【doc】电炉锌粉机械锌锌的研究和应用

【doc】电炉锌粉机械锌锌的研究和应用 电炉锌粉机械锌锌的研究和应用 电炉锌粉机械镀锌的研究和应用 甄贼何明奕周亚平角景明徐勇刘丽姗 [提要]本文提出一种采用皂镑塑圭要垦墼迅垫璧壁王苎并对工艺原理和镀锌层 质量评定进行了分析..该 工艺具有稳定性好,所需原料,辅料来源广泛,价格低廉,设备投资少的特点.锌镀层 组织致密,具玎莨好的成膜性,厚度易 控科,其耐腐蚀及质量达到热镀锌产品国家标准的相应要求.与国外同类工艺相比, 其操作工序较为简单,达到了美国ASTM IB69.~—82的质量标准规范,生产成本可比热镀锌降低4O一50. ,(Summary)Theessayadvances4mechanicalzinc--platetechnologyusingelectricfurnacez inc powderas.mainrawmatesislSandanalyzestechnologypincipleandzinccoatingqualit~.Thetechnology areriotedforgoodstableproperty,widerawmaterialssource,lowprices,lessequipmentinvestment, finea矗 dcloseinzincCoatingorganization,goodformingfilmproperty,easythicknesscontrolandits qualityisaptotherelativerequirementsofnationalstandardofheatzinc--platingproducts.The proaedlifeismoresimplethanforeignsametechnologyandnptothequalityspecification0fASTMB 69j--82.Thesrodactioaco?tCanreduce40—50percentthanthatofheatzinc--plating. ?技术霄鼍 机械镀锌工艺为近年来运用于工业生产中 的新工艺,具有低锌耗,低能耗,无污染,操作 在室温下进行的特点.机械镀的原理既不同热 浸镀也不同于电镀,没有高温下锌和铁的冶金 反应,也没有电镀时的电解效应.一般说来, 机械镀锌工艺是采用活化赉鼍,金属锌粉,冲击 介质和水混合成浆料,工件与上述浆料在一个 特制的机械滚筒中滚'动形成镀层.由于回转力 的作用,锌粒在碰撞作用下结合到工件面上 形成镀锌层,镀锌层是由无数呈扁平状的锌颗 . 粒镶嵌而成,类似一种均匀的结晶组织,与铁基 的附着性很好,镀层的均匀性超过热浸镀锌工 艺.同样厚度的镀层,耐腐蚀性与热浸镀产品 相当,而锌的耗量仅为热浸镀的3O一5O%. 现行工艺采用的主要原料为纯金属锌粉, 这种锌粉的生产途径是用电解的纯锌锭重熔为 锌液,在还原伍气氛下喷吹为锌粉.这种方法 锌粉的收得率为8O%左右,而且粒度极不均 匀,一般为9O,iOO目,200目以下的只占l/5. 锌粉粒度不均匀影响镀层的质量,大小不同 的锌粒在滚镀过程中活化的程度不同,运动的 轨迹不同,易造成区域性偏聚,最终造成镀层 的不均匀.此外,粒度悬殊过大的锌粒镶嵌在 一 起时,大颗粒锌的周围会出现微小的间隙, 影响锌层的致密性和耐腐蚀性.要得到均匀且 粒度细小的锌粉,用上述方法生产,锌粉的价 格将会很高.就目前而言,采用电解锌锭喷吹 得到的各种锌粉,虽然已经用于机械镀锌生产, 但是由于锌粉的粒度不均匀和价格较高,使得 在实际生产中受到限制. 国外运用机械镀历史较长,美国已列入国 家工艺标准'(B635,B695,B696),一般生 产2030#m的薄镀层,也可以生产30~100#m 以上的厚镀层.