先知邦——镀锌防腐技术
来源：天津市先知邦渗锌金属制品有限公司
日期：2009-05-27
一、纳米复合粉末渗锌及多元复合粉末热扩散涂层防腐技术
先知邦---纳米复合粉末渗锌及多元复合粉末热扩散涂层防腐技术是在传统粉末渗锌工艺基础上，对粉末渗锌剂进行改进的防腐蚀新技术，可实现锌、铝及锌铝等复合涂层。具体包括纳米复合粉末渗锌防腐技术、纳米多元复合粉末热扩散涂层防腐技术。热扩散涂层工艺具有过程简单、不污染环境、耗锌量低、节省能源、涂层厚度均匀、冶金结合强度高、耐腐蚀和抗磨损性等特性。目前，该技术已实现工业化生产，在紧固件、金属连接件等防腐加工领域具有广泛应用。
1、基本原理
将钢构件埋入装有特殊粉末渗剂的密闭容器中并进行机械滚动加热；利用金属原子扩散渗透作用将锌铝元素渗入钢铁构件表面，形成厚度均匀和致密的锌铁合金保护涂层。
2、工艺流程
除油→除锈→冲洗→防锈→烘干→装加热渗灌→热扩散过程→构件保温冷却至出炉→分离→冲洗→干燥→封闭→检验→成品包装
3、工艺特点
1）涂层厚度均匀性好且可以准备控制。涂层厚度只取决于工艺过程，与构件的形状和不同位置无关。对形状复杂构件如螺纹、内壁或凹槽等，通过控制规范即可获得在15-110ｕｍ之间变化渗层，其厚度几乎相同。
2）涂层硬度高，耐磨损和抗划伤能力强。热扩散锌涂层锌铁合金的显微硬度一般为220-420Hv，是目前锌涂层中最硬的。热浸镀锌、电镀锌层表面为纯锌，镀层厚度一般为71-88Hv，热喷涂锌层也为纯锌且具有1%-15%的空隙率。硬度越高表明涂层耐磨损性越好、抗表面划伤能力越强。
3）涂层与基体金属的结合强度高。热扩散锌涂层为扩散冶金结合，涂层很难剥离掉，只有用化学方法才能除掉。涂层与母材的界面拉伸强度600-700MPa；表面层拉伸强度为：300-350MPa。
4）涂层耐腐蚀性强。热扩散锌涂层具有涂装的封闭隔离与牺牲阳极的阴极保护双中防腐功能，耐盐雾腐蚀试验可达1000小时以上，尤其适合海洋大气、恶劣的工业大气等多种环境，耐腐蚀性优于热、电镀锌和不锈钢。可抵抗小于1000℃的高温氧化腐蚀。
5）涂层涂覆性能好。热扩散锌涂层与各种油漆和高分子涂层材料之间具有很好的附着强度。
6）热扩散锌涂层无氢脆的危害。加工温度低，不影响构件机械性能。渗锌温度在320-500℃，不会影响高强度紧固件的力学性能。
7）热扩散涂层工艺为绿色清洁技术。节约原材料，生产过程没有“三废”排放，是替代电镀锌和热浸镀锌传统工艺的最有效防腐技术。
4、质量标准
1）B.S.4921-1998
Specification for sherardizing coatings
on iron or steel
(英国标准协会：钢铁粉末渗锌涂层规范)
2）EN
13811-2003 Sherardzing-Zinc diffusion
coatings on ferrous products
(欧洲标准：粉末渗锌：钢铁构件的锌扩散涂层)
3）JB/T
5067-1999
《钢铁制件粉末渗锌》中国国家机械行业标准
粉末渗锌涂层等级分类-依据EN
13811-2003规范
|
渗锌涂层等级分类 |
最小厚度规定（ｕｍ） |
不同厚度使用腐蚀环境 |
涂层耐腐蚀时间（年） |
|
45等级 |
45 |
工业或海洋区严酷腐蚀环境 |
30 |
|
30等级 |
30 |
严酷的室外大气腐蚀环境 |
23 |
|
15等级 |
15 |
正常的室内和室外环境 |
≥20 |
5、应用领域
热扩散锌涂层对在室外、工业环境和海洋气候下使用的钢铁构件提供一种长效的耐腐蚀和抗磨损保护。在钢铁材料的防腐方面具有广泛的工程应用，其主要应用范围包括：
通讯工程：线路金具、输线管件防腐处理；
建筑领域：马钢脚手架、五金及钢钉等；
海洋工程：搭建海上油田各种构件；
工程机械：五金标准件、配件、水暖件等；
汽车制造工程：各种螺钉、螺母、垫圈及配件等；
船舶制造：各种标准件、管件和锚链等；
航空航天：火箭发射和紧固件等；
石油化工：塔板、浮阀及填料等各种构件。
二、复合机械镀锌防腐技术
先知邦-复合机械镀锌防腐技术是在传统机械镀锌工艺基础上进行改进而开发的一种具有特色的复合锌铝涂层防腐技术，其突出特点是没有氢脆、镀层均匀、可处理螺纹等复杂表面工件，并且可在铁素体金属、铜合金、不锈钢及粉末烧结材料表面形成复合涂层。机械镀锌产品可分为两类：当镀层厚度小于25ｕｍ时称为mechanical
plating，用于替代电镀锌产品；当镀层厚度大于25ｕｍ、小于110ｕｍ时称为
mechanical galvanizing，用于替代热浸镀锌产品，这两类机械镀产品除厚度及用途上有所区别外，镀覆工艺基本相同。目前，机械镀锌工艺在北美洲和欧洲等表面涂饰工业中已获得广泛应用；在我国的五金构件防腐加工中也在不断推广应用机械镀锌防腐技术。
1、基本原理
在常温、常压下将金属锌粉、活化剂、冲击介质和一定量水混合为浆料，与工件一起放入一个特制的滚筒中进行转动，在促进剂化学作用及冲击介质机械碰撞的共同作用下，将活化的金属粉末不断镀覆在工件表面上，从而在金属构件表面逐渐形成光滑、均匀、致密的具有一定厚度的防腐涂层。
2、工艺流程
除油→除锈→冲洗→滚镀→分离→冲洗→封闭→烘干→检验→成品包装
3、工艺特点
1）在室温常压下加工处理，对工件机械性能没有影响、没有氢脆。
2）非常适合于小型金属构件和具有复杂凹凸表面工件镀覆，镀层均匀质量高。
3）工艺范围宽，镀层厚度可在5-107ｕｍ之间任意调节，完成全过程时间仅需30-40分钟。
4）具有优异防腐性能，不同厚度镀层5%中性盐雾腐蚀试验结果如图示。
5）生产过程耗能少，成本低，锌粉利用率可达90%。机械镀锌电耗仅为电镀的5%，锌耗只为热镀锌的30-50%，成本低于热浸锌和电镀锌。
6）环境污染小，废水容易处理，是绿色清洁生产技术。
机械镀锌层外观光滑，具有色调一致的银白色，镀层的耐腐蚀性能良好，相同厚度的镀层，其耐腐蚀性处于电镀锌与热镀锌之间。机械镀的另一个突出特点是可以形成合金涂层及复合涂层，在小型金属连接件、环链零件及紧固件等防腐加工领域具有广泛应用。
