人对种镀层的钢板在日本各地进行大气暴露试验后的结果列于表2-17中该表汇总了表面光泽、红锈(基体钢的腐蚀4成物)和白锈(使层金属的腐蚀生成物)的发生状态及表面颜色,腐蚀程度与暴露环境紧密相关,在重1业环境下,热镀锌钢板8年后表面全都覆盖红锈,而Galvan,铝钢板10后也没有产生显著的红锈,仅有点状的腐蚀生成物。热{钢板的镀层尽管沿镀层中析出的Si处有腐蚀,但基体钢几乎没有受到腐位,Galvalume钢板出现有突出的点状腐蚀生成物,腐蚀通过镀层中的富Zn相进行,并在锁层和合金层的界面及镀层表面有腐蚀生成物出现,可是,在某体钢板上并没有发现明的腐蚀部位,
通过该试验显示了三种不同的层钢板的耐蚀性的差异,发现Galvalume分层钢板的耐蚀性与铝钢板相近,试验过程中没有红锈产生,而热镀锌钢板表面出现大面积的红锈,说明其耐蚀性较热镀锌钢板要强
早在1962年伯利恒(Bethlehen)钢铁公司曾对铝含量从1%~70%的各种组成的ZnA1合金镀层,在各种大气环境下,进行了为期5年的大气暴晒试验结果表明,当镀层成分中铝含量为4%~10%范围内时,Zn-AlI合金镀层具有比纯锌高的耐蚀性;铝含量在15%~25%时,合金镀层的耐蚀性下降,甚至低于纯锌镀层,以后随着合金镀层中铝含量升高,其耐蚀性又逐渐增大,直到70%以上,达到纯铝镀层的水平。图2-27所示为不同组成的ZnAl合金镀层在不同大气环境下耐蚀性的比较
另外,按照各种组成的ZnA合金镀层钢板切边部位的腐蚀状况,确定铝含量为55%的Zn-Al合金镀层具有对露铁部位的牺性性阳极保护作用。高于此含量的Zn-AI合金镀层在其镀层钢板的切边处发生锈蚀,镀层对露铁部位已无这种电化学保护作用。从而确定这种高耐蚀镀层的铝含量为55%。此外,铝锌-硅合金镀层钢板除了优良的耐大气腐蚀性能之外,它还具有优良的抗高温氧化性能和良好的隔热、隔光功能。
在清洁空气中,腐蚀产物以ZnO或Zn(OH)2为主;在海洋气氛下,由于Cl-的增加而形成ZnCl2在工业污染大气中,由于空气中H2S、SO2含量的增加,生成的腐蚀产物以ZnS、ZnSO4为主;如若环境中CO2增多,生成的腐蚀产物以ZnCO3为主，这些腐蚀产物通称为白锈。热镀锌钢板使用寿命的长短与其所处的环境有很大关系,大量大气腐蚀试验证明了这一点,热锌钢板的大气腐蚀状况如表2-7所列。由表2-7可清楚地看出,热镀锌钢板在不同的腐蚀环境中,其腐烛速率也不同.[25热镀锌钢板在大气中受到化学腐蚀和电化学腐蚀的双重腐蚀作用,其腐蚀过程相当复杂,Hudsen和Haynie等人提出在工业污染区镀锌钢板大气腐蚀的经公式如下:[27r=0.0086Gx+0式中tr防护持续时间,年;G:镀层平均质量,g/m2Ua-0.001(y-50%)f式中Um—镀锌层腐蚀速度,um/ay—周围气氛相对湿度,%f—二氧化硫的浓度,pg/m3由式(2-1),式(2-2)可以看出,热镀锌层的保护作用主要取决于镀层厚度和环境气氛。研究表明,热镀锌层的微观组织结构对其耐蚀性能也有一定的影响,例如纯锌层中的杂质可加快镀锌层的腐蚀,其结果如表2-8所列。图2-20给出了热镀锌钢板在不同环境中的使用寿命和镀锌层厚度之间的关系。[27由此关系图可知热镀锌钢板的使用寿命与镀层的厚度成正比。换句话说,若希望延长热镀锌钢板的使用寿命,则可增加热镀锌层的厚度,对于热镀锌工艺较易实现,而电镀锌工艺则相对受到局限,其镀层较薄,一般大约为90g/m2,这就是热键锌钢板多用于户外建筑,而电镀锌钢板多用于户内电器的主要原因热镀锌钢板的缝隙腐蚀是镀锌钢板在制成零部件(如汽车部件)使用中经常遇到的问题,各国对它进行了广泛研究。[231ZhuF等的研究结果表明[2],热镀锌板在缝隙内高湿、高氯、低pH值环境中的腐蚀产物主要是ZnO和Zn(CO3)2(OH)6,不同于均匀腐蚀形成的产物ZnCl2(OH)8,而且缝隙腐蚀速率与缝隙尺寸密切相关,并提出了一种基于电化学阻抗谱评估热镀锌钢板缝隙腐蚀的新方法。国内李民保等0对热镀锌板缝隙腐蚀研究表明,热镀锌板缝隙腐蚀过程可以分为锌层锈蚀镀层破裂合金层溶解合金层破裂、钢基体溶解三个过程,缝隙腐蚀从缝隙口部开始。胡小萍研究认为,热镀锌钢板的缝隙内交流阻抗沿深度方向递增,缝隙腐蚀从缝隙口部开始;在含氯离子的中性水溶液中,热镀锌钢板的缝隙宽度为0.24mm时其腐蚀速率快
铝-锌-硅合金镀层钢板耐蚀性
