電氣化鐵路鋼結(jié)構(gòu)支柱熱浸鍍鋅原理、工藝過程及產(chǎn)品質(zhì)量易受影響點(diǎn)淺析

劉旭映 高耀宗

摘要：通過詳細(xì)介紹熱鍍鋅防腐原理、工藝過程分析鐵路鋼結(jié)構(gòu)支柱在熱浸鍍鋅防腐過程中質(zhì)量把控的關(guān)鍵點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：熱浸鍍鋅;防腐;工藝過程

引言

熱鍍鋅也稱熱浸鍍鋅，是鋼鐵構(gòu)件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的一種防腐方法。近年來隨著鐵路系統(tǒng)、公路橋梁、高壓輸電、通訊等事業(yè)的迅速發(fā)展，對鋼鐵件防護(hù)要求越來越高，熱鍍鋅需求量也不斷增加。

熱浸鍍鋅防腐技術(shù)是目前適用范圍最廣泛，也是最有效的鋼材大氣防腐蝕方法。本文通過對熱浸鍍鋅防腐的防護(hù)性能、鋅層形成過程、防護(hù)原理及工藝過程做詳細(xì)分析，逐步梳理各個(gè)過程中易對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素。

熱鍍鋅層防護(hù)性能簡介

通常電鍍鋅層厚度約為5～15μm，而熱鍍鋅層一般在35μm以上，甚至高達(dá)200μm以上。鍍層的厚度受鍍件厚度決定，即鍍件越厚，得到的鍍層越厚。同一個(gè)鍍件中，厚度高的部位，得到的鍍層更厚，壽命更長。熱鍍鋅覆蓋能力好，鍍層致密，無有機(jī)物夾雜。

鋅的抗大氣腐蝕的機(jī)理有機(jī)械保護(hù)及電化學(xué)保護(hù)，在大氣腐蝕條件下鋅層表面有、及堿式碳酸鋅保護(hù)膜，一定程度上減緩鋅的腐蝕，這層保護(hù)膜受到破壞又會(huì)形成新的膜層。當(dāng)鋅層破壞嚴(yán)重，危及到鐵基體時(shí)，鋅對基體產(chǎn)生電化學(xué)保護(hù)，鋅的標(biāo)準(zhǔn)電位-0.76V，鐵的標(biāo)準(zhǔn)電位-0.44V，鋅與鐵形成微電池時(shí)鋅作為陽極被溶解，鐵作為陰極受到保護(hù)。鋅層在大氣中的消耗是非常緩慢的，約為鋼鐵腐蝕速率的1/17至1/18，且是可以預(yù)估的。顯然熱鍍鋅對基體金屬鐵的抗大氣腐蝕保護(hù)能力優(yōu)于電鍍鋅。

熱鍍鋅層形成過程是鐵基體與最外面的純鋅層之間形成鐵-鋅合金的過程。鍍件表面在熱浸鍍時(shí)形成鐵-鋅合金層，才使得鐵與純鋅層之間很好結(jié)合，其過程可簡單地?cái)⑹鰹椋寒?dāng)鐵鍍件浸入熔融的鋅液時(shí)，首先在界面上形成鋅與α鐵（體心）固熔體。這是基體金屬鐵在固體狀態(tài)下溶有鋅原子所形成一種晶體，因?yàn)樵又g引力比較小，兩種金屬原子之間是融合的。因此，當(dāng)鋅在固熔體中達(dá)到飽和后，鋅鐵兩種元素原子相互擴(kuò)散，擴(kuò)散到鐵基體中的鋅原子在基體晶格中遷移，逐漸與鐵形成兩層合金（見表2），而擴(kuò)散到熔融的鋅液中的鐵就與鋅形成金屬間化合物，沉入熱鍍鋅鍋底，即為鋅渣。當(dāng)工件從浸鋅液中移出時(shí)表面形成純鋅層，為六方晶體。其含鐵量不大于0.003%。

1?工藝過程

電氣化鐵路支柱類產(chǎn)品（以下簡稱支柱類產(chǎn)品）采用的熱浸鍍鋅防腐工藝基本分為以下三個(gè)階段，各個(gè)階段分為不同的步驟按順序進(jìn)行：

1.1前處理階段：

鍍件→脫脂→水洗→酸洗→水洗→浸助鍍?nèi)軇娓深A(yù)熱

1.2熱鍍鋅階段

熱鍍鋅→整理

1.3后期處理階段

冷卻→鈍化→漂洗→干燥→打磨→檢驗(yàn)

2?工藝過程說明及易影響點(diǎn)分析

（1）脫脂

一般采用化學(xué)去油或水基金屬脫脂清洗劑去油，達(dá)到工件完全被水浸潤為止。

（2）酸洗

可采用15%，硫脲0.1%，40～60℃或用20%，烏洛托品3～5g/L，20～40℃進(jìn)行酸洗。加入緩蝕劑可防止基體過腐蝕及減少鐵基體吸氫量，同時(shí)加入抑霧劑抑制酸霧逸出。

脫脂及酸洗處理不徹底都會(huì)造成鍍層附著力不好，鍍不上鋅或鋅層脫落。此工藝缺陷基本分為3類：脫脂不徹底、酸洗除銹不凈及過酸洗。以上三類缺陷，均會(huì)嚴(yán)重影響的熱浸鍍鋅質(zhì)量。

