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紧固件表面处理方式⑦——热浸锌
//The Principle of hot-dip galvanizing
热浸锌锌为锌加热到液体下热扩散涂层。其镀层厚度在15~10μm，并且不易控制，但搞腐蚀性好，多用于工程中。热镀锌锌加工过程中污染严重，有锌废料和锌蒸汽等。
紧固件
热浸锌
防腐
01热浸锌的原理与运用
热浸锌也叫热镀锌和热浸镀锌：是一种有效的金属防腐方式，主要用于各行业的金属结构设施上。是将除锈后的钢件浸入500℃左右融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，从而起到防腐的目的。热镀锌管是使熔融金属与铁基体反应而产生合金层，从而使基体和镀层二者相结合。
采用热镀锌工艺制造的工件具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。热镀锌是由较古老的热镀方法发展而来的，自从1836年法国把热镀锌应用于工业以来，已经有一百四十年的历史了。
热浸锌
工业中应用最广泛的钢铁材料，在大气、海水、土壤及建筑材料等环境中使用时，均会发生不同程度的腐蚀。据统计，全世界每年因腐蚀而损失的钢铁材料大约可占到其总产量的 1/3。为了保证钢铁制品的正常使用，延长其使用寿命，钢铁的防腐蚀保护技术一直受到人们的普遍重视。
热镀锌
热浸镀锌是延缓钢铁材料环境腐蚀的最有效手段之一，它是将表面经清洗、 活化后的钢铁制品浸于熔融的锌液中，通过铁锌之间的反应和扩散，在钢铁制品表面镀覆附着性良好的锌合金镀层。与其他金属防护方法相比，热浸镀锌工艺在镀层的物理屏障与电化学保护相结合的保护特性上，镀层与基体的结合强度上、镀层的致密性、耐久性、免维护性和经济性及其对制品形状与尺寸的适应性上，具有无可比拟的优势。目前热浸镀锌产品主要有钢板、钢带、钢丝、钢管等，其中热浸镀锌钢板所占比例最大。长期以来，热浸镀锌工艺因其低廉的施镀成本，优良的保护特性和漂亮的外观而备受人们的青睐，广泛应用于汽车、建筑、家电、化工、机械、石油、冶金、轻工、交通、电力、航空和海洋工程等领域。
02热镀锌层防护性能
通常电镀锌层厚度5~15um，而热镀锌层一般在35um以上，甚至高达200um。热镀锌覆盖能力好，镀层致密，无有机物夹杂。众所周知，锌的抗大气腐蚀的机理有机械保护及电化学保护，在大气腐蚀条件下锌层表面有ZnO、Zn(OH)2及碱式碳酸锌保护膜，一定程度上减缓锌的腐蚀，这层保护膜(也称白锈)受到破坏又会形成新的膜层。当锌层破坏严重，危及到铁基体时，锌对基体产生电化学保护，锌的标准电位-0.76V，铁的标准电位-0.44V，锌与铁形成微电池时锌作为阳极被溶解，铁作为阴极受到保护。显然热镀锌对基体金属铁的抗大气腐蚀能力优于电镀锌。
03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，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FeZn13，沉入热镀锌锅底，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%。
热镀锌层由四个单独的镀层组成。
前三层是铁和锌的混合物，
外表面层通常由100%的锌组成。
04热浸锌的工艺流程
1) 脱脂
脱脂可采用化学去油或水基金属脱脂清洗剂去油，达到工件完全被水浸润为止。
2) →水洗→酸洗
酸洗可采用H2SO415%，硫脲0.1%，40~60℃或用HCI 20%，乌洛托品3～5g/L，20~40℃进行酸洗。加入缓蚀剂可防止基体过腐蚀及减少铁基体吸氢量，同时加入抑雾剂抑制酸雾逸出。脱脂及酸洗处理不好都会造成镀层附着力不好，镀不上锌或锌层脱落。
2) →水洗→浸助镀溶剂
浸助镀溶剂也称溶剂，可保持在浸镀前工件具有一定活性避免二次氧化，以增强镀层与基体结合。NH4Cl 100-150g/ZnCl2150-180g/70~80℃，1～2min。并加入一定量的防爆剂。
3) →烘干预热
为了防止工件在浸镀时由于温度急剧升高而变形，并除去残余水分，防止产生爆锌，造成锌液爆溅，预热一般为80～140℃。
5)→热镀锌
要控制好锌液温度、浸镀时间及工件从锌液中引出的速度。引出速度一般为1.5米/min。温度过低，锌液流动性差，镀层厚且不均匀，易产生流挂，外观质量差;温度高，锌液流动性好，锌液易脱离工件，减少流挂及皱皮现象发生，附着力强，镀层薄，外观好，生产效率高;但温度过高，工件及锌锅铁损严重，产生大量锌渣，影响浸锌层质量并且容易造成色差使表面颜色难看，锌耗高。锌层厚度取决于锌液温度，浸锌时间，钢材材质和锌液成份。一般厂家为了防止工件高温变形及减少由于铁损造成锌渣，都采用450~470℃，0.5~1.5min。有些工厂对大工件及铸铁件采用较高温度，但要避开铁损高峰的温度范围。但我们建议在锌液中添加有除铁功能和降低共晶温度的合金并且把镀锌温度降低至435-445℃。
4) →整理
镀后对工件整理主要是去除表面余锌及锌瘤，用采用热镀锌专用震动器来完成。
5) →冷却
一般用水冷，但温度不可过低也不可过高，一般不低于30℃不高于70℃
6) →钝化
目的是提高工件表面抗大气腐蚀性能，减少或延长白锈出现时间，保持镀层具有良好的外观。都用铬酸盐钝化，如Na2Cr20780~100g/L，硫酸3～4ml/L，但这种钝化液严重影响环境，最好采用无铬钝化。
7) →漂洗→干燥→检验
镀层外观光亮、细致、无流挂、皱皮现象。厚度检验可采用涂层测厚仪，方法比较简便。也可通过锌附着量进行换算得到镀层厚度。结合强度可采用弯曲压力机，将样件作90~180°弯曲，应无裂纹及镀层脱落。也可用重锤敲击检验，并且分批的做盐雾试验和硫酸铜浸蚀试验。
01热浸锌在紧固件行业
由于镀层较厚，在紧固件中引发了内外螺纹难以旋合的问题。
解决此问题有两种方法：
①一种是在镀后再攻内螺纹，虽然解决了螺纹旋合的问题。但也降低了防腐性能。
②一种是在螺母攻丝时，使螺纹大于标准纹约有0.16~0.75mm(M5~M30)，然后再热镀锌锌这样虽然一定程度上也可解决旋合难题，但付出了强度降低的代价，且如果镀层不均匀则可能会导致内螺纹旋合问题依旧存在。
另外，国外极少数要求标准中是有先热浸锌然后再攻丝的，但说明的很明确，内螺纹上应无锌层，露出金属本体，同时要上防锈油。
目前，有一种防松螺纹——美国“施必牢”（Spiralock）内螺纹可以解决此难题。因其内螺纹与外螺纹未紧固时容隙大，可以用于容得下厚的涂层，所以不影响旋合性，同时防腐性能和强度亦保持原样，不受影响。
普通外螺纹+施必牢内螺纹
另外须注意，因为热镀锌加工的温度原因，它不能用于10.9级以上的紧固件。
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