4、质量标准
1）ASTM
B816-91 “Standard Specification for Coatings
of Zinc Mechanically Deposited”
2）ESF-M1P68-A
“Plating, Mechanical-Zinc (Tin/Cadmium）
3）GM4345M
and GM4344M “Corrosion Protective
Coatings-Zinc Plating”
4）MIL-C-81562B
“Coatings,Cadmium,Tin-Cadmium and Zinc
(Mechanically Deposited)”
机械镀锌涂层等级分类-依据ASTM
B816-91规范
|
机械镀锌涂层等级分类 |
最小厚度规定（ｕｍ） |
涂层耐腐蚀时间（年） |
|
110 |
107 |
71 |
|
80 |
81 |
54 |
|
70 |
69 |
46 |
|
65 |
66 |
44 |
|
55 |
53 |
35 |
|
50 |
50 |
33 |
|
40 |
40 |
26 |
|
25 |
25 |
16 |
5、应用领域
机械度新工艺用于各种基体材料如高碳热处理弹簧钢、铸钢件、高强低合金钢、低碳钢、锻造和粉末烧结钢，也可应用于模锻材料、黄铜、紫铜和粉末烧结铜材料。
各种五金零件的表面涂饰和防护，如高强度螺栓、螺钉、管件、射钉、铁链等铁基工件等，尤其适用于垫圈及弹性工件、射钉、环链、铰链、农用暖棚搭扣、水管件接头等的表面防腐处理，加工产品可应用于汽车、航空和结构工程等各种领域。
三、目前工程中所应用不同镀锌防腐技术比较分析
1、从技术原理比较
电镀锌涂层为电化学沉积；热浸镀锌为锌加热到液体下热扩散涂层；粉末渗锌为锌粉固态冶金热扩散涂层；达克罗涂层为高温烘烤固化涂层。
电镀锌、热浸镀锌和粉末渗锌工艺原理发现的都比较早，目前，电镀锌、热浸镀锌在工程中应用最广泛，而粉末渗锌在我国工业化应用是1990年左右，在工程上讲属于新防腐技术。达克罗工艺属于最新开发的防腐技术，在国外1950年左右已广泛应用，而在我国是在1995年左右引进、并认为是先进的防腐技术，但实际在国外已应用40多年。
2、从防腐涂层综合性能比较
这几种防腐涂层主要特点性能比较
1）粉末渗锌涂层均匀性最好，在不规则构件表面、凹槽、盲孔内都能获得均匀渗层，其次是热浸镀锌涂层，电镀锌涂层不能镀孔和深凹槽，达克罗涂层一般。
2）粉末渗锌涂层硬度最高，其次是热浸镀锌和电镀锌涂层，而达克罗涂层硬度最低，仅为2-6H。硬度越高表明镀层耐磨损性能越好、抵抗表面划伤能力也越强。
3）粉末渗锌涂层与基体的结合强度最高，一般用机械力很难将涂层去掉；其次是热浸镀锌；再次是电镀锌涂层，而达克罗涂层结合强度最低。
4）粉末渗锌没有环境污染；热浸镀锌污染严重，有锌废料和锌蒸汽等；电镀锌有“三废”排放问题，污染更严重。
而达克罗涂层以前宣传没有环境污染，但实际达克罗涂层中含有六价铬，该物质为严重致癌物质对环境产生严重污染。欧洲和美国汽车研究会规定在200-年7月1日以后不允许在汽车构件上使用含六价铬的涂层。目前国外已淘汰达克罗涂层，而在国内某些方面还认为是“先进防腐工艺”。
5）防腐性能比较：在涂层完好没有划伤情况下，达克罗涂层耐腐蚀性最好，其次是粉末渗锌，再次是热浸镀锌，而电镀锌涂层耐腐蚀性最低。
混凝土隧道工程中经常使用锚固件链接构件，在比利时安特卫普和德国汉诺威地铁工程中，对镀锌固定件的预期使用寿命研究结果如下表所示，可看出粉末渗锌防腐蚀性能最好。
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技术指标
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电镀锌
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热浸镀锌
|
达克罗
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粉末渗锌
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渗层厚度
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镀层薄，一般小于10µｍ
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15-110µｍ,厚度不容易控制
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一般4-8µｍ，增厚度很难
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20-110µｍ，厚度可控制在误差10%内
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厚度均匀性
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均匀，但槽深镀能力差
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均匀，但表面有锌瘤、突起等
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一般
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渗层均匀性、连续性很好
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表面状态
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银白、表面光洁
