助鍍劑鐵離子濃度對(duì)鍍鋅鋅耗的影響研究

陸梅鵬，朱小明，王 亮

(江蘇華電鐵塔制造有限公司，江蘇 徐州 221131)

工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的鋼鐵材料，在大氣、海水、土壤及建筑材料等環(huán)境中使用時(shí)，均會(huì)發(fā)生不同程度的腐蝕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年因腐蝕而損失的鋼鐵材料大約可占到其總產(chǎn)量的1/3。為了保證鋼鐵制品的正常使用，延長(zhǎng)其使用壽命，鋼鐵的防腐蝕保護(hù)技術(shù)一直受到人們的普遍重視。

熱浸鍍鋅是延緩鋼鐵材料環(huán)境腐蝕的最有效手段之一，它是將表面經(jīng)清洗、 活化后的鋼鐵制品浸于熔融的鋅液中，通過(guò)鐵鋅之間的反應(yīng)和擴(kuò)散，在鋼鐵制品表面鍍覆附著性良好的鋅合金鍍層。與其他金屬防護(hù)方法相比，熱浸鍍鋅工藝在鍍層的物理屏障與電化學(xué)保護(hù)相結(jié)合的保護(hù)特性上，鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度上、鍍層的致密性、耐久性、免維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性及其對(duì)制品形狀與尺寸的適應(yīng)性上，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。目前熱浸鍍鋅產(chǎn)品主要有鋼板、鋼帶、鋼絲、鋼管等，其中熱浸鍍鋅鋼板所占比例最大。長(zhǎng)期以來(lái)，熱浸鍍鋅工藝因其低廉的施鍍成本，優(yōu)良的保護(hù)特性和漂亮的外觀而備受人們的青睞，廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、家電、化工、機(jī)械、石油、冶金、輕工、交通、電力、航空和海洋工程等領(lǐng)域。

熱鍍鋅助鍍劑，作用是提升待鍍件的表面活性，減少鍍鋅件與鋅液反應(yīng)過(guò)程中的漏鍍等不良現(xiàn)象。但是，助鍍劑中氯化亞鐵離子的濃度，直接影響工件助鍍完成后，表面浸潤(rùn)溶液攜帶氯化亞鐵的含量，進(jìn)而導(dǎo)致鍍鋅時(shí)，工件表面氯化亞鐵離子與鋅浴形成鋅渣，增加鍍鋅過(guò)程產(chǎn)生不必要的鋅耗。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)一：助鍍劑氯化亞鐵離子濃度對(duì)工件表面攜帶氯化亞鐵離子的數(shù)據(jù)研究

1.1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

各氯化亞鐵離子濃度的助鍍劑(如表1)，銹蝕程度一致并經(jīng)酸洗完成的角鋼(L40*4*50)6根，實(shí)驗(yàn)容器*12個(gè)，化驗(yàn)氯化亞鐵含量設(shè)備。

表1 助鍍劑中各氯化亞鐵濃度準(zhǔn)備表

注：助鍍劑中，溫度、氯化鋅、氯化銨等影響鍍鋅的因素含量均一致。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1)浸潤(rùn)：取各類規(guī)格氯化亞鐵濃度的助鍍劑各1 L，分別放置在實(shí)驗(yàn)容器中，并分別將準(zhǔn)備好的角鋼放置在實(shí)驗(yàn)容器中，浸潤(rùn)2 min。

2)溶解：各取純凈水(0.15 L)分別放置在實(shí)驗(yàn)容器中，待浸潤(rùn)完成后，將6根角鋼同時(shí)取出，自然控水1 min，放置在純凈水的實(shí)驗(yàn)容器中(反復(fù)20次)，靜置1 d，使工件表面的氯化亞鐵離子徹底溶解在純凈水中。

3)化驗(yàn)：通過(guò)氯化亞鐵含量化驗(yàn)設(shè)備化驗(yàn)各純凈水實(shí)驗(yàn)溶液中的氯化亞鐵離子含量。具體數(shù)據(jù)如表2。

表2 純凈水中各氯化亞鐵濃度表

根據(jù)查閱資料和圖1(鋅-鐵相圖)可知，使用方框標(biāo)記的區(qū)域?yàn)槟壳拌F離子在鋅浴中反應(yīng)的溫度及形成狀態(tài)圖，鍍鋅時(shí)，1份鐵與25份鋅形成1份鋅渣，從而產(chǎn)生鍍鋅時(shí)的無(wú)效鋅耗-鋅渣。

