热镀锌的改进工艺.doc

热镀锌与防锈漆防锈效果及工艺对比

一、热镀锌技术简介：
热镀锌是防止钢铁生锈的一种方法。从170多年前镀锌第一次应用以来，已广泛用于钢铁的保护。热镀锌分线材连续镀锌，板材连续镀锌，钢管半连续镀锌，批量结构钢镀锌，机械镀锌等不同形式。
二、热镀锌流程如下：  
脱脂—水洗—酸洗—水洗—助镀—烘干—热浸镀锌—分离（振打）--冷却（钝化）
良好的热浸镀作业，应是各工序均在严格的管制下，彻底发挥该工序的功能。且若前一工序的不良，会造成后续工序的连锁不良反应，而大量增加作业成本或造成不良热浸镀锌产品。若前处理不良，则熔锌无法与钢铁正常完全反应，形成最完美的镀锌皮膜组织。若后处理不良，则破坏镀锌皮膜外观，减低商品价值等。热镀锌各工序都有自身的技术特点，有的对上下工序有关联控制要求。近年来，在脱脂工序采用新型脱脂剂，在酸洗工序采用酸雾和过酸洗抑制剂，在溶剂处理工序多采用复合镀锌溶剂，热浸镀锌工序有低温，常规，高温镀锌，在锌浴中添加抗氧化，增加锌液流动性，抑制铁锌合金化反应速度，生成锌花，提高镀层外观的单种或复合添加剂，有锌浴去渣剂。在冷却工序，有钝化和不钝化，钝化有含铬和不含铬。
三、热镀锌技术优缺点：
优点：防腐时间长，可达20年以上。
缺点：1、技术工艺复杂，从以上简介可以看出工艺过程中任何一个环节处理不当，都会造成涂层防腐效果的下降。
2、能耗大，热镀锌温度需要四五百度以上的温度，需要大量消耗电能，这大大提高
产品的成本，对于能源紧缺的中国，这无疑是对宝贵能源的浪费。
3、污染严重，在镀锌过程中会产生大量的三废，会对当地的大气，水，土壤环境产生比较严重污染，影响人们的生活和健康，同时，更会影响到生产一线工人的健康。
4、综合成本高，若想避免以上现象的出现，势必要投入大量的资金解决工艺问题和进行三废处理。
5、使用两至三个月内就会产生锌盐，使杆体变黑，无法清洗变亮。
四、钢铁的腐蚀机理：
钢铁的腐蚀是由于其化学和电化学反应，由表及里，使钢铁受到破坏，丧失其原有性能的结果,钢铁存在着一种内在的自发倾向，即由金属向其更稳定的自然状态转化，就是钢铁的自然腐蚀的趋势。在自然界中，由于腐蚀介质不同，钢铁的腐蚀有各种各样，可以分为：大气腐蚀、水及海水腐蚀、土壤腐蚀及化学介质腐蚀。
钢铁由铁素体和微量渗碳体组成，在含有电解质的水中时，将发生如下电化学反应：
阳极反应：Fe → Fe2+ + 2e
阴极反应：2H+ + 2e → H2↑
或 H2O + O2 + 4e → 4OH-
在溶液中：
Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2
在水与氧作用下，Fe(OH)2生成水合氧化铁，即铁锈。
2 Fe(OH)2+ H2O + O2 → Fe2O3·x H2O
在电化学反应中，被腐蚀的是阳极。
1、铁锈的组成:
从化学成分上看，铁锈从里到外是由:FeO﹒nH2O；Fe2O3﹒nH2O；Fe3O4﹒nH2O三层组成，铁锈也可视作铁在氧化还原成原始矿石的过程，因此和天然铁矿石一样是由不同晶形（α、β、γ、δ）的FeOOH、Fe3O4和一些非晶形物质组成，从结构上看，锈层是一个疏松多孔的含水固体，从组成上看，是较稳定的铁化合物如Fe3O4、、Fe2O3、α-FeOOH及较活泼的铁化合物如γ-FeOOH、Fe（OH）2、、Fe（OH）3、的混合体，新生锈主要是γ-FeOOH，老锈主要是Fe3O4。
钢铁的腐蚀过程为：
O2 →（重排） α—FeOOH
Fe→ FeO→ Fe（OH）2 → Fe（OH）3→γ-FeOOH →（Fe（OH）2） Fe3O4、
→（脱水） Fe2O3
由于铁锈疏松多孔，在锈层中往往含有大量的水分，导致金属继续腐蚀，钢铁表面的初生锈和钢铁底材附着较牢，随着锈蚀的进行，原来的初生锈逐渐老化并被挤到锈层表面，所以钢铁外表铁锈又可分为两层，外层是松锈（浮锈），它和钢铁附着不牢；内层是牢锈，它和钢铁底材附着牢固。
2、钢铁除锈困难:
