鍍鋅
鍍鋅是指在金屬、合金或者其它材料的表面鍍一層鋅以起美觀(guān)、防銹等作用的表面處理技術(shù)。主要采用的方法是熱鍍鋅。
鋅易溶于酸，也能溶于堿，故稱(chēng)它為兩性金屬。鋅在干燥的空氣中幾乎不發(fā)生變化。在潮濕的空氣中，鋅表面會(huì )生成致密的堿式碳酸鋅膜。在含二氧化硫、硫化氫以及海洋性氣氛中，鋅的耐蝕性較差，尤其在高溫高濕含有機酸的氣氛里，鋅鍍層極易被腐蝕。鋅的標準電極電位為-0.76V，對鋼鐵基體來(lái)說(shuō)，鋅鍍層屬于陽(yáng)極性鍍層，它主要用于防止鋼鐵的腐蝕，其防護性能的優(yōu)劣與鍍層厚度關(guān)系甚大。鋅鍍層經(jīng)鈍化處理、染色或涂覆護光劑后，能顯著(zhù)提高其防護性和裝飾性。
鍍鋅溶液編輯
隨著(zhù)鍍鋅工藝的發(fā)展，高性能鍍鋅光亮劑的采用，鍍鋅已從單純的防護目的進(jìn)入防護-裝飾性應用[1] 。
鍍鋅溶液有氰化物鍍液和無(wú)氰鍍液兩類(lèi)。氰化物鍍液中分微氰、低氰、中氰、和高氰幾類(lèi)。無(wú)氰鍍液有堿性鋅酸鹽鍍液、銨鹽鍍液、硫酸鹽鍍液及無(wú)氨氯化物鍍液等。氰化鍍鋅溶液均鍍能力好，得到的鍍層光滑細致，在生產(chǎn)中被長(cháng)期采用。但由于氰化物劇毒，對環(huán)境污染嚴重，近年來(lái)已趨向于采用低氰、微氰、無(wú)氰鍍鋅溶液。
冷鍍鋅編輯
冷鍍鋅也叫電鍍鋅，是利用電解設備將管件經(jīng)過(guò)除油、酸洗、后放入成分為鋅鹽的溶液中，并連接電解設備的負極，在管件的對面放置鋅板，連接在電解設備的正極接通電源，利用電流從正極向負極的定向移動(dòng)就會(huì )在管件上沉積一層鋅，冷鍍管件是先加工后鍍鋅。
機械鍍鋅編輯
在裝有鍍件、玻璃球、鋅粉、水和促進(jìn)劑的旋轉滾桶內，作為沖擊介質(zhì)的玻璃球隨著(zhù)滾桶轉動(dòng)，與鍍件表面發(fā)生摩擦和錘擊產(chǎn)生機械物理能量，在化學(xué)促進(jìn)劑的作用下，將鍍涂的鋅粉“冷焊”到鍍件表面上，形成光滑、均勻和細致的具有一定厚度的鍍層。
技術(shù)標準采用美國ASTM B695-2000及軍用C-81562機械鍍鋅技術(shù)標準。
質(zhì)量特點(diǎn)編輯
1、外觀(guān)光滑，無(wú)鋅瘤、毛刺，呈銀白色；
鍍鋅工藝
2、厚度均為可控，在5-107μm之內任意選擇；
3、無(wú)氫脆、無(wú)溫度危害，可保證材料力學(xué)性能不變；
4、可代替部分需熱鍍鋅的工藝；
5、耐腐蝕性好，中性鹽霧試驗達240小時(shí)。
應用范圍鋼釘、鐵釘、緊固件、自來(lái)水管接頭、腳手架扣件、鋼絲繩馬鋼夾頭等。
原理編輯
