镀铝技术工艺发展分析

第一节 镀铝基本生产技术、工艺或流程

1、熔剂法

熔剂法是以使用专门的助浸熔剂为其主要工艺特点。其主要设备为前处理设备和后处理设备。前处理设备包括除油炉、酸洗槽和水洗槽。后处理设备包括烘干炉、浸铝设备和扩散炉。

熔剂法的流程：除油-酸洗-水洗-钝化(或助镀)-烘干-热浸渗铝-扩散-精整。

用熔剂法进行热浸镀铝，需将基材以碱、酸溶液进行除油和除锈处理，清除表面上的污垢和锈皮，然后在其表面先浸涂助浸渗熔剂，形成一层完整无隙的熔剂薄膜，以保护基材表面不被氧化污染。当被包覆这种熔剂薄膜的基材浸人熔融浸渗液中时，熔剂膜熔解并自行脱除，基材的清洁表面立即被浸渗液所润湿，便形成了镀层。

2、森吉米尔法

森吉米尔法是钢材的表面预处理按照顺序在氧化炉和还原炉中完成。还原炉中以高温辐射方式加热使钢材表面的氧化物被氢气还原，经过适当降温后，将钢材引人浸渗液中浸渗。主要工艺过程是：1)将基材送人氧化气氛的加热炉中，在400～500~C下使钢材表面的油脂和污物碳化除掉，或者变为在后续步骤中易于除掉的形态；2)将钢材送人还原炉中，在800～850~C下将存留在钢材表面上的氧化物还原除掉；3)经处理的钢材在还原气氛的保护下，直接送人浸镀的铝或铝合金的熔融的浸镀液中镀覆。由于这种方法是从热浸镀锌所用的森吉米尔工艺方法移植过来的，故也被称为森吉米尔热浸镀铝法。

3、其它方法

1)无氧化法。钢材首先进人一台燃气炉，通过调节煤气与空气的比例，使炉中气氛呈无氧化性；炉温高到足以引起钢材发生亚临界再结晶退火的程度。接着，钢材进人另一炉中，炉膛内由氢气和氮气形成轻度还原气氛，完成浸镀前处理过程，适当降温后浸人到浸镀液中进行浸镀。

2)无氧化还原法，即改良的森吉米尔法。就是采用氧化与还原过程作为清除钢材表面污物的主要手段。其主要的生产设备包括开卷机、焊接机、预热炉、冷却塔、酸洗槽、还原炉、镀铝锅、卷曲机等。在这种生产线上，将直接燃烧式无氧化加热炉和高温辐射还原炉联合使用，完成钢材浸镀前的表面准备。

4、工艺流程

真空喷镀工艺流程

第二节 镀铝新技术研发、应用情况

1、坩埚表面耐腐蚀处理以及其制造材料的研发

液体浸铝用坩埚多为20碳素钢。在镀铝过程中，铝液中的铝原子向坩埚基体内扩散，而坩埚的铁原子溶人铝液，其迁移速度相当快。壁厚10 mm 的不锈钢坩埚仅仅20 h坩埚壁就被浸蚀穿孔，成为工艺推广的一大障碍。曹学增等开发了较致密的镀铝涂料及刷涂工艺，用于普通钢制坩埚中，效果很好。这种涂料具有好的热稳定性，与铝液不反应，对坩埚内壁有很强的附着力，并能反复经受热冲击，可代替价格昂贵的A12N3。为了使热浸镀铝技术能够更为广泛地推广，坩埚表面耐腐蚀处理以及其制造材料的研发将会是以后研究的重点

2、镀铝钢产品应用

经过近20年的校厂联合研究与开发，华中科技大学开发的镀铝钢产品各项性能指标均达到国家标准，在化工、石油、电力等行业的近80家单位得到应用，取得了显著的经济效益。例如，某沿海炼油厂蒸馏装置的蒸发后冷换热器，其壳程为海水，管程为含H2S的不凝气和汽油，进口温度为20℃，出口为40℃；原来的碳钢管，仅能用14个月，改用镀铝钢后，经43个月的使用，400根镀铝钢管中只有14根开裂(由于加工质量问题引起)，其余管子内外表面镀铝层完好，使用寿命提高2倍以上。

