第五节　化学元素对热镀锌层的影响

一、钢基体中成分对热镀锌的影响因素

钢基体本身所含的碳（C）、硅（Si）、磷（P）、锰（Mn）对热镀锌有较大和明显的影响，最主要的是使锌层增厚、形成合金层的速度增快以及镀层附着力差等缺陷。分析影响因素如下所述。

1.碳（C）的影响

碳（C）呈灰色，属于斜方六面体，相对原子质量为12，熔点或升华温度为3500℃，低碳钢铁中碳含量一般在0.04％～0.11％之间。粗略地讲，钢件中含碳越高，铁-锌反应越剧烈，铁的重量损失越大，由于钢基体会激烈地参与反应，使铁-锌合金层变得越厚，ζ相和δ₁相的成长更快，而钢基体变得越薄，因此使镀锌层变脆，塑性降低。

碳含量对热镀锌影响很大，但碳以什么状态存在也很重要。钢中的碳通常以碳化物（Fe₃C）状态存在。碳化物可存在于粒状或层状珠光体、屈氏体或索氏体中，也可进入马氏体组织中。钢中的碳以粒状珠光体和层状珠光体存在时，铁在锌液中的溶解速率最快。钢的组织比较均匀时，它在锌液中的溶解速率就比较慢。碳不仅影响铁在锌液中的溶解速率，而且还影响镀锌层的表面外观。如钢板轧制后退火时，如退火温度太高，就会引起在钢材表面形成晶间渗碳体，使钢板表面张力提高，降低锌液对钢表面的浸润能力，从而使锌液在钢板表面不能均匀地流动，在热镀锌时，其表面就会出现瘤痕状缺陷。因此说，低碳钢材所制作的铁塔件、路灯杆等件适应于热镀锌，如图2-7，在不同的温度下，锌液对不同碳含量钢的浸蚀曲线，随着碳含量提高，铁的损失较大。

2.硅（Si）的影响

硅（Si），呈灰色或褐色，属于立方晶系，相对原子质量28.06，熔点1414℃。在大多数钢中存在，是使铁-锌反应最激烈的一种元素。大多数钢中都含有硅，普通沸腾钢中一般含量不超过0.07％。近年来由于炼钢企业提高生产效益，采用新工艺，用硅作为一种脱氧剂生产的普通镇静钢和低合金结构钢，硅含量可高达0.37％～0.40％。因而使普通低碳钢中的硅含量偏高，而适宜热镀锌的低碳钢硅含量则为0.10％～0.25％之间。

（1）硅对铁在锌液中的溶解度速度的影响　据研究报道，当锌液温度为460℃时，含有0.2％硅的试样在锌液中要比含有0.2％碳的试样在锌液中的重量损失越大，如图2-8。

（2）硅对镀锌层厚度的影响　硅含量低的钢，在镀锌厚具有致密的铁-锌合金层，而含硅量大于0.25％的钢件会使ξ层破坏，使ξ结晶变成粗大而自由成长的晶粒，由于其反应产物的完全疏松，这就使铁的溶解速度增加，生产明显失去光泽的小块铁-锌合金层。结晶粒被迫向着镀层表面推移，致使表面粗糙无光，形成灰色镀层。此时，镀硅含量高的钢件时，一般镀锌温度也应控制在使430～440℃之间，这样才能获得与不含高硅量钢所得的组织具有同样致密的铁-锌合金层。在硅含量约为0.25％时，形成附着性较差的合金层的温度是465℃。硅含量超过0.45％时，附着性较差的合金层的形成温度是430℃。温度超过520℃时，又可得到致密的合金层。当硅含量超过2.9％时，铁和锌之间的反应变弱，在500℃左右可形成致密的合金ζ层。