（3）浸助鍍劑

也稱溶劑，可保持在浸鍍前工件具有一定活性避免二次氧化，以增強(qiáng)鍍層與基體結(jié)合。100-150g/L，?150-180g/L，70～80℃，1～2min。并加入一定量的防爆劑。

（4）烘干預(yù)熱

為了防止工件在浸鍍時(shí)由于溫度急劇升高而變形，并除去殘余水分，防止產(chǎn)生爆鋅，造成鋅液爆濺，預(yù)熱一般為80～140℃。

烘干預(yù)熱溫度過低或不充分會(huì)造成支柱產(chǎn)品，尤其如格構(gòu)式支柱這種焊縫較多的產(chǎn)品在熱浸鍍鋅時(shí)由于溫度急劇升高而產(chǎn)生額外的內(nèi)部應(yīng)力，甚至導(dǎo)致焊縫開裂等現(xiàn)象，對產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害。

（5）熱鍍鋅

要控制好鋅液溫度、浸鍍時(shí)間及工件從鋅液中引出的速度。引出速度一般為1.5-2米/min。

溫度過低，鋅液流動(dòng)性差，鍍層厚且不均勻，易產(chǎn)生流掛，外觀質(zhì)量差;溫度高，鋅液流動(dòng)性好，鋅液易脫離工件，減少流掛及皺皮現(xiàn)象發(fā)生，附著力強(qiáng)，鍍層薄，外觀好，生產(chǎn)效率高;但溫度過高，工件及鋅鍋鐵損嚴(yán)重，產(chǎn)生大量鋅渣，影響浸鋅層質(zhì)量并且容易造成色差使表面顏色不一致，鋅耗高。

鋅層厚度取決于鋅液溫度，浸鋅時(shí)間，鋼材材質(zhì)和鋅液成份。

一般廠家為了防止工件高溫變形及減少由于鐵損造成鋅渣，都采用450～470℃，浸入時(shí)間保持在0.5～1.5min。有些工廠對大工件及鑄鐵件采用較高溫度，但要避開鐵損高峰的溫度范圍。

我們通過多次在不同溫度下進(jìn)行試驗(yàn)得出的結(jié)論是：支柱類產(chǎn)品在進(jìn)行熱浸鍍鋅防腐加工時(shí)，在鋅液中添加有除鐵功能和降低共晶溫度的合金并且把鍍鋅溫度降低至435-445℃。這樣做能夠有效保證鍍件鋅層的附著力，并保證產(chǎn)品外觀顏色一致，具有金屬光澤。

（6）整理

鍍后對工件整理主要是去除表面余鋅及鋅瘤，采用熱鍍鋅專用震動(dòng)器來完成。

震動(dòng)過程的優(yōu)點(diǎn)在于能夠去除部分在熱浸鍍鋅過程中由于鍍件快速受熱而產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，也能夠讓熔融鋅液在震動(dòng)過程中加快流速，減少積鋅和鋅瘤的產(chǎn)生。

（7）鈍化

目的是提高工件表面抗大氣腐蝕性能，減少或延長白銹出現(xiàn)時(shí)間，保持鍍層具有良好的外觀。此過程所用化學(xué)制劑為鉻酸鹽，具有毒性，目前已全面推廣無鉻鈍化。

（8）冷卻

一般用水冷，但溫度不可過低也不可過高，一般不低于30℃不高于70℃。

（9）打磨

目的是清除產(chǎn)品在鍍鋅過程中產(chǎn)生的鋅瘤，尖刺等缺陷。對于某些部位鋅層過厚，也需要打磨。

如果鋅層過厚，在產(chǎn)品受力過程中，由于應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)變，會(huì)在鋅層過厚的部位產(chǎn)生過多的集中應(yīng)力，造成鋅層開裂甚至剝離。打磨的過程不可野蠻操作，以免對鋅層產(chǎn)生破壞。

（10）檢驗(yàn)

鍍層外觀光亮、細(xì)致、無流掛、皺皮現(xiàn)象。厚度檢驗(yàn)可采用涂層測厚儀。也可通過鋅附著量進(jìn)行換算得到鍍層厚度。也可用重錘敲擊檢驗(yàn)，并且分批制作試驗(yàn)件進(jìn)行硫酸銅浸蝕試驗(yàn)。

結(jié)語

以上通過對熱浸鍍鋅防護(hù)性能、鋅層形成過程及工藝過程的分析，可以得出在電氣化鐵路鋼結(jié)構(gòu)支柱類產(chǎn)品的熱浸鍍鋅防腐過程中，需要嚴(yán)格控制的關(guān)鍵點(diǎn)有一下幾點(diǎn)：

1）前處理階段中脫脂及酸洗過程的控制;預(yù)熱烘干階段，對溫度的嚴(yán)格控制。

2）熱鍍鋅階段中熔融鋅液的溫度控制是關(guān)鍵點(diǎn)。引出速度應(yīng)控制在合理速度區(qū)間，引出過程中，應(yīng)對鍍件進(jìn)行有效的震動(dòng)。熔融鋅液中合金的添加劑量也應(yīng)控制在合理范圍之內(nèi)。

3）后期處理階段冷卻時(shí)須控制水溫范圍和冷卻時(shí)間;打磨階段應(yīng)對局部鋅層、鋅瘤及滴掛引起的尖刺進(jìn)行修正。

（作者單位：1.中鐵電工保定制品有限公司;2.中鐵電工保定制品有限公司）