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镀锌及其应用

发布时间:2019-9-11 18:57:41
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镀锌的历史发展:

根据考古发现,1680年代的印度人已经会在锁子甲和板甲上镀锌,方法可能是把铁制物体浸入熔化的锌,这是人类对铁进行镀锌处理的最早证据。

1742年,一个名为默卢安的化学家向法国皇家科学院提交论文,指出可以把铁浸入熔化的锌,从而用锌来包覆铁制物体。梅卢安的发现迅速在科学界传开,市面上开始出现镀锌的家用器具;到了18世纪下旬,这些器具在法国部分地区已经颇为知名。1836年,法国化学家斯塔尼斯洛斯·特朗基莱·莫德斯特·索勒尔为热浸镀锌的技术申请专利,是欧洲首个与镀锌有关的专利;他把镀锌技术命名为“galvanizing”,以纪念路易吉·伽伐尼与伏打提出的流电现象。

在索勒尔取得专利的翌年,英国人亨利·威廉·克劳福德取得了类似技术的专利,而英国亦开始有工业化的热浸镀锌生产;到了1850年,每年有一万吨的锌被英国镀锌工业用作防锈。

截至2006年,锌年产量的50%左右都用于镀锌,其中有90%左右是用于热浸镀锌。

镀锌

热浸镀锌的过程(管状的金属是铁或钢,银白色液体为熔融锌液)

常用的镀锌方法

热浸镀锌(HDG)是常见的镀锌方法之一,其过程是把铁或钢完全浸入熔化的锌;与电镀锌相比,热浸镀锌的好处是成本相对较低。

镀锌期间的化学反应只会发生在洁净的铁面或钢面上。因此,在热浸前,钢铁物料会先进行脱脂(以碱性化学品清除油污)、反复水洗、酸洗,以确保制成品的素质;其后,钢铁物料会浸入助镀剂(主要成分通常为氯化铵和氯化锌),并进行烘干预热。处理好钢铁物料后,钢铁物料会被浸入熔融锌液(即熔化了的锌),铁和锌之间便会发生一系列的复杂化学反应,产生铁锌金属化合物,铁表面便产生了锌层;锌层的厚度为6至20微米,相对较厚,通常由纯锌层和合金层构成。热浸完成后的工序包括冷却、钝化、检测等。

在熔融锌液中加入其他金属,能够调整锌层的性质:例如,加入铝、镁、镍等金属可以提高锌层的抗腐蚀性,加入铝、铅、锡、锑等金属则可以优化锌层的外观。另一方面,钢铁物料中的碳、硅、锰、磷、硫均会影响锌层的组织和性能。

电镀锌(EG)是电镀的一种,其生产线非常昂贵;与热浸镀锌相比,电镀锌的好处是镀上的锌层较为均匀。在电镀锌的过程中,需要镀锌的铁或钢是阴极,将要镀上去的锌是阳极,锌盐溶液作为电解质。锌层的厚度为7微米,相对较薄。

冷镀锌是指在钢铁物料的表面上涂上富锌漆,这方法只需要平常涂油漆所用的器材,但锌层(称为富锌涂层)的耐久性和使用寿命较差,对钢铁物料提供的牺牲性保护亦较少。

镀锌的防锈原理

锌层能够物理上把铁隔绝于氧气和水,而这两种物质是生锈所需的。锌层上有一层致密的氧化锌薄膜,氧化锌难溶于水,因此能保护铁免于生锈。而且,锌层有特别的金属结构,是个十分坚硬的镀层,具有优秀的耐损性。在镀锌的过程中,锌与铁发生化学反应,形成一系列的合金,令锌层与铁紧密结合;由于锌层与底下的钢铁物料牢牢结合,即使镀锌后的钢铁物体进行轧制、拉拔、弯曲等改变形状的操作,镀层也不会损坏。

在电化学层面而言,锌的活性比铁高。因此,即使镀上铁的锌层出现破损、以至于铁外露在空气中,剩余的锌仍可为铁提供牺牲性保护,以防止生锈。

镀锌的应用

镀锌是通用的防锈方法,不同大小(例如螺栓等小型机械零件、以至大型的结构部件)和形状(例如中空物体、复杂形状物体、器皿等)的钢铁物料均可以作镀锌处理。白铁专门指经过镀锌处理的铁,广泛应用于石油化工、电讯、供电、交通运输、建筑、机械、农业等领域,例如镀锌线管,镀锌线槽,镀锌电缆桥架等,在日常生活中担任关键角色,也在一些产业中派上用场。