（3）硅对镀层外观的影响　钢基体中硅含量高时，会引起镀层中铁-锌合金层δ₁相迅速长大，ζ相晶粒被迫向着镀层表面推移，致使镀层表面粗糙无光，形成灰暗色镀层。

近年来国内外热镀锌界引入了对圣德林效应的探讨与实践。所谓圣德林（Sandelin）效应，即在正常的镀锌温度范围内（通常为450℃左右），钢中硅含量在0.1％左右和大于0.3％时，对镀层影响最大，如图2-9，按硅含量，Sandelin曲线可分为4个区间：<0.035％为低硅区，处于这个区域的钢称亚Sandelin钢；0.035％～0.12％为Sandelin区，处于此区的钢为Sandelin钢；0.12％～0.28％为Sebisty区，处于这个区域的钢为Sebisty钢；>0.25％为高硅区，处于这个区域的钢称为Sandelin钢。在低硅区，镀层组织基本不受硅的影响，可以获得正常厚度的光亮镀层，镀层由稳定致密的Fe-Zn合金层组成，从基体向外依次为Γ、Γ₁、δ₁、ζ和η相；在Sandelin区，镀层异常生长，镀层超厚灰暗，镀层组织是迸发状（又称须状），破碎的ζ相分布在η基体中，且δ₁很薄；在Sebisty区，镀层变薄并且镀层超厚灰暗，但是组织形态与Sandelin区不同，它由块状、疏松不连续的ζ+η相和不连续的δ₁相组成。

硅含量小于0.06％时，镀层生长遵循抛物线规律，硅含量在0.06％～0.1％和0.5％时镀层的生长遵循直线规律，硅对于镀层的影响最明显地表现在对ζ相（FeZn₁₃）的生长和形态的影响。对硅含量在圣德林效应范围内采取一些必要措施，可以阻止因圣德林效应引起的镀锌层超厚现象。即在锌液中加入一定量的镍，可有效地阻止镀层超厚和表面灰暗层的发生。一般认为加入0.06％～0.1％的镍即可得到满意的镀层。

3.磷（P）的影响

磷（P）的单体有几种同素异形体，相对原子质量31.02，熔点44.0℃。钢件中含有一定量的杂质磷，它会造成钢材的冷脆，是一种有害元素。对于热镀锌来说，当磷含量在0.15％左右时，由于ζ和δ相的生长速度较快，使η相层变薄，在η相较薄的镀层表面会出现无光泽的斑点。磷还影响热浸镀锌层的铁锌反应速率，其作用相当于硅的2.5倍。其含量的0.25倍加硅含量的总和处于圣德林效应区域内，同样会造成镀层超厚形成粗糙无光泽的凸出的镀锌层。磷在钢的表层形成的偏析形态会带到铁-锌合金层中。微量的磷能促进ζ相的异常生成，使ζ相粒大，并造成凸起状的ζ相迸发层的形成，使镀层质量明显降低。磷与硅对圣德林效应的复合作用，如图2-10。有研究表明，在460℃温度下，产生正常镀层的临界条件应该是：若硅含量W_Si<0.04％，则W_Si+2.5P≤0.09％。法国热浸镀锌标准中也规定了适用于热浸镀锌的钢材成分为W_Si+2.5P≤0.09％或W_Si+2.5P≤0.11％。若避开此现象的发生可使镀锌温度设置在430℃左右，或者放在高温度530℃以上镀锌（指铸铁、高碳钢、球墨铸铁件），并缩短空冷时间。

4.锰（Mn）和铝（Al）的影响

锰（Mn）呈浅灰色，同质有3种结晶状态，即立方晶系二态、正方晶系一态，相对原子质量54.93，熔点1191～1250℃。在碳素结构钢中一般含有0.25％～0.80％的锰，在低锰结构钢中，规定锰含量为0.7％～1.2％。生产实践证明，锰元素对镇静钢在热镀锌时产生的圣德林效应都有明显的加剧作用，比如当锰含量超过1.2％时，将提高合金层的生长率、促进灰色镀层的生成。所谓高锰钢如：Q345钢（16Mn）在热镀锌时，在常温的情况下会很快出现合金化，表面灰暗，主要是因含碳、含锰、含硅较高造成的。

钢中铝含量较高时会减缓铁-锌反应速度。钢中W_Fe大于11％或大于5％均会促使镀锌层呈线性生长。而钢中钼含量较低时，会促进铁锌反应，但随钼含量升高，这种促进作用减弱，当W_Mo>0.5％后，反而会减缓铁锌反应。

5.合金元素的影响

为改变钢的性能，通常在钢中添加一些合金元素，如锰、钛、钒、铌等。当钢中锰含量W_Mn大于1.3％时，将提高镀层生长速率，促进ζ相的生长。钛、钒、铌等对钢铁制件热浸镀锌基本无影响，但对于连续热镀锌，当锌液中加入铝后，钢中钛、钒、铌等元素会促使FeAl阻挡层破裂而使锌液中的铝效应过早失去作用。其原因是由于这些元素有细化晶粒的作用，使钢基体表面晶界增多，而钢基体表面晶界处是锌扩散通过FeAl阻挡层的快速通道。

