钢铁件上镀锌工艺流程

钢铁件上镀锌工艺流程徐万飞C01014068（安徽大学化学化工学院10化学）摘要:钢铁在空气、水或土壤中很容易生锈，甚至完全损坏，每年因腐蚀造成的钢铁损失约占整个钢铁产量的25%~30%，另一方面，为使钢铁制品与零件表面具有某种特殊功能，同时赋予其表面装饰性的外观，所以一般采用电镀锌的方式对其处理。镀锌工艺主要包括表面整平、水洗、除油、浸蚀、电镀等步骤，本文对整个工艺流程做了详细的介绍。关键字：整平；水洗；除油；浸蚀；电镀ProcessofgalvanizationonthesurfaceofsteelXuWanfeiC01014068(SchoolofChemistryandChemicalEngineering,AnhuiUniversity,10chemistry)Abstract：Steeliseasytobecorrodedwhenexposedtotheair,waterorsoil,evencompletelydamaged.Everyyearduetocorrosionofthesteellossabouttointhewholeofsteelproductionby25%~30%,ontheotherhand,inordertomaketheironandsteelproductsandpartssurfacehasaspecialfunction,atthesametimegivesitssurfacedecorativeappearance,so,generallyUSESelectricgalvanizedwayforitstreatment.Galvanizedprocessmainlyincludessurfaceleveling,water,oilremoval,etching,electroplatingandothersteps,inthispaper,thewholeprocessaredescribedindetail.Keywords:flattening;washing;deoiling;erosion引言全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失的总和的6倍。这还不包括由于腐蚀导致的停工，减产和爆炸等造成的间接损失。金属腐蚀的主要害处，不仅在于金属本身的损失，更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属本身要大到无法估量。腐蚀是钢铁的致命弱点，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年产量的25%—30%，造成了巨大的资源浪费。因此提高钢铁的耐腐蚀性能非常重要。目前，电镀是人们常用的提高钢铁耐腐蚀性的方法，即在钢铁表面镀上一层比其活泼的金属。锌因其资源丰富，价格低廉，且可以很好地保护钢铁而受到亲睐。当钢铁发生腐蚀时，锌镀层因其活泼性大于钢铁而作为阳极而溶解，这样基体就不会受到腐蚀。除此之外，锌镀层还可钝化处理，其钝化后能够生成一层紧密细致的钝化膜，从而有效地防止钢铁与外界的接触，使其免受腐蚀，还能增强外观。钝化处理后耐蚀性大大提高，可提高5～8倍，且可使表面更加美观。本文从镀前的整平处理、除油、水洗到正式镀锌详细介绍了钢铁表铁表面镀锌工艺流程[1-2]电镀工艺流程钢铁件上镀锌的流程如下：粗糙表面的整平→除油（溶剂除油、碱性除油）→热水洗→除油→弱酸浸蚀→水洗→干燥→电镀→钝化→热水洗→干燥一：粗糙表面的整平整平处理主要是为了让锌镀层与钢铁基体牢固结合，同时也可以使镀层平滑、光亮且具有较强的耐腐蚀性，主要方法有：○1磨光：用磨光机磨平金属零件的粗糙表面并除去毛刺、氧化皮、锈、砂眼、沟纹等；○2机械抛光：用抛光机或者抛光膏消除镀件表面的微观不平，使镀件表面具有镜面般的外观；○3滚光：零件与磨料一起放在滚桶中，进行滚光磨光，除去毛刺、粗糙、腐蚀产物，使表面光洁，适用于大批量小零件的整平；○4喷砂：使用净化压缩空气将干砂流强烈的喷洒在金属表面，从而达到除去毛刺、氧化皮以及熔渣层的目的。二：除油由于钢铁件表面的油污会影响镀层的质量，影响镀层的光滑度、紧密性，所以在镀锌之前需要对镀件表面进行除油处理。除油的方法有多种，主要包含有机溶剂除油、表面活性剂除油、化学除油、电化学除油四大类，一般情况下多种方法结合除油效果最高效、快速。除油的方式多种多样，常用的除油方式如下：○1有机溶剂除油：利用相似相容原理，采用擦洗、浸洗、设备清洗或者蒸汽清洗的方式出去镀件表面的油污，汽油、煤油、苯类、酮类，以及某些氯化烷烃、烯烃等。因汽油、煤油、苯类、酮类都是易挥发、易燃品，操作时必须注意防火，并搞好通风、防爆等安全装置。○2化学除油：利用乳化作用和皂化反应机理，溶液中加入NaOH,并以Na2CO3作为缓冲剂。○3电化学除油：把钢铁镀件置于碱性除油液中，钢铁件作阳极或者阴极，通直流电使油液界面的表面张力下降，从而促使镀件表面的油污脱离基体表面。