鍍鋅(表面處理技術(shù))
鋅易溶于酸,也能溶于堿,故稱它為兩性金屬。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(jī)酸的氣氛里,鋅鍍層極易被腐蝕。 鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.76V,對鋼鐵基體來說,鋅鍍層屬于陽極性鍍層,它主要用于防止鋼鐵的腐蝕,其防護(hù)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(hù)光劑后,能顯著提高其防護(hù)性和裝飾性。
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(shù)。現(xiàn)在主要采用的方法是熱鍍鋅。
近年來,隨著鍍鋅工藝的發(fā)展,高性能鍍鋅光亮劑的采用,鍍鋅已從單純的防護(hù)目的進(jìn)入防護(hù)-裝飾性應(yīng)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(xì)致,在生產(chǎn)中被長期采用。但由于氰化物劇毒,對環(huán)境污染嚴(yán)重,近年來已趨向于采用低氰、微氰、無氰鍍鋅溶液。
在盛有鍍鋅液的鍍槽中,經(jīng)過清理和特殊預(yù)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(fù)極聯(lián)接。鍍鋅液由含有鍍覆金屬的化合物、導(dǎo)電的鹽類、緩沖劑、pH調(diào)節(jié)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極,它只起傳遞電子、導(dǎo)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(shí),陽極材料的質(zhì)量、鍍鋅液的成分、溫度、電流密度、通電時(shí)間、攪拌強(qiáng)度、析出的雜質(zhì)、電源波形等都會(huì)影
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[3]
三、鍍鋅層的后處理
1、去氫
2、鈍化
3、著色
響鍍層的質(zhì)量,需要適時(shí)進(jìn)行控制。
熱鍍鋅
現(xiàn)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)展而來的,自從1836年法國把熱鍍鋅應(yīng)用于工業(yè)以來,已經(jīng)有一百七十年的歷史了。然而,熱鍍鋅工業(yè)是近三十年來伴隨冷軋帶鋼的飛速發(fā)展而得到了大規(guī)模發(fā)展。
熱鍍鋅板的生產(chǎn)工序主要包括:原板準(zhǔn)備→鍍前處理→熱浸鍍→鍍后處理→成品檢驗(yàn)等。按照習(xí)慣往往根據(jù)鍍前處理方法的不同,把熱鍍鋅工藝分為線外退火和線內(nèi)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(xù)熱鍍鋅法) 、線內(nèi)退火 森吉米爾(Sendzimir)法(保護(hù)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。
線外退火
就是熱軋或冷軋鋼板進(jìn)入熱鍍鋅作業(yè)線之前,首先在抽底式退火爐或罩式退火爐中進(jìn)行再結(jié)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(gè)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(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(hù),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?yàn)殇\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(jīng)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(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)量有顯著提高,只對小規(guī)模生產(chǎn)有一定價(jià)值。
(3)惠林法熱
該連續(xù)鍍鋅生產(chǎn)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(jìn)入鍍鋅線鍍鋅前還需要進(jìn)行罩式爐退火。這種方法生產(chǎn)工藝復(fù)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世近三十年,但在世界熱鍍鋅行業(yè)中并未得到發(fā)展。
線內(nèi)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(yè)線內(nèi)進(jìn)行氣體保護(hù)再結(jié)晶退火。屬于這個(gè)類行業(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,其線內(nèi)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(jié)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(yīng)用。
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)線后,首先進(jìn)行電解脫脂,而后水洗、烘干,再通過有保護(hù)氣體的還原爐進(jìn)行再結(jié)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)過氧化爐加熱,所以表面的氧化膜較薄,可適當(dāng)降低還原爐中保護(hù)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(yù)加熱就進(jìn)入還原爐中,這樣無疑提高了還原爐的熱負(fù)荷,影響爐子的壽命。因此這種方法并未得廣泛應(yīng)用。
賽拉斯法
又稱火焰直接加熱法;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內(nèi)退火爐,通過嚴(yán)格控制爐內(nèi)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(jìn)行不完全焰燒,從而使?fàn)t內(nèi)造成還原氣氛。使其快速加熱達(dá)到再結(jié)晶溫度并在低氫保護(hù)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(shè)備緊湊,投資費(fèi)用低,產(chǎn)量高(最高可達(dá)50/小時(shí))。但生產(chǎn)工藝復(fù)雜,特別是在機(jī)組停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),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(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(jī)組,所以也叫莎倫法。該法是在退火爐內(nèi)向帶鋼噴射氯化氫氣體并使帶鋼達(dá)到再結(jié)晶溫度,所以也稱為氣體酸洗法。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(shè)備腐蝕嚴(yán)重,由此造成很高的設(shè)備維修和更新費(fèi)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(dú)立的氧化爐和還原爐由一個(gè)截面積較小的過道連接起來,這樣包括預(yù)熱爐、還原爐和冷卻段在內(nèi)的整個(gè)退火爐構(gòu)成一個(gè)有機(jī)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(rèn)識。其發(fā)展速度非常快,1965年以來新建的作業(yè)線幾乎全部采用了這種方法,近年來老的森吉米爾機(jī)組也大都按照此方法進(jìn)行了改造。
冷鍍鋅冷鍍鋅也叫電鍍鋅,是利用電解設(shè)備將管件經(jīng)過除油、酸洗、后放入成分為鋅鹽的溶液中,并連接電解設(shè)備的負(fù)極,在管件的對面放置鋅板,連接在電解設(shè)備的正極接通電源,利用電流從正極向負(fù)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。
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