6.气体的影响

钢中气体的效应一直未被关注。钢中氮气含量达0.02％（质量）时仍对铁锌反应无明显影响，钢中所含的氧若以氧化物出现，会引起过厚的镀锌层的形成，钢中的氢通常是由于酸洗过程产生的，将在镀锌时逸出，引起合金层破裂而增加铁锌反应速率。

二、锌液中金属元素对热镀锌的影响因素

金属锌一般在连续热镀锌的锌液中，常见的金属元素有：铁（Fe）、铝（Al）、锡（Sn）、镁（Mg）、镍（Ni）、铋（Bi）、铅（Pb）、铜（Cu）、镉（Cd）及其他微量元素。

锌液中的合金成分不同程度地对镀锌层存在着影响。一般情况下，锌液中各种合金成分的来源不外乎3种：第一，从商品锌或再溶锌中不可避免的自然夹杂物，如铅、铁、镉、铜、砷、锑及锡等；第二，为了达到某些特定的目的，有意识地加入某些合金元素到锌液中去，例如，加入不同含量的铝来改变镀锌层的表面光洁度或改变镀锌层的组织结构等；第三，一些无法避免的杂质，例如，在再溶锌时或是清扫地面锌屑时夹进镀锌锅中去的其他杂质与脏物等。

1.锌液中铁元素的影响

铁（Fe）呈银白色，相对原子质量为56，纯铁的熔点为1535℃。铁在熔融的锌液中的溶解度是非常有限的，铁在锌液中的最大溶解度W_Fe约为0.035％。随着热浸镀锌过程的进行，钢制件和铁制锌锅中的铁会不断溶入锌液中。当铁含量继续增加时，锌液中的铁含量处于过饱和时，锌液中过饱和的铁便与锌结合生成密度较大的铁-锌金属间化合物（即锌渣），其锌铁的比例为25:1，并逐渐沉于锌锅底部。锌渣的形成增加了锌的消耗。图2-11给出了铁在锌液中的溶解度随锌温度的变化曲线。

据报道当锌液中的铁含量处于不饱和时，热镀锌层厚度与含饱和铁的锌液浸镀的镀锌层厚度相比略薄。锌液中的铁元素越高，则锌渣越多，锌液的黏度就增加，使流锌时的流动性变差，镀层变厚（主要是η相）镀锌层也变得较脆，缺乏挠性，表面呈灰色，并且有粗糙表面的产生，其他害处如：当铁含量在0.02％时，镀锌层的寿命就很短（锌为阳极），试验表明在450℃的同一温度下镀锌，当锌液中铁含量在0.06％时，镀锌层重量为330g/m²，当铁含量在0.025％时，镀锌层重量增加至450g/m²，由此可见增加了锌的消耗量。一般认为锌液中铁含量不许超过0.02％。锌液中的铁元素主要来源于以下方面。

①钢件、钢质镀锌锅及吊具、设备等与锌液反应后生成的ζ相落入锌液中。

②钢件在酸洗后表面上黏附的铁盐。据资料报道，1份铁盐可与25份锌起作用而生成锌渣。

③溶剂（助镀剂）中的二价、三价铁离子带进锌液中。

④铁含量较高的再熔锌投入锌液中。

2.锌液中铝元素的影响

铝（Al）呈银白色，属于面心立方结构，相对原子质量为2.608，熔点658℃。在使用的商品锌中不存在铝元素，在热镀锌生产中有时因需要有意识地将铝作为添加金属加进去的，其目的是增加钢件表面镀锌层的光泽、提高其挠性、改变铁-锌合金层的组织结构、抵消锌液中铁的影响等。铝是锌液中主要的合金元素，它直接对铁锌反应有影响。加入少量的铝，可以减少锌锅表面锌的烧损（产生锌灰），使镀层得到较光亮的色彩。由于铝与铁的亲和力较强，而使铁基体表面形成一个很薄的铁铝合金层。它极大地阻止了铁锌合金层的成长，使合金层变薄，因而使镀层减少了脆性，改善了加工性能。下面分三个方面叙述。

