淺談船舶熱鍍鋅表面處理的質量控制

鄧凌峰，黃 超，韓 靚*，許一鳴

（1.滬東中華造船集團船舶配套設備有限公司，上海 201913； 2.上海長興金屬處理有限公司，上海 201913）

采用熱浸鍍鋅工藝防腐是船舶管系防腐應用最廣的方法［1］。熱浸鍍鋅層膜厚可達50～100 μm以上，使用壽命長，防腐蝕成本低，廣泛應用于船舶管道以及船配件，此外市政工程、建筑、電力、冶金、通信、化工等行業的鋼結構、鐵架、燈桿、護欄、支架、管道、容器的防腐，也都使用熱浸鍍鋅方法處理。由于熱浸鍍鋅生產作業的特殊性，熱浸鍍鋅的工藝、操作、材質、管理等方面的影響都會使鍍鋅層的表面質量產生缺陷。

1 針對船舶舾裝件熱鍍鋅質量缺陷原因分析

1.1 原材料與制造過程中存在的影響因素

（1）舾裝件在加工過程中有油漆（有記號字）。

（2）舾裝件在加工過重中存在焊接缺陷（焊縫未打磨、存在焊皮、疤痕、夾渣、未完全焊接、存在氣孔）。

1.2 生產過程中處理工序不完善和操作不當造成質量問題

（1）上掛具的不合理，有重疊；掛的方向不對，有窩氣；酸洗中缺乏串動；酸液老化，鐵離子含量高；酸洗時間短，欠酸洗；有油污的未脫脂，脫脂不良，有污染物附著在工件表面。

（2）助鍍液成分降低，助鍍作用不充分；助鍍液溫度不達標；助鍍后在空氣中停留的時間過長，工件表面有新的腐蝕物生產；鋅液成分不達標，未及時添加合金。

（3）入鋅鍋速度過慢或中途停頓，角度太小［2］，使構件表面在鋅液面上翻滾而燒壞助鍍劑層或復雜工件有窩氣現象，浸鍍時造成工件個別處未能與鋅液接觸而漏鍍。

（4）鋅液溫度未達到工藝要求溫度，太低時，在工藝時間內鋅液不能與基體形成鐵鋅合金，粘上的鋅液在吹抹處理時被吹去，露出基體。

（5）進入鋅液處的鋅灰未很好清除，使溶劑首先與之接觸后被燒去，失去了溶劑就鍍不上鋅。

（6）沒有定期撈渣，使鋅液黏度增加，采用升高溫度的方法，使鋅渣隨同黏黑色膠狀的溶劑殘渣泛起，黏附于鋼表面而形成小黑點及漏鍍斑點［3］。

（7）水洗、沖洗不充分，造成污染物在表面未及時清理。

（8）修整人員技術水平不高，過度打磨，造成鋅被磨掉露出工件表面。

（9）修整人員未按技術標準進行修補，未使用富鋅底漆對焊接螺母的位置進行修補。

1.3 鍍鋅流程影響

鍍鋅流程如圖1所示。

圖1 鍍鋅流程Fig.1 The chart of galvanizing process

1.4 助鍍液pH對鍍鋅的影響

助鍍液酸性過強，鐵鹽總處于溶解狀態，因此將有更多的Fe2+會隨工件被帶入鋅池中，這將導致更多的細鋅渣的產生［4］。處于溶解狀態的Fe2+會被空氣中的O2逐漸氧化，形成在該pH條件下不能溶解的Fe3+，并以Fe（OH）3的形式從助鍍溶液中沉析出來。特別是當pH＞5.5時，Fe（OH）2和Zn（OH）2在工件表面沉析，這將阻礙鋅液與鋼材的接觸，防礙鋅鐵反應的進行，造成鍍層表面質量缺陷。

1.5 助鍍槽中的鐵離子對鍍鋅的影響

助鍍液中的鐵離子不僅增加助鍍鹽殘余物的黏度而且增加了清除的難度［5］；同時，由于鐵離子的存在，還增加了助鍍鹽在工件表面的結晶所需時間；更為重要的是，助鍍液中鐵離子含量高會導致鋅渣量增高，造成無效鋅耗。研究表明，隨助鍍劑FeCl2+Zn和ZnCl2+FeZn13結晶雙鹽而被帶入鋅池中的鐵鹽將會與鋅池中的鋅發生反應，大約20 %會進入鍍層中，剩下的80 %將會直接形成鋅渣，造成浪費。

1.6 檢查助鍍件

助鍍結束后對助鍍構件進行檢查，發現有油漆或者其他附著物及時打磨處理［6］，打磨處理后用氯化銨、氯化鋅溶液涂抹，停留時間不易過長，避免助鍍液失效，造成質量不穩定。

2 熱浸鍍鋅層質量的控制

2.1 針對船舶舾裝件熱鍍鋅質量缺陷進行改善

2.1.1 黑件檢查

主要檢查構件尺寸、工藝孔是否有油漆和掛點，焊接處是否有焊渣，有沒有全部焊接，有無開孔，開孔是否正確等［7］。解決方法：工藝孔、掛點，按照客戶要求及圖紙進行開孔，焊接螺帽。黑件有少量油漆時，在上掛具前涂抹脫漆劑，油漆嚴重的送沖砂處理，黑件缺陷及時反饋客戶，待客戶答復后，再進行鍍鋅處理。舾裝件主要為管件、欄桿、支架、電纜架；管件注意點：根據管件的口徑，長短合理上掛具。長管注意懸掛角度，使酸液、鋅液能順利流出，防止兜鋅，禁止長管掛在短管下方導致鋅液滴在長管上形成鋅瘤，影響外觀及質量。欄桿注意懸掛角度，使得酸液、鋅液能順利流出，防止兜鋅，注意懸掛件數，一次性不易過多（6個以下），避免靠的過緊發生黏連。架電纜架注意鐵絲懸掛方向一致，注意懸掛件數，過多易黏連，寬度20 cm以下電纜架采用兩端懸掛的方法。舾裝件注意掛件個數，構件距離避免靠得過近，防止黏連。

