热镀锌也称热浸镀锌，是钢铁紧固件浸入熔融的锌液中获得金属覆盖层的一种方法。近年来随高压输电、交通、通讯事业迅速发展，对钢铁紧固件防护要求越来越高，热镀锌需求量也在不断增加。

　　1、热镀锌工艺

　　1.1热镀锌层防护性能

　　通常电镀锌层厚度5～15μm，而热镀锌层一般在40μm以上，甚至高达200μm。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，明显热镀锌对基体金属铁的抗大气腐蚀能力优于电镀锌。

　　1.2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(体心立方晶格)固溶体。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，当锌在固溶体中达到饱和后，锌铁两种元素原子相互扩散，扩散到(或渗入)铁基体中的锌原子在基体晶格中迁移，逐渐与铁形成合金，而扩散到溶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，为密排六方晶格。其含铁量不大于0.003%。

　　1.3热镀锌工艺过程及有关说明

　　1.3.1 工艺过程

　　工件→脱脂→水洗→酸洗→水洗→浸助镀溶剂→烘干预热→热镀锌→整理→冷却→钝化→漂洗→干燥→检验

　　1.3.2 有关工艺过程说明

　　(1)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)酸洗

　　可采用H2SO4 15%，硫脲0.1%，40～60℃或用HCl 25%，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。

　　(3)浸助镀剂

　　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/L，ZnCl2 150-180g/L，70～85℃，1～2min。并加入一定量的表活剂.

　　(4)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℃。现在一般都加防爆剂。

　　(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。另外，镀锌合金也很重要.

　　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。有些工厂对大规格件采用较高温度，但要避开铁损高峰的温度范围。但建议在锌液中添加有除铁功能和降低共晶温度的合金，且把镀锌温度降低至435～445℃。

　　(6)整理

　　镀后对工件整理主要是去除表面余锌及锌瘤，采用热镀锌专用震动器来完成。

　　(7)钝化

　　目的是提高紧固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。一般用铬酸盐钝化，如Na2Cr2O7 80～100g/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。

　　(8)冷却

　　一般用水冷，但温度不可过低也不可过高，不低于30℃不高于70℃，

　　(9)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。

　　2、锌灰、锌渣的形成及控制

　　2.1 锌灰、锌渣的形成

　　锌灰锌渣不仅严重影响到浸锌层质量，造成镀层粗糙，产生锌瘤。而且使热镀锌成本大大升高。通常每镀1t工件耗锌40～100kg，如果锌灰锌渣严重，其耗锌量会高达140～200kg。控制锌渣主要是控制好温度，减少锌液表面氧化而产生的浮渣，所以更要采用有除铁功能和抗氧化功能的合金并且用热传导率小、熔点高、比重小、与锌液不发生反应，既可减少热量失散又可防止氧化的陶瓷珠或玻璃球覆盖，这种球状物易被工件推开，又对工件无粘附作用。

　　对于锌液中锌渣的形成主要是溶解在锌液中的铁含量超过该温度下的溶解度时所形成的流动性极差的锌铁合金，锌渣中锌含量可高达94%，这是热镀锌成本高的关键所在。

　　从铁在锌液中的溶解度曲线可以看出：不同的温度及不同的保温时间，其溶铁量即铁损量是不一样的。在500℃附近时，铁损量随着加温及保温时间急剧增加，几乎成直线关系。低于或高于480～510℃范围，随时间延长铁损提高缓慢。因此，人们将480～510℃称为恶性溶解区。在此温度范围内锌液对工件及锌锅浸蚀最为严重，超过560℃铁损又明显增加，达到660℃以上锌对铁基体是破坏性浸蚀，锌渣会急剧增加，施镀无法进行。因此，施镀目前多在 430～450℃域内进行。

