热镀锌圣德林效应及工艺操作预防措施

热镀锌圣德林效应及工艺操作预防措施

IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】 热镀锌圣德林效应及工艺操作预防措施 锌在大气中的腐蚀率为钢铁在大气中腐蚀率的1/5，说明锌保护层的寿命较长，因此，热镀锌被广泛应用于化工设备、石油加工、勘探、金属结构、电力、造船、桥梁及农业等，同时顾客对外观的要求也逐渐提高。尤其是热浸镀锌的通病色差（圣德林效应）给外观带来不少麻烦，是交货验收中恼心事。所以，色差在热镀锌行业中很受重视，科研单位经多年的探讨，已对产生的机理和有关因素发表了不少论文，并提供了不少对付色差的合金，成果颇丰，但都不能彻底解决色差问题。

热浸镀锌的产品，色差是难题，稍不注意就发生顾客拒收，涉及员工的切身利益，因此激发了员工的责任心和才智，热浸镀锌的一线操作员工用精湛的操作技术，不懈努力，使90%以上镀件的色差问题得到解决。科研人员对操作的研究较少，更谈不上现场指导，生产一线的员工又因忙于生产，对操作的总结不多，又是各厂的知识产权，成文交流更少，此类文章属凤毛麟角。本文重点总结工厂操作是怎样解决色差这一缺陷。

一、热浸镀锌的质量 热浸镀锌的质量问题主要包括两个方面：内在和外观。内在主要是厚度和附着力，这是热浸镀锌的强项，镀层中有合金层和纯锌层耐腐蚀，附着力是冶金结合，而外观未达到装饰性要求，有时镀锌工件表面，光亮的外表中，参夹局部灰色的镀层，此乃色差称圣德林现象，是人们视觉的第一接触，给人一种不舒服的感觉。

二、各国标准中对圣德林效应的规定 圣德林效应是热浸镀锌界共有的不足，尽管不雅观，但不影响镀件的使用性命， 所以各国在标准中都有描述和规定：国标GB/T 13912：6镀层要求中：“只要镀层大于规定值，被镀件表面允许存在发暗或浅灰色的色彩不均匀区域”“某些元素诸如硅、碳和磷在钢中会加速锌铁合金的生长，以致镀层无光灰暗，表面很少甚至没有纯锌层”。类似这种镀件，虽然勉强让人接受，但总究是美中不足，为此，热浸镀锌行业的工作者们和研究者，针对圣德林效应，在不断努力改进和探讨研究。

三、“圣德林”效应 1、什么叫圣德林效应 镀层的厚度及色泽，随着钢基体中的硅含量的不同而成波浪式变化的现象，这种现象为圣德林博士发现，故称圣德林效应。

2、硅含量对圣德林效应的影响和近期微观机理的解释模型 热浸镀锌圣德林效应产生原因的解释有多种，但共同点是均与钢基体中的硅含量有关。硅是钢中的伴生元素，随炼钢技术的发展，适合镀锌的沸腾钢已被逐渐淘汰，市场上流通的是镇静钢和半镇静钢，冶炼这种钢时用硅铁做脱氧剂，同时也将硅带入钢中，而钢中的硅对锌液侵蚀铁、镀锌层的厚度及锌铁合金的厚度均有影响。众所周知，铁在锌液中的侵蚀、镀锌层的厚度及锌铁合金的厚度随硅含量的增加而加快、增厚。除纯锌层η相外，同时由于δ的迅速长大而使ξ相的晶粒向镀层的表面推移，而使表面镀层很薄甚至不存在，并造成镀层表面粗糙、无光并成暗灰色。

另有人认为硅是活性元素催化剂，能加速化学反应。硅加速了热浸镀锌中的锌铁反应，加快了铁锌合金的长大速度，从而产生了脆而疏松的超厚发黑镀层。

而镇静钢的含硅量是%~%，此硅含量恰好处于热浸镀锌产生色差即圣德林效应的范围。

该效应研究多年，其微观机理尚无完整统一的解释，目前主要有三种模型解释： τ失稳模型、模型和析氢模型。τ失稳模型把含Si 钢镀层的异常生长与τ相失稳相联系。认为τ的失稳为Si提供载体，Si进入δ层中造成δ层失稳而导致异常须状组织形成。而上述硅的活性和催化是属τ失稳模型。

模型认为含硅钢出现异常组织是由于浸锌时钢基表面存在含饱和硅的液态锌层。 析氢模型认为钢中的硅不是直接影响镀锌过程的，而是通过影响氢在钢中的扩散而间接影响热镀锌过程的。

这三种模型都能解释圣德林效应的一些现象，但仍需进一步研究和讨论。 3、其他元素圣德林效应的影响 除硅含量外，钢材中的硫、磷（含量超过%）等元素也能促进铁锌反应，使合金相δ快速增长，形成表面粗糙无光δ相晶粒逼迫向着镀层表面推移，致使镀层表面粗糙、灰暗、纯锌层η相很薄。

再则，合金冶炼中元素偏析是难免的，从而造成镀件表面局部严重的圣德林及龟裂现象。

4、能量因素对圣德林效应的影响 热浸镀锌的因素也会引起圣德林效应，锌温高、浸镀时间长使含硅镀件在热浸镀时使合金层增厚，引发了圣德林现象。

四、金属添加剂及能量预防圣德林效应 1、锌液中添加铝和镍元素抑制圣德林效应 ①锌液中铝对圣德林效应的改善 镀锌时锌液中的铝能降低锌-铁合金层的厚度，改善了镀层的韧性和增加了光亮 性，其机理是：铝和铁的亲和力比锌和铁的亲和力强，在镀锌时，铝和铁的生成热高于锌和铁的生成热，所以先形成一层很薄的Fe2Al5合金层，待达到一定厚度时，由于Fe2Al5层的存在，Fe2Al5层起到了抑制锌原子的扩散作用，对锌铁合金层的扩散和反应起了阻碍作用，减缓铁锌合金层增厚，则有可能减缓圣德林效应的发生。但随浸镀时间的增长，又会失去抑制锌铁反应的能力。