在盛有鍍鋅液的鍍槽中，經(jīng)過(guò)清理和特殊預處理的待鍍件作為陰極，用鍍覆金屬制成陽(yáng)極，兩極分別與直流電源的正極和負極聯(lián)接。鍍鋅液由含有鍍覆金屬的化合物、導電的鹽類(lèi)、緩沖劑、pH調節劑和添加劑等的水溶液組成。通電后，鍍鋅液中的金屬離子，在電位差的作用下移動(dòng)到陰極上形成鍍層。陽(yáng)極的金屬形成金屬離子進(jìn)入鍍鋅液，以保持被鍍覆的金屬離子的濃度[1]。在有些情況下，如鍍鉻，是采用鉛、鉛銻合金制成的不溶性陽(yáng)極，它只起傳遞電子、導通電流的作用。電解液中的鉻離子濃度，需依靠定期地向鍍液中加入鉻化合物來(lái)維持。鍍鋅時(shí)，陽(yáng)極材料的質(zhì)量、鍍鋅液的成分、溫度、電流密度、通電時(shí)間、攪拌強度、析出的雜質(zhì)、電源波形等都會(huì )影響鍍層的質(zhì)量，需要適時(shí)進(jìn)行控制。
1、堿性氰化物鍍鋅
2、堿性鋅酸鹽鍍鋅
3、銨鹽鍍鋅
4、鉀鹽鍍鋅
5、銨鉀混合浴鍍鋅
6、硫酸鹽鍍鋅
鍍鋅層的后處理
1、去氫
2、鈍化
3、著(zhù)色
熱鍍鋅編輯
現在鋼板的表面鍍鋅主要采用的方法是熱鍍鋅。
熱鍍鋅是由較古老的熱鍍方法發(fā)展而來(lái)的，自從1836年法國把熱鍍鋅應用于工業(yè)以來(lái)，已經(jīng)有一百七十年的歷史了。然而，熱鍍鋅工業(yè)是近三十年來(lái)伴隨冷軋帶鋼的飛速發(fā)展而得到了大規模發(fā)展。
熱鍍鋅板的生產(chǎn)工序主要包括：原板準備→鍍前處理→熱浸鍍→鍍后處理→成品檢驗等。按照習慣往往根據鍍前處理方法的不同，把熱鍍鋅工藝分為線(xiàn)外退火和線(xiàn)內退火兩大類(lèi)，即濕法 （單張鋼板熱鍍鋅法）、線(xiàn)外退火（單張鋼板熱鍍鋅法）、熱鍍鋅 惠林（Wheeling）法（帶鋼連續熱鍍鋅法） 、線(xiàn)內退火 森吉米爾（Sendzimir）法（保護氣體法）、 改良森吉米爾法、美鋼聯(lián)法（同日本川崎法）、賽拉斯（Selas）法和莎倫（Sharon）法。
線(xiàn)外退火
就是熱軋或冷軋鋼板進(jìn)入熱鍍鋅作業(yè)線(xiàn)之前，首先在抽底式退火爐或罩式退火爐中進(jìn)行再結晶退火，這樣，鍍鋅線(xiàn)就不存在退火工序了。鋼板在熱鍍鋅之前必須保持一個(gè)無(wú)氧化物和其他臟物存在的潔凈的純鐵活性表面。這種方法是先由酸洗的方法把經(jīng)退火的表面氧化鐵皮清除，然后涂上一層由氯化鋅或由氯化銨和氯化鋅混合組成的溶劑進(jìn)行保護，從而防止鋼板再被氧化。
（1）濕法熱鍍鋅
鋼板表面的溶劑不經(jīng)烘干（即表面還是濕的）就進(jìn)入起表面覆蓋有熔融態(tài)溶劑的鋅液進(jìn)行熱鍍鋅。此方法的缺點(diǎn)是：
a.只能在無(wú)鉛狀態(tài)下鍍鋅，鍍層的合金層很厚且粘附性很壞。
b.生成的鋅渣都積存在鋅液和鉛液的界面處而不能沉積鍋底（因為鋅渣的比重大于鋅液而小于鉛液），這樣鋼板因穿過(guò)鋅層污染了表面。因此，該方法已基本被淘汰。
（2）單張鋼板
這種方法一般是采用熱軋疊軋板作為原料，首先把經(jīng)過(guò)退火的鋼板送入酸洗車(chē)間,用硫酸或鹽酸清除鋼板表面的氧化鐵皮。酸洗之后的鋼板立即進(jìn)入水箱中浸泡等待鍍鋅,這樣可以防止鋼板再氧化。后經(jīng)過(guò)酸洗、水清洗、擠干、烘干、進(jìn)入鋅鍋（溫度一直保持在445—465℃）熱鍍鋅，再進(jìn)行涂油和鉻化處理。這種方法生產(chǎn)的熱鍍鋅板比濕法鍍鋅成品質(zhì)量有顯著(zhù)提高，只對小規模生產(chǎn)有一定價(jià)值。
