電鍍鋅技術(shù)在工業(yè)中的發(fā)展和應(yīng)用

喻濟(jì)兵

電鍍鋅技術(shù)在工業(yè)中的發(fā)展和應(yīng)用

喻濟(jì)兵

（海軍駐武漢七一二所軍事代表室，武漢 430064）

近年來(lái)，電鍍鋅技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景。為此，本文主要介紹了電鍍鋅技術(shù)在工業(yè)中的具體應(yīng)用和機(jī)理，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展做出了展望。

金屬防腐 電鍍鋅技術(shù)

0 引言

金屬腐蝕問(wèn)題一直是金屬材料的通病。通過(guò)金屬回收可以降低腐蝕造成的部分損失，但每年仍有10%左右的金屬材料報(bào)廢。腐蝕會(huì)造成金屬材料無(wú)效化，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在2003年，因?yàn)榻饘俑g而引起的經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)5000億元。在世界范圍內(nèi)，腐蝕引起的經(jīng)濟(jì)損失超出想象。腐蝕引起的損失不應(yīng)只以金屬損失的質(zhì)量來(lái)計(jì)算，應(yīng)包括冶煉金屬與回收金屬時(shí)消耗的能源[1]。同時(shí)腐蝕也會(huì)引起環(huán)境污染，如污染人們的土地資源和水資源。腐蝕還會(huì)造成設(shè)備與建筑等設(shè)施的損壞，輕則造成經(jīng)濟(jì)損失，重則會(huì)危害人身安全，許多的事故就是由腐蝕直接或者間接導(dǎo)致的[2]。因此，金屬防腐蝕的研究意義重大。

目前對(duì)于金屬防腐的研究主要分為兩大類(lèi)：金屬合金化與金屬表面處理。金屬合金化是將被保護(hù)金屬與特殊金屬熔煉到一起，通過(guò)特殊金屬的鈍化來(lái)提高金屬的耐腐蝕性。金屬的表面處理則有很多種，主要有電鍍、化學(xué)鍍、機(jī)械鍍、表面涂覆等方法。其中電鍍技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)易于控制，成本低等優(yōu)點(diǎn)，在金屬防腐中被廣泛應(yīng)用[3]。

在電鍍技術(shù)中，鋅作為陽(yáng)極材料被廣泛使用，因?yàn)殇\電極的標(biāo)準(zhǔn)電位低，對(duì)于陰極材料可以起到很好的保護(hù)作用[4]。但是未經(jīng)處理的鍍鋅層在潮濕環(huán)境下，很容易發(fā)生氧化腐蝕，因此在電鍍之后需要對(duì)鍍鋅層進(jìn)行表面鈍化處理，提高鍍鋅層的耐腐蝕性。上世紀(jì)以來(lái)，人們對(duì)防腐蝕技術(shù)進(jìn)行了很多研究，電鍍鋅技術(shù)得到了快速發(fā)展，本文對(duì)幾種應(yīng)用較多的電鍍鋅技術(shù)進(jìn)行了闡述和總結(jié)。

1 電鍍鋅技術(shù)

1.1電鍍鋅技術(shù)的化學(xué)機(jī)理

電鍍，就是利用電解，在制件表面形成均勻、致密、結(jié)合良好的金屬或合金沉積層的過(guò)程。與其他金屬相比，鋅是相對(duì)便宜而又易鍍覆的一種金屬，屬低值防蝕電鍍層。因此，電鍍鋅技術(shù)被廣泛用于保護(hù)鋼鐵件，特別是防止大氣腐蝕，并用于裝飾。鍍覆技術(shù)包括漕鍍（或掛鍍）、滾鍍（適合小零件）、自動(dòng)鍍和連續(xù)鍍（適合線(xiàn)材、帶材）。電鍍鋅技術(shù)化學(xué)反應(yīng)式為：

Zn2++2e-→Zn

1.2電鍍鋅的工藝流程

電鍍鋅的工藝流程一般如下所示：

鐵件化學(xué)去油→熱水洗→流水洗→酸洗除銹→兩次流水洗→電解除油→熱水洗→流水洗→1：2鹽酸活化→流水洗→鍍鋅→水洗→出光→水洗→鈍化→兩次水洗→溫水洗→烘干→檢驗(yàn)→成品