②锌液中镍对圣德林效应的改善 锌液中镍元素的添加能提高镀层耐蚀性、增强润湿性，使合金相孕育期延长，有效控制合金层的形成速度，使相层减薄、组织细化、镀层的表面质量得到改善。镍抑制了硅对锌的不良影响，防止镀层过厚。镍的作用机理：钢浸入锌液时，先在表面形成疏松的δ相，当镍存在时，δ相转变成致密的δ锌-铁-镍金属件化合物，增加了铁在其中扩散的阻力，抑制了δ相增加，使δ相得厚度受到控制，但要注意的是镍非生产性其消耗很大。

尽管，镍和铝的机理上控制圣德林效应有一定作用，但在实际生产时，无法控制及了解δ相的生成情况，圣德林效应照常产生，这种情况一线员工与科研工作者均认同，所以镍和铝在圣德林效应的抑制作用并不是起决定性因素。

2、低温热浸镀锌和减少浸镀时间 众所周知，能量因素肯定要引发圣德林效应。如果锌液温度高、浸镀时间长，只要两者居一，就会引起锌附着量的增加、锌铁合金增厚、有脆性、镀层表面发灰发暗。所以，而浸镀锌行业中为避免圣德林效应的产生，均采用低温镀锌。但锌温掌握不佳（438摄氏度左右），容易造成镀层表面产生流挂现象。一线员工不仅降低锌温，还需规范操作（浸镀时间），从而达到预防圣德林效应的目的。

五、热浸镀锌工艺操作对预防圣德林效应作用 1、添加合金技巧 添加合金的初衷是抑制合金层增厚，阻止圣德林效应的产生。但在添加合金时如 若作业不当，不但起的效果不佳，反而会引起外观产生粒子甚至脱镀等负面作用。供应商贪利润方便将合金元素合二为一，这使生产方损失严重。经过各种合金使用的实践经验积累，镀锌行业的工人和技术人员对合金的添加总结了一套规律。对合金元素的添加进行分类作业，不同的合金添加方法、方式不同，加入量也要分别对待，加入的时机也要区别选择，决不可一劳永逸，添加视生产而定。添加时更不能一扔了事，甚至要制作适应本厂的专用工具方能物尽其用。这里不作具体叙述，请行家谅解。总之，作业人员对消除和预防圣德林效应进行了很多的改进和创造，这些成绩是不可否认的。

2、镀件前处理改进 ①碱液作用 热浸镀锌前处理，一般不采用碱液脱脂。为防止圣德林效应，有些单位认为热碱液能和硅反应生成偏硅酸钠，有减缓作用。实际作用并不明显，但对镀前处理肯定有益。

②除锈酸液和助镀剂中添加氟化物 在酸液中添加氟化物，可以去除硅。氟化物在酸液中形成氢氟酸与硅反应，但对人体及环保处理等相当有害，所以企业一般不会采用。而助镀剂中一般会加入氟化物，其一能和硅反应，其二锌液铝含量高时可以防止脱镀。目前一般不采用氟化物，一是氟化物处理麻烦，二对水质要求高，水中钙多时，会有沉淀产生，反而对热浸镀锌有影响。

③压力水冲洗 经酸洗处理的镀件，表面有一层非金属污泥（碳、硫、硅、磷等），经压力水冲洗后，表面明显泛金属光泽，污泥冲洗干净，其表面的硅也去除一些，这对热浸镀锌肯定有益，也可减轻圣德林效应，不过多数热浸镀锌企业很少用，在船舶行业热浸镀锌使用。 3、热浸镀锌控制温度和时间的操作措施 ①镀件烘干 镀件利用余热烘干，可缩小和锌液的温差、防爆锌、甚至在锌锅上稍作停顿，提高工件温度，但不能破坏助镀膜，达到减少镀锌时间预防圣德林效应。

②撇灰 撇灰工序是道累活，一般认为无关紧要，事实上技术性较强。灰撇的好，镀件质量也高，合金铝含量偏高时，就靠它解救，况且撇灰对圣德林效应也相关，撇灰要轻巧、快，有些情况要多人撇，撇灰的方式驱灰的距离的转换，撇灰工要边撇灰边指挥起吊镀件，以赢得时间，减少合金层的扩散，避免圣德林效应的发生，看看是常规的工作，但节省一秒时间都有好处，不能漠视。

③摇动锌锅中的镀件 镀件进入锌液尤其是大件，要吸收热量，初始时镀件外表会形成一层冷凝锌，此时有经验的员工会将镀件上下、左右、前后移动，充分利用锌液整体的热量，使镀件能温度迅速升高达到平衡，否则靠锌液温度的扩散、对流、传导达到平衡要消耗较长的时间，可能会引起圣德林效应。再则按模型解释摇动时，不断更新接触的锌液有减少富硅液趋向，也可避免圣德林效应。

④镀件的大小长短及材料薄厚应分开镀锌 为控制镀锌时间，必须将镀件大小分开，否则镀件大件还未做好小件已超过正常的镀锌时间，使合金层长时间扩散加厚镀层，圣德林效应发生的可能性增大。同理，镀件长短、镀件壁薄厚也必须分开。镀件长的从下锌锅镀锌到提离时间长，镀件壁厚的恒温时间长，如果不分开会重蹈覆辙。这是各单位镀锌工作者辛勤劳动总结出的一套预防圣德林效应的实际经验。

⑤大型超长件多管齐下