　　2.2 锌渣量的控制

　　要减少锌渣就要减少锌液中铁的含量，就是要从减少铁溶解的诸因素着手：

　　⑴施镀及保温要避开铁的溶解高峰区，即不要在480～510℃时进行作业。

　　⑵锌锅材料尽可能选用含碳、含硅量低的钢板焊接。含碳量高，锌液对铁锅浸蚀会加快，硅含量高也能促使锌液对铁的腐蚀。目前多采用08F/XG08 /WKS优质钢板，并含有能抑制铁被浸蚀的元素镍、铬等。不可用普通碳素钢，否则耗锌量大，锌锅寿命短。也有人提出用碳化硅制作熔锌槽，虽然可解决铁损量，但造型工艺是一个难题，目前工业陶瓷所制作的锌锅仅能做成圆柱型且体积很小，虽然可以满足小件镀锌的要求但无法保证大型工件的镀锌。

　　⑶要经常捞渣。先将温度升高至工艺温度上限以便锌渣与锌液分离，使锌渣沉于槽底后用捞锌勺或专用捞渣机捞取。落入锌液中镀件更要及时打捞。

　　⑷要防止助镀剂中铁随工件带入锌槽，助镀剂要进行在线再生循环处理，严格控制亚铁含量，不允许高于4g/l，PH值始终保持在4.5～5。

　　⑸加热、升温要均匀，防止局部过热。

　　3、热浸镀锌产品的镀层质量检测

　　热浸镀锌产品的镀层质量检测，对厂方和客户都是关心和注重的，尤其是非标大规格的热浸镀锌螺栓检测项目和方法选择更重要，关系到产品质量的认可和争议。

　　目前热浸镀锌的检测项目为，镀层外观、镀层的厚度、镀层与基础的结合强度以及少数客户特殊要求的镀层均匀性、钝化膜、耐盐雾实验等。这些检测实验应分为鉴定检测和交收检测，所以交收检测应以外观、厚度、结合强度为主，可以在产品上直接获得质量数据和结果。至于均匀性实验、钝化膜、耐盐雾实验应作为鉴定检测，可以试样做破坏性检测取得类似产品生产时的质量结果，在均匀性(硫酸铜)试验的烧杯中和盐雾试验的箱体中。

　　3.1外观

　　热浸镀锌的外观是映入视觉的质量的第一印象：光滑、粗糙、流挂、色差、脱漏镀等等，亦是顾客能否接收的关键所在和引起争议之处。

　　① 外观是重要的，各加工单位应要尽量满足顾客的要求，提高工艺操作水准，避免漏镀、减少色差、流挂，加强整修去除锌瘤、灰斑等不足，提高外观质量。

　　② 热浸镀锌近期的技术及特点对外观影响。热浸镀锌技术目前各国有不少改进和提高，但离装饰性镀层的要求还有距离，其中色差是钢中硅的影响，各国虽经努力研究还尚未彻底解决。为攻克这一外观的不佳，都采取低温镀锌来改善避免，但不可能杜绝，同时低温镀锌操作不当，会造成流挂现象产生。此外，锌液中的铁(镀件、锌锅引起)成小锌渣，会覆着在镀层上，使镀层不光滑，是难以避免的。除非标准件热浸镀锌后用风力处理，一般的非标准件镀锌或多或少存在锌粒，这是热浸镀锌的一个不佳特点，所以，热浸镀锌要作为装饰镀层，目前还未能达到该水平，提请顾客理解和注意。而色差、流挂、锌粒对镀件的使用寿命是无影响。在国标 GB/T 13912、日本标准ISH8641、美标A123/A 123M都有详细说明。

　　③顾客的特殊要求

　　如日本标准对外观中的说明参考：“本来热浸镀锌不是以装饰为目的而实施的，所以不应以危害美观为原来来判断其良否”同样在GB/T 13912、A123/A 123M中都有叙述，所以对顾客有很高外观要求的要与之沟通，说清楚热浸镀锌的不足特点，以便取得顾客认识的统一。

