锌浴特征及镀层性能的预控制研究

The coating building began in liquid-solid interface with mutual reaction between zinc bath and iron substrate, and ends in the outer surface of iron substrate with solidification. Trial and error method is always used to judge the performance of the coating and select the alloying elements in hot dipping. This reslt in a certain blindness in theroy study and practical application. In view of this research methods, research efforts are put upon the liquid properties (surface tension, fluidity, crystallization) of zinc bath. The zinc bath characteristics will be measured and the zinc coatings will be prepared under different parameters. At the same time, the influence of zinc bath characteristics on the coating strcture (alloy phase growthing, alloy phase constitution, thickness of alloy phase later, etc) in interface of zinc bath/ substrate and the coating performance (thickness, thickness uniformity, bonding strength, corrosion resistance, etc) will be studied. The solidification of the zinc bath will be studied in the coating forming. The relationship between zinc bath paracteristic and the coating strcture and performance will be revealed. Based on the above research, the coating forming model and the coating performance pre-controlling model will be established. The study of this project owns positive significance for prompting alloying theoretical research in hot-dip galvanizing.

热浸镀锌层的形成始于液固界面锌浴和铁基的相互作用，止于铁基最外表面锌浴的凝固。传统的热浸镀锌合金化机理及应用均以“试错法”进行合金元素的选取及合金镀层的质量评判，在理论和实践中存在一定的盲目性。鉴于此，本项目提出以热浸镀锌浴的表面张力、流动性、凝固特征等为主要研究对象，测试不同浸镀温度、锌浴成分、助镀参数、浸镀时间下锌浴的特征参数，并制备不同参数下的热浸镀锌层。采用各种现代分析手段和计算机仿真技术研究镀层形成过程锌浴—基材界面热浸镀锌浴特征对镀层合金相层生成、长大、组成等的影响规律，研究镀层形层过程锌浴在基材表面的凝固结晶过程，并分析锌浴特征参数对镀层厚度、均匀性、结合强度、耐腐蚀性能等物化性能的影响规律。揭示热浸镀锌浴特征对镀层形成过程的作用机理，从锌浴源头上基于液—固跨物态、多层次研究并提出镀层的形成理论模型，建立基于锌浴特征参数的镀层性能预控制模型。

传统的热浸镀锌合金化机理及应用均以“试错法”进行合金元素的选取及合金镀层的质量评判，在理论和实践中存在一定的盲目性。针对此，本项目研究了Zn、Zn-0.05%Al、Zn-0.1%Al、Zn-0.2%Al、Zn-0.3%Al、Zn-0.2%Al-0.2%Re、Zn-0.2%Al-0.3%Re（7类锌浴）锌浴在430~520℃下的冷却曲线，研究了镀件浸镀至冷却过程镀层形成过程的热分析曲线，研究了7种成分锌浴的流动性及变化规律，研究了成分、温度对锌浴表面张力的影响及规律，研究了不同浸镀温度、锌浴成分、浸镀时间条件下的镀层组织和镀层柯肯达尔效应，研究了表面张力、流动性对镀层表面质量、漏镀、镀层厚度、耐蚀性的影响及规律。研究结果得出了常用热浸镀锌浴合金的冷却曲线及冷却曲线的冷度特征值，得出了430℃～520℃区间7种成分锌浴的表面张力值和流动性测量值，发现纯锌浴的流动性最好，锌浴中加入铝后流动性变差；研究结果从实镀过程得出了镀层形成全过程的结晶曲线，第一次基于锌浴结晶过程阐述了镀层的形成过程；研究结果得出了常用热浸镀锌浴条件下浸镀镀层合金相层形成的顺序模型，并发现450℃和480℃下浸镀240s和300s时镀层与基体有脱落发生，出现柯肯达尔效应，锌浴中添加铝和RE抑制了柯肯达尔现象的发生；研究结果得出了表面张力、流动性和镀层表面质量、镀层厚度、耐蚀性之间的影响规律和镀层预控制指导定性模型。项目的研究结果及部分数据对热浸镀技术的基础数据积累、对促进热浸镀锌及锌合金层的理论研究、为促进镀层的源头预设计和控制具有重要的科学意义和里程碑式的指导意义。