陽極知識
合航談電鍍鋅的原理及相關知識
www.jnjktl.cn/ 深圳氧化廠家--合航集團 2012-03-14 17:41
一、概述
鋅易溶于酸，也能溶于堿，故稱它為兩性金屬。鋅在干燥的空氣中幾乎不發生變化。在潮濕的空氣中，鋅表面會生成致密的堿式碳酸鋅膜。在含二氧化硫、硫化氫以及海洋性氣氛中，鋅的耐蝕性較差，尤其在高溫高濕含有機酸的氣氛里，鋅鍍層極易被腐蝕。
鋅的標準電極電位為-0.76V，對鋼鐵基體來說，鋅鍍層屬于陽極性鍍層，它主要用于防止鋼鐵的腐蝕，其防護性能的優劣與鍍層厚度關系甚大。
鋅鍍層經鈍化處理、染色或涂覆護光劑后，能顯著提高其防護性和裝飾性。近年來，隨著鍍鋅工藝的發展，高性能鍍鋅光亮劑的采用，鍍鋅已從單純的防護目的進入防護-裝飾性應用。
鍍鋅溶液有氰化物鍍液和無氰鍍液兩類。氰化物鍍液中分微氰、低氰、中氰、和高氰幾類。無氰鍍液有堿性鋅酸鹽鍍液、銨鹽鍍液、硫酸鹽鍍液及無氨氯化物鍍液等。氰化鍍鋅溶液均鍍能力好，得到的鍍層光滑細致，在生產中被長期采用。但由于氰化物劇毒，對環境污染嚴重，近年來已趨向于采用低氰、微氰、無氰鍍鋅溶液。
在盛有鍍鋅液的鍍槽中，經過清理和特殊預處理的待鍍件作為陰極，用鍍覆金屬制成陽極，兩極分別與直流電源的正極和負極聯接。鍍鋅液由含有鍍覆金屬的化合物、導電的鹽類、緩沖劑、pH調節劑和添加劑等的水溶液組成。通電后，鍍鋅液中的金屬離子，在電位差的作用下移動到陰極上形成鍍層。陽極的金屬形成金屬離子進入鍍鋅液，以保持被鍍覆的金屬離子的濃度[1]。在有些情況下，如鍍鉻，是采用鉛、鉛銻合金制成的不溶性陽極，它只起傳遞電子、導通電流的作用。電解液中的鉻離子濃度，需依靠定期地向鍍液中加入鉻化合物來維持。鍍鋅時，陽極材料的質量、鍍鋅液的成分、溫度、電流密度、通電時間、攪拌強度、析出的雜質、電源波形等都會影響鍍層的質量，需要適時進行控制。
1、堿性氰化物鍍鋅
2、堿性鋅酸鹽鍍鋅
3、銨鹽鍍鋅
4、鉀鹽鍍鋅
5、銨鉀混合浴鍍鋅
6、硫酸鹽鍍鋅
3、銨鹽鍍鋅
4、鉀鹽鍍鋅
5、銨鉀混合浴鍍鋅
6、硫酸鹽鍍鋅
四、鍍鋅層的后處理
1、去氫
2、鈍化
3、著色
現在鋼板的表面鍍鋅主要采用的方法是熱鍍鋅。
熱鍍鋅是由較古老的熱鍍方法發展而來的，自從1836年法國把熱鍍鋅應用于工業以來，已經有一百四十年的歷史了。然而，熱鍍鋅工業是近三十年來伴隨冷軋帶鋼的飛速發展而得到了大規模發展。
熱鍍鋅板的生產工序主要包括：原板準備→鍍前處理→熱浸鍍→鍍后處理→成品檢驗等。按照習慣往往根據鍍前處理方法的
不同把熱鍍鋅工藝分為線外退火和線內退火兩大類，即濕法 （單張鋼板熱鍍鋅法）、線外退火（單張鋼板熱鍍鋅法）、熱鍍鋅 惠林（Wheeling）法（帶鋼連續熱鍍鋅法） 、線內退火 森吉米爾（Sendzimir）法（保護氣體法）、 改良森吉米爾法、美鋼聯法（同日本川崎法）、賽拉斯（Selas）法和莎倫（Sharon）法。
1． 線外退火：就是熱軋或冷軋鋼板進入熱鍍鋅作業線之前，首先在抽底式退火爐或罩式退火爐中進行再結晶退火，這樣，鍍鋅線就不存在退火工序了。鋼板在熱鍍鋅之前必須保持一個無氧化物和其他臟物存在的潔凈的純鐵活性表面。這種方法是先由酸洗的方法把經退火的表面氧化鐵皮清除，然后涂上一層由氯化鋅或由氯化銨和氯化鋅混合組成的溶劑進行保護，從而防止鋼板再被氧化。
1、去氫
2、鈍化
3、著色
現在鋼板的表面鍍鋅主要采用的方法是熱鍍鋅。