采用的原料,锌粉为超细纯 锌粉,分散活化剂一般都用聚氧乙烯乙二醇, 活化保持剂用强酸和相应的酸式盐,如硫酸氢 钠,或者用柠檬酸和柠檬酸盐.加料工作十分 复杂,一个生产周期中加料l8次,前l0次与后 8次加料量不等,间隔时间不等,不易控制. 也有把各类原料制成以一定速度溶解的块状或 棒状化学活化剂.这些工艺有其优点,研究中 我们进行了对比试验,感到在国内难实施,主 要是部分原料稀缺而且价格太贵.而且多品 种,短时间间隔,多变量的加料方式在国内的 厂家中难以保证质量[1],[2],[3], 一 27— [4],[5]国外文献和专利中报道的机械活化保持剂,保证锌粉的活度和形成镀层的 效 镀锌只用于尺寸不大于一1O一12英寸,重量小于率,采印超细的氧化锌,氧化钛, 氧化锑或者 1—2磅的零散小件.氯化亚锡硫酸亚锡氯化铝,醋酸铅等作为 在国内也有许多单位研究和推广机械镀,.锌粉沉积成层的孕育促进剂,胶脘,聚醋 酸乙 但是就机械镀锌而言,直接延用国外专利在国稀等为光亮平整剂,上述原料可以在 全国大中 内推广有以下的困难.型城市的化工站购置 11.活化剂较贵,国内生产的代用品效果2.工艺的应用范围大, 不佳,部分技术绝窍国外厂家保密.试验初期针对可锻铸铁管路连接件,应用 2.采用电解锌锭吹制的锌粉价格太高.上述工艺可以获得lO--lO0/~m的镀锌层,镀锌 3.原料不能由市场提供,综合经济效益层厚度随加料量决定,根据需要灵活调节,镀锌 60Din以上的镀件,.按美国ASTMB695 不高,难为厂家接受.层在50-- 此外,国内目前还无机械镀锌的质量检测--82(钢铁上机械沉积锌镀层标准规范)进行了 标准,生产厂家和质检部门在质量控制上都无检测,完全到质量要求,适宜于替代热浸镀锌. 章可循?试验后期经过机械镀的机理分析,设计出 鉴于上述情况,我们进行了该课题的研适于超长工件的水平机械试验镀锌机,以普 究,目的在于研究出一套适用于国内厂家的机通焊接钢管外表面镀锌为目的进行模拟试验, 械镀锌工艺.取得了成功,可以根据需要在钢管外表面获得 =,工艺特点和曩理10:60.~m的镀锌层.工业上可以分出两类:lO一 经过_年半的试验研究,我们提出的机械20m层厚代替电镀的单面镀锌焊管;50—60m 镀锌工艺具有以下特点:代替热镀单面镀锌焊管,成本均分别低于后两 I.采用电炉锌粉作为锌粉原料,该锌粉类工艺的同型产品,而性能都可以满足要求. 生产方法为.把精选后的锌矿石直接用电炉熔因此本工艺采用一般倾斜式机械镀锌机可 .化,将锌液在还原性气氛中用高压风机吹制成以对零散件表面镀锌,采用专用钢管机械镀锌 粉,这种锌粉活性好,含有镉,银'铝,铅等可以对钢管外表面镀锌. 柔韧性金属,可以在工件上形成良好的镀层,3.生产成本低. 这种锌粉的价格7—8千元/吨,经处理后作为由于全部采用国产的价格低的来源广泛的 机械镀锌用锌粉价格约为9-~.10.千元/吨(电原料,本工艺应用可使生产成本大大降低,锌 解锌吹制的锌粉目前价格为l5千元/吨以上).粉的使用率可以达到90%左右,使得每吨工件 所以选择皇壁箜嗵童对机械镀二I=艺有的锌耗降低到2o一0kg(工件的比表面积不同 极大的经济意义.此外该锌粉产量极大,仅云锌耗不同),从而可以节约大量的锌.根据不 ,已有厂家专门提同工件镀锌的实验,目前达到的南省年产量可达2O_oO吨以上 经济指标为: 供o1.058元/t-.0#m/m.,即每平方米被镀面积上 ?.研究出一套适于电炉锌粉机械镀锌的约l0m厚的镀锌层原料成本为I.Q58元,例如, 活化工艺,该工艺的特点在于:40×40×l5的可锻铸铁三通,每吨56. 44mz, .1?原料来源广泛,.且价廉镀层60m,原料成本为65.8O元,1寸直径的 采用分散活剂A作为锌粉的分散活化剂,钢管,每吨40mz,镀层40/~m,原料成本为 以代簧国外采用的聚氧乙稀乙二醇.,聚氧丙253.92元,比热镀工艺可降低4O一5o%.