·784· 北京科技大学学报 第34卷 1所示. 表2镀件化学成分（质量分数） Table 2 Chemical composition of the galvanized specimen 纯锌熔炼电欧冲处理 热浸镀 镀层分析 Si Mn P Fe 图1热浸镀实验过程 0.0420.0260.170.0110.0140.032余量 Fig.1 Experimental process of hot dip galvanizing 1.3镀层分析 1.1纯锌的熔炼及电脉冲处理 1.3.1厚度测量 纯锌是在电阻加热炉中熔炼，其最高加热温度 首先剪取15mm长的冷却后镀件，用胶木粉进 1100℃，测温方式为K型热电偶测温，测温精度为 行热镶，采用传统金相试样制备方法经磨样、抛光处 ±1℃.称取纯度为99.9%的纯锌700g放入高纯 理后用4%硝酸酒精浸蚀10s.然后采用SISC IASV 石墨坩埚中，在电阻炉中加热熔化，炉温设定460 8.0金相图像分析仪对镀层组织观察及相分析，将 ℃，到温后保温15min.然后进行电脉冲处理，电脉 采集到的不同浸镀时间的代表性照片读入SISC 冲处理采用EPM一C型电脉冲发生器，最大功率4 IASV8.0图像分析软件，先根据照片标尺进行校 kW.脉冲发生器采用电容间歇放电原理产生脉冲 准，然后用曲线描取钢基体与合金层以及合金层与 电流，可分别设定电压、频率和电容分级，内部设有 纯Z层接触面的边线，分别命名为T,和T2,测量出 脉冲峰值保持电路，可以直接显示输出电压和电流 T,和T,之间的平均宽度即为该试样的合金层厚度 参考值.电脉冲有电容量、电压、频率和处理时间四 (如图2所示).一般来说，合金相层主要由δ相和 个参数.处理过程如下：首先根据正交试验设计设 (相组成：δ相为靠近钢基体位置的薄层，以FeZn, 定好电容量、电压和频率三个参数，然后将高纯石墨 为主体的中间金属相，锌质量分数为88.5%~ 电极插入纯锌熔体中，开启电源进行电脉冲处理，用 93.0%:g相是以FeZn3为主的中间金属相，其中锌 秒表记录处理时间，到预定处理时间后，关闭电源， 质量分数为93.8%~94.0%.每个试样选取五个典 取出电极，立刻进行热浸镀实验.根据正交试验设 型视场，五组数据的均值作为该试样的合金层的厚 计原理，以合金层生长时间指数为评价指标，每个因 度.同时每组参数条件下实验重复做三次，三次实 素选取五个水平进行设计，采用L%(5)正交表设计 验的合金层厚度的均值作为该组参数条件下的合金 实验，如表1中所示 层的厚度 表1正交试验因素水平表 纯Z层d Table 1 Factors and levels of the orthogonal test 水平 电容量/μF 电压/V 频率Hz 作用时间/s 1 100 200 30 2 200 300 2 60 合金层厚度基板金属T,20m 3 300 500 3 90 400 700 4 120 图2典型的镀层组织及合金层厚度测量方法 Fig.2 Typical coating microstructure and measuring method of alloy 500 800 180 layer thickness 1.2热浸镀 1.3.2生长曲线拟合 镀件选用15mm×20mm×1.2mm冷轧钢板， 按上述镀层厚度测量方法得到的不同浸镀时间 其化学成分见表2.镀件经碱洗、水洗、酸洗、水洗、 的合金层厚度，根据关系式d=(其中k为生长速 助镀及烘干等工序后进行热浸镀.其中碱洗采用 率常数，n为生长速率时间指数)进行拟合.此关系 10%Na0H溶液，酸洗采用10%HCl溶液，助镀剂 式是Horstmann等m对200多篇与热浸镀锌反应有 为150gL-1ZnCL,和200gL-1NH,Cl的混合溶液. 关的论文进行总结得出的.生长速率时间指数n能 烘干在电热恒温干燥箱120℃干燥10min.将准备 较好地反映合金层的生长动力学特点，显示所研究 好的镀件浸入处理后的锌浴中，浸锌时间分别为 的合金层的生长动力学控制方式.当n为0.5时， 15、30、60、90、120和180s,到预定的浸镀时间后，取 表明合金相层的生长由扩散所控制，合金相层厚度 出镀件，空冷.为了对比，未脉冲处理试样在同样实 与时间之间呈现出抛物线关系；当n值为1.0时，表 验条件下获得. 明合金相层的生长由界面反应所控制，合金相层厚北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 1 所示． 图 1 热浸镀实验过程 Fig． 1 Experimental process of hot dip galvanizing 1. 