機械鍍鋅形層機理的研究

孫昊

摘 要：機械鍍鋅已經從過去的機械鍍鋅轉變到鍍鋅復合層，并且介紹機械鍍工藝在金屬鍍鋅基合金方面現狀，介紹機械鍍鋅基合金層機理，對于現在機械鍍鋅基合金工藝的研究現狀及進展，概述其種類及結構，并對機械鍍鋅基合金的發展進行展望。

關鍵詞：機械鍍鋅；機理；研究

一、機械鍍鋅的概述

機械鍍鋅形層機理的研究比機械鍍工藝應用落后很多，而且鍍層的合金范圍越來越廣泛，而且機械鍍鋅形層機理的研究很慢，但是機械鍍鋅用的原料無毒性、環境易治理、可以實現清潔生產，鍍完以后不會產生氫脆和退火軟化，滿足高強度零件的使用要求，鍍層的厚度根據需要通過加料量控制，機械鍍鋅的形層過程沒有熱鍍鋅的高溫冶金反應，也沒有電鍍鋅的那樣電沉積效應，鍍層是常溫常壓下利用化學吸附沉積和機械碰撞使金屬鋅粉在工件的表面鑲嵌推積成的，所以機械鍍鋅鍍層的致密性應低于電鍍和熱鍍鋅鍍層，但是機械鍍鋅表現出良好的耐腐蝕性能，而且與鍍層中空隙的形狀和分布有很大的關系。機械鍍鋅的形層過程是在酸性施鍍的，金屬鋅粉在化學藥劑、沖擊介質的作用下經過聚集-吸附-沉積-成形，對于鍍層是根據不同尺寸的鋅粉顆粒相互摻雜、填充，形成一個堆積體，機械鍍鋅層具有一定的致密性和結合強度，鍍層鋅粉顆粒之間的結合機制是決定鍍層結合強度的主要因素。

二、機械鍍鋅鍍層的特點

1.無氫脆和退火軟化現象

機械鍍不會像電鍍一樣產生氫脆，也不會像熱浸鍍產生退火軟化的情況，采用機械鍍的優點就在于避免氫脆。

2.優良的防腐性能

機械鍍鋅具有很好的耐腐蝕性能，防腐性可以根據服役環境來改變鍍層厚度進行調整，鍍層容易合金化，通過鍍層合金化能有效的提高其防腐性能。

3.所用原料無毒性、環境易治理、可實現清潔生產

機械鍍鋅使用的原料是普通的化工原料，是無毒、無刺激性氣味的，不會像電鍍鋅和熱浸鍍鋅那樣危害操作者的身體健康，機械鍍鋅是在室溫情況下進行操作的，原料是呈液態狀態下的，所以從工藝上來說避免對環境和大氣的污染，對于機械鍍的廢水主要就是金屬離子超標，采用一定的處理方法就能符合要求進行排放。

4.機械鍍鋅厚度可以隨意的進行調整，鍍層種類也很多，很容易就可以實現機械鍍合金化。

5.成本低、能耗低、見效快

機械鍍不用電源，也不用加熱裝置，使得成本很低，而且設備簡單、容易操作，占地面積也很小，耗能少，適應性強，還能實現批量生產。

三、機械鍍鋅層的性能測試

鍍鋅層的表面成分、表面狀態都會影響其各項性能，為了可以提高鍍層的光亮性、均勻性，需要不斷的改進機械鍍鋅的工藝，并且確定簡單溫度的工藝規范，具有銀白色光澤的均勻鍍層，其中會有凹凸點、無鋅堆、熔疤等缺陷。

1.機械鍍鋅層在不同鋅覆階段的外觀

機械鍍鋅層是由經玻璃珠撞擊并發生塑性變形以后的鋅粒呈層狀推積成的，鍍層中會有空隙，當鍍層太薄的時候就可能會覆蓋不完全。

2.機械鍍鋅的成分分析

在鍍層中除了含有鋅以外，還有很多錫，所以機械鋅層實際是鋅錫復合鍍層，還有就是鍍層的鋅錫含量變化不同，這主要說明表面的微觀成分不均勻，對于鍍層來說主要以鋅為主，其中鍍層的成分與工藝有很大的關系。

3.鍍層的結合力測試

劃線法：可以使用刀刃把鍍層劃透至基體金屬，并且檢查鍍層有沒有剝落的現象。

彎折法：把鍍鋅試片夾在虎鉗上，反復彎曲伸出部分，使其出現斷裂，觀察有無剝落或者是分離的情況。

根據這兩種方法，的實驗結果沒有出現剝落和分離的情況，這說明機械鍍鋅層有很高的結合力。

四、機械鍍鋅的機理研究

現在對于機械鍍鋅的機理研究很少，一般認為是一個表面物理化學過程，也就是鍍鋅層的沉積是被鍍金屬界面與被沉積金屬粉粒界面，并且被沉積金屬界面之間進行表面物理化學過程，其中沉積的過程按照金屬顆粒表面活化并吸附在基體金屬表面，傳遞形成金屬鍵結構及沖擊介質撞擊形成金屬鍵鍍層。

