淺談船舶熱鍍鋅表面處理的質(zhì)量控制

鄧凌峰，黃 超，韓 靚*，許一鳴

（1.滬東中華造船集團(tuán)船舶配套設(shè)備有限公司，上海 201913； 2.上海長(zhǎng)興金屬處理有限公司，上海 201913）

采用熱浸鍍鋅工藝防腐是船舶管系防腐應(yīng)用最廣的方法［1］。熱浸鍍鋅層膜厚可達(dá)50～100 μm以上，使用壽命長(zhǎng)，防腐蝕成本低，廣泛應(yīng)用于船舶管道以及船配件，此外市政工程、建筑、電力、冶金、通信、化工等行業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)、鐵架、燈桿、護(hù)欄、支架、管道、容器的防腐，也都使用熱浸鍍鋅方法處理。由于熱浸鍍鋅生產(chǎn)作業(yè)的特殊性，熱浸鍍鋅的工藝、操作、材質(zhì)、管理等方面的影響都會(huì)使鍍鋅層的表面質(zhì)量產(chǎn)生缺陷。

1 針對(duì)船舶舾裝件熱鍍鋅質(zhì)量缺陷原因分析

1.1 原材料與制造過(guò)程中存在的影響因素

（1）舾裝件在加工過(guò)程中有油漆（有記號(hào)字）。

（2）舾裝件在加工過(guò)重中存在焊接缺陷（焊縫未打磨、存在焊皮、疤痕、夾渣、未完全焊接、存在氣孔）。

1.2 生產(chǎn)過(guò)程中處理工序不完善和操作不當(dāng)造成質(zhì)量問(wèn)題

（1）上掛具的不合理，有重疊；掛的方向不對(duì)，有窩氣；酸洗中缺乏串動(dòng)；酸液老化，鐵離子含量高；酸洗時(shí)間短，欠酸洗；有油污的未脫脂，脫脂不良，有污染物附著在工件表面。

（2）助鍍液成分降低，助鍍作用不充分；助鍍液溫度不達(dá)標(biāo)；助鍍后在空氣中停留的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，工件表面有新的腐蝕物生產(chǎn)；鋅液成分不達(dá)標(biāo)，未及時(shí)添加合金。

（3）入鋅鍋速度過(guò)慢或中途停頓，角度太?。?］，使構(gòu)件表面在鋅液面上翻滾而燒壞助鍍劑層或復(fù)雜工件有窩氣現(xiàn)象，浸鍍時(shí)造成工件個(gè)別處未能與鋅液接觸而漏鍍。

（4）鋅液溫度未達(dá)到工藝要求溫度，太低時(shí)，在工藝時(shí)間內(nèi)鋅液不能與基體形成鐵鋅合金，粘上的鋅液在吹抹處理時(shí)被吹去，露出基體。

（5）進(jìn)入鋅液處的鋅灰未很好清除，使溶劑首先與之接觸后被燒去，失去了溶劑就鍍不上鋅。

（6）沒(méi)有定期撈渣，使鋅液黏度增加，采用升高溫度的方法，使鋅渣隨同黏黑色膠狀的溶劑殘?jiān)浩?，黏附于鋼表面而形成小黑點(diǎn)及漏鍍斑點(diǎn)［3］。

（7）水洗、沖洗不充分，造成污染物在表面未及時(shí)清理。

（8）修整人員技術(shù)水平不高，過(guò)度打磨，造成鋅被磨掉露出工件表面。

（9）修整人員未按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修補(bǔ)，未使用富鋅底漆對(duì)焊接螺母的位置進(jìn)行修補(bǔ)。

1.3 鍍鋅流程影響

鍍鋅流程如圖1所示。

圖1 鍍鋅流程Fig.1 The chart of galvanizing process

1.4 助鍍液pH對(duì)鍍鋅的影響

助鍍液酸性過(guò)強(qiáng)，鐵鹽總處于溶解狀態(tài)，因此將有更多的Fe2+會(huì)隨工件被帶入鋅池中，這將導(dǎo)致更多的細(xì)鋅渣的產(chǎn)生［4］。處于溶解狀態(tài)的Fe2+會(huì)被空氣中的O2逐漸氧化，形成在該pH條件下不能溶解的Fe3+，并以Fe（OH）3的形式從助鍍?nèi)芤褐谐廖龀鰜?lái)。特別是當(dāng)pH＞5.5時(shí)，F(xiàn)e（OH）2和Zn（OH）2在工件表面沉析，這將阻礙鋅液與鋼材的接觸，防礙鋅鐵反應(yīng)的進(jìn)行，造成鍍層表面質(zhì)量缺陷。

