稀土在热镀锌中的应用

稀土在各种材料中有诸多优异的性能，如：在金属材料中，能起到细化基体晶粒、强化基体组织、改善基体机械性能和力学性能，以及提高金属基体的耐腐蚀性能等。在热镀锌过程中，添加适当的稀土金属，不仅能使锌液的熔点降低，增加锌液的流动性，使热镀锌层薄而均匀，增加镀层表面光洁度，同时还大大增强了镀层的耐腐蚀性能和机械性能，延长镀层的防护时间[2~3]。我国是世界上稀土储量最为丰富的国家之一，大力深入的开展稀土热镀锌的技术研究和开发，具有十分重要的经济效益和社会效益。

1、稀土在热镀锌中应用的起源和发展
关于稀土在热镀锌行业中的应用，最早是由国际铅锌研究组织（ILZRO）与Leige 冶金研究中心（CRM）开始研究，并于1980 年研究成功了Zn - 5 % Al- 0.05% RE 热镀锌铝稀土镀层———Galfan 镀层。1982 年，法国的Fical 公司实现了钢丝热镀Galfan 镀层的
工业化生产。该镀层成型性、耐腐蚀性、附着性等均较传统热镀锌层好，镀层致密均匀，盐雾试验及SO2 气氛试验结果均显示其耐腐蚀性较传统镀层高出很多。1984 年，美国内陆钢铁公司公司和比利时Leige 冶金研中心，联合研究生产的Galfan 合金镀层钢丝，其镀层平均厚度12μm，耐大气腐蚀相当于20μm 的传统镀层，盐雾试验结果表明，其耐腐蚀性比镀锌丝高出2～3 倍。到上世纪90 年代，随着人们对镀锌材料需求量的不断扩大，Galfan 合金镀工艺获得了飞速的发展，取得了巨大的成功。

2、稀土热镀锌在国内的发展和研究现状
上世纪80 年代，我国开始大规模研究热度锌稀土工艺技术，并取得了一系列重要的研究成果。80 年代初，河北省冶金研究所和北京科技大学、河北故城钢丝绳厂合作，首次在国内对Zn-（0.02～0.3）% RE-（0.005～0.3）% Al-（0.05～0.50% Mg合金，对热镀锌镀层各项性能的影响，并于1986 年成功开发了Zn- 0.2Al- RE 镀层钢丝和钢绞线工艺方法。稀土能降低镀液的表面张力，减小润湿角，提高镀液流动性，从而改善镀层成型性；同时，稀土使镀层合金组织更加均匀、细密，晶粒细化，且稀土对合金还有净化和细化变质作用，能延缓合金表面的氧化作用；另外，添加微量稀土后，合金镀层表面以ZnO 为主要成分的疏松膜层，将会转变为以ZnCl2·4Zn（OH）2的致密膜层，且该膜层导电性差，能有效抑制腐蚀反应的进一步进行，提高镀层的耐腐蚀性能。尽管目前对稀土的作用机理尚不明确，造成在实际操作时稀土添加量没有一个统一的标准，但一致的观点是：稀土含量不宜过高，一般不大于0.2%。因为根据原子半径相似相溶的固溶理论，稀土原子半径比锌原子半径大得多，所以它在锌液中的固溶度很小。若稀土添加量过多，过量的稀土可能会与Zn 发生反应形成Zn- RE 金属间化合物，从而影响镀层质量，并无谓地增加锌耗和浪费稀土材料，而且也会造成锌锅的腐蚀加快。

在热镀锌合金中添加微量稀土元素，能改善热镀锌层的各项性能，尤其是改善其耐腐蚀性能，同时还可以在一定程度上降低锌耗和节约能源，降低生产成本，提高生产效率。但是若要使稀土在热镀锌行业中得到大规模的工业应用，仍然存在许多棘手的问题需要解决，主要包括：
（1）稀土在合金镀层中的作用机理，仍然不确定，有待继续研究和探讨；
（2）目前大部分热镀锌稀土合金仍停留在实验室阶段，研究和开发可用于工业化生产的稀土热镀锌合金，仍然是任重而道远；
（3）应用最新技术和科研成果，研发新型功能型热镀合金材料和工艺方法，将是未来热镀锌行业发展的一个重要方向；
（4）目前国内很多镀锌厂设备陈旧老化，不仅自动化程度低，生产效率低，生产成本高，而且对环境污染严重，因此积极研发新型节能环保型镀锌设备及配套设备，成为亟待解决的重大课题。