熱鍍鋅是由較古老的熱鍍方法發展而來的，自從1836年法國把熱鍍鋅應用于工業以來，已經有一百四十年的歷史了。然而，熱鍍鋅工業是近三十年來伴隨冷軋帶鋼的飛速發展而得到了大規模發展。
熱鍍鋅板的生產工序主要包括：原板準備→鍍前處理→熱浸鍍→鍍后處理→成品檢驗等。按照習慣往往根據鍍前處理方法的
不同把熱鍍鋅工藝分為線外退火和線內退火兩大類，即濕法 （單張鋼板熱鍍鋅法）、線外退火（單張鋼板熱鍍鋅法）、熱鍍鋅 惠林（Wheeling）法（帶鋼連續熱鍍鋅法） 、線內退火 森吉米爾（Sendzimir）法（保護氣體法）、 改良森吉米爾法、美鋼聯法（同日本川崎法）、賽拉斯（Selas）法和莎倫（Sharon）法。
1． 線外退火：就是熱軋或冷軋鋼板進入熱鍍鋅作業線之前，首先在抽底式退火爐或罩式退火爐中進行再結晶退火，這樣，鍍鋅線就不存在退火工序了。鋼板在熱鍍鋅之前必須保持一個無氧化物和其他臟物存在的潔凈的純鐵活性表面。這種方法是先由酸洗的方法把經退火的表面氧化鐵皮清除，然后涂上一層由氯化鋅或由氯化銨和氯化鋅混合組成的溶劑進行保護，從而防止鋼板再被氧化。
（1）濕法熱鍍鋅：鋼板表面的溶劑不經烘干（即表面還是濕的）就進入起表面覆蓋有熔融態溶劑的鋅液進行熱鍍鋅。此方法的缺點是：
a.只能在無鉛狀態下鍍鋅，鍍層的合金層很厚且粘附性很壞。
b.生成的鋅渣都積存在鋅液和鉛液的界面處而不能沉積鍋底（因為鋅渣的比重大于鋅液而小于鉛液），這樣鋼板因穿過鋅層污染了表面。因此，該方法已基本被淘汰。
（2）單張鋼板：這種方法一般是采用熱軋疊軋板作為原料，首先把經過退火的鋼板送入酸洗車間,用硫酸或鹽酸清除鋼板表面的氧熱鍍鋅法化鐵皮。酸洗之后的鋼板立即進入水箱中浸泡等待鍍鋅,這樣可以防止鋼板再氧化。后經過酸洗、水清洗、擠干、烘干、進入鋅鍋（溫度一直保持在445—465℃）熱鍍鋅，再進行涂油和鉻化處理。這種方法生產的熱鍍鋅板比濕法鍍鋅成品質量有顯著提高，只對小規模生產有一定價值。
（3）惠林法熱：該連續鍍鋅生產線包括堿液脫脂、鹽酸酸洗、水沖洗、涂溶劑、烘干等一系列前處理工序，而且原板進入鍍鋅線鍍鋅前還需要進行罩式爐退火。這種方法生產工藝復雜，生產成本高，更為主要的是此方法生產的產品常常帶有溶劑缺陷，影響鍍層的耐蝕性。并且鋅鍋中的AL常常和鋼板表面的溶劑發生作用生成三氯化鋁而耗掉，鍍層的粘附性變壞。因而此方法雖然已問世近三十年，但在世界熱鍍鋅行業中并未得到發展。
2．線內退火：就是由冷軋或熱軋車間直接提供帶卷作為熱鍍鋅的原板，在熱鍍鋅作業線內進行氣體保護再結晶退火。屬于這個類行業的熱鍍鋅方法包括：森吉米爾法、改良森吉米爾法、美鋼聯法（同日本川崎法）；賽拉斯法；莎倫法。 a.只能在無鉛狀態下鍍鋅，鍍層的合金層很厚且粘附性很壞。
b.生成的鋅渣都積存在鋅液和鉛液的界面處而不能沉積鍋底（因為鋅渣的比重大于鋅液而小于鉛液），這樣鋼板因穿過鋅層污染了表面。因此，該方法已基本被淘汰。
（2）單張鋼板：這種方法一般是采用熱軋疊軋板作為原料，首先把經過退火的鋼板送入酸洗車間,用硫酸或鹽酸清除鋼板表面的氧熱鍍鋅法化鐵皮。酸洗之后的鋼板立即進入水箱中浸泡等待鍍鋅,這樣可以防止鋼板再氧化。后經過酸洗、水清洗、擠干、烘干、進入鋅鍋（溫度一直保持在445—465℃）熱鍍鋅，再進行涂油和鉻化處理。這種方法生產的熱鍍鋅板比濕法鍍鋅成品質量有顯著提高，只對小規模生產有一定價值。