电极上析出的大量的氢气泡或者氧气泡对油膜也具有强烈的剥离作用。为了加快除油速率，可以采用阴阳极联合除油的方法，先进行阴极除油，在进行阳极除油。除油液组成及作用如下：NaOH：导电作用、皂化作用NaCO3、Na3PO4：缓冲剂+乳化作用○4表面活性除油：除了上述三种，表面活性剂也是不错的除油方法，表面活性剂通过降低水的表面张力，把油污包裹其中，从而达到除油的目的。三：热水洗、除油、热水洗热水反复清洗镀件表面若干次，然后再除油，在水洗，重复两三次。只有热水才能很好地除去镀件表面的油污。四：弱酸浸蚀浸蚀即把钢铁镀件浸入酸、酸性盐或碱溶液中，以除去金属表面的氧化膜及锈蚀产物。浸蚀的主要方法有强浸蚀、电化学浸蚀、弱浸蚀。本文主要讨论强浸蚀（酸浸蚀）。钢铁的浸蚀多采用H2SO4（aq）、HCL（aq）的混合酸，以除去表面的FeO、Fe3O4、Fe2O3，又因为强酸情况下可能会使镀件发生过腐蚀和氢脆现象，进而影响金属材料的几何尺寸，为防止此类现象的发生，可向酸液中加入缓蚀剂。缓蚀剂可在洁净的钢铁表面吸附成膜，隔离酸液与金属材料的接触，从而防止零件的过腐蚀和氢脆的发生，缓蚀剂不在氧化皮上吸附，故不会妨碍除锈过程。常用的缓蚀剂有：五四牌缓蚀剂、若丁。五：水洗、干燥用清水冲洗镀件若干次，直至镀件表面冲洗干净，然后适当温度下干燥处理备用。六：电镀电镀就是利用电解原理在钢铁表面上镀上一层锌的过程。电镀过程中镀液的选择是关键，不同组成的镀液可以得到不同效果的镀层。按照镀液PH的不同可把镀液分为三大类，主要为酸性镀液、中性镀液、碱性镀液。不同的镀液有各自的优缺点。常用的镀液主要有：硫酸盐镀液（酸性镀液）、锌酸盐镀液（碱性镀液）、氯化钾镀液（中性镀液），市场上常用的镀锌液为中性氯化钾镀液（中性氯化钾镀锌法[3]）和碱性锌酸盐镀液（碱性锌酸盐镀锌法[4]）。其主要配方和工艺参数如下：○1中性氯化钾镀锌工艺的镀液配方及操作条件：（第三代）KCl160~230g/LZnCl60~80g/LH3BO330~35g/L柔软剂25~35mL/L光亮剂1~2mL/Lθ10~50°CpH4.8~5.6Jk0.1~4.0A/dm2θ25~35°C(夏季须有冷冻设备)阳极：1级锌锭(含锌量≥99.95%)搅拌：压缩空气过滤：连续，2~3次/h优点：是镀层更光亮，而且脆性较小，镀液泡沫较少，镀液可以采用空气搅拌、允许电流密度大、生产效率高，配合三价铬钝化则锌层钝化膜的耐蚀性(中性盐雾试验)超过氰化镀锌，因此这种新型氯化钾镀锌工艺将有可能推广应用到汽车工业、国防工业的镀锌，取代氰化镀锌工艺，是一种高效、优质、低耗的清洁生产型镀锌新工艺。○2碱性锌酸盐镀锌法镀液配方及操作条件：1~50g/LZn2+15~180g/LNa+0.01~30g/L的碳原子数为2以上的脂肪族胺的聚合物光亮剂J-05108mL/LPH6.0优点：镀液中不含氰化物，易进行排水处理。电镀时不会受到电流密度的影响，具有良好的均镀能力和较高的电流效率。从镀液中可以获得低应力且柔性的光亮镀锌层，具有优良的附着性和抗蚀性，同时也经得起弯曲和冲击等镀后的负荷加工，特别适用于汽车和家电等产业中钢铁制品的防蚀性和装饰性镀锌。七：钝化处理为了提高镀层表面的光滑度，提高镀层耐蚀性、化学稳定性、耐磨性，延长使用寿命，在电镀完成后还需对镀件进行钝化处理[5-6]。将镀锌件在特定的溶液中进行化学处理，使镀锌层表面形成一层致密的稳定性较高的薄膜（钝化膜）。有时钝化处理还可赋予表面各种色彩，具有装饰作用。采用硫酸（ρ=1.84g/cm3）8~10g重铬酸钾200g温度：室温pH=1.5浸渍时间：10~15s空停：5~10s八：热水洗、干燥经过钝化后的工件要尽快水洗，否则会使钝化膜色泽不均匀或产生溶膜现象，尤其是在镀件的底部。工件水洗时应在水槽中停留2~5s，如果采用空气搅拌会更好。对于那些有深不通空和狭缝的工件，最好采用超声波清洗，效果会更好。要保证最后一道水洗是流动水洗，这对整个工件的外观是十分重要的。水洗后放在热风烘干槽烘干。总结总结镀锌目前作为钢铁防腐的主要技术，仍在生产生活中被广泛应用，然而各种电镀方法都存在着不足，发展低能耗、高效率、高质量及绿色的工艺流程是电镀领域研究的方向和热点。电镀工艺在未来将会获得更好的发展，电镀工业的前途一片光明。参考文献：[1]赵麦群，王瑞红，葛利玲.材料化学处理工艺与设备[M].北京：化学工业出版社，2011：1-16；[2]倪百祥．实用镀锌技术[M]．北京：机械工业出版社，2010；[3]詹益腾，胡明.氯化钾镀锌工艺的发展[J].电镀与涂饰.2011,31(2):20-22;[4]王丽丽.碱性锌酸盐镀锌电解液[J].电镀与装饰.2003,25(5):35-38;[5]罗韦因，徐金来，吴成宝，刘钧泉.镀锌及锌合金层低毒、无毒钝化工艺[J].材料保护.2006,36(5)：40-45;[6]单凤君，刘常升，于晓中，王双红.镀锌钢板无铬钝化技术的研究进展[J].材料保护.2007,40(10):45-49;