1.5 助鍍槽中的鐵離子對(duì)鍍鋅的影響

助鍍液中的鐵離子不僅增加助鍍鹽殘余物的黏度而且增加了清除的難度［5］；同時(shí)，由于鐵離子的存在，還增加了助鍍鹽在工件表面的結(jié)晶所需時(shí)間；更為重要的是，助鍍液中鐵離子含量高會(huì)導(dǎo)致鋅渣量增高，造成無(wú)效鋅耗。研究表明，隨助鍍劑FeCl2+Zn和ZnCl2+FeZn13結(jié)晶雙鹽而被帶入鋅池中的鐵鹽將會(huì)與鋅池中的鋅發(fā)生反應(yīng)，大約20 %會(huì)進(jìn)入鍍層中，剩下的80 %將會(huì)直接形成鋅渣，造成浪費(fèi)。

1.6 檢查助鍍件

助鍍結(jié)束后對(duì)助鍍構(gòu)件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有油漆或者其他附著物及時(shí)打磨處理［6］，打磨處理后用氯化銨、氯化鋅溶液涂抹，停留時(shí)間不易過(guò)長(zhǎng)，避免助鍍液失效，造成質(zhì)量不穩(wěn)定。

2 熱浸鍍鋅層質(zhì)量的控制

2.1 針對(duì)船舶舾裝件熱鍍鋅質(zhì)量缺陷進(jìn)行改善

2.1.1 黑件檢查

主要檢查構(gòu)件尺寸、工藝孔是否有油漆和掛點(diǎn)，焊接處是否有焊渣，有沒(méi)有全部焊接，有無(wú)開(kāi)孔，開(kāi)孔是否正確等［7］。解決方法：工藝孔、掛點(diǎn)，按照客戶要求及圖紙進(jìn)行開(kāi)孔，焊接螺帽。黑件有少量油漆時(shí)，在上掛具前涂抹脫漆劑，油漆嚴(yán)重的送沖砂處理，黑件缺陷及時(shí)反饋客戶，待客戶答復(fù)后，再進(jìn)行鍍鋅處理。舾裝件主要為管件、欄桿、支架、電纜架；管件注意點(diǎn)：根據(jù)管件的口徑，長(zhǎng)短合理上掛具。長(zhǎng)管注意懸掛角度，使酸液、鋅液能順利流出，防止兜鋅，禁止長(zhǎng)管掛在短管下方導(dǎo)致鋅液滴在長(zhǎng)管上形成鋅瘤，影響外觀及質(zhì)量。欄桿注意懸掛角度，使得酸液、鋅液能順利流出，防止兜鋅，注意懸掛件數(shù)，一次性不易過(guò)多（6個(gè)以下），避免靠的過(guò)緊發(fā)生黏連。架電纜架注意鐵絲懸掛方向一致，注意懸掛件數(shù)，過(guò)多易黏連，寬度20 cm以下電纜架采用兩端懸掛的方法。舾裝件注意掛件個(gè)數(shù)，構(gòu)件距離避免靠得過(guò)近，防止黏連。

2.1.2 脫脂、酸洗

在檢查中發(fā)現(xiàn)黑件表面油污，采用脫脂槽（碳酸鈉或氫氧化鈉溶液）進(jìn)行脫脂，溫度60～80 ℃，脫脂時(shí)間10～25 min左右（油污特別嚴(yán)重的視情況延長(zhǎng)）［8］。脫脂后用清水沖洗干凈（防止殘余堿中和酸洗槽及酸洗后的污染物無(wú)法去除）。根據(jù)酸液濃度和黑件銹蝕程度，一般為20～120 min不等。注意點(diǎn)：酸洗過(guò)程中要將工件上下串動(dòng)1～2次，對(duì)每掛酸洗時(shí)間進(jìn)行記錄，防止酸洗不足或過(guò)度酸洗，影響后續(xù)質(zhì)量。一般使用10 %～15 % HCl溶液進(jìn)行酸洗，溫度控制在18～21 ℃，低于15 ℃下酸洗速度慢。酸洗完工后，構(gòu)件無(wú)殘余銹跡，呈現(xiàn)金屬本色，根據(jù)黑件情況判斷是否合格，合格后用清水漂洗，每周檢查不少于2次。水洗槽中溶液pH應(yīng)大于2.5，若小于則應(yīng)及時(shí)更換，圖2為酸洗濃度與速度的關(guān)系，圖中ω（HCl）為HCl的質(zhì)量濃度。

圖2 酸洗濃度與速度的關(guān)系圖Fig.2 Relationship diagram between pickling concentration and speed

2.1.3 鍍鋅前助鍍

助鍍液為ZnCl2和NH4Cl形成的溶液，溫度一般為60～80 ℃。助鍍方法：構(gòu)件完全浸入助鍍液［9］。注意點(diǎn)：每2～3 h觀察一下助鍍液溫度，溫度不夠時(shí)，應(yīng)立即恢復(fù)，才能生產(chǎn)作業(yè)，確保溫度達(dá)標(biāo)。在平時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中注意檢查控制助鍍液的pH及Fe離子含量。表1為構(gòu)件類型與助鍍時(shí)間，δ為壁厚。表2為助鍍槽正常和最佳工作條件。