（1）对镀锌层外观的影响

①铝可增进钢件镀锌表面的光泽，提高挠性　从理论上讲，要达到此目的，锌液中的铝含量只需0.02％已足够了。但是，铝在锌液表面很容易被氧化，因此，要使锌液中保持0.02％的铝含量，根据经验就必须加入0.2％左右的铝才能满足此要求，由于铝和氧具有很高的亲和力，并生成一层氧化铝层，这层氧化铝层可有效地阻止锌的氧化扩散，保护了其下面的铝层及锌液不被氧化，同样锌液中的其他化学成分也同时避免了氧化。大家知道，锌液在氧化后生成的氧化锌呈黄色，如没有铝的作用，则镀锌层表面上会极大地沾上黄色的成分，使表面光泽大受影响，因此，在热镀锌生产中要加入一定量的铝而获得光亮的镀层。

②改变镀锌层的组织结构　锌液中铝含量达到0.01％就已经足够令镀锌件表面色泽光亮，但对组织不起作用。由于铝与铁的亲和力很强，当铝含量超过0.1％时，会在镀锌表面形成很薄的一层铝铁化合物（FeAl₃/Fe₂Al₅），抑制锌-铁合金相的形成和增长。当锌液中的铝含量为0.24％时，阻止铁-锌合金化的作用已很强烈，如果此时在440℃的温度下浸锌1h后，取出检验时发现合金层并没有发生反应，因此镀件（样）上的镀层就只有一层纯锌层，这是因为铝与钢件反应生成了FeAl₃（也有资料介绍是Fe₂Al₅）化合物薄膜，阻碍了铁离子向锌的方向扩散。

从上述可知，含铝量的多寡是改变镀锌层组织的一个主要因素，而当含铝量一定时，则浸锌时间、浸锌温度这些工艺参数也左右着锌层组织结构的改变，因此，在热镀锌生产中这三者的关系均有工艺规程来规定，只有在严格按照规程操作条件下，才能获得所期望的镀锌层。

（2）对铁-锌合金反应的影响

①能够抵消锌液中铁元素的影响　因为铝能够与锌液中的铁化合而生成三种化合物，即FeAl、FeAl₂、FeAl₃（亦有介绍Fe₂Al₁₅）而减少，增加锌液的流动性，减少镀锌层的附着量。

②减少锌渣的产生　据有关研究报道指出：当向锌液中添加0.16％～0.20％的铝合金后，锌液中的铁离子将与铝起反应生成铝含量为4％～7％的浮渣而悬浮在锌液上面。此时铝的消耗量为0.35％。在不同的温度、不同的时间条件下，铝含量对抑制铁锌合金生成已有很大的影响。如铝含量为0.2％～0.3％的锌液，浸锌时间延长到120s，将形成Fe₂（AlZn）₅合金相，此时，合金层的抑制作用便完全消失。对普通热镀锌，只有铝含量超过0.03％时，对铁锌合金反应的抑制作用才能显现出来。在455℃下锌液中铝含量对镀件铁损与载锌量的影响见表2-16。

（3）锌液中的铝含量的控制原则　在钢制品的热镀锌中，铝含量通常选用0.025％～0.03％之间。如果锌液中的铝含量超过0.03％～0.05％时，将会出现下面的状况。

①随着铝含量的增加，锌液流动性明显降低（图2-12），特别是采用低温镀锌时，锌液变稠的现象较为明显，在镀件上可能出现锌瘤和流挂现象，造成纯锌层增厚，增加了锌耗。

②当浸锌时间较长（超过4min），铝含量增加，镀层厚度减薄并不明显，但会加速铁的溶解，使锌液中的铁含量增加，对镀锌层质量将产生不利的影响。

③当锌液中铝含量超过0.05％时，若采用通常含有氯化铵的助镀剂时，容易出现漏镀缺陷，如果铝含量再提高，此时锌液中的浮渣增多，若挂在工件表面也会影响镀层外观质量。

所以对钢铁制件镀锌，在大多数情况下，不适合采用铝含量为0.1％～0.2％的锌液浸镀。但对浸镀时间短（比如不超过1～2min），适当提高锌液中的铝含量，对镇静钢可以起到减薄镀层和避免产生灰暗镀层的作用。

这里值得一提的是，加铝必须以合金铝的中间合金形式来加入，且要掌握适当、适量。过多则有害，影响锌液的流动性，甚至会出现浮渣现象，应及时清理浮渣。如图2-12所示，当锌液中铝含量为0.002％～0.025％时，是由增加光亮开始到增加流动性的。

