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1、热浸镀锌工艺及镀层防腐蚀原 理热浸镀锌工艺及镀层防腐蚀原理钢铁是目前世界上月遼鼓广、刑星最人的金属材料.但是腐谀问题幼便得钢诜零构 件和机械设备的使用寿倉人大齬短，给凶冢带来巨大的经济损失B崔丄业发达国家'每 年金属腐蚀所造成的直接经济损失占GDP的4%左右召全世界每年生产的钢扶约有30% 遭受搞蚀.高达10%的钢铁将变成无用的恢锈。目前.全出界每年因腐甦造成的经挤损 失髙达加皿亿美元】鸭42001年境布的屮国腐蚀调査报告帝出，我国毎年为腐蚀支 付的宜接费用据不宪全统计”已达2000亿人民币以匕约占国民住产总值的4烧以上W 近十年来，随着我国工业化进程步伐的加快材料腐蚀和环境污染仍苛加
2、重的趋舞2(H1 年我国的3W收入为458,217亿人民帀，那么可以推測*近年来找禺为腭蚀支出的费 用髙达万亿人民币“H 183?人更开始采屈鑲锌方法保护钢谍以来.该产业一直是金属锌的最大单相 应用，用于披锌的锌蒂量点了铮产横的,0%左右f锌对钢诜堆体的保护王妥有两种， 一种是机械的隔离保护，碎在大气0会在蔑表面生成致帝的ZnO星膜及腐蚀产物 ZnCOs - Zn(OH)2+对基体起到了很好的隔离俣护作用：另外一种是电化学保护.锌的 标准电极电位值(SHE)7j-0J6Vf 对于铁的电位-0AIV碎具有明显的电化学保护作用口 在以增强钢铁材料耐蚀性为主要日的的镀锌技术中，热浸儀锌因其兼具身耐蚀
3、姓*电 化孝保护.扭术成熟和愕价比高尊优点雨得到广迂的应用"热浸靈锌是将金属工件浸入 熔触锌蔽中获得锌镀层的 种方法，主要分的连续热浸镀枠和扯虽热浸襪锌阴类I讥 连 续热沙镀锌是热轧(冷轧)钢带(卷)在连续生产线上进行热浸镀梓，产品主耍应用丁 汽车，家电和gffiff业批燈热浸镀锌是将啊结构工件等材料分批次浸入锌液获得热浸 镀锌件加方比，主耍针对中小零部件或不左送厅连续半产的型材.包把髙速公腳护栏> 输电铁塔、集装箱板、电力金具等，产品广泛应用于交通、电力等Mf J.ttt挝热浸後粹工艺通常由农面謨处理工艺段、镀锌工艺段、披后处理工艺段和后加 工工艺段等步骤绢成冋，T艺流程如图
4、1所禾.表面预处理主鑒包括械捉脱脂一水(3)碱洗脱脂(c)酸洗琢常(b)水洗(d)水洗洗f酸洗除锈一水洗一溶剂助镀一烘干等工序.彼后处理通常包括冷却检验及钝化等. 部分产品可能还需要涂漆.(c)溶剂助钱烘丁(g)热備锌(h於却及检验图1.1热浸镀锌I艺流用图脱脂是钢铁工件热浸镀前处理的基本工序之，英主要n的尼去除工件表面的油污 以及苴他杂物.脱脂T序质乐的好坏将玄接影响到看纯丁艺的质斎.4要表现是：影 响復洗除锈质贡丄件衣面粘附的油污将阴碍酸洗液对工件表面氧化皮的浴解剥离作 用.降低酸洗效果。彩响助镀质杲。钢铁工件表面汕污对助镀剂起到了隔离效果，导 致劝镀剂不能完整均匀地附着在工件表面，彩响工
5、件表面盐膜薄层的形成。彩响镀层 质帛 助镀剂未完轄的柑濡在工件衣面将肖接形响到镀层质吊，导致发牛漏喪批虽热 浸披生产过程屮通常采用是热碱法脱脂梵作用原理是尬污与碱液发生皂化反应生成肥 皂和甘油。以皱脂酸脂为例，其反应如下二(1-1)(CV/COOC,H, +3NuOlI = 3WCOOSCJh (OH)y酸洗在热浸镀丽处理过程中占何十分巫妥的地位钢铁丄件衣血的氧.化皮和铁镌貝 结构如图1.2所示.如不去除干净，将彫响到助镀效果.可能最终导致漏镀。酸洗过程 中发生的主要化学反应为(以盐酸为例)：FcO + 2HCiFeCl2H2O(1-2)d-4)d-5)W +8HCI = 2FeCI, + F
6、eCli + 4H：OFe + 2HCl=FcC + Hn酸洗过程中氢肉子对Fstk卜65的溶解作用不大.而FeO的生成热低，杭定性 咅、且一.价抿离子在酸中的洛解度远大丁三价铁离子，因此口前普遍认为酸洗的作用机 理为氢离子通过Fc2O3、FC3O4中的缝隙进入FcO层，并弓FcO发生反应，使外层的Fe:Oj、 FeQ.失去与菇体的附着而脱落下来.如果酸洗过度则可能对件产生不利影响，过杲 的氢离子扩散到兪同内部，引起氢脆，杲致金属的塑性、切性降低。为克服这一缺点并 減小盐酸散发的酸雾对生产坏境的影呛.酸洗宀产过用中需要4酸洗液中加入缓蚀剂、 抑雾剂等。Fs（入Fc0 beO 基体材料m 1.2