　　其次，热浸镀锌紧固件希望采用沸腾钢材质，但随冶炼技术的发展，生产的钢材多数是镇静钢和半镇静钢，沸腾钢基本淘汰，而上述钢中硅含量对热浸镀锌的外观会产生不利影响，产生色差(俗称桑德林效应)同时随钢价的上涨，一些废钢搞乱市场，对热浸镀锌的质量带来更大的负面影响，所以客户的要求和镀件材料性质影响的矛盾很大，需要客户选材时要充分注意。

　　④检测方法

　　外观的检测方法，国内外采取的手段是基本一致的，都采用目测法和手抚摩法。这里要说明的是内腔表面的检测条件，一般要用照度相当于40W日光灯500～750mm远照明或300勒克司照度，这样看得较清楚。有些多弯头的U型件，较难目测，要在工艺上进行控制，(或内窥镜检测)。保证其质量，检测方法可由供需双方协商决定。

　　3.2热浸镀锌层厚度检测

　　热浸镀锌时,镀件的铁和锌液发生合金反应,生成的合金层加上合金层上附着的纯锌层一起构成了镀层或“附着量”。在同一环境条件下，热浸镀锌件的寿命与附着量大致成正比,镀层厚耐腐蚀使用寿命长。然而在热浸镀锌时，镀层的锌液受重力、锌液流动性能、镀件结构形状、材质、厚度、表面状况、操作工艺等因素的影响，致使镀锌层均匀程度不一，所以平时检测的镀层厚度数据是平均值，不可能表示镀层精确的厚度。

　　对热浸镀锌层的厚度，目前检测的方法大致采用磁性测厚法、显微镜法、称量法、硫酸铜浸蚀法等(视方法而定)，其中全相显微镜法、称量法、硫酸铜浸蚀法都是破坏性的测试，一般都不采用，大多数都是用磁性测厚法检测锌层厚度。

　　虽然，有的生产单位检测报告中有硫酸铜浸蚀法，事实上多数未做该法检测，数据是摘录的，实验情况模糊。凭心而论，用磁性法检测厚度已足矣，此法既快捷又方便，有一定的科学可信度，而且一般非标准件的镀层厚度，生产时居多数是超厚(太厚结合强度不佳)。非双方有争论时，才用仲裁称量法。

　　下面对磁性测厚法、称量法、硫酸铜浸蚀法的特点原理、检测方法及注意要点叙述如下：

　　①磁性测厚法

　　特点是不破坏产品，所测厚度为某区域某点镀层的厚度，不表示整体的精确厚度。因此为能有较好的正确性，需多测几个区域，多几点的测试平均值，这样对镀件的镀层厚度具有代表性，也较客观的反映。

　　该法原理是根据磁引力或磁感应原理。磁引力或磁感应随磁性基体上的镀层厚度的变化而变化。即磁体断开力或磁阻值与镀层厚度有一定的函数关系。可用仪器测量磁体脱离受检镀件表面的断开力或测量通过镀层与基体金属磁路的磁阻力来求得镀层厚度。

　　磁性检测方法和检测注意点：磁性检测方法是用购买的测厚仪，在镀件上检测镀层厚度。

　　②称量法

　　原理：将试样浸于退镀溶液中，溶解试样表面的热浸镀锌层，称量镀锌层溶解前后试样的质量，按试样的质量损失计算试样单位面积上热浸镀锌层的质量，也可换算成厚度。

　　由上所知，镀件的镀层遭破坏，而所得到的镀层质量(换算的厚度)也是平均值，是指整体的而不是局部的。此外，对大的镀件、很重的镀件和结构复杂的镀件，用这种称量法误差也是不少的，而且有难度的。

　　检测方法：1试样用不侵蚀热浸镀锌层的有机溶剂脱脂烘干待用或镀后直接称量。2、退镀之前，称量试样并要有精度。3、将试样完全浸入室温下的退镀溶液中，退镀溶液的用量不少于10mL/1平方厘米(试样完全浸入)不裸露，观察试样表面析氢反应，以氢气析出平缓无变化时作为镀层溶解过程的终点。取出试样量于流水中清洗，必要时，可用刷子刷去表面附着的任何松散物质。然后浸于无水乙醇中，(迅速取出干燥，再较量到前述精度，然后计算或换算)。