（3）惠林法熱：該連續鍍鋅生產線包括堿液脫脂、鹽酸酸洗、水沖洗、涂溶劑、烘干等一系列前處理工序，而且原板進入鍍鋅線鍍鋅前還需要進行罩式爐退火。這種方法生產工藝復雜，生產成本高，更為主要的是此方法生產的產品常常帶有溶劑缺陷，影響鍍層的耐蝕性。并且鋅鍋中的AL常常和鋼板表面的溶劑發生作用生成三氯化鋁而耗掉，鍍層的粘附性變壞。因而此方法雖然已問世近三十年，但在世界熱鍍鋅行業中并未得到發展。
森吉米爾法：它是把退火工藝和熱鍍鋅工藝聯合起來，其線內退火主要包括氧化爐，還原爐兩部份組成。帶鋼在氧化爐中煤氣火焰直接加熱到450度左右，把帶鋼表面殘存的軋制油燒掉，凈化表面。后再把帶鋼加熱到700-800度完成再結晶退火，經冷卻段控制進鋅鍋前溫度在480度左右，最后在不接觸空氣的情況下進入鋅鍋鍍鋅，因此，森吉米爾法產量高、鍍鋅質量較好，此法曾得到廣泛應用。
美鋼聯法: 它是森吉米爾法的一個變種，它僅僅是利用一個堿性電解脫脂槽取代了氧化爐的脫脂作用，其余工序與森吉米爾法基本相同。在原板進入作業線后，首先進行電解脫脂，而后水洗、烘干，再通過有保護氣體的還原爐進行再結晶退火，最后在密封情況下進入鋅鍋熱鍍鋅。這種方法因帶鋼不經過氧化爐加熱，所以表面的氧化膜較薄，可適當降低還原爐中保護氣體的氫含量。這樣，對爐安全和降低生產成本有利。但是，由于帶鋼得不到預加熱就進入還原爐中，這樣無疑提高了還原爐的熱負荷，影響爐子的壽命。因此這種方法并未得廣泛應用。
賽拉斯法: 又稱火焰直接加熱法；首先帶鋼經堿洗脫脂，而后用鹽酸清除表面的氧化皮，并經水洗、烘干后再進入由煤氣火焰直接加熱的立式線內退火爐，通過嚴格控制爐內煤氣和空氣的焰燒比例，使之在煤氣過剩和氧氣不足的情況下進行不完全焰燒，從而使爐內造成還原氣氛。使其快速加熱達到再結晶溫度并在低氫保護氣氛下冷卻帶鋼，最后在密閉情況下浸入鋅液，進行熱鍍鋅。該法設備緊湊，投資費用低，產量高（最高可達50/小時）。但生產工藝復雜，特別是在機組停止運轉時，為了避免燒斷帶鋼，需要采用爐子橫移離開鋼帶的方法，這樣操作問題很多，所以，熱鍍鋅工業采用此法很少。
莎倫法：1939年美國莎倫公司投產一臺新型的熱鍍鋅機組，所以也叫莎倫法。該法是在退火爐內向帶鋼噴射氯化氫氣體并使帶鋼達到再結晶溫度，所以也稱為氣體酸洗法。采用氯化氫氣體酸洗，不但能去除帶鋼表面的氧化皮，而且同時去除了帶鋼表面的油脂，由于帶鋼表面被氧化氣體腐蝕，形成麻面，所以使用莎倫法所得到的鍍層粘附性特別好。但是由于設備腐蝕嚴重，由此造成很高的設備維修和更新費用。因而此種方法很少被采用。
改良森吉米：它是一種更優越的熱鍍鋅工藝方法；它把森吉米爾法中各自獨立的氧化爐和還原爐由一個截面積較小的過道連接起來，這樣包括預熱爐、還原爐和冷卻段在內的整個退火爐構成一個有機整體。實踐證明，該法具有許多優點：優質、高產、低耗、安全等優點已逐漸被人們所認識。其發展速度非常快，1965年以來新建的作業線幾乎全部采用了這種方法，近年來老的森吉米爾機組也大都按照此方法進行了改造。
工藝原理在裝有鍍件、玻璃球、鋅粉、水和促進劑的旋轉滾桶內，作為沖擊介質的玻璃球隨著滾桶轉動，與鍍件表面發生摩擦和錘擊產生機械物理能量，在化學促進劑的作用下，將鍍涂的鋅粉“冷焊”到鍍件表面上，形成光滑、均勻和細致的具有一定厚度的鍍層。
技術標準采用美國ASTM B695-2000及軍用C-81562機械鍍鋅技術標準。
質量特點：
1、外觀光滑，無鋅瘤、毛刺，呈銀白色；
2、厚度均為可控，在5-107μm之內任意選擇；
3、無氫脆、無溫度危害，可保證材料力學性能不變；
4、可代替部分需熱鍍鋅的工藝；