1.機械鍍鋅層形成模型的提出

機械鍍鋅時，鍍液中的亞錫離子被還原，隨著鋅顆粒形成鍍層，當PH上升的時候，鍍覆的效率就會降低，這說明酸性活化劑被不斷的消耗，鍍層中的鋅粉被撞擊變形，最終形成鍍層。

當滾筒在轉動的時候，工件、沖擊介質、藥劑組成的混合漿液發生物理、化學變化，活化劑酸根離子吸附在光潔的表面，使得基體呈現負電性，另外溶液中的鋅粉和促進劑Sn2+進行反應：Sn2++Zn=Sn+Zn2+。

當出現這種反應以后，鋅粉表面錫原子核鋅離子沒有充分的擴散，使得鋅粉顆粒被錫原子和鋅離子包圍，其中被包圍的鋅粉顆粒受到基體負電性的吸引，逐漸的遷移吸附到基體表面，還有就是玻璃珠的機械撞擊使得吸附在基體表面的鋅粉發生變形的情況，和零部件出現緊密鑲嵌的情況，達到電子自由交換形成金屬鍵的程度，鋅顆粒鑲嵌以后，表面積就會增大，錫原子環繞在其周圍。還有就是活化劑酸根離子也會吸附其表面，新的顆粒吸附鑲嵌，反復的堆疊，最終形成連續的鍍層。

2.機械鍍鋅層形成模型的驗證

鍍層鋅顆粒邊緣錫含量很高，，而鋅顆粒之間接合處錫的含量應該是最高的。工件、沖擊介質和藥劑構成混合漿液，活化劑表面活性劑酸根離子聚于工件表面，使得呈現負電性，溶液中鋅粉與鋅離子作用顯正電性，受到基體負電性的吸引在工件表面，沖擊介質使得碰撞緊密，并且發生變形，成為冷焊鑲嵌。

3.表面活性物質的橋接作用

機械鍍鋅層是由離散的鋅粉顆粒組成的組裝體，沒有電鍍鋅層、熱浸鋅層那樣致密，具有很好的結合強度，表現出一定的強度是由于鋅粉顆粒之間發生冷焊，沒有焊接的過程。在機械鍍鋅過程中，添加的非離子型表面活性物質不會參加化學反應，在施鍍環境中是非消耗性的，如果循環使用機械鍍鋅的分離水，需要添加表面活性物質，引起表面活性物質消耗的主要原因就是夾雜在鍍層的鋅粉顆粒之間，鍍層鋅粉顆粒之間的泥狀夾雜物的取點掃描可以推測出表面的活性物質殘留在鋅粉顆粒之間，表面活性物質同時吸附多顆鋅粉顆粒表面，起到橋接的目的，增加鋅粉顆粒的之間的結合強度，所以鋅粉顆粒在冷焊和表面活性物質的橋接下的結合強度很高，至于鍍層斷裂后的斷口沒有分散狀單顆鋅粉，有的還會結合在一起形成葡萄串狀鋅粉團。

結語：

機械鍍鋅層是由顆粒狀鋅粉組成的，鍍層形成的過程中沒有產生新相，鋅粉顆粒之間很容易形成金屬鍵，發生鍵合，從而形成鋅粉顆粒之間的冷焊，機械鍍鋅過程中添加的表面活性物質部分殘留在鍍層中，在鋅粉顆粒之間會起到橋接的作用，鋅粉之間的鍵合和表面活性物質的橋接是鋅粉顆粒結合的主要途徑。

參考文獻：

[1]王勝民；何明奕；史慶南；陳君若；彭增華；；機械鍍鋅層的組織結構研究[J]；材料保護；2008年12期

[2]常發；彭增華；何明奕；王勝民；趙曉軍；；Zn-3%Al-RE合金機械鍍層的電化學腐蝕行為研究[J]；表面技術；2010年05期

[3]李鐵龍，楊新岐，姜海龍，孫莉；鋅粉特性對機械鍍鋅層性能的影響[J]；材料保護；2005年11期

[4]張樂；何業東；；機械鍍鋅中先導金屬錫的沉積與作用[J]；材料保護；2009年05期

[5]苑振濤；彭增華；王勝民；趙曉軍；何明奕；；機械鍍鋅中強化時間對鋅鍍層性能的影響[J]；材料保護；2009年12期

[6]王勝民；何明奕；劉麗；趙曉軍；譚蓉；；機械鍍鋅沉積機理的研究[J]；材料科學與工藝；2008年04期endprint