（3）惠林法熱
該連續鍍鋅生產(chǎn)線(xiàn)包括堿液脫脂、鹽酸酸洗、水沖洗、涂溶劑、烘干等一系列前處理工序，而且原板進(jìn)入鍍鋅線(xiàn)鍍鋅前還需要進(jìn)行罩式爐。這退火種方法生產(chǎn)工藝復雜，生產(chǎn)成本高，更為主要的是此方法生產(chǎn)的產(chǎn)品常常帶有溶劑缺陷，影響鍍層的耐蝕性。并且鋅鍋中的AL常常和鋼板表面的溶劑發(fā)生作用生成三氯化鋁而耗掉，鍍層的粘附性變壞。因而此方法雖然已問(wèn)世近三十年，但在世界熱鍍鋅行業(yè)中并未得到發(fā)展。
線(xiàn)內退火
就是由冷軋或熱軋車(chē)間直接提供帶卷作為熱鍍鋅的原板，在熱鍍鋅作業(yè)線(xiàn)內進(jìn)行氣體保護再結晶退火。屬于這個(gè)類(lèi)行業(yè)的熱鍍鋅方法包括：森吉米爾法、改良森吉米爾法、美鋼聯(lián)法（同日本川崎法）；賽拉斯法；莎倫法。
森吉米爾法
它是把退火工藝和熱鍍鋅工藝聯(lián)合起來(lái)，其線(xiàn)內退火主要包括氧化爐，還原爐兩部份組成。帶鋼在氧化爐中煤氣火焰直接加熱到450度左右，把帶鋼表面殘存的軋制油燒掉，凈化表面。后再把帶鋼加熱到700-800度完成再結晶退火，經(jīng)冷卻段控制進(jìn)鋅鍋前溫度在480度左右，最后在不接觸空氣的情況下進(jìn)入鋅鍋鍍鋅，因此，森吉米爾法產(chǎn)量高、鍍鋅質(zhì)量較好，此法曾得到廣泛應用。
帶鋼連續熱鍍鋅生產(chǎn)工藝流程圖
美鋼聯(lián)法
它是森吉米爾法的一個(gè)變種，它僅僅是利用一個(gè)堿性電解脫脂槽取代了氧化爐的脫脂作用，其余工序與森吉米爾法基本相同。在原板進(jìn)入作業(yè)線(xiàn)后，首先進(jìn)行電解脫脂，而后水洗、烘干，再通過(guò)有保護氣體的還原爐進(jìn)行再結晶退火，最后在密封情況下進(jìn)入鋅鍋熱鍍鋅。這種方法因帶鋼不經(jīng)過(guò)氧化爐加熱，所以表面的氧化膜較薄，可適當降低還原爐中保護氣體的氫含量。這樣，對爐安全和降低生產(chǎn)成本有利。但是，由于帶鋼得不到預加熱就進(jìn)入還原爐中，這樣無(wú)疑提高了還原爐的熱負荷，影響爐子的壽命。因此這種方法并未得廣泛應用。
賽拉斯法
又稱(chēng)火焰直接加熱法；首先帶鋼經(jīng)堿洗脫脂，而后用鹽酸清除表面的氧化皮，并經(jīng)水洗、烘干后再進(jìn)入由煤氣火焰直接加熱的立式線(xiàn)內退火爐，通過(guò)嚴格控制爐內煤氣和空氣的焰燒比例，使之在煤氣過(guò)剩和氧氣不足的情況下進(jìn)行不完全焰燒，從而使爐內造成還原氣氛。使其快速加熱達到再結晶溫度并在低氫保護氣氛下冷卻帶鋼，最后在密閉情況下浸入鋅液，進(jìn)行熱鍍鋅。該法設備緊湊，投資費用低，產(chǎn)量高（最高可達50/小時(shí)）。但生產(chǎn)工藝復雜，特別是在機組停止運轉時(shí)，為了避免燒斷帶鋼，需要采用爐子橫移離開(kāi)鋼帶的方法，這樣操作問(wèn)題很多，所以，熱鍍鋅工業(yè)采用此法很少。