根據(jù)鍍液種類(lèi)，可將電鍍鋅方法分為四種，氰化物鍍鋅、鋅酸鹽鍍鋅、氯化物鍍鋅和硫酸鹽鍍鋅。

1.2.1氰化物鍍鋅

氰化物鍍鋅是開(kāi)發(fā)得最早的鍍鋅工藝，上世紀(jì)七十年代之前，氰化物電鍍?cè)陔婂冧\市場(chǎng)中占據(jù)著主要地位，因?yàn)樗に嚪椒ㄊ趾?jiǎn)單，氰化物本身有著極好的去油效果，不需要在電鍍前對(duì)零件進(jìn)行復(fù)雜的前處理。在電鍍過(guò)程中，氰化物電鍍也無(wú)需攪拌，對(duì)鍍液與添加劑的種類(lèi)與濃度要求不高，電鍍結(jié)束后鍍液不用過(guò)濾。該方法的主要缺點(diǎn)在于氰化物對(duì)于環(huán)境的污染。上世紀(jì)七十年代之后，全世界各國(guó)的環(huán)境保護(hù)意識(shí)不斷增加，氰化物電鍍的方法也逐漸被淘汰，氰化物電鍍也逐漸向低氰或無(wú)氰方向發(fā)展。陸江祥[5]根據(jù)其豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，全面分析了氰化物鍍鋅過(guò)程中的鍍液及添加劑的成分及作用，操作條件及雜質(zhì)對(duì)鍍鋅層的影響。

1.2.2酸性鍍鋅

酸性鍍鋅主要包括氯化物鍍鋅和硫酸鹽鍍鋅。硫酸鹽鍍鋅開(kāi)發(fā)較早，該方法電流效率較高（60%~90%），鍍層沉積速度較快，在線(xiàn)材和管材零件電鍍鋅中使用得較多。對(duì)于比較復(fù)雜的零件，硫酸鹽鍍鋅則顯現(xiàn)出鍍層不夠光亮，結(jié)晶能力不強(qiáng)的劣勢(shì)。氯化物鍍鋅包括氯化銨鍍鋅和氯化鉀鍍鋅，氯化銨鍍鋅方法應(yīng)用稍早，由于使用了銨鹽，該方法在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生刺鼻性氣味，銨鹽對(duì)設(shè)備也有一定的腐蝕，得到的鍍層的分散能力和深鍍能力也較差。氯化鉀鍍鋅工藝則彌補(bǔ)了這方面的缺陷，其得到的鍍層的分散能力與深鍍能力都比較好，生產(chǎn)過(guò)程中也沒(méi)有較大氣味，電流效率很高，因此在生產(chǎn)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。王孝镕[6]等人自制了一種新的光亮劑應(yīng)用于硫酸鹽鍍鋅中，解決了高濃度硫酸鋅鍍液中載體光亮劑的濁點(diǎn)問(wèn)題，綜合性能也十分優(yōu)秀。郭崇武[7]研發(fā)了一種CB-405低泡型氯化鉀鍍鋅工藝，探究了該工藝過(guò)程中的添加劑用量、電流密度、溫度、PH值等工藝條件對(duì)鍍鋅層的影響。

1.2.3堿性鍍鋅

堿性電鍍主要是指鋅酸鹽電鍍，該工藝是在上世紀(jì)六十年代發(fā)展起來(lái)的，它以較高濃度的氫氧化鈉取代了氰化鈉，對(duì)環(huán)境友好，得到的鍍層的分散能力和覆蓋能力都較好，電鍍廢水處理工藝也很容易，但該方法的缺點(diǎn)在于其對(duì)鍍液與添加劑的要求比較嚴(yán)格，操作范圍很窄，同時(shí)該方法的電流效率較低，鍍層的沉積速度也較慢。肖鑫[8]等人成功研發(fā)了一種全光亮堿性鋅酸鹽鍍鋅工藝，采用自主研制的XY-03A型光亮劑，探究了鍍鋅過(guò)程中的工藝條件，最終得到的鍍層光亮度高，結(jié)晶細(xì)致，鍍液性能十分優(yōu)秀。