2.1.2 脫脂、酸洗

在檢查中發現黑件表面油污，采用脫脂槽（碳酸鈉或氫氧化鈉溶液）進行脫脂，溫度60～80 ℃，脫脂時間10～25 min左右（油污特別嚴重的視情況延長）［8］。脫脂后用清水沖洗干凈（防止殘余堿中和酸洗槽及酸洗后的污染物無法去除）。根據酸液濃度和黑件銹蝕程度，一般為20～120 min不等。注意點：酸洗過程中要將工件上下串動1～2次，對每掛酸洗時間進行記錄，防止酸洗不足或過度酸洗，影響后續質量。一般使用10 %～15 % HCl溶液進行酸洗，溫度控制在18～21 ℃，低于15 ℃下酸洗速度慢。酸洗完工后，構件無殘余銹跡，呈現金屬本色，根據黑件情況判斷是否合格，合格后用清水漂洗，每周檢查不少于2次。水洗槽中溶液pH應大于2.5，若小于則應及時更換，圖2為酸洗濃度與速度的關系，圖中ω（HCl）為HCl的質量濃度。

圖2 酸洗濃度與速度的關系圖Fig.2 Relationship diagram between pickling concentration and speed

2.1.3 鍍鋅前助鍍

助鍍液為ZnCl2和NH4Cl形成的溶液，溫度一般為60～80 ℃。助鍍方法：構件完全浸入助鍍液［9］。注意點：每2～3 h觀察一下助鍍液溫度，溫度不夠時，應立即恢復，才能生產作業，確保溫度達標。在平時生產過程中注意檢查控制助鍍液的pH及Fe離子含量。表1為構件類型與助鍍時間，δ為壁厚。表2為助鍍槽正常和最佳工作條件。

表1 構件類型與助鍍時間Tab.1 Type of component and time of plating aid

表2 助鍍槽正常和最佳工作條件Tab.2 Normal and optimal working conditions of plating bath

2.1.4 熱浸鍍鋅

注意點：每月校正一次手持測溫精度并做記錄。操作人員每周檢查熱電偶監控溫度與手持測溫差并做記錄，超過2 ℃偏差及時調整。生產操作人員每兩周檢查并清理一次熱電偶監控區的黏鋅情況，確保溫控區數據準確。鋅鍋保溫時溫度為439 ℃。構件鍍鋅時間表見表3所示。

表3 鍍鋅時間表Tab.3 Schedule of zinc plating

每月取鋅液樣本2份送檢；鍍鋅工作根據產量，正常情況下每兩周清理一次鋅渣［10］。需升高溫度至450 ℃，鋅渣下沉后撈渣。冷卻時間15～30 s，根據構件厚度適當延長，水溫40～60 ℃，冷卻水pH在6～8之間；鈍化溫度為常溫，鈍化時間30 s左右，構件在鈍化液中串動1～2次保證充分接觸。對于出現質量問題及時追查前道工序，及時排除異常，對于反復出現未能解決的應立即停止鍍鋅，查出原因解決后繼續鍍鋅；卸料注意薄件，防止變形，根據客戶要求進行打磨修補，沒有特殊要求的根據GB/T 13912—1991進行處理，處理完工后由檢驗員檢查后發貨。檢查標準：構件表面平滑，無鋅瘤鋅刺，無漏鍍，無鋅灰鋅渣，膜厚按照客戶要求或者國家標準。漏鍍處理標準：采用環氧富鋅底漆加自噴漆修補。

2.2 制定工件工藝孔開設要求

工件在端頭的上下部分同時開孔，使空氣和鋅液能順利流通。制定熱鍍鋅不同構件厚度鍍鋅溫度規范，見表4所示，Φ為管子外徑，δ為壁厚，L為管長，單位均為mm。

2.4 針對存在的熱鍍鋅質量問題制定檢驗規范

本規范編制依據標準GB/T13912—1991［11］，適用于按標準生產的鍍鋅制品的生產、檢驗和試驗。

材料檢驗：

（1）鋅錠：應滿足GB/T470—2008規定，其中鋅含量不低于99.99 %。

（2）鹽酸：應符合GB/T534—2014規定的一級濃鹽酸。

（3）待鍍件表面應光整，且沒有用酸洗方法不能清除的污穢。如油漆、油脂、水泥、柏油及有害物質。

（4）對于焊接件：焊縫處不允許存在脫焊、漏焊、夾渣、氣孔，應去除飛濺、焊渣、毛刺等缺陷。

在制品加工各重點工序應滿足以下要求，詳見下表5所示。

外觀檢驗：

（1）鍍層表面連續并且有實用性光滑。

（2）鍍件表面應無流掛、滴留、漏鍍、鋅灰、黏渣、起皮等缺陷。

（3）鍍鋅制件表面在保證鍍層厚度的情況下允許存在發暗或淺灰色顏色不均勻區域。潮濕條件下儲存的鍍鋅制件表面允許有白銹生成。

3 結 論

熱浸鍍鋅層的質量很大一部分取決于業主、設計制造廠的選材、制造（和預留的工藝孔）等；熱浸鍍鋅是工件加工過程中的一環，嚴格控制工藝操作，才能確保最終產品的質量。