» » Влияние железа на свойства цинковых покрытий
10.02.2017

Железо — вредная примесь в процессе цинкования и необходимо стремиться к тому, чтобы его содержание в расплаве цинка было минимальным.
В расплаве цинка всегда присутствует некоторое количество железа. Оно попадает в расплав главным образом в результате взаимодействия жидкого цинка с поверхностью цинкуемого изделия, находящимися на ней слоями железа, а также с частями погружного оборудования и корпусом ванны цинкования (если она металлическая). Так как растворимость железа в цинке невелика (при температуре расплава 450—460°С составляет от 0,01 до 0,03 %), оно присутствует в расплаве цинка в виде железоцинковых соединений (так называемого гартцинка или дроса). Имея более высокую плотность, чем цинк, гартцинк постепенно оседает на дно ванны. Однако вследствие перемешивания расплава цинкуемыми изделиями некоторое количество гартцинка распределяется по всему объему ванны. Это увеличивает вязкость расплава цинка и снижает его способность смачивать стальную поверхность. Кроме того, увеличивается неравномерность распределения тепла в расплаве и ухудшается качество образующихся покрытий и внешний вид оцинкованной поверхности.
Содержание железа в расплаве возрастает с увеличением температуры цинкования, С увеличением содержания железа в расплаве значительно увеличивается толщина покрытия, а в верхних слоях его наблюдаются включения, представляющие собой железоцинковые соединения. В результате ухудшается пластичность, коррозионная стойкость и внешний вид покрытия (оно становится шероховатым).
С целью уменьшения содержания железа в расплаве цинка необходимо хорошо промывать изделия после травления, сокращать продолжительность их пребывания в расплаве цинка, стремиться проводить цинкование при 440— 460 °С, а также своевременно удалять со дна ванны образовавшийся гартцинк.
Скорость растворения и накопления железа уменьшается в присутствии алюминия. Замедляющее действие алюминия было рассмотрено выше, где также отмечалось, что его влияние распространяется на определенный отрезок времени — инкубационный период, в течение которого не происходит рост железоцинковых фаз.
С увеличением продолжительности цинкования слой железоалюминиевого соединения под воздействием диффузионных процессов разрушается и процесс эрозии стальной основы активизируется. Для реальных условий цинкования на непрерывных агрегатах продолжительность цинкования не превышает инкубационного периода. При содержании в расплаве 0,09—0,14 % Al инкубационный период составляет 30—60 с, а с концентрацией алюминия более 0,15% этот период увеличивается до 300 с. При накоплении в расплаве железа инкубационный период уменьшается.
Ниже приведены данные, полученные при цинковании полосы на непрерывных агрегатах, из которых видно, что количество растворенного в расплаве железа при продолжительности цинкования 10 с и температуре расплава 465 °C составляет r среднем 0,39±0,09 г/м2, а в слое интерметаллидов — 0,24±0,l г/м2.
Влияние железа на свойства цинковых покрытий

По данным исследований, проведенных па агрегате непрерывного цинкования НЛМК содержание железа в расплаве цинка составляло 0,015—0,025 %, а в интерметаллидной прослойке покрытия в пределах 0,23—0,30 % (расплав цинка содержал 0,24—0,17 % Al; скорость движения полосы составляла 2,15 м/с). При указанных условиях накопление железа в ванне практически не происходило. Адгезия цинкового покрытия к стальной основе была удовлетворительной.
Первые признаки уменьшения прочности сцепления покрытия были отмечены при снижении концентрации алюминия в расплаве цинка до 0,12—0,13% (см. рис. 60).
С увеличением температуры расплава цинка инкубационный период сокращается и рост железоцинковых соединений происходит значительно быстрее. При этом интенсивность образования дросовых отходов также возрастает.
В дросе обычно содержатся соединения железа с цинком в виде FeZn7 (нижний дрос) и Fe2Al5+FeZn7 (верхний дрос). При содержании 0,09—0,14 % Al в расплаве цинка отмечается рост содержания нижнего дроса, а при 0,15 % Al и выше доля нижнего дроса сокращается и увеличивается количество всплывшего верхнего дроса, в котором резко уменьшается содержание δ-фазы (FeZn7). Так, соотношение железосодержащих фаз Zn и Al в верхнем дросе агрегата непрерывного цинкования HЛMK при содержании 0,18—0,22 % Al в расплаве цинка составляет 0,2—0,4, т. е. преобладает соединение Fe2Al5.
Влияние железа на свойства цинковых покрытий

Значительное снижение количества дроса отмечается при увеличении содержания в расплаве цинка до 0,25—0,40 % Al и 0,40 % Pb.
Для ведения непрерывного процесса горячего цинкования полосы без образования дросовых выделений рекомендуется применять расплав состава: 0,001—0,01 % Mg; 0,15—0,40% Al; 0,40 % Pb, остальное Zn.
Влияние на растворение железа других элементов (свинца, кадмия), применяемых в качестве добавок в расплав цинка на непрерывных агрегатах, практически незначительно.
Основное назначение добавки свинца в расплав цинка — понижать его вязкость и увеличивать смачиваемость, а также обеспечивать образование узоров кристаллизации цинка.
С увеличением содержания алюминия в расплаве цинка в пределах 0—0,2 % Al (без добавки свинца) смачиваемость поверхности полосы цинком значительно уменьшается (рис. 61, кривая 1). Добавка в расплав цинка 0,2 % Pb обеспечивает хорошую смачиваемость, которая практически не зависит от содержания алюминия в расплаве (рис. 61, кривая 2).
Когда в расплаве цинка поддерживается постоянное содержание алюминия (0,15%), то оптимальный уровень смачиваемости достигается при 0,05 % Pb (рис. 61, кривая 3). Дальнейшее увеличение содержания свинца практически не влияет на смачиваемость. Наконец, при отсутствии в расплаве цинка свинца повысить уровень поверхностного натяжения можно за счет ведения процесса цинкования в области высоких температур (не менее 495°C).