莎倫法
1939年美國莎倫公司投產(chǎn)一臺新型的熱鍍鋅機組，所以也叫莎倫法。該法是在退火爐內向帶鋼噴射氯化氫氣體并使帶鋼達到再結晶溫度，所以也稱(chēng)為氣體酸洗法。采用氯化氫氣體酸洗，不但能去除帶鋼表面的氧化皮，而且同時(shí)去除了帶鋼表面的油脂，由于帶鋼表面被氧化氣體腐蝕，形成麻面，所以使用莎倫法所得到的鍍層粘附性特別好。但是由于設備腐蝕嚴重，由此造成很高的設備維修和更新費用。因而此種方法很少被采用。
改良森吉米
它是一種更優(yōu)越的熱鍍鋅工藝方法；它把森吉米爾法中各自獨立的氧化爐和還原爐由一個(gè)截面積較小的過(guò)道連接起來(lái)，這樣包括預熱爐、還原爐和冷卻段在內的整個(gè)退火爐構成一個(gè)有機整體。實(shí)踐證明，該法具有許多優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、安全等優(yōu)點(diǎn)已逐漸被人們所認識。其發(fā)展速度非?？?，1965年以來(lái)新建的作業(yè)線(xiàn)幾乎全部采用了這種方法，近年來(lái)老的森吉米爾機組也大都按照此方法進(jìn)行了改造。
電鍍鋅編輯
1、原理
由于鋅在干燥空氣中不易變化，而在潮濕的空氣中，表面能生成一種很致密的碳酸鋅薄膜，這種薄膜能有效保護內部不再受到腐蝕。并且當某種原因使鍍層發(fā)生破壞而露出不太大的基體時(shí)，鋅與鋼基體形成微電池，使緊固件基體成為陰極而受到保護。在汽車(chē)運輸等行業(yè)中應用較廣，但需要的是三價(jià)鉻鈍化層、鋅鎳合金鍍封閉涂層，減少六價(jià)鉻鈍化有害、有毒層。
2、性能特點(diǎn)
鋅鍍層較厚，結晶細致、均勻且無(wú)孔隙，抗腐蝕性良好；電鍍所得鋅層較純，在酸、堿等霧氣中腐蝕較慢，能有效保護緊固件基體，鍍鋅層經(jīng)鉻酸鈍化后形成白色、彩色、軍綠色等，美觀(guān)大方，具有一定的裝飾性，由于鍍鋅層具有良好的延展性，因此可進(jìn)行冷沖、軋制、折彎等各種成型而不損壞鍍層。
3、應用范圍
電鍍鋅所涉及的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，緊固件產(chǎn)品的應用已遍及機械制造、制作鍍鋅勾花網(wǎng)、電子、精密儀器、化工、交通運輸、航天等在國民經(jīng)濟中有重大意義。
熱鍍鋅編輯
1、原理
熱浸鋅層是鋅在液態(tài)下，分三個(gè)步驟形成的，鐵基表面被鋅液溶解形成鋅、鐵合金相層；合金層中的鋅離子進(jìn)一步向基體擴散形成鋅、鐵互溶層；合金層表面包裹著(zhù)鋅層。
2、性能特點(diǎn)
