книги из ГПНТБ / Соголовская А.Г. Прогрессивные методы горячего цинкования

£, так что общая толщина интерметаллических фаз с повы­ шением содержания углерода не уменьшается. Кремний и фосфор в стали ускоряют диффузию железа в цинк, поэтому возрастает толщина интерметаллических слоев, что повыша­ ет хрупкость покрытия.

Присутствие серы и марганца в стали не влияет на строе­ ние и толщину цинкового покрытия.

Таким образом, повышение температуры ванны, про­ должительности выдержки в цинковом расплаве, наличие в цинкуемой стали фосфора, кремния и большого количества углерода ухудшают пластические свойства покрытия.

Влияние примесей в цинковом расплаве на толщину и свойства покрытия. Выше было выявлено строение цинково­ го покрытия при цинковании чистым (без примесей других металлов) цинком. Однако практически цинковый расплав всегда содержит примеси других металлов, присутству­ ющих в цинке или вводимых специально в ванну. При­ меси, растворенные в цинке, различным образом влияют на кристаллизацию цинка на железе, повышают или понижают температуру плавления, поверхностное натяжение, вяз­ кость расплава.

Примеси могут изменять состав, толщину интерметал­ лических фаз и скорость их образования.

Обычной присадкой к цинку является олово. Его содер­ жание в ванне ss 0,05%, назначение — создать на покры­ тии кристаллический узор. Исследования 3. П. Меньшико­ вой и И. Б. Серебряковой [18] показали, что добавление олова в расплав вызывает незначительное увеличение кри­ сталлов по сравнению с чистым цинком. Вместе с тем толщи­ на покрытия цинком с добавкой олова при любых темпера­ турах цинкования больше, чем покрытия чистым цинком

(табл. 6) [18].

По утвеождению Шейла и Вурста [56] при содержании

42

олова до 0,5% толщина интерметаллических фаз увеличи­ вается на 38%, возрастает вязкость расплава, ухудшаются механические свойства покрытия, в связи с чем число пере­ гибов оцинкованного листа снижается. Наоборот, при более высоком содержании олова (1 — 5%) толщина интерметал­ лических фаз падает.

Таблица 6

Зависимость веса цинкового покрытия от добавок свинца, олова и алюминия

3.П. Меньшикова, Н. С. Смирнов и И. Б. Серебрякова

[19]указывают, что олово энергично взаимодействует с же­ лезом, поэтому количество его в расплаве влияет на толщи­ ну покрытия, но при содержании олова более 1% (особенно выше 10%) его взаимодействие с железом уменьшается.

43

Другие авторы [54], напротив, на основании проведен­ ных опытов, считают, что олово не влияет на образование интерметаллических фаз и толщину покрытия (исследованы добавки олова до 0,93%), однако в присутствии олова (не­

высоких температур, образуя два жидких слоя, из которых свинец, как более тяжелый, находится на дне ванны в виде свинцовой подушки. Поэтому наличию свинца в расплаве не придавали большого значения в процессе формирования покрытия [29], тем более, что свинец неизменно присут­ ствовал в ванне цинкования (до последнего времени все заво­ ды работали на дистилляционном цинке марок ЦЗ,Ц4, кото­ рый содержит 1—2% свинца). В настоящее время дистилля-

44

ционный цинк заменен электролитическим марки ЦО, прак­

и о его влиянии на качество покрытия.

Рядом авторов [25, 45, 61 ] установлено, что уже при не­ большом содержании свинца свойства расплавленного цин­ ка (вязкость, текучесть) становятся более благоприятными для образования высококачественного покрытия. В то же время Г. Баблик [36] отрицает влияние свинца на структуру покры­ тия. Хотя, как это видно из диаграммы (рис. 14), при темпера­ туре цинкования в расплаве может содержаться 1% свинца, добавка его к цинку марки ЦО заметных результатов не дала ввиду ликвации свинца на дно ванны.

Вместе с тем в расплаве цинка марки ЦЗ, содержащего 1% РЬ, ликвация его на дно почти не наблюдается. А. А. Бочвар [5] объясняет это тонкодисперсным распределением свинца в цинке ЦЗ в процессе его получения. Г. Баблик [36] считает, что отсутствие ликвации свинца объясняется наличием в расплаве олова, благодаря чему происходит взаимное растворение этих двух металлов и равномерное распределение свинца по всей массе цинка. Это положение Г. Баблика подтверждается исследованиями советских ученых [31 ], которые доказали, что резкое расслоение свинца в расплавленном цинке, не содержавшем олова, исчезало уже при добавлении 0,1% олова в цинк. Поэтому было пред­ ложено легировать электролитический цинк введением свинцово-оловянного припоя (ПОС-ЗО, ПОС-50) или пере­ гретого до 820°С сплава цинка с 10—15% свинца (при та­ кой температуре сплав представляет собой однородную смесь). Распределение свинца в ванне после введения пе­ регретого сплава оказывается достаточно равномерным.

В практике цинкования было замечено, что при содер­ жании свинца, превышающем 0,5%, покрытие получается

45

более темным, сцепление его со сталью ухудшается, толщи­ на покрытия увеличивается.