　　③硫酸铜浸蚀法(均匀性实验)

　　原理和特点：是利用金属的标准电板电位的不同(Zn为–0.672V、Fe0.441V、Cu0.512V)它们的活泼性不同，电位负的活泼金属能量置换溶液中不活泼金属(离子)反应：

　　Zn+CuSo4=Cu+ZnSo4

　　Fe+CuSo4=Cu+FeSo4

　　反应中析出的铜在锌层上的沉积物是黑色的，无粘附性的海绵状铜，在铁表面上沉积的一层较牢固的红色置换铜，终点明晰。

　　该浸蚀法的特点，由于试件或镀件的镀层受诸多因素的影响，不可能获得相同情况的镀层，因此实验结果的重现性、可比性差，对镀层厚度无具体数据显示，然而，众所周知检测镀层的厚度、重量是平均值，不可能精确得悉镀层上某处的厚薄，而该法会让你清楚观察到镀层的最薄处以及镀层是否达到要求。所以，该法仍被许多国内外标准上规定检测镀层的均匀性，是有一定道理和可信性。

　　检测方法：将清洗好的试样放入18℃±2℃的试样中，静放1分钟。此时不要搅动溶液和碰到容器壁上，使试片静放在溶液中央，取出的试片马上用水洗净，擦掉附着在镀锌层上的铜。以规定的次数反复操作，不要它达到终点为好。

　　镀层和基体的结合强度(附着力)：镀层的结合强度是热浸镀锌的重要性能，镀层结合力不佳、脱落，就谈不上使用寿命，等于未镀锌，所以结合强度的检验很重要。

　　镀层结合强度的检测有弯曲实验法、锤击法、划格法等，其中划格法一般对薄板镀层而言，弯曲法通常用于管件，这种方法系镀锌后的外加应力，在标准上已有说明(GB/T13912 6.4附着力)，亦不能完全说明附着力不好，所以也不采用。对锤击法的使用比较青睐。

　　检测方法：1、操作试件要水平放置实验面，以重锤支撑台为中心，锤柄从垂直位置自然落下，平均间隔为4mm，打击5点，检查敲打间隔的镀层剥离及起皮情况。同一部位不准重复敲击。2、锤击法使用中，有些单位以500克榔头敲打，镀层不起皮脱落为好。

　　④其他的检测方法：

　　诸如性状试验、镀层孔隙率、盐雾试验等检测。

　　状性试验仅是日本标准中提及，它用浓碱液的腐蚀时间来判断镀层的厚度，此法只有耐腐蚀时间，无具体厚度依据，再则退镀后尚有少量合金层剩留，国内基本不采用。

　　对镀层的孔隙率检测，先要了解热浸镀锌是熔化的锌液和钢铁合金化冷却凝固后形成的合金层及纯锌层，一般不存在孔隙，所以做孔隙率检测是多余的，那么，为何会提出孔隙率检测。这是将电镀层的检测误移到热浸镀锌层来，电镀镀层是在电镀时由于氢气的析出夹杂至电镀层中而形成的孔隙率。所以了解生产镀层的机理不同，对检测的项目应会有不同的合理选择。

　　至于盐雾试验，检测热浸镀锌的镀层的耐蚀性意义不大，由上面孔隙率的检测和镀层厚度的相差得知，热浸镀锌件的使用寿命主要依靠镀层厚度，而盐雾试验对镀层钝化膜的检测是合适的。镀层厚度为44-55um，经过200小时盐雾喷溅试验(条件 5%NaCl,压力1.5Par、温度40℃)产品表面无红锈产生，经试验后再测锌层厚度仍为45-55um 。所以，对热浸镀锌层来说，此试验意义不大。