2 總結(jié)

電鍍經(jīng)歷了一百多年的歷史，是歷史上最長(zhǎng)，使用最多的濕法沉積金屬涂層的工藝。電鍍?cè)诮饘俑g的防護(hù)中占據(jù)著很重要的位置。由于我國(guó)鋅資源豐富，因此價(jià)格低廉；另外鋅的電極電位較鐵為負(fù)，對(duì)鋼鐵基體來(lái)說(shuō)它是陽(yáng)極性鍍層，能起到電化學(xué)保護(hù)作用，也就是以鋅的犧牲來(lái)保護(hù)鋼鐵基體。鍍鋅層經(jīng)過(guò)后處理之后不僅能得到漂亮的外觀(guān)，而且還能大大提高其抗腐蝕能力。所以鋅是電鍍金屬中用量最大的一種金屬，據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，它在電鍍總量中占據(jù)的份額要達(dá)到60%以止，是最量大面廣的一種鍍種。

當(dāng)前，鋼鐵防腐中應(yīng)用最廣泛的仍然是鍍鋅技術(shù)。采用鋅基及鋅鋁合金鍍層進(jìn)行表面防護(hù)的鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)量，在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)達(dá)到年鋼產(chǎn)量的40%以上；而國(guó)內(nèi)僅為10%，但正以6%的年增長(zhǎng)量遞增，具有良好的發(fā)展前景。

綜上所述，電鍍鋅技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，參數(shù)易于控制，得到的鍍鋅層經(jīng)過(guò)處理后光亮平整，在鋼鐵等金屬材料中應(yīng)用得十分廣泛，在電鍍市場(chǎng)中占據(jù)著主導(dǎo)地位。同時(shí)我國(guó)的鋅資源豐富，鋅的價(jià)格較低，非常適合發(fā)展電鍍鋅技術(shù)。近些年來(lái)，處于對(duì)環(huán)境保護(hù)的考慮，電鍍鋅技術(shù)也想著高效率、低消耗、低排放等方向發(fā)展，開(kāi)發(fā)出環(huán)保高效的電鍍鋅技術(shù)則是當(dāng)前的一個(gè)非常重要的任務(wù)，同時(shí)應(yīng)當(dāng)加深一些機(jī)理方面的研究，我們對(duì)電鍍鋅技術(shù)的理解才會(huì)上升到一個(gè)新的層次。

[1] Jiakang Y U, Cao C, Tang H, et al. Semiconductor Electrochemistry and Localised Corrosion[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 1995, 7(1): 75-77.

[2] Magini G, Giallo P D, Valiensi M, et al. The corrosion of character :[M]. Norton, 1998.

[3] Marcus P. Corrosion mechanisms in theory and practice[J]. Crc Press, 2013.

[4] 陳菡. 鍍鋅防腐工藝[J]. 鋼鐵, 2007, 42(7): 38-42.

[5] 陸江祥. 氰化物鍍鋅工藝的生產(chǎn)實(shí)踐[J]. 電鍍與環(huán)保, 1994(1): 10-12.

[6] 王孝镕, 鄒常詩(shī), 郭振良, 等. 一種新的硫酸鹽鍍鋅光亮劑的研制[J]. 表面技術(shù), 2003, 32(1): 46-48.

[7] 郭崇武. 低泡型氯化鉀鍍鋅工藝的開(kāi)發(fā)與鍍層性能研究[J]. 電鍍與涂飾, 2014, 33(15): 651-655.

[8] 肖鑫, 易翔, 鐘萍,等. 全光亮堿性鋅酸鹽鍍鋅工藝研究[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2008, 20(1): 62-64.

Development and Application of Electrogalvanizing Technology in Industry

Yu Jibing

(Naval Representatives Office in 712 Research Institute, Wuhan 430064, China )

TQ153.15

A

1003-4862（2018）02-0035-02

2017-11-20

喻濟(jì)兵(1969-)，男，高級(jí)工程師。研究方向：化學(xué)電源。Email: 274214521@qq.com