圖1 鋅-鐵相圖

通過(guò)計(jì)算可知，各助鍍劑中氯化亞鐵濃度導(dǎo)致工件攜帶氯化亞鐵離子形成的鋅渣，結(jié)果如表3。

表3 各助鍍劑中氯化亞鐵濃度浸潤(rùn)工件鍍鋅時(shí)產(chǎn)生的理論鋅渣

1.2 實(shí)驗(yàn)二：各助鍍劑氯化亞鐵離子濃度浸潤(rùn)后工件鍍鋅鋅層厚度的實(shí)驗(yàn)研究

1.2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

各氯化亞鐵離子濃度的助鍍劑(如表1)，銹蝕程度一致并經(jīng)酸洗完成的角鋼(L40*4*50)6根，實(shí)驗(yàn)容器*6個(gè)，鐵絲若干，鋅浴(439℃)，鋅層測(cè)厚儀。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1)浸潤(rùn)：取各類規(guī)格氯化亞鐵濃度的助鍍劑各1 L，分別放置在實(shí)驗(yàn)容器中，并分別將準(zhǔn)備好的角鋼放置在實(shí)驗(yàn)容器中，浸潤(rùn)2 min。

2)鍍鋅：將助鍍浸潤(rùn)好的角鋼，用鐵絲拴好，分別掛在鍍鋅掛具的一側(cè)，在439℃的鋅浴中，鍍鋅3 min，待鍍鋅完成后，冷卻取出，待測(cè)量。

3)測(cè)量：使用鋅層測(cè)厚儀，在各角鋼的同一位置，測(cè)量12點(diǎn)，取平均值，記錄在表4。

表4 各助鍍劑中氯化亞鐵濃度浸潤(rùn)工件鍍鋅的鋅層厚度

2 計(jì)算部分

由于整體鋅耗包括有用鋅耗和無(wú)用鋅耗，其中無(wú)用鋅耗包括鋅灰和鋅渣部分，鋅渣部分存在實(shí)驗(yàn)變量。

表5 各助劑中中氯化亞鐵濃度鋅耗計(jì)算表

圖2 鋅渣生成量

根據(jù)表5可知，相同工件，鋅層厚度基本上隨助鍍劑鐵離子含量濃度變化不大，鋅渣的產(chǎn)生量與助劑中中氯化亞鐵濃度呈正相關(guān)，但是，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，助鍍劑鐵離子中形成的鋅渣只是整體鋅渣的一小部分，根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)，另外一大部分鋅渣可能為工件在鋅浴中反應(yīng)形成的鋅渣，利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理可得(圖2)：y=K*0.001e0.787x，(其中K為影響鋅層厚度的其他因素，包括：鍍鋅溫度、提升角度、提升速度、鎳含量等)。

3 結(jié)論

助鍍劑鐵離子含量鋅渣對(duì)照表見(jiàn)表6。

經(jīng)過(guò)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，得出助鍍劑鐵離子濃度對(duì)鍍鋅鋅耗具有正相關(guān)影響，降低助鍍劑中氯化亞鐵離子含量是降低鍍鋅企業(yè)成本的關(guān)鍵因素，以江蘇華電鍍鋅車間為例，年產(chǎn)量72000 t，以3.9%鋅耗為基準(zhǔn)，助鍍劑中鐵離子為1.9 g/L時(shí)，較鐵離子為29 g/L時(shí)的鋅耗下降0.0451%(其中有效鋅耗降低0.04%、鋅渣鋅耗降低0.0051%)，鋅價(jià)格按18000元/t計(jì)算，企業(yè)年節(jié)約資金達(dá)58.45萬(wàn)元。

表6 助鍍劑亞鐵濃度對(duì)鋅耗的影響

本人所在的是生產(chǎn)單位，不是科研院所，企業(yè)實(shí)驗(yàn)所限；同時(shí)本人能力有限，理論水平不足，所有各項(xiàng)分析主要從實(shí)際效果和理論借鑒來(lái)分析，沒(méi)有從原理和微觀上分析，不當(dāng)之處，敬請(qǐng)諒解和批評(píng)指正。