7、袒化层结构溶剂助镀主吏是将待倾n浸入助镀剂溶液使其表向获得助镀剂盐根层的方法，作为 热浸復绎前处理.一逍十分关键的丁序，助携不仅彩响镀层质就还对锌耗许垂要影晌（叫 同时也足本课题研究的甫点。根据俄罗斯学者巴布利克的理论，助饮剂的主鉴作用有 净化、清除工件表面的残余杂质：隔离空气避免钢铁基体在进入镀悴锅的过程屮枝空气 氧化：增加笹液对工件的润渝件：净化锌液，上除偉液中的杂质；使洌饮工件表面处于 活化状态，促进锌铁合金反应的止當邊厅等.传统助镀剂W NM4CI和ZnCl,按一定比例 的水溶液组成，这 经典的配方使用上百年。目前普遍认为NIUC1的活化助锻机理足 通过其分解产物1IC1实现的，氢畠子
8、便金局丄件表面的佥属减子处F活性状态，并与 锌液屮的锌破子相耳扩散形成锌铁合金层°NHQ在337.8二发牛分解，牛成HC1和NH； 两种气体在镀锌锅的上方車新紡合成微来或纳米级的白色品体颗粒，使得热玻锌车何生 产环境惡化.随若国家对热镀锌行业淸洁生产的要求越来M髙.血何消除披锌过稈中产 生的烟雾成为热镀锌行业急待解决的问题。热镀锌过程中产生的垠气可通过除尘系统抽 除何.目前欧美各田均采用该系统进行热镀锌的除烟处理，但烟尘收隼处理系统设备庞 大安装运行费用过冉，不适合国内多数厂家使用.因此无铁助镀剂的研究开发无疑具有巨大的社会意义和应用背景.122热浸镀锌层防腐蚀原理異遐在大气坏境中的
9、锌会在及衣面生成保护性漓辿产物层(致密的ZnO和 ZnCOj Zn(OH),),形成了 -道物理屏障，将基体从腐辿坏境中隔开.北外锌是-种负 电位很局的金属.具材加电极电位为-0.762V (铁为().4JV)在3%NaCI水洛液4啲实 际电极电位为-0.81V (铁为-0.50V),因此锌可时钢跌菇体起到良好的电化学保护作用. 镀锌层对钢铁尿体具仃隔离防护和电化学保护双巫功效.扛瓜蚀示意匡m图1.3所示.(b)馬部矢厶镀锌戻(c)失厶镀锌层. 钢机在合金序穩詬卜d)披锌眉仍存在,(0失去全郁傲展.(e)合金层仍存在.但已火左全部披梓层片归超寤出垄体图1.3镀锌层鳥边示倉图(町锌镀层完幣地旳盖
10、在钢铁堆体表面，此时的防护机制为物理防护.锌在其自身表 面生成一层钝化膜，田止腐蚀的进一步进行。(b)镀锌层己局祁失去.但仍有充整合金层覆盖在基体农闻，防护机制与(a)甚本柑 同.只是此时纯锌层的电极电位商J锌佚合金层(电极电位为O59-066V因北优先 耦蚀纯锌层，合金层作为阴极得到保护9(C)纯锌层C完全夫氏垄体在合金层的覆盖下。合层将基体与外界坏境隔开，仍 起机械隔离俣护。(d)当镀锌层受別机械损坏吋，可能出现钢饮基体址露F大气中的情况，此时因为 水分子的存在履蚀情况变得比较奴杂，锌、锌饮合氐 次部砒成电极并处平能状态：ZS =分(16)Fe-2e"二斤"(1-7)O
11、22H2O4e' =4OH'(1-8)从电化学平衡角度似乎该反应达到了平衡状态，但是由于它们的电极电位不同：=7762* E""439V<Ew =2401/锌的电极电位最负，在诊电化学反应过程中，锌作为阳极，锌铁合金和铁作阴极。 因此该腐蚀过程实际上是悴的电化学席蚀：Zn-2e，Zn"d-9)Q+2仏0+3 =4O7T(1-10)Zn" +2OkT = %(OH)2(Ml)这时锌诙合余和诙处于电化学保护状态，几乎不发生膺蚀现象.(e)镀锌层全部失去.只有合金层存在，并且部分棊体已暴爲.由于锌铁合金的电极 电位比铁的低，此时发生的牖蚀为锌俄fit电化学厲浊，铁作为阴极而被保护起来，总到 锌铁合金层仝部消耗完毕为止.许和许铁合金层作为电化学保护被消耗完牛后.钢铁基体完全暴館在空气中，厲 蚀速率由只所处的貝体坏境来决定