鍍鋅簡介

概述
　　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、防銹等作用的表面處理技術。現在主要采用的方法是熱鍍鋅。
　　近年來，隨著鍍鋅工藝的發展，高性能鍍鋅光亮劑的采用，鍍鋅已從單純的防護目的進入防護-裝飾性應用。
　　鍍鋅溶液有氰化物鍍液和無氰鍍液兩類。氰化物鍍液中分微氰、低氰、中氰、和高氰幾類。無氰鍍液有堿性鋅酸鹽鍍液、銨鹽鍍液、硫酸鹽鍍液及無氨氯化物鍍液等。氰化鍍鋅溶液均鍍能力好，得到的鍍層光滑細致，在生產中被長期采用。但由于氰化物劇毒，對環境污染嚴重，近年來已趨向于采用低氰、微氰、無氰鍍鋅溶液。
二、原理
　　在盛有鍍鋅液的鍍槽中，經過清理和特殊預處理的待鍍件作為陰極，用鍍覆金屬制成陽極，兩極分別與直流電源的正極和負極聯接。鍍鋅液由含有鍍覆金屬的化合物、導電的鹽類、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到陰極上形成鍍層。陽極的金屬形成金屬離子進入鍍鋅液，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維持。鍍鋅時，陽極材料的質量、鍍鋅液的成分、溫度、電流密度、通電時間、攪拌強度、析出的雜質、電源波形等都會影響鍍層的質量，需要適時進行控制。
三、種類
　　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
　　7、氯化物鍍鋅[1]
　　三、鍍鋅層的后處理
　　1、去氫
　　2、鈍化
　　3、著色
熱鍍鋅
　　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展而來的，自從1836年法國把熱鍍鋅應用于工業以來，已經有一百七十年的歷史了。然而，熱鍍鋅工業是近三十年來伴隨冷軋帶鋼的飛速發展而得到了大規模發展。
　　熱鍍鋅板的生產工序主要包括：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外退火和線內退火兩大類，即濕法 （單張鋼板熱鍍鋅法）、線外退火（單張鋼板熱鍍鋅法）、熱鍍鋅 惠林（Wheeling）法（帶鋼連續熱鍍鋅法） 、線內退火 森吉米爾（Sendzimir）法（保護氣體法）、 改良森吉米爾法、美鋼聯法（同日本川崎法）、賽拉斯（Selas）法和莎倫（Sharon）法。
線外退火
　　就是熱軋或冷軋鋼板進入熱鍍鋅作業線之前，首先在抽底式退火爐或罩式退火爐中進行再結晶退火，這樣，鍍鋅線就不存在退火工序了。鋼板在熱鍍鋅之前必須保持一個無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烘干（即表面還是濕的）就進入起表面覆蓋有熔融態溶劑的鋅液進行熱鍍鋅。此方法的缺點是：
　　a.只能在無鉛狀態下鍍鋅，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，首先把經過退火的鋼板送入酸洗車間,用硫酸或鹽酸清除鋼板表面的氧熱鍍鋅法化鐵皮。酸洗之后的鋼板立即進入水箱中浸泡等待鍍鋅,這樣可以防止鋼板再氧化。后經過酸洗、水清洗、擠干、烘干、進入鋅鍋（溫度一直保持在445—465℃）熱鍍鋅，再進行涂油和鉻化處理。這種方法生產的熱鍍鋅板比濕法鍍鋅成品質量有顯著提高，只對小規模生產有一定價值。
　　（3）惠林法熱
　　該連續鍍鋅生產線包括堿液脫脂、鹽酸酸洗、水沖洗、涂溶劑、烘干等一系列前處理工序，而且原板進入鍍鋅線鍍鋅前還需要進行罩式爐退火。這種方法生產工藝復雜，生產成本高，更為主要的是此方法生產的產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世近三十年，但在世界熱鍍鋅行業中并未得到發展。
線內退火
　　就是由冷軋或熱軋車間直接提供帶卷作為熱鍍鋅的原板，在熱鍍鋅作業線內進行氣體保護再結晶退火。屬于這個類行業的熱鍍鋅方法包括：森吉米爾法、改良森吉米爾法、美鋼聯法（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合起來，其線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，經冷卻段控制進鋅鍋前溫度在480度左右，最后在不接觸空氣的情況下進入鋅鍋鍍鋅，因此，森吉米爾法產量高、鍍鋅質量較好，此法曾得到廣泛應用。
　　美鋼聯法
　　它是森吉米爾法的一個變種，它僅僅是利用一個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。在原板進入作業線后，首先進行電解脫脂，而后水洗、烘干，再通過有保護氣體的還原爐進行再結晶退火，最后在密封情況下進入鋅鍋熱鍍鋅。這種方法因帶鋼不經過氧化爐加熱，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成本有利。但是，由于帶鋼得不到預加熱就進入還原爐中，這樣無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
　　又稱火焰直接加熱法；首先帶鋼經堿洗脫脂，而后用鹽酸清除表面的氧化皮，并經水洗、烘干后再進入由煤氣火焰直接加熱的立式線內退火爐，通過嚴格控制爐內煤氣和空氣的焰燒比例，使之在煤氣過剩和氧氣不足的情況下進行不完全焰燒，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，進行熱鍍鋅。該法設備緊湊，投資費用低，產量高（最高可達50/小時）。但生產工藝復雜，特別是在機組停止運轉時，為了避免燒斷帶鋼，需要采用爐子橫移離開鋼帶的方法，這樣操作問題很多，所以，熱鍍鋅工業采用此法很少。