3.锌液中锡元素的影响

锡（Sn）呈银灰色，属于正方晶系，相对原子质量为118.7，熔点为231.84℃。锡是低熔点金属，热镀锌池中加入锡对镀层表面状态有明显的改善。锌花效果被加强，且表面更加平滑，特别是当有铅同时存在时，镀层表面亮度明显提高，其流动性能也有所提高，可以降低工件表面挂锌层厚度。华南理工大学研究发现，向锌液中加入5％的锡以后，可以抑制高硅（质量分数大于0.3％）活性钢的镀层的超厚生长，高硅钢的镀锌层中的δ相层变厚而非常致密、ζ相层显著变薄并由疏松的块状变为排列整齐的柱状晶体。所得镀层中的铁锌合金层厚度当浸锌3～5min时仅为60μm左右，与不添加锡相比较可以降低镀层厚度的20％。但镀锌层没有纯锌镀层明亮。在镀锌薄板生产中为了获得美丽的大锌花及获得改进表面光泽性（使镀锌层表面显的白亮），通常的加入量都低于0.2％，单独加入锡以后因锌液黏度的增加，增加了镀锌层的厚度。当含锡的镀锌层经常与水蒸气接触时，会发生较强的腐蚀现象，同时加锡后镀锌层其挠性变差。因此在商品锌的供应中，如Zn-4号与Zn-5号锌仅含有锡为0.002％。如果没有其他合金元素的加入，锡含量提高将对锌锅使用寿命有不良影响，同时将对冷加工成型的热裂敏感度明显增加。

4.锌液中镁元素的影响

镁（Mg）呈银白色，属于六方晶系，相对原子质量为24.34，熔点为650℃。锌中加镁元素后，对耐磨腐蚀性有所改善，一般锌液中含有0.024％～0.084％时耐磨损腐蚀性能为佳，但当镁含量在0.3％～0.5％时，会使镀锌层表面组织变得很厚而且粗糙，外观变成乳白色，硬度增加，黏附性变坏。最新研究成果表明：微量镁元素的加入可以细化晶粒；与铝、稀土等微量元素一起，以合金的形式添加入镀锌液中，有使镀锌层减薄的趋势，并能增加表面光洁。但由于镁元素与氧的亲和力极强，是很容易氧化的合金元素，这给锌液中镁含量的控制带来了很大困难，同时镁的加入会对锌液流动性能产生负面影响，因此锌池中镁元素的添加一定要特加谨慎。

5.锌液中镍元素的影响

镍（Ni）呈灰色，属于立方或六方晶系，相对原子质量58.69，熔点1455℃。在锌液中添加微量镍元素，可使锌液对钢的润湿性得到增强，同时使合金相的孕育期延长，从而有效地控制了合金相层的形成速度，使相层减薄、组织细化，使镀层的表面质量得到改善。当使用硅含量较低的沸腾钢镀锌时，镀层的厚度有明显的减薄。在硅含量较高的镇静钢镀锌时，0.09％的镍可以抑制硅对镀锌的不良影响，防止镀层过厚。

（1）镍在锌液中的作用　镍的作用机理被认为是，在钢进入锌液时，首先在钢材表面上生成较为疏松的ζ相，当镍存在时，ζ相转变为较致密的ζ锌-铁-镍金属间化合物。增加了铁在其中扩散的阻力，抑制了ζ相的增长，使ζ相的厚度受到了控制。向锌液中添加镍的作用就是为了降低镀锌层厚度及抑制锌-铁合金层的生成，以及阻止因圣德林效应引起的镀层超厚问题，如图2-13，镍的存在使锌-铁反应后形成致密的ζ相金属间化合物层，降低了锌铁的扩散速度。其主要优点为：改善锌液的流动性，得到光洁的镀锌层，消除或减轻活性钢暗灰色或脆性镀层；改善镀件的质量，大大增加镀层的光洁度，无灰色、暗灰色表面，其加入方式仍然以中间合金的方式添加，其锌镍合金主要数据见表2-17。

有关锌-2％镍合金，已有相应的标准，如欧洲普遍采用EN 1179、ISO 752、ASYTM B6—87、AS 12421985、JIS H2107等。澳大利亚等国已规定向锌液中添加锌镍合金作为一项主要措施，其添加量一般控制在0.05％～0.10％之间，且视原来添加Zn-2％Ni合金添加后的镀层状况而定。