第三节 镀铝国外技术发展现状

热浸镀铝钢材在发达国家研究时间较长，目前已有比较成熟的生产工艺，并进入稳定生产时期。在美国、日本等发达国家的应用范围非常广泛，目前己逐步建立并完善了镀铝钢的产品标准。对这种材料的焊接性能也进行了一定的研究，从六、七十年代开始陆续有一些研究成果发表。但是由于镀铝钢材的扩散层太薄，给研究工作造成了较大的困难，而且缺乏铁-铝系中各种中间相的结晶构造和其性能的确切材料，所以到目前为止众多学者对镀铝层的结构和组成还没有一致的看法，对焊接时由这些组织引起的问题也还有待进一步研究。

1972年，美国伯利恒钢铁公司开发出55％A1-Zn合金镀层板，一般情况下，热镀铝镀层为一种稳定的金属间化合物Fe2Al5，通常称之为11相，Fe l 层的厚度约为3Ixm-10Ixm，这种产品具有Al镀层的耐蚀性，还兼有zn的阴极保护性，在3l5℃长期使用不变色，通常作为以耐蚀为主要用途的钢带，投产后迅速扩展到其他国家。1976年，美国内陆钢铁公司开发出了Al—Ti合金镀层钢板，使镀铝钢带的使用温度可提高到850℃。热镀纯Al镀层钢带，通常作为以耐蚀为主要用途的钢带。热镀Al—Si镀层钢带，因含Si，耐高温性能好，国外通常将其作为以耐热为主要用途的钢带。

进入2l世纪，美钢联法具有电解脱脂．刷洗等前处理和全辐射加热退火等特点，因此目前热镀铝的改良森吉米尔法工艺已向美钢联法工艺发展。目前澳大利亚BHP公司将开发新型彩色镀铝锌钢板。

第四节 镀铝技术开发热点、难点分析

70年代以来，随着汽车工业的发展，镀铝钢板生产技术迅速发展，一些新方法、新技术不断出现，如电镀法、喷镀法和真空蒸镀法、电泳法等等，然而热镀法仍是生产镀铝钢板的主要方法，因为此种方法比较经济。

工业生产镀铝钢板有热镀法和电泳法两种。热镀铝与森吉米尔法热镀锌(见锻锌钢板生产)基本相似。由于铝的化学活性大，熔点(660℃)高于锌(419.45℃)，且表面张力较大，因而使操作温度高，技术难度大，工序更加复杂。热镀铝时槽温保持在670—710℃，在如此高温下，铁与铝迅速反映生成浮渣，所以熔铝不能用铁锅而应采用镶有陶瓷衬里的容器。液态铝表面张力大，对钢板的润湿性较差，钢带需经严格的表面预处理才可获得良好的镀层。熔融铝和钢基接触很快形成Fe——Al系金属化合物，此合金硬而脆，将严重影响镀铝钢板的塑性加工成形性(见薄板成形性)。为了控制铝和钢界面生成金属化合物，一般要在铝液中加入5%~10%的硅。

热镀法所生产镀铝宽板带的难点在于提高产品的耐腐蚀性，为了进一步提高镀铝钢板的耐腐蚀性，开发镀铝锌板，其具有更好的耐热性，其使用温度可达850℃，相当于409型不锈钢。

第五节 镀铝未来技术发展趋势

进入80年代，由于镀铝钢带的广泛应用，人们对热镀铝钢带的耐高温、耐腐蚀性能有了更高的要求，出现了用合金钢带镀铝代替低碳钢带镀铝，用铬合金钢带镀铝代替低合金钢带镀铝，用不锈钢带镀铝代替铬合金钢带镀铝的发展趋势，热镀铝钢带的发展朝着用低成本钢取代高成本耐热钢的方向发展，使得镀铝板的生产规模和应用范围不断扩大。目前，镀铝未来技术发展趋势表现在：

1、复杂工件浸铝工艺的改进

目前的镀铝技术主要用于高温、高腐蚀工作条件下的管件和一些结构简单工件，而复杂工件材料仍以合金材料为主，如果浸铝液的流动性、表面附着能力以及渗入技术能进一步提高，热浸镀铝工艺将得到更为广泛的应用。

2、计算机模拟研究

近年来已开始用计算机数值模拟的方法来研究热浸镀铝工艺，由于对热浸镀铝过程进行完整的模型试验和现场测试有很大困难，国内外这方面的研究将会不断涌现。