Исследование жидкотекучести цинка с добавками свин­

цинкового расплава возрастает, поэтому на стали задержи­ вается более толстый слой цинка, и унос его из ванны повы­ шается (табл. 7) [13]. Но наряду с повышением вязкости свинец в цинковом расплаве играет и положительную роль:

46

Т а бл и ц а 7

Зависимость расхода цинка от добавок свинца в цинковый расплав в цехе оцинкованной посуды Новомогковского металлургического завода

при добавках свинца выше 0,5% оцинкованная поверхность

*

По методике И. А. Каковского эффект смачивания опре­ деляется разностью Ай между уровнем поверхности расплав­ ленного цинка до погружения стальной пластинки и точ­ кой, до которой поднимается цинк по пластинке после ее погружения. При измерении высоты подъема цинка до при­ бавления к нему железа, после прибавления железа и, на­ конец, после прибавления к этому же цинку свинца (табл. 8) было выяснено [15], что добавки свинца улучшают смачивание цинковым расплавом стали.

Таблица 8

Зависимость смачивания цинком стали от добавок железа и свинца

Как видно из табл. 8, легирование электролитического цинка свинцом позволяет довести его смачивающую способ­ ность до уровня, характерного для дистилляционного цинка.

Таким образом, добавки свинца оказывают как положи­ тельное, так и отрицательное влияние на процесс цинкова-

48

ния; железо является нежелательной, но неустранимой примесью.

Наиболее важной и необходимой примесью в ванне цин­ кования является алюминий. Алюминий легче цинка, по­ этому он находится всегда на поверхности расплава. Окисля­ ясь на воздухе, алюминий тем самым создает тугоплавкую окисную пленку, которая уменьшает угар цинка с зеркала ванны.

При наличии алюминия в ванне поверхность изделий получается более светлой, а кристаллический узор — более мелким. Кроме того, алюминий придает покрытию пластич­ ность и способствует улучшению сцепления его со сталью.

Исследования показали, что добавки алюминия в коли­ честве 0,15—0,20% вызывают резкое изменение в строении покрытия: наиболее хрупкая и богатая железом фаза Г полностью отсутствует; фазы и £ уже при 0,12% алюми­ ния исчезают, а более пластичная фаза £ + *1 постепенно сокращается до минимума. В результате получается покры­ тие, которое почти полностью состоит из наиболее пластич­ ной фазы т} (т. е. из чистого цинка) небольшой толщины (30—35 мк). Редекер, Петерс и Фрие [54] также указыва­ ют, что добавка 0,25%-алюминия в ванну приводит к сниже­ нию толщины покрытия на 40%.

Механизм влияния алюминия на строение покрытия окончательно не выяснен. А. В. Смирнов объясняет его сле­ дующим образом. В момент погружения стали в расплав, содержащий алюминий, на поверхности образуется тонкая пленка FeAl3, затрудняющая диффузию железа в цинк. При кратковременной выдержке ионы железа не успевают проникнуть сквозь пленку в цинк, поэтому богатые желе­ зом фазы не образуются; но с увеличением выдержки коли­ чество ионов железа, прошедших через пленку, возрастает, что подтверждается данными табл. 9 [1].

Т а б л и ц а 9

Зависимость потерь железа в ванне с добавками алюминия от продолжительности выдержки

Г /К . Львов и Г. С. Щеголь'[17] утверждают, что содер­ жание алюминия в ванне должно быть 0,5%. Но практика

50

на зеркале ванны).. В последнем случае при взаимодей­ ствии нашатыря с алюминием образуется летучее соедине­ ние А1С13, что приводит к несколько повышенному расходу нашатыря, поэтому площадь зеркала, занимаемую флюсом, стараются сократить до минимума.

В ванну часто вводят сурьму для получения на покрытии узора с крупными красивыми кристаллами, однако сурьма увеличивает растворимость железа в цинке, что способству­ ет росту интерметаллических фаз и получению более хруп­ кого покрытия.

Кадмий, который содержится в цинке марки ЦЗ до 0,2%, также увеличивает растворимость железа в цинке. Вместе с тем, увеличение содержания кадмия в расплаве даже до 1,1% не влияет на толщину покрытия [54].

Мышьяк даже в малых количествах вреден, так как силь­ но увеличивает хрупкость покрытия. Медь, по мере увели­ чения ее содержания от 0,01 до 0,8%, снижает толщину по­ крытия с 57 до 49 мк и не влияет на процесс образования железо-цинковых сплавов [54].

В последние годы исследовано влияние магния на каче­ ство цинкового покрытия [58]. Оказалось, что магний улуч­ шает механические свойства покрытия, его внешний вид и коррозионную стойкость и может явиться полезной до­ бавкой при горячем цинковании изделий.

Интересное сообщение о влиянии буры на качество цин­ кового покрытия сделал ЦИИЧМ [9]. Оказалось, что не­ большие добавки буры (250—300 г), введенные на зеркало ванны при цинковании посуды, повышают жидкотекучесть расплава; толщина покрытия уменьшается на 10%, плот­ ность покрытия увеличивается в 1,5—2 раза, улучшается блеск и товарный вид изделий, слой цинка становится ровнее. При этом наблюдается уменьшение расхода цинка.