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银白色
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银灰色
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灰色或浅灰色
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附着强度
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机械结合，强度低
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冶金结合，强度高
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机械结合，但强度比电镀和热浸镀低
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扩散冶金结合，结合强度很强
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硬度
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HV100左右
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HV70左右
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很低为H2-6左右
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HV220-450 |
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污染
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很严重
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严重
|
严重
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基本无污染
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不同地区采用不同工艺的锌涂层耐腐蚀性时间对比
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地区 |
电镀锌 |
热浸镀锌 |
粉末渗锌 |
|
农村 |
2-3 |
18-22 |
22-24 |
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城市 |
1-2 |
10-18 |
12-24 |
|
工业区 |
0.5 |
4-5 |
10-20 |
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滨海地区 |
0.5-1 |
5-6 |
10-15 |
3、先知邦公司开发的纳米复合粉末渗锌工艺
传统的粉末渗锌工艺是采用纳米级的工业锌粉来实现渗锌过程的，二纳米复合粉末渗锌工艺利用的是纳米粉末特有的热学性能及化学活性，对传统粉末渗锌工艺进行改进，降低渗锌过程加热温度、缩短保温时间并提高渗锌效率，可以获得涂层硬度和防腐性能比传统粉末渗锌更好的渗锌合金层。
粉末渗锌与热镀锌工艺比较分析
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检测内容 |
检测单位 |
检测方法 |
粉末渗锌 |
热浸锌 |
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中性盐雾试验 |
天津市质量监督检测站66站 |
GB/T10123-1997 |
1600小时未见锈迹 |
96小时出现锈迹 |
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硫酸铜试验 |
国家绝缘子产品质量监督检测中心 |
GB5958 |
7次又连续浸泡24小时未见露铜 |
5次出现露铜 |
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工业大气腐蚀 |
武汉材料保护研究所 |
|
600天未见锈迹 |
600天表面布满锈迹 |
|
海水浸泡 |
武汉材料保护研究所 |
室温15%盐水水溶液 |
600天未见锈迹 |
600天1/3以上表面生锈 |
|
流动水冲刷 |
武汉材料保护研究所 |
PH7.17，60℃流动水3000小时 |
腐蚀深度9.6ｕｍ腐蚀速度0.023g/m2·h |
腐蚀深度15.1ｕｍ腐蚀速度0.0358g/m2·h |
|
高温气流腐蚀 |
武汉材料保护研究所 |
硫化氢高温气流 |
耐高温≥750℃ |
耐高温≤300℃ |
|
抗高温氧化 |
北京有色研究院 |
600℃炉中两小时 |
表面完好 |
表面氧化紧固件被烧死 |
|
900℃炉中两小时 |
出现少许火花紧固件拆装自如 |
|
|
材料力学M22*220（8.8S）螺柱 |
天津市质量监督检测站12站 |
GB3098.1-82 |
抗拉强度880N/mm2表面硬度HRC28 |
抗拉强度788.4N/mm2表面硬度HRC22 |
|
材料力学LL650带肋钢筋 |
天津市质量监督检测站66站 |
GB2317-85 |
抗拉强度715MPa屈服强度620MPa |
抗拉强度650MPa屈服强度520MPa |
|
耐磨性能 |
大连工学院材料系 |
A3圆钢 |
圆直径32.04mm磨损量0.015mm磨损率4.68% |
圆直径32.15mm磨损量0.035mm磨损率10.87% |
|