具有較厚致密的純鋅層覆蓋在鋼鐵緊固件表面上，它可以避免鋼鐵基體與任何腐蝕溶液的接觸，保護鋼鐵緊固件基體免受腐蝕。在一般大氣中，鋅層表面形成一層很薄而密實(shí)的氧化鋅層表面。它很難溶于水，故對鋼鐵緊固件基體起著(zhù)一定保護作用。如果氧化鋅與大氣中其它成分生成不溶性鋅鹽后，則防腐蝕作用更理想；具有鋅—鐵合金合金層，結合致密，在海洋性鹽霧大氣及工業(yè)性大氣中表現特有抗腐蝕性；由于結合牢固，鋅—鐵互溶，具有很強的耐磨性；由于鋅具有良好的延展性，其合金層與鋼鐵基體附著(zhù)牢固，因此熱鍍鋅可進(jìn)行冷沖、軋制、拉絲、彎曲等各種成型工序，不損傷鍍層；鋼結構件熱浸鋅后，相當于一次退火處理，能有效改善鋼鐵基體的機械性能，消除鋼件成型焊接時(shí)的應力，有利于對鋼結構件進(jìn)行車(chē)削加工；熱浸鋅后的緊固件表面光亮美觀(guān)；純鋅層是熱浸鋅中最富有塑性的一層鍍鋅層，其性質(zhì)基本接近于純鋅，具有良好的延展性。
3、應用范圍
這種鍍法特別適用于各種強酸、堿霧氣等強腐蝕環(huán)境中。
影響因素編輯
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，影響鍍鋅速度及質(zhì)量的常見(jiàn)因素有：
(1)前處理不徹底。工件表面有氧化膜，影響鋅的正常沉積。
(2)導電不良。電流在導線(xiàn)上消耗，分配到工件表面的電流過(guò)小。
(3)工件含碳量高。高碳鋼、鑄鐵件等會(huì )降低氫的析出電位，工件表面析氫加速，電流效率降低。
(4)工件綁扎過(guò)密。鍍鋅時(shí)工件局部遭到屏蔽而導致鍍層過(guò)薄。
(5)鍍液溫度偏低。當鍍液溫度偏低時(shí)配送的電流密度相應降低，鍍層的沉積速度也必然降低。
(6)鍍液中氫氧化鈉含量偏高。氫氧化鈉含量偏高時(shí)電流效率相應降低。
(7)鍍液中添加劑含量偏低。添加劑含量偏低會(huì )影響分散能力，鍍層局部顯得過(guò)薄。
(8)受鍍件面積估算不足，施鍍時(shí)配送的電流密度顯得過(guò)小。
(9)工件懸掛方法不當，與鋅陽(yáng)極間距過(guò)大，應調整位置。
(10)工件過(guò)腐蝕。降低氫的析出電位，工件表面析氫加速電流效率降低，從而影響鋅的沉積速度。應在酸洗溶液中加入適量的緩蝕劑，局部處氧化皮過(guò)厚先用機械法除去，酸洗過(guò)程中多作檢查。
(11)陽(yáng)極鈍化。有效面積減少，影響電流的正常分布。
(12)氫氧化鈉含量偏低。若氫氧化鈉含量偏低時(shí)，電流密度提不高，陽(yáng)極鈍化。
鍍鋅工藝編輯
鍍鋅工藝主要有熱鍍鋅和冷鍍鋅兩類(lèi)。冷鍍鋅又稱(chēng)電鍍鋅。這里主要討論電鍍鋅。 電鍍鋅種類(lèi)繁多，五花八門(mén)。但從鍍鋅鍍液的PH值上分，主要有兩在類(lèi)：堿性鍍鋅和酸性鍍鋅。
(1)堿性鍍鋅堿性鍍鋅工藝是指鍍液的PH值是堿性。但因絡(luò )合劑不同，又分為氰化物鍍鋅和鋅酸鹽鍍鋅兩種。 氰化物鍍鋅是個(gè)很古老的鍍種。鍍液中主要有三種成分：主鹽氧化鋅，絡(luò )合劑氰化鈉和導電鹽氫氧化鈉（俗稱(chēng)火堿）。早期的氰化鍍溶液中是沒(méi)有光亮劑的。隨著(zhù)人們審美要求的提高，又在氰化液鍍鋅溶液中加入了起光亮作用的光亮劑。氰化鍍鋅工藝穩定，鍍層細致。鍍液分散能力好。根據氰化鈉含量的多少不同，又分為高氰，中氰和低氰鍍鋅三種。氰化鍍鋅的最大缺點(diǎn)是毒性太大，對環(huán)境危害嚴重。