本工艺 稀,.聚乙二醇等价梅菝贵的聚合物.采用普通过程必须满足以下的工艺原理: 盐类如氯化钠,氧倦锌,氯化铱硫酸锌,硫1.清洗使被镀工件表面裸露出铁基, 酸钠,硫酸铵每与少毒的盐酸和硫酸组成一种并使铁基具有一定的活度,以利于吸引铜,锌 一 28一 …一———__- 离子向铁基移动和沉积.视工件的表面状况不 同,清洗方法不同.可锻铸铁件抛完清理后可以 经清洗直接进行镀锌.油污和锈蚀不严币的工 件可以在主机滚筒中清洗,加入市售金属清洗 剂和少量酸即可,也可以在机外清洗. 2.建立基底在浆液中加入硫酸铜溶 液,在工件的表面上形成一个1m左右的铜 层,加入量为30—150m1lm,铜基的建立有 利于锌在工件表面上沉积和碰撞成层. 3.锌层形成和增厚 该过程存在化学和物整两个方面的作用过 程. 化学过程是一个调整浆液环境的过程,浆 液应起到以下的效果: (1)保护已清理后工件的表面不再被氧 化,并有良好的浸润性; (2)使锌和其他合金元素颗粒表面的氧 化和钝化膜去除; (3)经活化后的锌粉颗粒,应保持分散 悬浮状态,有较好的扩散能力. 浆液的调整通过加入分散活化剂A,氯化 锌,氯化铵,氯化钠,硫酸锌,硫酸钠,硫酸 铵等盐类和少量的强酸来实现.随后逐次加入 锌粉,孕育剂和平整剂,使锌层逐渐形成并增 厚,一般一次加料量以形成lO/~m锌层计算. 浆液pH值保持在1,4,镀锌完毕后自然波 动到pH值为5—6. 机械镀工艺过程的物理作用主要表现在机 械碰撞力和混合料液的流态运动二个方面,由 设备的功能来实现.因此,设备必须具备以下 功能: 1.使工件能翻滚和自旋,并且随时改变 其在筒中的位置,这样才能使工件表面承受 较均匀的碰撞,使得锌粉均匀沉积并镶嵌成 层.同时应避免和减少工件间的碰撞,以免除 不必要的变形或局部锌层脱落, 2.使粒度不同的冲击介质在滚动中处于 湍流状态,并能提供使锌粉在工件上镶嵌形成 锌层的撞击力.不能出现按不同粒度和质量的 分层和偏聚分布状态以保证工件的各部位受 到均匀的撞击,使滚筒中不同部位的工件受 . 大致均匀的撞击. 3.使混合料液的运动应能保证加入的 水,活化剂和锌粉迅速形成均匀的混合浆液. 本工艺的操作过程如下: 待镀锌的工件经过表面清理,去除氧化皮 和油污后,即可与玻璃丸一起按一定的比例 (1:1,1.5)加入到镀锌机滚筒中,按工 件重量的1/5—1/slJ~入水,开动机器进行 镀锌,其操作步骤如下: 1.按工件被镀表面积定量加入硫酸铜溶 液,转动3,5rain,在工件建立铜基. 2.加入活化剂A,盐类和少量盐酸混合 均匀. 3.按每次增加lO/Jm的锌层厚度定量加 入锌粉,孕育促进剂和平整剂,每次时间间隔 3,5raino 4.锌粉加完后继续转动滚筒使镀层强 化,时间5,10ini11. 5.倾倒滚筒,使工件与玻璃丸在筛分机 上分离,同时冲洗干净. 6.滚筒回位进入下工作周期,工件进入 远红外干燥箱,经千燥后装箱;玻璃丸入槽周 转使用.工艺全过程的时间与欲镀的锌层厚度 有关,例如60/Jm的镀层,一个周期约60fnin, 其中主机净工作时间约40rain. 经过机加工的工件,表面存在油污和轻微 锈蚀的工件,除可以按传统的方法清洗表面 外,也可以在镀锌机中加入金属清洗剂和少量 盐酸清洗,然后再按上述工艺镀锌. 三,工艺性能和镀锌屡质?性麓分析 , 篓为一种金属镀方法,它的工艺 能相对热浸镀和电镀有以下的优点: 1.对被镀表面脏污的敏性差 热浸镀和电镀前工件必须经过仔细的酸, 碱处理和机械打磨.一经洁净的工件表面,一旦 有局部或微小点状的脏污和锈蚀,在这些部位 就难以『村着锌.这是因为热浸镀中锌层的形成 是个冶金反应,反应的时阀只有数秒到数分钟, 液态金属不可能把表面上的脏污点和锈蚀冲刷 一29— 掉,因此在反应的最初一瞬间,液态金属在这 些点上与基体不浸润,就造成了漏镀和脱镀的 缺陷;电镀工艺也同样存在浸润的问题,此外 锌层的形成受电势差影响.