機械鍍新鍍層工藝研究及其耐蝕性探討

徐坤　趙銳鋒

【摘要】露在外的鋼材表面受外界環境的影響極易產生銹蝕，進而嚴重影響其使用性能甚至造成結構的破壞。為了避免外露剛才的表面銹蝕，上世界八十年代機械鍍鋅的出現徹底改善了鋼材外露銹蝕的現象。機械鍍最早是在美國發展起來的，并慢慢的在工業生產中用于表面處理的一道工序。機械鍍作為一種新型的鍍覆工藝，替代了以往傳統的鍍鋅工藝、電鍍和熱鍍。機械鍍是在在常溫常壓下利用物質之間的化學吸附和沉積以及機械碰撞產生的機械能將金屬粉末鑲鍍到工件表面而完成鍍覆的。整個工藝過程不需要冶煉加熱，不需要電解結晶所需電場，只要在正常的溫度壓力下即可完成，所使用的原材料更是綠色無污染，又響應了國家綠色環保的號召，實現了生產過程的綠色環保無污染。

【關鍵詞】機械鍍；合金鍍層；耐蝕性；工藝；研究

引言

近年國家對環保要求的一度熱議，全民的環保意識的增強。環保也被各個行業列為首要考慮因素，機械鍍作為一種環保的生產工藝成為了鍍覆行業的熱門工藝，工藝掌握好后人們又研究并發現了新型的鍍層，比傳統的Zn鍍層強度和耐蝕性更強，本文就從機械鍍介紹，引入鋅錳合金，鋅鎳合金和鋅銅合金并做一一介紹。新鍍層的耐蝕性試驗論證了新鍍層的穩定性和耐蝕性、高強性。

1、機械鍍工藝概況

1.1 機械鍍工藝原理及過程。目前為止機械鍍的發展已經歷了五十余年，機械鍍的工藝大致分為干法機械鍍和濕法機械鍍兩種。

干法機械鍍是用專業設備將所鍍的金屬粉末噴灑在金屬工件上，利用的是物理撞擊產生的機械能在撞擊的瞬間轉化為粉末的結合能量使金屬粉鑲鍍在工件表面。但僅憑物理撞擊產生的機械能很難把握金屬粉的鍍覆厚度和均勻度，在大批量的生產中受限，我國沒有廣泛應用。

濕法機械鍍相對于干法機械鍍來講，得到了廣泛應用。濕法機械鍍是典型的鍍鋅工藝，它是將鍍覆前處理好的工件放入可以機械轉動的滾筒內，加入水和玻璃丸。滾筒的機械轉動形成一個帶有機械碰撞和搓捻作用的流態環境，我們根據所要求的鍍層厚度加入適量的鋅粉和化學藥劑，工件和鋅粉在機械能和化學能的雙重作用下完成鍍鋅操作。

1.2 機械鍍工藝在國內外的應用。機械鍍在國內外目前已經應用到了許多領域，比如，建筑行業、機械制造業、汽車制造業、農業和小五金、甚至軍事行業也都有廣泛應用。國外的機械鍍工藝發展較早且應用成熟。如航空和汽車制造業所用的高強鋼鐵構件上用的最廣泛的還是鍍鋅。伴隨著機械鍍工藝和技術的發展，國家制定了相關標準來規范機械鍍行業。

2、機械鍍新鍍層的研究

隨著現代化工業和科學技術的不斷發展，對于金屬材料表面保護性要求也越來越嚴格，僅憑借著鍍鋅層這種單一組分來保護在耐磨性和耐蝕性上顯然已經不能滿足要求。在傳統鍍鋅工藝的基礎上進行了新型的鍍覆合金的研究開發，終于成功的研究出新型的鍍覆合金材料。鋅-錳合金、鋅-鎳合金及鋅銅合金等新型材料。其超高的耐磨性和耐蝕性在機械鍍行業開創了先河。為我國的機械鍍行業創造了更高的價值。

2.1 機械鍍鋅-錳合金工藝。在汽車制造和航空業中，金屬鎂和金屬鋁的使用量相對較多，對于其緊固件的鍍層要求更加嚴格，要求耐磨性和耐蝕性要好，傳統的鍍鋅工藝顯然不能更好地滿足要求，經過研究發現鋅-錳合金極大的提高了耐磨性和耐蝕性，鋅-錳合金的鍍層通過電沉積來產生，但電流密度要求很高，這無形中會增加成本，雖然耐蝕性和耐磨性有了很大的提高但在實際應用中還沒有廣發開來。

2.2 機械鍍鋅-鎳合金工藝。在傳統的電鍍和熱浸鍍工藝中，人們為了提高鍍層的亮度和耐蝕性通常會加入一定量的鎘或者是鉛等重金屬，我們大家都知道鎘或鉛對我們的環境是極具污染性的，而且一旦污染那都是長期污染的。所以人們迫切的想找到一種金屬可以代替鎘或者鉛，經過大量的試驗研究人們發現了金屬鎳可以替代鎘或者鉛而使鍍層具有抗腐蝕性能。鎳可以使晶粒細化，提高抗腐蝕性能，可以應用于航天航空領域。但這一研究還要進行大量的論證和實踐。

2.3 機械鍍銅及其合金工藝。隨著我國國民生產總值的提高，銅合金在我國的硬幣生產制造領域應用廣泛。銅及其合金有著良好的導電、導熱、耐腐蝕等特性而被人類廣泛應用。銅及其合金還因其良好的裝飾性被人們廣泛應用到建筑物結構的裝飾裝修領域，因此近年來人們一直研究鍍銅來裝飾金屬工件。目前使用最多的就是電鍍銅和化學鍍銅，但這兩者都有嚴重的污染，所以人們一直在研究和尋找一種新的鍍層。

3、耐蝕機理研究

鋅-錳合金、鋅-鎳合金、銅及其合金通過中性鹽霧試驗、全浸試驗和電化學試驗來考驗鍍層的耐蝕性能。

3.1 中性鹽霧試驗。中性鹽霧試驗是通過人工對海洋大氣環境的模擬，將試樣在該環境下放置并產生腐蝕，通過矢量的計算各個合金鍍層的腐蝕速率。來定性的分析各個不同鍍層在海洋大氣環境下的腐蝕性。結果表明，在中性鹽霧試驗條件下，鋅-錳合金、鋅-鎳合金的腐蝕速率都遠遠小于單純的鋅鍍層的腐蝕速率；鋅-錳合金鍍層、鋅-鎳合金鍍層都分別隨著錳和鎳的含量的增加耐蝕性也增加。

3.2 全浸試驗。全浸試驗就是人工模擬海水的環境，將試樣完全浸入模擬的海水環境中，通過矢量計算，以定性的觀察和分析不同的鍍層在海水環境中的腐蝕速率和耐蝕性。試驗結果同中性鹽霧試驗相同。

3.3 電化學試驗。通過測量電極電位和電流密度來定性的分析各合金鍍層的腐蝕速率和耐腐蝕性。結果表明，鋅-錳合金中加入少量的鋁的耐腐蝕性能提高，鋅-鎳合金的耐腐蝕性隨著鎳的加入量的提高，耐腐蝕性增強。而在銅-鋅合金鍍層中加入少量的鋁電流密度降低，耐腐蝕性能提高。

4、結束語

隨著國家經濟的蓬勃發展，機械鍍行業的應用也越來越廣泛，由于我國機械鍍行業發展起步較國外晚，在許多方面還需要很深層次的研究和實踐。

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