鋅酸鹽鍍鋅是近30年來(lái)發(fā)展較快的鍍鋅工藝。它的主要成分是主鹽氧化鋅，絡(luò )合劑兼導電鹽氫氧化鈉（俗稱(chēng)火堿）。為了獲得細致的分散能力好的光亮鍍層，還要加入光亮劑。國內鋅酸鹽鍍鋅的主要發(fā)展時(shí)期是20世紀70年代的大搞無(wú)氰鍍鋅年代，著(zhù)名的DPE鍍鋅工藝和DE鍍鋅工藝一直使用到現在。這種工藝雖然比不上氰化鍍鋅工藝的穩定、細致。但它的最大優(yōu)點(diǎn)是無(wú)氰。對環(huán)境的危害要小的多?，F在鋅酸鹽鍍鋅有了新的發(fā)展，起泡和脆性等缺陷得到了克服，分散能力大為改進(jìn)，可以和氰化鍍鋅比美。
(2)酸性鍍鋅鍍液的PH值在4-6。20世紀70年代大搞無(wú)氰鍍鋅的第二個(gè)成果便是無(wú)氰氯化銨鍍鋅。與鋅酸鹽堿性鍍鋅并駕齊驅。它以氯化鋅為主鹽，氯化銨為絡(luò )合劑及導電鹽。檸檬酸，氨三乙酸為輔助絡(luò )合劑。聚乙二醇和硫脲作鍍層細化劑。從這種鍍液中獲得的鍍層細致，分散能力好。鍍液毒性小。但缺點(diǎn)主要是鍍液不穩定，散發(fā)出來(lái)的氯化銨氣體對電鍍設備腐蝕性很大。電流效率也較低。對雜質(zhì)敏感性強。工作溫度范圍窄?，F已基本上被氯化鉀鍍鋅工藝所淘汰。
氯化鉀（或氯化鈉）鍍鋅工藝是20世紀80年代發(fā)展起來(lái)的一種全新無(wú)氰鍍鋅工藝。它主要成分為：氯化鋅主鹽，一般使用含量為70-90g/L。氯化鉀作導電鹽，使用含量從140-280g/L不等，根據不同需求可任意調整。硼酸作PH值緩沖劑，以穩定PH值在4.6-5.6之間。由于這種鍍液是在室溫條件下工作，硼酸的溶解度不高，一般含量控制在25-30g/L。
單獨靠這三種成分是鍍不出合格鋅鍍層來(lái)的。還要加入一些添加劑才能獲得光亮、細致的鍍鋅層來(lái)。氯化鉀鍍鋅的優(yōu)點(diǎn)是鍍液穩定、鍍層光亮細致且成本低、電流效率高、無(wú)毒。缺點(diǎn)是鍍液的分散能力比堿性鍍鋅稍差，鍍層的脆性也較大。盡管如此，氯化鉀鍍鋅一面世，立刻普遍受到歡迎。發(fā)展十分迅速，已占據鍍鋅的半壁江山。從市場(chǎng)上看，目前鍍鋅工藝主要是兩個(gè)鍍種：堿性鋅酸鹽和酸性氯化鉀鍍鋅。其他鍍鋅工藝均已相形見(jiàn)絀，緩慢退出歷史舞臺。
酸性鍍鋅工藝中還有一種硫酸鹽鍍鋅工藝。它的主要成分是主鹽硫酸鋅。含量在250-500g/L之間。明礬或硫酸鋁作導電鹽。含量在30-50g/L之間。導電鹽也有加入硫酸鈉或氯化鈉的。除了上述幾種外，還要加入一些添加劑，作用是使鍍層細致。最早是采用糊精或樹(shù)膠，后來(lái)發(fā)明了一些專(zhuān)用光亮劑使鍍層更加光亮細致。硫酸鹽鍍鋅的最大優(yōu)點(diǎn)是可使用較大電流密度(1-5A/dm2)，鍍速快。但缺點(diǎn)是鍍液的分散能力很差，不宜用來(lái)鍍較復雜工件。
由于它的特殊性，硫酸鹽鍍鋅主要用在鍍鐵絲、鋼帶、鋼板等形狀簡(jiǎn)單，連續化生產(chǎn)性強的行業(yè)。除了上述幾種常用的鍍鋅工藝外，還有焦磷酸鹽鍍鋅、氟硼酸鹽鍍鋅、羥酸鹽鍍鋅等工藝，但應用不多，不再介紹。