5、耐腐蝕性好，中性鹽霧試驗達240小時。
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美鋼聯法: 它是森吉米爾法的一個變種，它僅僅是利用一個堿性電解脫脂槽取代了氧化爐的脫脂作用，其余工序與森吉米爾法基本相同。在原板進入作業線后，首先進行電解脫脂，而后水洗、烘干，再通過有保護氣體的還原爐進行再結晶退火，最后在密封情況下進入鋅鍋熱鍍鋅。這種方法因帶鋼不經過氧化爐加熱，所以表面的氧化膜較薄，可適當降低還原爐中保護氣體的氫含量。這樣，對爐安全和降低生產成本有利。但是，由于帶鋼得不到預加熱就進入還原爐中，這樣無疑提高了還原爐的熱負荷，影響爐子的壽命。因此這種方法并未得廣泛應用。
賽拉斯法: 又稱火焰直接加熱法；首先帶鋼經堿洗脫脂，而后用鹽酸清除表面的氧化皮，并經水洗、烘干后再進入由煤氣火焰直接加熱的立式線內退火爐，通過嚴格控制爐內煤氣和空氣的焰燒比例，使之在煤氣過剩和氧氣不足的情況下進行不完全焰燒，從而使爐內造成還原氣氛。使其快速加熱達到再結晶溫度并在低氫保護氣氛下冷卻帶鋼，最后在密閉情況下浸入鋅液，進行熱鍍鋅。該法設備緊湊，投資費用低，產量高（最高可達50/小時）。但生產工藝復雜，特別是在機組停止運轉時，為了避免燒斷帶鋼，需要采用爐子橫移離開鋼帶的方法，這樣操作問題很多，所以，熱鍍鋅工業采用此法很少。
莎倫法：1939年美國莎倫公司投產一臺新型的熱鍍鋅機組，所以也叫莎倫法。該法是在退火爐內向帶鋼噴射氯化氫氣體并使帶鋼達到再結晶溫度，所以也稱為氣體酸洗法。采用氯化氫氣體酸洗，不但能去除帶鋼表面的氧化皮，而且同時去除了帶鋼表面的油脂，由于帶鋼表面被氧化氣體腐蝕，形成麻面，所以使用莎倫法所得到的鍍層粘附性特別好。但是由于設備腐蝕嚴重，由此造成很高的設備維修和更新費用。因而此種方法很少被采用。
改良森吉米：它是一種更優越的熱鍍鋅工藝方法；它把森吉米爾法中各自獨立的氧化爐和還原爐由一個截面積較小的過道連接起來，這樣包括預熱爐、還原爐和冷卻段在內的整個退火爐構成一個有機整體。實踐證明，該法具有許多優點：優質、高產、低耗、安全等優點已逐漸被人們所認識。其發展速度非常快，1965年以來新建的作業線幾乎全部采用了這種方法，近年來老的森吉米爾機組也大都按照此方法進行了改造。
工藝原理在裝有鍍件、玻璃球、鋅粉、水和促進劑的旋轉滾桶內，作為沖擊介質的玻璃球隨著滾桶轉動，與鍍件表面發生摩擦和錘擊產生機械物理能量，在化學促進劑的作用下，將鍍涂的鋅粉“冷焊”到鍍件表面上，形成光滑、均勻和細致的具有一定厚度的鍍層。
技術標準采用美國ASTM B695-2000及軍用C-81562機械鍍鋅技術標準。
質量特點：
1、外觀光滑，無鋅瘤、毛刺，呈銀白色；
2、厚度均為可控，在5-107μm之內任意選擇；
3、無氫脆、無溫度危害，可保證材料力學性能不變；
4、可代替部分需熱鍍鋅的工藝；
5、耐腐蝕性好，中性鹽霧試驗達240小時。
深圳市合航五金電子有限公司www.jnjktl.cn位于深圳市寶安區沙井，是廣東地區最專業的陽極氧化工廠之一。專業從事金屬表面處理，主要包括化學鍍鎳，陽極氧化，硬質陽極氧化等。工廠擁有完善的配套（拋光、噴砂、打磨），也擁有完善的化學實驗室與檢測室，擁有德國FicsherX光測厚儀、ROSH檢測分析儀、鹽霧試驗機等。能做到快速的交期，產品質量穩定有保證。陽極氧化廠，沙井氧化廠,化學鍍鎳，陽極氧化，硬質陽極氧化等加工服務。