不洁净的点在电解 池中电势的分布不同,会影响到金属的沉积,造 成漏镀和脱落.机械镀则不同,工件表面随时处 于碰撞和磨擦条件下,而桨液的化学环境本身 有利于洁净工件的表面.如有轻微的脏污和锈 蚀点,在某一个瞬间该处没有附着上锌,下一个 瞬间它可能被玻璃丸碰掉,为浆液洁净.所以 机械镀锌一般不易出现局部的缺陷,但是基体 表面上碰撞不掉的脏污和锈蚀会影响锌层的附 着性.例如生产中工人手上的汗迹和轻微的油 污一般不会造成漏镀,但是基体表面的平整性 将影响镀锌层的外观. 2.工艺稳定性好 热浸镀工艺锌池的温度波动大,对质量影 响很大.此外锌池的化学成分变化,锌液表面 锌灰的去掉与否都直接影响质量,电镀中电解 液的浓度变化,电流密度变化,阳极锌捧的纯 度和表面渣层的厚薄也都影响到镀层的质量. 而且,以上两种工艺中的上述变化因素,不是 有规律地出现,在生产中较难控制.机械镀则 不然,当工件量,加料量确定后,机器转速一 定,每个工艺周期独立进行,镀层的形成受其 它因素的影响不大. 3.便于机械化生产 由于机械镀无高温,少污染甚至无污染, 工艺局期独立,设备的动力特征等因素,使其 十分便于机械化流水生产. 4.生产连续性好,易管理 热镀是生产率较高的工艺,但是每次锌池 融化的能耗很大,如果中间出现漏锌,停电等 故障,对生产的影响很大,机械镀灵活性较 大,产量与机型有关,生产效率较高,产量大 时可以采用多机并联,各机之间无相互影响, 设备以机械运动为主不易发生故障. 由于我国尚无机械镀锌的质量标准,而我 国的标准都靠拢国际标准ISO标准,所以我们 的工艺生产的产品,就以属于ISO标准系列的 一 30一 美国机械镀锌质量标准(ASTMB695--82) 进行质量评定.(质量检验结果略一本刊) 四,机械镀锌的应用前景 自1986年以来,国内锌锭的价格大幅度地 上涨,造成热镀锌生产成本的上升.然而作为钢 铁件的表面金属防护层,约25%是采用镀锌, 其中热镀锌又占95左右(6).镀锌件的市场 需求随工业的发展在增大,而生产热镀锌产品 则又使厂家亏本,于是就形成了生产和市场之 间严重的不协调.一些设计要求应用热镀锌的 零件被电镀锌滥竽充数,质检部门为此陷入困 境.此外,国内多数厂家仍然采用"干法镀锌", 这是一种锌耗较大的热镀锌工艺.因此镀锌行 业面临着改革落后的热镀工艺,在一些适当的 产品上应考虑采用低锌耗的其它镀锌工艺.对 于可锻铸铁件,紧固件和其它一些零散件,机 械镀锌不失为一种性能可靠,生产成本较低的 镀锌工艺,这也是近十年来机械镀在发达国家 发展迅速的原因之一. —3年的研究和小 国内的机械镀锌已有2 规模应用历史.能否取得一部分市场,并能稳 定地发展,以笔者之见主要取决于二个方面: 工业技术的稳定和原料的国产化,普通化,建 立相应的质量检验标准.要防止还欠完善的工 艺技术投入生产应用,更不能让那些不过关的 机械镀锌产品投入市场,因为这样非旦不会促 进机械镀的发展,反而会造成'障碍.所以尽快 制订机械镀锌的检验标准是当务之急. 参考文献 (1)ByHdlThrasher.AnUpdateon~lechanicq Plating.PLATINGANDSURFA.CEFINSHING 1987 (2)JOHNGEORGESIMON.MeteriaIsforuse inMechanicalP1ating.SPATENTSPECLFICATL0 N.1969 (3)byHalMeThrasher.MechanicalGalvanizi— g—AnImprovedMethodiorZinecoatingNails. 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