钢铁防锈内层锈要彻底去除，非常困难，只要在钢铁表面留有余锈，锈核就可使钢铁底材继续生锈，即使除锈非常干净，新金属表面积加大，吸收水量增多，受环境腐蚀介质影响就大，造成锈蚀的可能性就大。根据以上情况，采取常规的防锈涂料进行金属保护， 效果不会理想。
目前用普通涂料防锈，半年到一年就出现漆膜开裂脱落，漆膜锈迹斑斑，根本起不到防锈作用。用涂料防腐防锈，关键是使金属表面上不再存在继续生锈的条件，在防锈漆中应大力推广使用带锈涂料，它是一种可直接涂刷于残余锈层钢铁表面的新型涂料。
3、渗透性带锈涂料:
渗透性带锈涂料起源于欧美国家，它是利用漆料、助剂对铁锈的湿润、渗透作用，把铁锈分离并被包围在漆料中，同时借助特殊助剂起防锈作用，阻止锈蚀的进一步发展。
五、防腐形式：
现较为成熟的防腐形式主要有：普通涂料、达克罗涂料、ZY防锈漆、热镀锌、静电喷涂、多元气体共渗等，除ZY防锈漆外，其它防腐形式对钢铁的除锈等级要求较高，普通涂料防锈效果差，达克罗涂料、热镀锌、静电喷涂、多元气体共渗进行防腐处理费用高，工艺复杂，而且不适宜现场施工。
六、ZY产品简介
本产品是由橡塑树脂、片状锌铝粉（固含量为80%）化学缓蚀剂、助剂、环保型稀释剂组成。不含苯类溶剂、铅、汞、铬等有毒成份。
一、ZY防锈漆防腐机理
ZY-D防锈漆在金属件表面形成无数极细的锌片，根据电化学腐蚀理论，在腐蚀电池中，被腐蚀的是电极电位较负的阳极。
Fe → Fe2+ + 2e 标准电极电位是 0.44 V—0.50 V
Zn → Zn2+ + 2e 标准电极电位是 -0.76V
Fe和Zn组成的原电池，Zn是阳极，Fe是阴极，由于锌粉粘附于钢铁表面，形成导电的保护层，锌在保护过程中被缓慢消耗，但速度极低，另外，由于ZY-D防锈漆中少量的铝粉，可有效防止盐水的腐蚀，增加耐侯性、防锈性及耐干湿交替性，也抑制锌的析出。并在组成中含有特殊的助剂及溶剂，可和铁锈起化学反应，生成具有保护作用的络合物，对锈层有足够的渗透能力，使锈层粘接成连续的封闭性涂层，以封闭整个锈层和钢铁表面，另外，它有足够的反应性，使锈层中有害的铁化合物钝化或转化为无害填料，在钢铁表面形成钝化膜，它的特殊高分子结构，具有抵抗紫外线的能力，可延缓漆膜的老化，防腐年限长，一般为10年以上。
二、产品优势：
1、 极好的耐水、耐盐水性。
2、 优异的防锈性、耐久性、耐冲击性和良好的附着力。
3、 不产生锌盐，长期使用杆体不会发黑退色。
4、 可用水清洗，表面不易沉积灰尘。
5、 施工过程中不会产生对人体和环境有害的物质。
三、施工工艺
1、涂装简单，采用喷涂刷涂或滚涂。
2、喷丸(砂)除去表面的氧化皮及浮锈、油污、灰尘、水等。
3、涂装施工时钢材表面温度高于露点温度3℃。
4、当钢材表面受雨水或冰雪影响时，不能进行涂装。
5、可同时涂装在热镀锌及局部生锈的杆体上。
四、施工注意事项
1、开桶时应首先将桶外的灰尘、杂物除尽，以免混入桶内。
2、涂装时，根据喷涂、刷涂、滚涂的方式使用专用稀释剂。
3、由于锌粉比重较大，涂装过程要不断搅拌，防止锌粉沉淀。
4、带锈涂装时，必须保证达到漆膜厚度要求，要求漆膜厚度是锈层的三倍以上。
五、涂装配套工艺
1、涂料的选择：
底漆： ZY-S高渗透性带锈防锈漆 (双组份)
面漆： ZY-D橡塑面漆（色漆） (单组份)
2、涂装间隔时间:
底漆与底漆间漆时间 ≥2小时
底漆与面漆间隔时间 ≥12小时
面漆与面漆间隔时间 ≥2小时
注： 需涂装的工件准备好后，按照大约使用量调整双组份油漆，把固化剂加入油漆中搅拌均匀，在气温高于25℃，3小时内用完，气温低时，6小时内用完，固化剂的加入量按现提供比例加入油漆中，稀释剂的加入量视涂刷工艺而定。
六、质量检查：
涂装时如发现漏涂、流挂、皱纹、针孔、裂纹等缺陷应及时进行处理。每层涂装前应对上一层进行检查，涂装间隔时间应符合要求。

七、主要特征：
具有优异的耐酸碱、耐盐雾、耐海水、耐老化、耐磨、提高了漆膜层间附着力，不再像传统油漆返锈脱落或起皮。总干膜厚度不小于170um 。

北京工业大学
绿色化学与精细化工研究所