表1 構(gòu)件類型與助鍍時(shí)間Tab.1 Type of component and time of plating aid

表2 助鍍槽正常和最佳工作條件Tab.2 Normal and optimal working conditions of plating bath

2.1.4 熱浸鍍鋅

注意點(diǎn)：每月校正一次手持測(cè)溫精度并做記錄。操作人員每周檢查熱電偶監(jiān)控溫度與手持測(cè)溫差并做記錄，超過(guò)2 ℃偏差及時(shí)調(diào)整。生產(chǎn)操作人員每?jī)芍軝z查并清理一次熱電偶監(jiān)控區(qū)的黏鋅情況，確保溫控區(qū)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。鋅鍋保溫時(shí)溫度為439 ℃。構(gòu)件鍍鋅時(shí)間表見(jiàn)表3所示。

表3 鍍鋅時(shí)間表Tab.3 Schedule of zinc plating

每月取鋅液樣本2份送檢；鍍鋅工作根據(jù)產(chǎn)量，正常情況下每?jī)芍芮謇硪淮武\渣［10］。需升高溫度至450 ℃，鋅渣下沉后撈渣。冷卻時(shí)間15～30 s，根據(jù)構(gòu)件厚度適當(dāng)延長(zhǎng)，水溫40～60 ℃，冷卻水pH在6～8之間；鈍化溫度為常溫，鈍化時(shí)間30 s左右，構(gòu)件在鈍化液中串動(dòng)1～2次保證充分接觸。對(duì)于出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題及時(shí)追查前道工序，及時(shí)排除異常，對(duì)于反復(fù)出現(xiàn)未能解決的應(yīng)立即停止鍍鋅，查出原因解決后繼續(xù)鍍鋅；卸料注意薄件，防止變形，根據(jù)客戶要求進(jìn)行打磨修補(bǔ)，沒(méi)有特殊要求的根據(jù)GB/T 13912—1991進(jìn)行處理，處理完工后由檢驗(yàn)員檢查后發(fā)貨。檢查標(biāo)準(zhǔn)：構(gòu)件表面平滑，無(wú)鋅瘤鋅刺，無(wú)漏鍍，無(wú)鋅灰鋅渣，膜厚按照客戶要求或者國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。漏鍍處理標(biāo)準(zhǔn)：采用環(huán)氧富鋅底漆加自噴漆修補(bǔ)。

2.2 制定工件工藝孔開(kāi)設(shè)要求

工件在端頭的上下部分同時(shí)開(kāi)孔，使空氣和鋅液能順利流通。制定熱鍍鋅不同構(gòu)件厚度鍍鋅溫度規(guī)范，見(jiàn)表4所示，Φ為管子外徑，δ為壁厚，L為管長(zhǎng)，單位均為mm。

2.4 針對(duì)存在的熱鍍鋅質(zhì)量問(wèn)題制定檢驗(yàn)規(guī)范

本規(guī)范編制依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T13912—1991［11］，適用于按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的鍍鋅制品的生產(chǎn)、檢驗(yàn)和試驗(yàn)。

材料檢驗(yàn)：

（1）鋅錠：應(yīng)滿足GB/T470—2008規(guī)定，其中鋅含量不低于99.99 %。

（2）鹽酸：應(yīng)符合GB/T534—2014規(guī)定的一級(jí)濃鹽酸。

（3）待鍍件表面應(yīng)光整，且沒(méi)有用酸洗方法不能清除的污穢。如油漆、油脂、水泥、柏油及有害物質(zhì)。

（4）對(duì)于焊接件：焊縫處不允許存在脫焊、漏焊、夾渣、氣孔，應(yīng)去除飛濺、焊渣、毛刺等缺陷。

在制品加工各重點(diǎn)工序應(yīng)滿足以下要求，詳見(jiàn)下表5所示。

外觀檢驗(yàn)：

（1）鍍層表面連續(xù)并且有實(shí)用性光滑。

（2）鍍件表面應(yīng)無(wú)流掛、滴留、漏鍍、鋅灰、黏渣、起皮等缺陷。

（3）鍍鋅制件表面在保證鍍層厚度的情況下允許存在發(fā)暗或淺灰色顏色不均勻區(qū)域。潮濕條件下儲(chǔ)存的鍍鋅制件表面允許有白銹生成。

3 結(jié) 論

熱浸鍍鋅層的質(zhì)量很大一部分取決于業(yè)主、設(shè)計(jì)制造廠的選材、制造（和預(yù)留的工藝孔）等；熱浸鍍鋅是工件加工過(guò)程中的一環(huán)，嚴(yán)格控制工藝操作，才能確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量。