55%A43.5%Zn1.5%Si合金镀层,即Galvalume,它兼具热镀锌层和热镀铝层性能的优点,同时也弥补了两者的某些缺点。铝锌硅镀层不仅为钢板提供了很好的耐腐蚀性,而且也具备了一种被称为阴极保护的独特能力,在裸露的边缘处或在镀层漏镀处,通过腐蚀锌来对钢板起保护作用。镀铝层可在不同的腐蚀性大气中为钢板提供更高的耐腐蚀性,然而,在大多数大气环境中,由于镀铝层表面具有一层致密的氧化膜,它无法提供阴极保护,因此,划分和剪切了的镀铝钢板的这些裸露处便容易产生红锈。而铝锌硅合金镀层同时含有锌和铝,结合这两种镀层的保护机制,从而保证了铝锌硅合金镀层的耐蚀性能比纯镀锌和纯镀铝的耐蚀性能更为优良。图222显示了热镀锌钢板与铝锌硅合金镀层钢板的剪边部位腐蚀机制的对比。
图2-22(a)所示为热镀锌层对钢基剪边暴露部位提供牺牲性保护。锌层渐耗尽,然后腐蚀钢基表面。图2-22(b)所示为铝-锌-硅合金镀层由富铝的树枝状组织和夹在其间的富锌共析物构成。在使用过程中,富锌相共析物优先被腐蚀,并对钢基提供牺牲性保护。腐蚀过程中,富锌相共析物逐渐减少,腐蚀产物充填于稳定的富铝相组织之间的空隙中,腐蚀进展情况逐渐变成与镀铝层的腐蚀情况相似。在富锌相共析物全部消失后,镀层就处于不稳定状态铝锌硅合金镀层钢板剪边暴露部位的耐蚀性,伯利恒钢铁公司历经几年试验,结果如下1%~70%AZn合金镀层保护剪边的能力与热镀锌钢板相当,且明显优于热镀铝钢板,这种保护尤其是在铝-锌-硅合金镀层更为突出,发现铝锌硅对于提供佳的耐蚀性和好的剪切电化学保护是优的组合。在标准工业大气中,腐蚀6年后,热键铝钢板的剪边显出很重的锈蚀并蔓延,铝锌-硅合金镀层和热镀锌的镀层钢板仅显出少量局部锈蚀,没有由于锈班生成引起毛边粗糙,这种锈蚀特征在乡村试验站可以看到同样的结果。因此可以证明,无论在工业还是乡村大气〔中,热镀锌层和铝-锌-硅合金镀层都对钢板剪边有电化学保护作用;而热镀铝钢板却没有这种保护作用。这是由于Al2O3薄膜在金属铝表层上形成,阻止了铝对钢的电偶活化。而在另一方面,在海洋大气中,氯离子破坏了这种薄膜,铝对钢基的电偶活性能够自由出现,从而防止了在热镀铝钢板剪边上锈蚀蔓延的发展,由此可见,在海洋大气中,所有三种镀层都对剪边有电化学保护作用。以上这些电化学行为的结果,是基于前期建筑物屋顶使用的薄钢板进行长期观察取得的,但是必须承认,随着钢板厚度的增长,电效应发挥作用的面积和距离也在增长,尽管铝锌硅合金镀层钢板对剪边的保护能力低于热镀锌钢板,但仍然明显地优于热镀铝钢板图2-23~图225显示出普通镀锌钢板和铝锌硅合金镀层钢板在不同大气环境中的耐蚀性对比情况。
镀层锌花
(1)大锌花热镀锌钢板
这是一种原始生产的镀锌钢板。众所周知,锌矿总与铅矿共生,在冶炼锌时,不可能全部除去铅杂质,其含量在0.05%以上就可形成大锌花,因此,人们逐渐产生一种认识,认为热镀锌板必须有锌花,这显然是一种误解。研究表明,每一朵锌花,其结品中心都是凸起的,边缘则凹下,其表面是凹凸不平的外观,这对其以后的加工及涂装均不利。此外,由于铅在锌中固溶量极低,在冷却时就会在品界处析出,在品界处产生应力及电化学腐蚀,使镀锌层产生品间腐蚀,降低其耐蚀性。因此,近年来人们逐渐对此有了认识,大锌花的镀锌板将逐渐被淘汰
(2)小锌花热镀锌板
由于大锌花在锌花结晶的边缘锌层较厚,其核心部位较薄,故大锌花镀锌板表面凹凸不平,不适于涂装或涂覆,因为涂装区仍会浮现锌花的轮廓而影响钢板的外观。另外,由于大锌花镀层的耐蚀性差而倾向于使用外观均匀的小锌花镀锌板。为此,改变钢带从锌锅引出时的冷却条件,可以调节锌层的结品状态,而可获得小锌花。对于大型钢带连续热镀锌生产线常采用向液态锌层表面喷吹水水蒸气或水空气混合物的方法而取得小锌花。当大量水雾的细小水滴落于锌液层表面时,使品核增多并加速锌液层的凝固,缩短了其品体长大的时于间,从而获得细小的锌花结晶(直径2~3mm以下)。
(3)光整锌花热镀锌板
根据需要还可将此小锌花镀锌钢板带再进行光整处理,完全消除锌花获得光滑平整的锌层,此种镀锌钢板带常用作涂装钢板的基板。
(4)无锌花热镀锌板
为了改善镀锌钢板的涂覆性能,满足汽车制造业等部门需求,在热镀锌中除去锌锅中的铅,可以获得无锌花热镀锌钢板。这种无锌花实际上是直径小于1mm的锌花热镀锌板
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