【大连思同】热镀锌——锌铝镁加工过程

一、市场锌铝镁法（ZAM）中各元素作用

与高强钢一样，锌铝镁良好的耐腐蚀性能是由于其组织决定的，而组织又是由化学成分和冷却速度决定的，下面我们就探讨锌铝镁镀层化学成分的选择，以及各元素的作用。

1、镁的作用和影响

镁的作用首先是提高耐腐蚀性能，这一点前面已经充分分析过了；其次，在镀浴内略加0.1%的镁，可以提高带钢在镀液中的浸润性，降低镀浴表面的张力，减少漏镀缺陷的产生，这是因为镁的氧化物很不致密，基本是以非常疏松状存在的。这一点与铝的特点似乎有些互补，对采用铝含量较高的镀层生产合金含量较高的高强钢有着很重要的意义。不过，在锌铝镁镀液内，镁的含量较高，镁的氧化物不致密的问题就会带来一系列的副作用，成为热镀锌铝镁产品生产的一大困难。

2、铝的作用和影响

首先，在镀锌的基础上加铝可以显著提高耐腐蚀性能和耐热性能，这一点在锌铝镁镀层中也同样如此；其次，在镀锌时加少量铝，可以抑制锌液与铁的反应，减薄Fe-Zn的化合物层；第三，铝可以抑制镁氧化的局限性，铝的氧化物很致密，可以减轻镁疏松氧化物带来的影响，如果恰到好处的话，使得铝镁的氧化物可以成膜，造成产品的缺陷。
在这三个特性中第一条只有好处，没有坏处，但第二、第三条都是双刃剑。与镁一样，铝在锌铝镁镀液内的含量很高。一方面铝抑制了锌与铁的反应，但铝与铁的反应更加激烈，成为主要矛盾；另一方面，铝极易氧化的问题也会带来一系列的问题，同样成为锌铝镁产品生产的一大难题。

3、硅的作用和影响

硅的加入，主要是为了抑制铝和铁的反应，减薄镀层与钢基之间的化合物层，提高加工性能，这一点与所有的高铝镀层的原理一样。
只要是在铝高于共晶成分的镀层，都要加硅，铝含量越高，加的硅越多。最高的铝硅镀层，加约10%的硅；其次是铝锌硅镀层，加1.5%左右的硅；SD加0.2%的硅，ZAM可以加0.1%的硅。另外，硅还可以细化晶粒，提高组织的均匀性，抑制晶间氧化。

4、其它元素的作用

由于锌铝镁的成分很复杂，工艺性能也变得非常复杂，为了采用以锌、铝、镁为主的成分生产出合格的产品，可以通过增加少量的其它元素，改善热镀工艺性能和使用性能，号称是锌铝镁镀层成分的第四元。
比如：防止镁的氧化黑变，是锌铝镁合金产品的一个难题，有的公司采用了在合金内添加合金元素的办法抑制镁的氧化，例如POSCO专利采用的方法，是在合金中加入0.01%～0.1%的镓和0.005%～0.1%的铟；首钢专利是采用在合金中加入0.01%～0.1%的钙、钡或0.01%～0.4%的锂来解决这一问题；可以通过加入钛和硼来细化晶粒，并起到抑制Mg2Zn11组织的产生；通过加入稀土，可以增加组织的均匀性从而抑制晶间腐蚀，进一步提高耐腐蚀性能。

综上所述，锌铝镁镀层成分=a%Zn+b%Al+c%Mg+（d%Si）+e%X。常规值推荐：a=95-97.9、b=1-3、c=1-1.5、d=0.1、e=0.01-0.4。

氮气吹扫工艺锌铝镁镀层成分为11%Al、3%Mg、0.2%Si，余为Zn。

二、市场钢材热镀锌的不同工艺及方法

钢材热镀锌按预处理方式的区别可分为熔剂法热镀锌和氢气还原法热镀锌，熔剂法热镀锌主要是钢构件、钢管、钢型材等热浸镀锌；氢气还原法热镀锌主要应用于带钢、钢丝等连续热镀锌，镀锌后的产品一般还要进行弯曲成型深加工，使用场合在室内与户外都有。

