表面技术课程设计_江苏大学

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 表面技术课程设计

学生姓名永雷

专业班级金属 1101

学号 3110702018

指导老师邵红红纪嘉明

完成日期 2014 年 1月

目录

一、零件图 (2)

二、服役条件 (2)

三、暴露在大气中的钢管常用涂镀层分析 (3)

四、热镀锌工艺流程 (4)

（一）热镀锌层形成过程 (4)

（二）工艺流程 (5)

2.1碱洗 (5)

2.2酸洗 (6)

2.3助镀液 (8)

2.4热镀锌 (11)

五、镀层性能测试 (15)

六、主要工艺设备 (17)

七、车间分布图 (18)

钢管热镀锌课程设计一、零件图（图1）

图1 钢管零件图

二、服役条件分析

钢管在自然条件下的腐蚀

钢管在使用过程中接触到大气、水、土壤等腐蚀解质,大量钢管毁于这类腐蚀,因此,找到适宜的涂镀技术防止钢管在自然条件下的腐蚀是十分重要的。由钢管的服役条件可知，防腐蚀是钢管所需的最重要的性能。

三、暴露在大气中的钢管常用涂镀层分析

1、防锈漆:可保护金属表面免受大气、海水等的化学或电化学腐蚀的涂料。可分为物理性和化学性防锈漆两大类。前者靠颜料和漆料的适当配合，形成致密的漆膜以阻止腐蚀性物质的侵入，如铁红、铝粉、石墨防锈漆等；后者靠防锈颜料的化学抑锈作用，如红丹、锌黄防锈漆等。用于桥梁、船舶、管道等金属的防锈。

2、镀锌:锌的标准电极电位为-0.76V，对钢铁基体来说，锌镀层属于阳极性镀层，它主要用于防止钢铁的腐蚀，其防护性能的优劣与镀层厚度关系甚大。锌镀层经钝化处理、染色或涂覆护光剂后，能显著提高其防护性和装饰性。近年来，随着镀锌工艺的发展，高性能镀锌光亮剂的采用，镀锌已从单纯的防护目的进入防护-装饰性应用镀锌分为两种：热浸镀锌和电镀锌。电镀锌是利用电解，在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程，容易产生氢脆现象，零件必须在电镀后2h,镀酸盐处理前，在温度190°C～220°C下烘干4～8h，进行去氢处理钝化工艺都采用铬酸钝化，毒性大，严重污染环境。现已逐渐用低浓度铬酸(三价铬)代替高浓度铬酸，但六价铬的污染仍不可避免。镀层表面有一定的光泽，颜色根据钝化的封闭类型来决定。热镀锌是将已清洗洁净的铁件，经润湿作用，浸入锌浴中，使钢铁与熔融锌反应生成一合金化的皮膜。电镀锌是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，热镀锌管虽然也出现锈蚀的现象，但在很长的周期可以满足技术、卫生要求。电镀锌的防腐效果要远低于热镀锌。

3、磷化：在含有锌、锰、钙、铁或碱金属磷酸一代盐溶液进行化学处理，在其表面形成一溶于水质磷酸盐膜，磷化膜的硬度低厚度为1～4μm磷化产生的氢脆很小，对机械能能影响小表面无光泽，是哑光的，出现色泽不一的磷膜，但不允许出现褐色。多数为灰色、黑灰色

4、发蓝:是将钢在空气中加热或直接浸於浓氧化性溶液中，使其表面产生极薄的氧化物膜的材料保护技术，也称发黑。钢铁零件的发蓝可在亚硝酸钠和硝酸钠的熔融盐中进行，也可在高温热空气及500℃以上的过热蒸气中进行，更常用的是在加有亚硝酸钠的浓苛性钠中加热。发蓝时的溶液成分、反应温度和时间依钢铁基体的成分而定。发蓝膜的成分为磁性氧化铁，厚度为0.5～1.5微米，膜层较薄，膜层附着力和耐磨性差，成本低。颜色与材料成分和工艺条件有关，有灰黑、深黑、亮蓝等。单独的发蓝膜抗腐蚀性较差，但经涂油涂蜡或涂清漆后，抗蚀性和抗摩擦性都有所改善。发蓝时，工件的尺寸和光洁度对质量影响不大。故常用於精密仪器、光学仪器、工具、硬度块等。

镀锌和磷化防腐性能都要优于发蓝。而镀锌的防腐性能要优于磷化。工艺方面，防锈漆使用简单，但维持时间较短，适用于修补工件。成本方面，发蓝的成本最低。电镀锌与磷化的成本相当，热镀锌最贵。

综合使用性能、工艺性能、经济性能，对于钢管的防腐应采用热镀锌技术。

四、热镀锌工艺流程

（一）、热镀锌层形成过程

热镀锌层形成过程是铁基体与最外面的纯锌层之间形成铁-锌合金的过程，工件表面在热浸镀时形成铁-锌合金层，才使得铁与纯锌层之间很好结合，锌层形成主要是由于界面反应与扩散反应的结果。其过程可简单地叙述为：当铁工件浸入熔融的锌液时，首先在界面上形成锌与α铁(体心)固熔体。这是基体金属铁在固体状态下溶有锌原子所形成一种晶体，两种金属原子之间是融合，原子之间引力比较小。因此，当锌在固熔体中达到饱和后，锌铁两种元素原子相互扩散，扩散到(或叫渗入)铁基体中的锌原子在基体晶格中迁移，逐渐与铁形

，沉入热成合金，而扩散到熔融的锌液中的铁就与锌形成金属间化合物FeZn

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镀锌锅底，即为锌渣。当工件从浸锌液中移出时表面形成纯锌层，为六方晶体。其含铁量不大于0.003%。

（二）、工艺流程（见图2）

钢管→碱洗(脱脂) →水洗→酸洗(除锈) →清水漂洗→浸助剂→烘干→热浸镀锌→外吹→吹→空冷→水冷→钝化→水漂洗→检验→称量→包装入库

图2 热镀锌工艺流程图

钢管表面预加工的目的主要保证镀层能很好地附着在钢管表面, 如果表面预加工不彻底, 表面上残留的污物, 就会减弱和阻止铁和锌之间的扩散渗透作用, 使镀层与钢管表面不能很好的结合, 最后导致剥落。实际生产证明, 热镀锌管的大部份废品都是由于表面准备的不完全所造成。

2.1碱洗(脱脂)

热碱溶液法：

大多数钢结构件尺寸较大，油污较轻，故在脱脂方式上宜选用成本较低的化学脱脂方法。热碱溶液法即是化学脱脂方法的一种。热碱脱脂溶液适合用于大多数油污表面，并对某些油漆、快干漆及清漆也有清除作用。常用的热碱溶液为 NaOH浓溶液（表1），这是一种强力清洗剂，可出去大部分皂化油及非皂化油。碱脱脂液通常使用温度为85℃，根据污染的性质和程度，浸渍时间为

1~20分钟，一般处理时间小于5分钟。若增加搅动还可以缩短时间。将制件悬挂在脱脂浴中，让循环溶液在制件表面部分自由循环流动，反应产物将沉于池底淤积。脱脂浴表面若有泡沫聚集应及时清除。