镀发展概况  21-23
  1.5 本论文的研究方法及内容  23-24
第二章热浸镀层的腐蚀机理及镀层性能与应用  24-29
  2.1 热浸镀层的腐蚀机理  24-27
  2.2 热浸镀镀层性能与应用  27-29
第三章热浸镀锌及锌合金样品的制备及实验方法  29-36
  3.1 助镀剂的选择  29-33
    3.1.1 助镀剂的作用原理以及设计原则  29-30
    3.1.2 助镀剂设计思想  30-31
    3.1.3 解决热浸镀关键问题的思想  31-33
      3.1.3.1 锌、铁的氧化物的解决  31-32
      3.1.3.2 氧化铝的处理  32-33
  3.2 热浸镀样品的制备  33-34
    3.2.1 实验仪器及试剂  33
    3.2.2 实验步骤  33-34
    3.2.3 实验方案  34
  3.3 小结  34-36
第四章镀层性能测试及耐蚀性机理分析研究  36-56
  4.1 热浸镀层厚度测量  36-38
    4.1.1 试验仪器及药品  36
    4.1.2 试验方法步骤  36
    4.1.3 镀层厚度测量结果及分析  36-38
  4.2 Na_2SO_4溶液全浸腐蚀试验  38-42
    4.2.1 试验仪器、试剂和试验条件  38
    4.2.2 试验方法步骤  38-39
    4.2.3 热浸镀层在Na_2SO_4溶液全浸腐蚀试验结果及分析  39-42
  4.3 中性盐雾试验  42-46
    4.3.1 试验仪器、试剂及试验条件  43
    4.3.2 试验方法步骤  43-44
    4.3.3 热浸镀层中性盐雾试验结果分析  44-46
  4.4 电化学试验  46-50
    4.4.1 电化学极化曲线测试  46-48
      4.4.1.1 电化学极化曲线原理  47
      4.4.1.2 极化曲线测定方法  47-48
    4.4.2 电化学极化曲线分析  48-50
  4.5 X-射线衍射试验  50-52
    4.5.1 试验仪器、试剂及试验条件  50
    4.5.2 试验方法步骤  50-51
    4.5.3 X-射线衍射试验结果及分析  51-52
  4.6 镀层微观形貌分析  52-54
    4.6.1 试验仪器、试剂和试验条件  52
    4.6.2 试验方法步骤  52
    4.6.3 样品微观形貌分析  52-54
  4.7 小结  54-56
第五章结论  56-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
学位论文评阅及答辩情况表  63

热浸镀锌及锌基合金镀层工艺及其耐蚀机理的研究与应用

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