氢气还原法带钢连续热镀锌一般采用纯锌、5％铝-锌（Galfan）、55％铝-锌-硅（Galvalume）产品工艺方法。现实中部分企业在锌锅中将含铝量控制在15～25%，而且把镀层控制在15～20克／米2 ，这样就大大降低了生产成本，达到了本企业效益最大化。这种产品虽然降低了本企业生产成本，其产品表面形貌也有一点铝锌硅镀层产品的影子，但因耐蚀性差、品质差，终将被淘汰。

铝锌硅镀层产品的耐腐蚀性非常优越，为热镀锌板耐腐蚀性的6倍，也就是说铝锌硅镀层产品20克／米2，就相当热镀锌产品120克／米2的防腐蚀性能。鋅-5%铝产品耐腐蚀性为热镀锌板的3倍，目前钢丝热镀锌大都选择了Galfan工艺。近来板材热镀锌选择Galfan工艺、铝锌硅镀层工艺的作业线越来越多，铝锌硅镀层中铝占55%，鋅只占43.5%，Galfan工艺铝含量也占5%，这样一来将对带钢连续热镀锌节约锌资源开辟了新的途径。

锌铝镁法（ZAM）为近十几年发展起来，各种配方的锌铝镁合金产品，都已先后投放市场，目前已经渗透到建材、家电、汽车三大应用领域。总的来看，含铝6%～11%，含镁3.0%其余为锌的配方，控制镀层厚度的气刀需要喷吹氮气，由于民营企业不具备庞大的氮气来源，所有只有在大型联合国有企业，有廉价氮气供应的厂家才有条件组织生产；采用含铝1%～3%，含镁小于1.5%，其余为锌的配方，控制镀层厚度的气刀喷吹常规空气，就可以维持正常生产，故这种锌铝镁镀层产品可以进入民营企业，但是产品的耐腐蚀性不如前者。前者产品的耐腐蚀性为普通热镀锌板的6～10倍，而后者产品的耐腐蚀性只为普通热镀锌板的3～5倍。特别是当铝为1.0%～3.0%，镁为1.0%～1.5%其余为锌时，其合金熔点只有380℃左右，可以基本采用热镀锌工艺组织生产，甚至比热镀锌时锌液工作温度还要低30℃,三辊六臂工作温度低，其使用寿命也会更长。由此看来，锌铝镁合金产品的发展趋势非常强劲，将来有可能与热镀锌产品平分秋色，甚至有可能全面取代传统热镀锌板。

三、锌铝镁法（ZAM）的优势

㈠、锌铝镁耐腐蚀及划伤切口自修复原理

首先，进行理论分析。ZAM板具有独到的耐腐蚀性能，特别是切口保护性能。分为未发生划伤的平面情况和有切口、划伤的两种情况来分析。

1、当ZAM表面没有划伤时

镀层中所含的镁和铝的共同作用，会在长期的使用中在镀层的表面产生附着性极高的致密的氧化保护膜，将镀层与外部的腐蚀环境隔离开来，发挥隔离防腐的作用，防止镀层产生腐蚀。镁是比铝更活泼的金属，在空气中极其容易被氧化，固态镁形成的氧化膜也较致密，能有效地保护内部的组织，防止进一步被氧化。由于镁与铝不一样，在镀层中均匀而微细的分布，就使得氧化膜布满了整个镀层表面，使镀层中所有的组织都得到保护。

2、当镀层被划伤或有切口时

从镀层中溶化出来的镁能在切口断面生成细致的含镁的致密的氧化膜，将划伤或切口部位裸露出的钢基覆盖起来，从而提高其耐蚀性。在这种情况下，锌的牺牲防腐和铝、镁的隔离防腐作用同样能发挥出来。在此基础上，由于镁十分活泼，能将钢板表面疏松的氧化物还原，置换成镁致密的氧化物，从而使裸露的钢基得到保护。