　　莎倫法
　　1939年美國莎倫公司投產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*********氣體并使帶鋼達到再結晶溫度，所以也稱為氣體酸洗法。采用*********氣體酸洗，不但能去除帶鋼表面的氧化皮，而且同時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截面積較小的過道連接起來，這樣包括預熱爐、還原爐和冷卻段在內的整個退火爐構成一個有機整體。實踐證明，該法具有許多優點：優質、高產、低耗、安全等優點已逐漸被人們所認識。其發展速度非常快，1965年以來新建的作業線幾乎全部采用了這種方法，近年來老的森吉米爾機組也大都按照此方法進行了改造。
冷鍍鋅
　　冷鍍鋅也叫電鍍鋅，是利用電解設備將管件經過除油、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就會在管件上沉積一層鋅，冷鍍管件是先加工后鍍鋅。
機械鍍鋅工藝原理
　　在裝有鍍件、玻璃球、鋅粉、水和促進劑的旋轉滾桶內，作為沖擊介質的玻璃球隨著滾桶轉動，與鍍件表面發生摩擦和錘擊產生機械物理能量，在化學促進劑的作用下，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。
　　技術標準采用美國ASTM B695-2000及軍用C-81562機械鍍鋅技術標準。
質量特點
　　1、外觀光滑，無鋅瘤、毛刺，呈銀白色；
　　2、厚度均為可控，在5-107μm之內任意選擇；
　　3、無氫脆、無溫度危害，可保證材料力學性能不變；
　　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。
　　應用范圍鋼釘、鐵釘、緊固件、自來水管接頭、腳手架扣件、鋼絲繩馬鋼夾頭等。
電鍍鋅與熱鍍鋅的比較
電鍍鋅
　　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生破壞而露出不太大的基體時，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。在汽車運輸等行業中應用較廣，但需要的是三價鉻鈍化層、鋅鎳合金鍍封閉涂層，減少六價鉻鈍化有害、有毒層。
　　2、性能特點
　　鋅鍍層較厚，結晶細致、均勻且無孔隙，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，鞥有效保護緊固沙件基體，鍍鋅層經鉻酸鈍化后形成白色、彩色、軍綠色等，美觀大方，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
　　電鍍鋅所涉及的領域越來越廣泛，緊固件產品的應用已遍及機械制造、制作鍍鋅勾花網、電子、精密儀器、化工、交通運輸、航天等在國民經濟中有重大意義。
熱鍍鋅
　　1、原理
　　熱浸鋅層是鋅在液態下，分三個步驟形成的，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一步向基體擴散形成鋅、鐵互溶層；合金層表面包裹著鋅層。
　　2、性能特點
　　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的氧化鋅層表面。它很難溶于水，故對鋼鐵緊固件基體起著一定保護作用。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牢固，因此熱鍍鋅可進行冷沖、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的應力，有利于對鋼結構件進行車削加工；熱浸鋅后的緊固件表面光亮美觀；純鋅層是熱浸鋅中最富有塑性的一層鍍鋅層，其性質基本接近于純鋅，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、堿霧氣等強腐蝕環境中。
鍍鋅影響因素
　　在實際生產過程中，影響鍍鋅速度及質量的常見因素有：
　　(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。電流在導線上消耗，分配到工件表面的電流過小。
　　(3)工件含碳量高。高碳鋼、鑄鐵件等會降低氫的析出電位，工件表面析氫加速，電流效率降低。
　　(4)工件綁扎過密。鍍鋅時工件局部遭到屏蔽而導致鍍層過薄。
　　(5)鍍液溫度偏低。當鍍液溫度偏低時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。添加劑含量偏低會影響分散能力，鍍層局部顯得過薄。
　　(8)受鍍件面積估算不足，施鍍時配送的電流密度顯得過小。
　　(9)工件懸掛方法不當，與鋅陽極間距過大，應調整位置。
　　(10)工件過腐蝕。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，局部處氧化皮過厚先用機械法除去，酸洗過程中多作檢查。
　　(11)陽極鈍化。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，電流密度提不高，陽極鈍化。