電氣化鐵路鋼結構支柱熱浸鍍鋅原理、工藝過程及產品質量易受影響點淺析

劉旭映 高耀宗

摘要：通過詳細介紹熱鍍鋅防腐原理、工藝過程分析鐵路鋼結構支柱在熱浸鍍鋅防腐過程中質量把控的關鍵點。

關鍵詞：熱浸鍍鋅;防腐;工藝過程

引言

熱鍍鋅也稱熱浸鍍鋅，是鋼鐵構件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的一種防腐方法。近年來隨著鐵路系統、公路橋梁、高壓輸電、通訊等事業的迅速發展，對鋼鐵件防護要求越來越高，熱鍍鋅需求量也不斷增加。

熱浸鍍鋅防腐技術是目前適用范圍最廣泛，也是最有效的鋼材大氣防腐蝕方法。本文通過對熱浸鍍鋅防腐的防護性能、鋅層形成過程、防護原理及工藝過程做詳細分析，逐步梳理各個過程中易對產品質量產生影響的因素。

熱鍍鋅層防護性能簡介

通常電鍍鋅層厚度約為5～15μm，而熱鍍鋅層一般在35μm以上，甚至高達200μm以上。鍍層的厚度受鍍件厚度決定，即鍍件越厚，得到的鍍層越厚。同一個鍍件中，厚度高的部位，得到的鍍層更厚，壽命更長。熱鍍鋅覆蓋能力好，鍍層致密，無有機物夾雜。

鋅的抗大氣腐蝕的機理有機械保護及電化學保護，在大氣腐蝕條件下鋅層表面有、及堿式碳酸鋅保護膜，一定程度上減緩鋅的腐蝕，這層保護膜受到破壞又會形成新的膜層。當鋅層破壞嚴重，危及到鐵基體時，鋅對基體產生電化學保護，鋅的標準電位-0.76V，鐵的標準電位-0.44V，鋅與鐵形成微電池時鋅作為陽極被溶解，鐵作為陰極受到保護。鋅層在大氣中的消耗是非常緩慢的，約為鋼鐵腐蝕速率的1/17至1/18，且是可以預估的。顯然熱鍍鋅對基體金屬鐵的抗大氣腐蝕保護能力優于電鍍鋅。

熱鍍鋅層形成過程是鐵基體與最外面的純鋅層之間形成鐵-鋅合金的過程。鍍件表面在熱浸鍍時形成鐵-鋅合金層，才使得鐵與純鋅層之間很好結合，其過程可簡單地敘述為：當鐵鍍件浸入熔融的鋅液時，首先在界面上形成鋅與α鐵（體心）固熔體。這是基體金屬鐵在固體狀態下溶有鋅原子所形成一種晶體，因為原子之間引力比較小，兩種金屬原子之間是融合的。因此，當鋅在固熔體中達到飽和后，鋅鐵兩種元素原子相互擴散，擴散到鐵基體中的鋅原子在基體晶格中遷移，逐漸與鐵形成兩層合金（見表2），而擴散到熔融的鋅液中的鐵就與鋅形成金屬間化合物，沉入熱鍍鋅鍋底，即為鋅渣。當工件從浸鋅液中移出時表面形成純鋅層，為六方晶體。其含鐵量不大于0.003%。

1?工藝過程

電氣化鐵路支柱類產品（以下簡稱支柱類產品）采用的熱浸鍍鋅防腐工藝基本分為以下三個階段，各個階段分為不同的步驟按順序進行：

1.1前處理階段：

鍍件→脫脂→水洗→酸洗→水洗→浸助鍍溶劑→烘干預熱

1.2熱鍍鋅階段

熱鍍鋅→整理

1.3后期處理階段

冷卻→鈍化→漂洗→干燥→打磨→檢驗

2?工藝過程說明及易影響點分析

（1）脫脂

一般采用化學去油或水基金屬脫脂清洗劑去油，達到工件完全被水浸潤為止。

（2）酸洗

可采用15%，硫脲0.1%，40～60℃或用20%，烏洛托品3～5g/L，20～40℃進行酸洗。加入緩蝕劑可防止基體過腐蝕及減少鐵基體吸氫量，同時加入抑霧劑抑制酸霧逸出。

脫脂及酸洗處理不徹底都會造成鍍層附著力不好，鍍不上鋅或鋅層脫落。此工藝缺陷基本分為3類：脫脂不徹底、酸洗除銹不凈及過酸洗。以上三類缺陷，均會嚴重影響的熱浸鍍鋅質量。

