热镀锌试验.doc

本文主要叙述非标大件热浸镀锌层的质量检测,就目前用户要求检测的项目及生产单位所使用的检测项目、方法。
对热浸镀锌层的检测方法和原理，本文在后面将逐一介绍。首先要指出的检测要分鉴定检测和交收检测。鉴定检测可以试样和破坏性的检测获得结果，而交货检测则在产品上不损坏进行检测质量。
检测的目的是保证产品的质量，所以有必要对检测项目的优缺点予以说明并附带对热浸镀锌中难以克服的问题作出分析。
再则对检测项目中应用在电镀上的方法移用在热浸镀锌上，通过原理的说明，选择是否恰当，提供了参考意见，便于双方科学选取。
对于重要的检测项目，笔者结合多年的实践，提供行之有效、简易的方法供参考，以确保检测的质量为产品质量保驾。
 0、引言
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，尤其是非标大件热浸镀锌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，非标大件的热浸镀锌是不允许破坏检测的，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，大件产品是无法放置的，是无法实施的。下面分别谈谈检测项目的原理、方法及各自的特点：
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，乃人之常情先表后里，于此笔者想提些鉴别外表的意见供参考。
1、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。
1、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、日本标准厂ISH8641、美标A123/A 123M都有详细说明。
1、3顾客要求和市场供应材料状况的矛盾。
   顾客对外观要求是相当正常合理的，由于顾客对热浸镀锌的特点不是很了解，往往会与电镀的外观相并论，按电镀锌的标准来衡量，是热浸镀锌难做到的。这里摘录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，热浸镀锌镀件希望采用沸腾钢材质，但随炼钢技术的发展，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，一些杂钢充混市场，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基材性质影响的矛盾很大，需要客户购材时要充分注意。
1、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，都采用目查法和手抚摩法。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。有些多弯头的管件，较难目查，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。
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：
2、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。
2、1、1
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。
2、1、2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。
为了提高对镀层检测的准确性和精度，降低误差，操作时要注意几个方面：
2、1、2、1被检测的镀层表面要干净、不应有杂物附着。
2、1、2、2 测厚仪要经计量检验机构校验并在有效期限之内。操作使用时，严格按各种仪器说明要求进行，用标准样片校准时与受检件条件相似。
2、1、2、3基体厚度对测量误差有影响，应用与受检镀件厚度、材质相同的标准样片校正。
2、1、2、4基体硬度、探头的受力、探头在镀件表面上的部位和距边缘距离、探头放置方向对测厚仪读数有影响。
2、1、2、5被检测镀件的区域、位置、数量、检测点数要科学合理有代表性。
2、1、2、6检测仪器检测的数据有一定的误差，每种仪器都有误差标示，要予以考虑。

2、2称量法
2、2、1本法原理：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。
2、2、2检测方法：
2、2、2、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、2、2、2退镀之前，称量试样并要有精度。
2、2、2、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）。
2、2、3对称量法检测时操作及退镀液应要注意的方面：
2、2、3、1退镀溶液应加缓蚀剂,一般2-4g/L为宜,同时退镀时间要控制好,不可对基体腐蚀,影响到镀层的质量结果.
2、2、3、2退镀后要冲洗干净，也不能产生锈蚀。
2、2、3、3计量器具必须经计量机构校验，有相当的精度。
2、2、3、4镀件表面积要计算准确。
2、2、3、5称量法有一定的局限性，使用时要权衡利弊。
2、3硫酸铜浸蚀法（均匀性实验）
2、3、1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。（见江南技术）
2、3、2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。
2、3、3检测时应注意的几点：
2、3、3、1使用的试剂的级别、配置的浓度和处理溶液的方法要统一规定。
2、3、3、2溶液的PH值、溶液的使用量应有一个规定。
2、3、3、3溶液的使用寿命即使用次数要有科学依据，既不浪费又对试样条件负责。
2、3、3、4测试条件、状态应符合实验要求。
2、3、3、5浸蚀重点要判断正确，对计算次数时作为试验终点的那次不得计入。
注意了上述几点相对而言，结果就有一定的可信度，但随科技的进展，镀层中含有稀土元素的会增加硫酸铜浸渍次数，提请注意。
3、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。锤击法，有专用试验装置见图：
3、1检测方法
3、1、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。
3、1、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。
3、2检测结合强度的看法
对于镀层结合强度的检测，笔者通过国标学习和实践体会：GB/T13912附着力：“一般厚度的热浸镀锌工件在正常工作条件下应没有剥落和起皮现象。镀锌后再进行弯曲和变形加工所生产的镀层剥落和起皮现象不表示镀层的附着力不好”。所以只要控制好锌液成分和工艺条件，正常厚度的镀件的附着力不会有问题。经过多年实践，情况亦是这样。如果要用锤击仪来检测，正常情况亦不会发生附着力不佳情况，而且检测结果对客户并不有利，至于用500克榔头敲打，使用的力无一个标准可循，结果也是会有不同看法。
于此，笔者建议用12寸板锉，用侧端有槽纹一面，敲击镀件用不损坏镀件的力，使镀层上有齿痕，此时镀层不起皮脱落，结合力为合格。
该法特点综合了锤击仪击打间隔原理也即齿痕间隔，同时给镀层以撞击力，试验镀层附着力强度。至于少量的齿痕经修整和镀层具有的阳极保护性能，不损坏镀件镀层外观和寿命，具有一定实用性。
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，以笔者的看法提供参考。
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（极薄）提供一个参考例子：我厂为上海泰高开关有限公司热浸镀锌一批出口产品，经该厂盐雾试验检测结果如下：
镀层厚度为40-55um，经过1000小时盐雾喷溅试验（条件5%NaCl,压力1.5Par、温度40℃）产品表面无黄锈产生，经试验后再测锌层厚度仍为40-55um ，而本厂做的试件经计量检验单位盐雾测试，所获得结果也是很好。所以，对热浸镀锌层来说，此试验意义不大。
以上所述的几个对热浸镀锌层检测项目和方法的体会和实践，供行家和客户参考，选择合理的检测项目和方法对双方都有利。
由于水平所限，不足之处望指正。
参考文献：
1、GB/T13912“金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法”
2、JISH0401“热浸镀锌试验方法”。
3、A123/A123M-2“钢铁制品的热浸镀锌”
4、CB/Z343-2005“船用配件热浸镀锌”
5、江南集团技术1999年第2期“热浸镀锌的庇斯（PREECE）试验”