陽(yáng)極知識(shí)
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合航談電鍍鋅的原理及相關(guān)知識(shí)
www.wolige.cn/ 深圳氧化廠家--合航集團(tuán) 2012-03-14 17:41
一、概述
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(duì)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(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。近年來(lái)，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(wú)氰鍍液兩類。氰化物鍍液中分微氰、低氰、中氰、和高氰幾類。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(xì)致，在生產(chǎn)中被長(zhǎng)期采用。但由于氰化物劇毒，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，近年來(lái)已趨向于采用低氰、微氰、無(wú)氰鍍鋅溶液。
在盛有鍍鋅液的鍍槽中，經(jīng)過(guò)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(yáng)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(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(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(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(qiáng)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
3、銨鹽鍍鋅
4、鉀鹽鍍鋅
5、銨鉀混合浴鍍鋅
6、硫酸鹽鍍鋅
四、鍍鋅層的后處理
1、去氫
2、鈍化
3、著色
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(lái)的，自從1836年法國(guó)把熱鍍鋅應(yīng)用于工業(yè)以來(lái)，已經(jīng)有一百四十年的歷史了。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(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。
1． 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(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(hù)，從而防止鋼板再被氧化。
1、去氫
2、鈍化
3、著色
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(lái)的，自從1836年法國(guó)把熱鍍鋅應(yīng)用于工業(yè)以來(lái)，已經(jīng)有一百四十年的歷史了。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(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。
1． 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(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(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(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?yàn)殇\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(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)量有顯著提高，只對(duì)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。
2．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。 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?yàn)殇\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(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)量有顯著提高，只對(duì)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。
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(guò)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(guò)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(duì)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(wú)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(guò)嚴(yán)格控制爐內(nèi)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?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(guó)莎倫公司投產(chǎn)一臺(tái)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(guò)道連接起來(lái)，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(shí)。其發(fā)展速度非常快，1965年以來(lái)新建的作業(yè)線幾乎全部采用了這種方法，近年來(lái)老的森吉米爾機(jī)組也大都按照此方法進(jìn)行了改造。
工藝原理在裝有鍍件、玻璃球、鋅粉、水和促進(jìn)劑的旋轉(zhuǎn)滾桶內(nèi)，作為沖擊介質(zhì)的玻璃球隨著滾桶轉(zhuǎn)動(dòng)，與鍍件表面發(fā)生摩擦和錘擊產(chǎn)生機(jī)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(xì)致的具有一定厚度的鍍層。
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用美國(guó)ASTM B695-2000及軍用C-81562機(jī)械鍍鋅技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
質(zhì)量特點(diǎn)：
1、外觀光滑，無(wú)鋅瘤、毛刺，呈銀白色；
2、厚度均為可控，在5-107μm之內(nèi)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(yàn)達(dá)240小時(shí)。
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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(guò)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(guò)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(duì)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(wú)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(guò)嚴(yán)格控制爐內(nèi)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?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(guó)莎倫公司投產(chǎn)一臺(tái)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(guò)道連接起來(lái)，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(shí)。其發(fā)展速度非常快，1965年以來(lái)新建的作業(yè)線幾乎全部采用了這種方法，近年來(lái)老的森吉米爾機(jī)組也大都按照此方法進(jìn)行了改造。
工藝原理在裝有鍍件、玻璃球、鋅粉、水和促進(jìn)劑的旋轉(zhuǎn)滾桶內(nèi)，作為沖擊介質(zhì)的玻璃球隨著滾桶轉(zhuǎn)動(dòng)，與鍍件表面發(fā)生摩擦和錘擊產(chǎn)生機(jī)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(xì)致的具有一定厚度的鍍層。
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用美國(guó)ASTM B695-2000及軍用C-81562機(jī)械鍍鋅技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
質(zhì)量特點(diǎn)：
1、外觀光滑，無(wú)鋅瘤、毛刺，呈銀白色；
2、厚度均為可控，在5-107μm之內(nèi)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(yàn)達(dá)240小時(shí)。
深圳市合航五金電子有限公司www.wolige.cn位于深圳市寶安區(qū)沙井，是廣東地區(qū)最專業(yè)的陽(yáng)極氧化工廠之一。專業(yè)從事金屬表面處理，主要包括化學(xué)鍍鎳，陽(yáng)極氧化，硬質(zhì)陽(yáng)極氧化等。工廠擁有完善的配套（拋光、噴砂、打磨），也擁有完善的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室與檢測(cè)室，擁有德國(guó)FicsherX光測(cè)厚儀、ROSH檢測(cè)分析儀、鹽霧試驗(yàn)機(jī)等。能做到快速的交期，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定有保證。陽(yáng)極氧化廠，沙井氧化廠,化學(xué)鍍鎳，陽(yáng)極氧化，硬質(zhì)陽(yáng)極氧化等加工服務(wù)。