（2）使用镍合金注意事项　使用锌镍合金进行热浸锌后的镀层厚度更加均匀，表面更光亮，少锌花。但在生产中，如果使用的Zn-Ni合金没有形成共晶结构或添加方法不当，则可能造成锌液中出现浮渣、小颗粒、锌渣现象。形成此种现象的机理已得到证实，即在使用Zn-Ni合金进行热浸锌的锌液中，有两种不同的金属间化合物：一种是含有约0.8％ Ni的FeZn₁₃与ζ相同晶体；另一种是含有3％Ni的Fe₆Ni₅Zn₈₉与Γ₂相同晶体。其中，形成Γ₂相是造成锌液中悬浮小颗粒渣子形成的根本原因，从金属学角度上讲Γ₂相的形成即悬浮渣粒的出现取决于锌液中镍的含量及锌液的温度，如图2-14。

（3）锌-镍合金使用的方法　早期的理论认为，镍在锌液的含量为0.1％比较理想，但生产实践上往往控制为0.045％～0.09％，使用得当方可达到预期效果。所以为了避免在锌锅中产生较多的浮渣，当使用含镍1％或2％的中间合金时应遵守以下原则。

①“勤加少加”。新配锌液不能一次加足中间合金，要分10～20次分批加入，逐步提高锌液中的镍含量，最终达到镍含量0.05％～0.065％。不要超高，但是也不能低于0.045％。

②补加锌锭时，可按计算值一次加入。此时锌液温度应保持在460～470℃范围为宜，以利于锌-镍中间合金的溶解。当浸镀温度为450～460℃时，镍含量可控制在0.045％～0.06％范围内。

③补加锌-镍中间合金宜在生产间歇阶段进行，以保证锌-镍中间合金有足够的时间溶解。

（4）多元锌-镍合金的使用　多元锌-镍合金是以锌-镍合金为基础，添加多种元素并采用了特殊冶炼方法使合金得到微晶结构。它的主要特点如下。

①锌液中的最佳镍含量为0.008％～0.01％，即可达到普通锌-镍合金所要求为0.05％～0.065％时，抑制铁-锌合金化反应的效果。

②该中间合金的熔点低（385～395℃），在锌液中可以迅速熔化，使用方便。

③因为该合金的镍含量为1％，若添加不当，仍存在锌液中产生浮渣、细小颗粒的倾向，使用时应遵守上面提到的各种注意事项。

6.锌液中铋元素的影响

铋（Bi）呈红白色，属于斜方六面晶系，相对原子质量为58.69，密度为9.8kg/dm³，熔点为271℃。近年来，人们将其与镍、铝元素熔炼为多元合金。有研究表明，在锌液中加入铋也可降低其表面张力，改善锌液的流动性能，降低镀层厚度，改变镀锌合金层的组织结构，已取得了一定的进展。具体作用和应用事项如下。

①锌-铋合金对镀层的作用。当锌液中含有0.06％～0.10％铋（Bi）时，锌液的流动性和浸润性变好，具有低的表面张力，在液态时较易流动，减少锌瘤的产生可使钢结构件的螺纹孔及缝隙处的锌液顺利流出，镀生铁、钢管、槽钢、角钢时被镀件表面锌瘤、锌渣很少，对降低镀件表面的锌瘤、孔洞和毛刺的大小和数量有好的效果。

②锌-铝-铋三元合金的应用。锌锅中铝含量为0.025％～0.05％、铋含量为0.01％可获得良好的光泽的镀层；同时，可以减少锌灰及锌渣，但不能抑制含硅镇静钢的铁-锌合金化反应。

③近年来，国外企业曾用来代替铅放在锌锅下部，便于打捞锌渣。减少铅对环境的污染。对于其在镀层金属间化合物中的分布、作用方式、对镀层生长规律的影响仍未明了，尚需进一步的研究。

④锌-铋合金的使用时应注意，当加入铋达到一定量时，会使镀层变脆。镀层表面“锌花”随含铋含量而增多增大；铋同铅一样对铁-锌合金反应几乎没有任何影响，只对纯锌层的结晶过程产生影响。但是在使用中若使用不当，会发生镀件在存放过程中，镀层颜色变黑，即早期腐蚀现象，使镀件的外观质量明显降低。

⑤金属铋与锡、锌混合为合金状态时组成共晶组织，微量的锡和铋在高锌端均有一个低于锌熔点的共晶点。在镀锌过程中能够降低锌的熔点和表面张力，提高锌液的流动性，可以减少锌层的厚度；在冷凝过程中发生共晶反应，延长了锌液凝固时间，这是减低锌层厚度的一个因素。有关铋-锡-铝合金的运用在后面第十三章第六节有详细的论述。

