助鍍劑鐵離子濃度對鍍鋅鋅耗的影響研究

陸梅鵬，朱小明，王 亮

(江蘇華電鐵塔制造有限公司，江蘇 徐州 221131)

工業中應用最廣泛的鋼鐵材料，在大氣、海水、土壤及建筑材料等環境中使用時，均會發生不同程度的腐蝕。據統計，全世界每年因腐蝕而損失的鋼鐵材料大約可占到其總產量的1/3。為了保證鋼鐵制品的正常使用，延長其使用壽命，鋼鐵的防腐蝕保護技術一直受到人們的普遍重視。

熱浸鍍鋅是延緩鋼鐵材料環境腐蝕的最有效手段之一，它是將表面經清洗、 活化后的鋼鐵制品浸于熔融的鋅液中，通過鐵鋅之間的反應和擴散，在鋼鐵制品表面鍍覆附著性良好的鋅合金鍍層。與其他金屬防護方法相比，熱浸鍍鋅工藝在鍍層的物理屏障與電化學保護相結合的保護特性上，鍍層與基體的結合強度上、鍍層的致密性、耐久性、免維護性和經濟性及其對制品形狀與尺寸的適應性上，具有無可比擬的優勢。目前熱浸鍍鋅產品主要有鋼板、鋼帶、鋼絲、鋼管等，其中熱浸鍍鋅鋼板所占比例最大。長期以來，熱浸鍍鋅工藝因其低廉的施鍍成本，優良的保護特性和漂亮的外觀而備受人們的青睞，廣泛應用于汽車、建筑、家電、化工、機械、石油、冶金、輕工、交通、電力、航空和海洋工程等領域。

熱鍍鋅助鍍劑，作用是提升待鍍件的表面活性，減少鍍鋅件與鋅液反應過程中的漏鍍等不良現象。但是，助鍍劑中氯化亞鐵離子的濃度，直接影響工件助鍍完成后，表面浸潤溶液攜帶氯化亞鐵的含量，進而導致鍍鋅時，工件表面氯化亞鐵離子與鋅浴形成鋅渣，增加鍍鋅過程產生不必要的鋅耗。

1 實驗部分

1.1 實驗一：助鍍劑氯化亞鐵離子濃度對工件表面攜帶氯化亞鐵離子的數據研究

1.1.1 實驗準備

各氯化亞鐵離子濃度的助鍍劑(如表1)，銹蝕程度一致并經酸洗完成的角鋼(L40*4*50)6根，實驗容器*12個，化驗氯化亞鐵含量設備。

表1 助鍍劑中各氯化亞鐵濃度準備表

注：助鍍劑中，溫度、氯化鋅、氯化銨等影響鍍鋅的因素含量均一致。

1.1.2 實驗過程

1)浸潤：取各類規格氯化亞鐵濃度的助鍍劑各1 L，分別放置在實驗容器中，并分別將準備好的角鋼放置在實驗容器中，浸潤2 min。

2)溶解：各取純凈水(0.15 L)分別放置在實驗容器中，待浸潤完成后，將6根角鋼同時取出，自然控水1 min，放置在純凈水的實驗容器中(反復20次)，靜置1 d，使工件表面的氯化亞鐵離子徹底溶解在純凈水中。

3)化驗：通過氯化亞鐵含量化驗設備化驗各純凈水實驗溶液中的氯化亞鐵離子含量。具體數據如表2。

表2 純凈水中各氯化亞鐵濃度表

根據查閱資料和圖1(鋅-鐵相圖)可知，使用方框標記的區域為目前鐵離子在鋅浴中反應的溫度及形成狀態圖，鍍鋅時，1份鐵與25份鋅形成1份鋅渣，從而產生鍍鋅時的無效鋅耗-鋅渣。

圖1 鋅-鐵相圖

通過計算可知，各助鍍劑中氯化亞鐵濃度導致工件攜帶氯化亞鐵離子形成的鋅渣，結果如表3。

表3 各助鍍劑中氯化亞鐵濃度浸潤工件鍍鋅時產生的理論鋅渣

1.2 實驗二：各助鍍劑氯化亞鐵離子濃度浸潤后工件鍍鋅鋅層厚度的實驗研究

1.2.1 實驗準備

各氯化亞鐵離子濃度的助鍍劑(如表1)，銹蝕程度一致并經酸洗完成的角鋼(L40*4*50)6根，實驗容器*6個，鐵絲若干，鋅浴(439℃)，鋅層測厚儀。

1.2.2 實驗過程

1)浸潤：取各類規格氯化亞鐵濃度的助鍍劑各1 L，分別放置在實驗容器中，并分別將準備好的角鋼放置在實驗容器中，浸潤2 min。

2)鍍鋅：將助鍍浸潤好的角鋼，用鐵絲拴好，分別掛在鍍鋅掛具的一側，在439℃的鋅浴中，鍍鋅3 min，待鍍鋅完成后，冷卻取出，待測量。

3)測量：使用鋅層測厚儀，在各角鋼的同一位置，測量12點，取平均值，記錄在表4。

表4 各助鍍劑中氯化亞鐵濃度浸潤工件鍍鋅的鋅層厚度

2 計算部分

由于整體鋅耗包括有用鋅耗和無用鋅耗，其中無用鋅耗包括鋅灰和鋅渣部分，鋅渣部分存在實驗變量。

表5 各助劑中中氯化亞鐵濃度鋅耗計算表

圖2 鋅渣生成量

根據表5可知，相同工件，鋅層厚度基本上隨助鍍劑鐵離子含量濃度變化不大，鋅渣的產生量與助劑中中氯化亞鐵濃度呈正相關，但是，經過試驗發現，助鍍劑鐵離子中形成的鋅渣只是整體鋅渣的一小部分，根據日常經驗，另外一大部分鋅渣可能為工件在鋅浴中反應形成的鋅渣，利用軟件進行數據整理可得(圖2)：y=K*0.001e0.787x，(其中K為影響鋅層厚度的其他因素，包括：鍍鋅溫度、提升角度、提升速度、鎳含量等)。

3 結論

助鍍劑鐵離子含量鋅渣對照表見表6。

經過實際現場實驗和理論計算，得出助鍍劑鐵離子濃度對鍍鋅鋅耗具有正相關影響，降低助鍍劑中氯化亞鐵離子含量是降低鍍鋅企業成本的關鍵因素，以江蘇華電鍍鋅車間為例，年產量72000 t，以3.9%鋅耗為基準，助鍍劑中鐵離子為1.9 g/L時，較鐵離子為29 g/L時的鋅耗下降0.0451%(其中有效鋅耗降低0.04%、鋅渣鋅耗降低0.0051%)，鋅價格按18000元/t計算，企業年節約資金達58.45萬元。

表6 助鍍劑亞鐵濃度對鋅耗的影響

本人所在的是生產單位，不是科研院所，企業實驗所限；同時本人能力有限，理論水平不足，所有各項分析主要從實際效果和理論借鑒來分析，沒有從原理和微觀上分析，不當之處，敬請諒解和批評指正。