1 纯锌的熔炼及电脉冲处理 纯锌是在电阻加热炉中熔炼，其最高加热温度 1 100 ℃，测温方式为 K 型热电偶测温，测温精度为 ± 1 ℃ ． 称取纯度为 99. 9% 的纯锌 700 g 放入高纯 石墨坩埚中，在电阻炉中加热熔化，炉温设定 460 ℃，到温后保温 15 min． 然后进行电脉冲处理，电脉 冲处理采用 EPM--C 型电脉冲发生器，最大功率 4 kW． 脉冲发生器采用电容间歇放电原理产生脉冲 电流，可分别设定电压、频率和电容分级，内部设有 脉冲峰值保持电路，可以直接显示输出电压和电流 参考值． 电脉冲有电容量、电压、频率和处理时间四 个参数． 处理过程如下: 首先根据正交试验设计设 定好电容量、电压和频率三个参数，然后将高纯石墨 电极插入纯锌熔体中，开启电源进行电脉冲处理，用 秒表记录处理时间，到预定处理时间后，关闭电源， 取出电极，立刻进行热浸镀实验． 根据正交试验设 计原理，以合金层生长时间指数为评价指标，每个因 素选取五个水平进行设计，采用 L25 ( 56 ) 正交表设计 实验，如表 1 中所示． 表 1 正交试验因素水平表 Table 1 Factors and levels of the orthogonal test 水平 电容量/μF 电压/V 频率/Hz 作用时间/s 1 100 200 1 30 2 200 300 2 60 3 300 500 3 90 4 400 700 4 120 5 500 800 5 180 1. 2 热浸镀 镀件选用 15 mm × 20 mm × 1. 2 mm 冷轧钢板， 其化学成分见表 2． 镀件经碱洗、水洗、酸洗、水洗、 助镀及烘干等工序后进行热浸镀． 其中碱洗采用 10% NaOH 溶液，酸洗采用 10% HCl 溶液，助镀剂 为 150 g·L － 1 ZnCl2和 200 g·L － 1 NH4Cl 的混合溶液． 烘干在电热恒温干燥箱 120 ℃ 干燥 10 min． 将准备 好的镀件浸入处理后的锌浴中，浸锌时间分别为 15、30、60、90、120 和 180 s，到预定的浸镀时间后，取 出镀件，空冷． 为了对比，未脉冲处理试样在同样实 验条件下获得． 表 2 镀件化学成分( 质量分数) Table 2 Chemical composition of the galvanized specimen % C Si Mn S P Al Fe 0. 042 0. 026 0. 17 0. 011 0. 014 0. 032 余量 1. 3 镀层分析 1. 3. 1 厚度测量 首先剪取 15 mm 长的冷却后镀件，用胶木粉进 行热镶，采用传统金相试样制备方法经磨样、抛光处 理后用 4% 硝酸酒精浸蚀 10 s． 然后采用 SISC IASV 8. 0 金相图像分析仪对镀层组织观察及相分析，将 采集到的不同浸镀时间的代表性照片读入 SISC IASV 8. 0 图像分析软件，先根据照片标尺进行校 准，然后用曲线描取钢基体与合金层以及合金层与 纯 Zn 层接触面的边线，分别命名为 T1和 T2，测量出 T1和 T2之间的平均宽度即为该试样的合金层厚度 ( 如图 2 所示) ． 一般来说，合金相层主要由 δ 相和 ζ 相组成: δ 相为靠近钢基体位置的薄层，以 FeZn7 为主体的中间金属相，锌 质 量 分 数 为 88. 5% ～ 93. 0% ; ζ 相是以 FeZn13为主的中间金属相，其中锌 质量分数为 93. 8% ～ 94. 0% ． 每个试样选取五个典 型视场，五组数据的均值作为该试样的合金层的厚 度． 同时每组参数条件下实验重复做三次，三次实 验的合金层厚度的均值作为该组参数条件下的合金 层的厚度． 图 2 典型的镀层组织及合金层厚度测量方法 Fig． 2 Typical coating microstructure and measuring method of alloy layer thickness 1. 3. 2 生长曲线拟合 按上述镀层厚度测量方法得到的不同浸镀时间 的合金层厚度，根据关系式 d = kt n ( 其中 k 为生长速 率常数，n 为生长速率时间指数) 进行拟合． 此关系 式是 Horstmann 等［11］对 200 多篇与热浸镀锌反应有 关的论文进行总结得出的． 生长速率时间指数 n 能 较好地反映合金层的生长动力学特点，显示所研究 的合金层的生长动力学控制方式． 当 n 为 0. 5 时， 表明合金相层的生长由扩散所控制，合金相层厚度 与时间之间呈现出抛物线关系; 当 n 值为 1. 0 时，表 明合金相层的生长由界面反应所控制，合金相层厚 ·784·