7.锌液中铅元素的影响

铅（Pb）属于立方晶格系，呈灰色，相对原子质量为207.21，熔点327℃。在传统的工业热浸镀锌的锌池中，铅通常被作为一种重要的合金元素加入其中，除去下面将提到的原因外，铅通常被加入锌池以易于锌池锌渣的掏出。在450℃时，铅在锌液中的溶解度为1.2％，而锌在铅液中的溶解度为2.3％。由于铅在固态锌中的溶解度很低，它促使镀层表面的树枝状结晶，因此导致表面锌花的形成。铅能明显地降低锌液的表面能力，改善锌液的流动性能。图2-15和图2-16分别给出了铅含量与锌液表面张力和锌液流动性能影响关系曲线。锌液中加入铅对改善锌液对钢件表面的润湿性有明显的效果。在非连续热镀锌过程中，锌液表面张力的降低能明显提高随工件表面离开锌池的锌液的回流量，因此可降低镀层厚度和锌的消耗。铅的存在还可以利于锌液中悬浮的锌渣的沉淀。故可以作为改善镀层表面平滑度和减少漏镀点的有效合金元素之一。但铅对锌-铁反应层的成长没有影响，当锌液中的铅含量处于饱和状态时，与无铅锌池相比，冷加工成型及含较高应力的钢结构件对热裂敏感度将会明显增加。含有铅的镀锌层表面不经钝化液进行表面处理很容易产生“白锈”，其镀层与无铅镀层相比较，不是那么明亮。近年来，由于铅对人体有害，出于环保的要求，铅在热镀锌中的使用已被逐渐禁止。

8.锌液中镉元素的影响

镉（Cd）呈灰色，属于六方晶系，相对原子质量为112.41，熔点321℃。镉是天然残留在锌中的杂质元素，当锌液中含有铅、锡元素时，镉的存在会加强镀层表面的锌花效应。当锌液中含镉量在1％以下时，其存在对镀层的影响是很微弱的，但当镉的含量过高时，对镀层的结构的影响很明显，使镀层中的锌铁在化合物层不连续，导致脆性镀层出现。

9.锌液中铜元素的影响

铜（Cu）呈红色，属于立方晶系，相对原子质量为63.57，密度为8.93kg/dm³，熔点为1083℃。在冶炼出的锌液中，铜是低含量杂质元素，铜明显地影响镀锌过程中金属间的化合物相的形成。铜在锌液中的出现可能通过以下途径实现：为增加锌液中铝含量添加的锌-铝合金压铸件的废品；浸镀有铜配件在内的钢结构；浸镀含铜较高的钢材。

当铜含量大于1％时，延长浸镀时间将导致ζ相金属间化合物的破裂，加速金属间化合物的增长，它将导致镀层温度的增加和镀层力学性能的降低，铜对金属化合物形成状态的改变会缩短锌锅的使用寿命，导致镀锌锅的提前报废。

10.锌液中稀土元素的影响

在锌液中加入稀土元素对Fe-Zn反应没有明显的影响，但稀土元素的加入提高了锌液的流动性，稀土元素对锌液的润湿角和表面张力影响较大。测定结果表明，稀土元素降低锌液的润湿角，并且随着锌液温度的升高，角度逐渐变小。表面张力随着稀土元素加入量的增加而降低。但是当加入至一定数量之后，则无明显的变化。稀土元素的加入，对镀层均匀性、厚度、表观质量等性能都有不同程度的提高。由于稀土元素的加入，镀层的耐盐雾腐蚀性能可提高1倍。

11.锌液中硅的影响

当锌液中的铁含量较高时，硅能与铁反应生成铁硅化合物而把铁出去，产生的铁硅化合物并不参与Fe-Zn反应，例如在含0.02％的铁的锌液中加入硅可以使得铁含量降低到0.005％。硅除了去铁之外，还能抑制合金层的生长，但是含硅的镀层往往表现出脆性。

12.其他合金元素

除上述金属外，任何其他合金元素都不会单独被加入锌池中。钒（V）、锰（Mn）、钛（Ti）等金属元素虽然对锌铁反应有与镍相似的作用，但由于这些元素极易氧化或与助镀剂发生反应，因此无法准确地控制其在锌液中的含量。