（3）浸助鍍劑

也稱溶劑，可保持在浸鍍前工件具有一定活性避免二次氧化，以增強鍍層與基體結合。100-150g/L，?150-180g/L，70～80℃，1～2min。并加入一定量的防爆劑。

（4）烘干預熱

為了防止工件在浸鍍時由于溫度急劇升高而變形，并除去殘余水分，防止產生爆鋅，造成鋅液爆濺，預熱一般為80～140℃。

烘干預熱溫度過低或不充分會造成支柱產品，尤其如格構式支柱這種焊縫較多的產品在熱浸鍍鋅時由于溫度急劇升高而產生額外的內部應力，甚至導致焊縫開裂等現象，對產品的質量產生嚴重損害。

（5）熱鍍鋅

要控制好鋅液溫度、浸鍍時間及工件從鋅液中引出的速度。引出速度一般為1.5-2米/min。

溫度過低，鋅液流動性差，鍍層厚且不均勻，易產生流掛，外觀質量差;溫度高，鋅液流動性好，鋅液易脫離工件，減少流掛及皺皮現象發生，附著力強，鍍層薄，外觀好，生產效率高;但溫度過高，工件及鋅鍋鐵損嚴重，產生大量鋅渣，影響浸鋅層質量并且容易造成色差使表面顏色不一致，鋅耗高。

鋅層厚度取決于鋅液溫度，浸鋅時間，鋼材材質和鋅液成份。

一般廠家為了防止工件高溫變形及減少由于鐵損造成鋅渣，都采用450～470℃，浸入時間保持在0.5～1.5min。有些工廠對大工件及鑄鐵件采用較高溫度，但要避開鐵損高峰的溫度范圍。

我們通過多次在不同溫度下進行試驗得出的結論是：支柱類產品在進行熱浸鍍鋅防腐加工時，在鋅液中添加有除鐵功能和降低共晶溫度的合金并且把鍍鋅溫度降低至435-445℃。這樣做能夠有效保證鍍件鋅層的附著力，并保證產品外觀顏色一致，具有金屬光澤。

（6）整理

鍍后對工件整理主要是去除表面余鋅及鋅瘤，采用熱鍍鋅專用震動器來完成。

震動過程的優點在于能夠去除部分在熱浸鍍鋅過程中由于鍍件快速受熱而產生的內部應力，也能夠讓熔融鋅液在震動過程中加快流速，減少積鋅和鋅瘤的產生。

（7）鈍化

目的是提高工件表面抗大氣腐蝕性能，減少或延長白銹出現時間，保持鍍層具有良好的外觀。此過程所用化學制劑為鉻酸鹽，具有毒性，目前已全面推廣無鉻鈍化。

（8）冷卻

一般用水冷，但溫度不可過低也不可過高，一般不低于30℃不高于70℃。

（9）打磨

目的是清除產品在鍍鋅過程中產生的鋅瘤，尖刺等缺陷。對于某些部位鋅層過厚，也需要打磨。

如果鋅層過厚，在產品受力過程中，由于應力產生應變，會在鋅層過厚的部位產生過多的集中應力，造成鋅層開裂甚至剝離。打磨的過程不可野蠻操作，以免對鋅層產生破壞。

（10）檢驗

鍍層外觀光亮、細致、無流掛、皺皮現象。厚度檢驗可采用涂層測厚儀。也可通過鋅附著量進行換算得到鍍層厚度。也可用重錘敲擊檢驗，并且分批制作試驗件進行硫酸銅浸蝕試驗。

結語

以上通過對熱浸鍍鋅防護性能、鋅層形成過程及工藝過程的分析，可以得出在電氣化鐵路鋼結構支柱類產品的熱浸鍍鋅防腐過程中，需要嚴格控制的關鍵點有一下幾點：

1）前處理階段中脫脂及酸洗過程的控制;預熱烘干階段，對溫度的嚴格控制。

2）熱鍍鋅階段中熔融鋅液的溫度控制是關鍵點。引出速度應控制在合理速度區間，引出過程中，應對鍍件進行有效的震動。熔融鋅液中合金的添加劑量也應控制在合理范圍之內。

3）后期處理階段冷卻時須控制水溫范圍和冷卻時間;打磨階段應對局部鋅層、鋅瘤及滴掛引起的尖刺進行修正。

（作者單位：1.中鐵電工保定制品有限公司;2.中鐵電工保定制品有限公司）