熱浸熱鍍鋅助鍍工藝研究進展的探究

農天高

摘要：目前，世界各國均采用溶劑法進行批量熱鍍鋅。要獲得較好的熱浸鍍鋅層，鍍件的前處理非常重要。與其他鋼鐵表面涂裝技術不同，鋼鐵鍍件熱浸鍍鋅前除需堿洗除油、酸洗除銹外，還有一道溶劑助鍍處理。熱鍍鋅層質量及熱鍍鋅過程中的鋅耗成本與熱鍍鋅的助鍍工藝密切相關。企業為了節約成本和提升產品品質必須對熱鍍鋅助鍍液成份及工藝條件進行嚴格控制。以下，本文將對以往工作經驗加以總結并結合當前助鍍技術進行一些分析，希望給大家以有益的參考。

關鍵詞：熱鍍鋅 ; 助鍍 ; 成份

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

前言：助鍍作為熱浸鍍鋅前處理中重要的一道工序，不僅直接影響鍍層質量，還對鋅耗成本有較大影響。常用的助鍍液為氯化鋅與氯化銨的混合溶液，盡管已有上百年歷史，但目前仍有不少的廠家對助鍍液的成份配比、濃度、溫度、pH值等重要工藝參數控制不佳，直接影響了鍍鋅質量和生產成本。本文通過對以往工作經驗的總結，結合國內多家熱鍍鋅企業的生產實踐，對熱鍍鋅助鍍工藝進行了探究。

一、助鍍的內涵

鍍鋅的操作，通常來講采用的是溶劑法，也就是所謂的熱浸鍍鋅。只有將之前的鍍前的狀態處理才能獲得比較好的熱浸鍍鋅層。在大部分的鋼鐵表面涂裝技術中大多都只在鍍鋅前堿洗除油、酸洗除銹，而熱浸鍍鋅助鍍工藝比傳統的鍍鋅多了一層助鍍的處理工藝，對于這層工藝都是采用溶劑助鍍處理。由此可見助鍍作為創新的鍍鋅工藝，在鍍鋅前的處理上是一道占據重要地位的工序，影響著鍍層的質量，同時也影響著鋅耗的成本。

助鍍指的是將鍍件氯化鋅銨鹽膜化的過程，主要就是將用酸浸洗后的鍍件置入助鍍液，從助鍍液提出后能在鍍件的表面形成一層薄的氯化鋅銨鹽膜。之所以要助鍍，主要是因為首先可以清潔鋼鐵的表面，經過酸洗后的鍍件表面，會有一層鐵鹽或氧化物，助鍍后可以使鋼鐵件在進入鋅浴時具有最大的表面活性，其次經過助鍍后沉積形成的鹽膜可以防止鍍件從助鍍池到鋅鍋的一段時間內在空氣中被銹蝕，鍍件浸入鋅浴處的液態鋅，使鍍件與液態鋅快速浸潤并反應。助鍍后鍍件表面的那層強大的氯化鋅銨鹽膜，活化作用極其強大，在不同狀態下會形成不同的化學物質對鍍件表面起著不同的活化作用。熱浸鍍鋅助鍍工藝對助鍍液的使用有很嚴格的要求，必須要對助鍍液有一個正確的認識和準確的選擇。

二、常用熱浸鍍鋅助鍍液的種類以及選擇標準

（一）助鍍液的分類

在現如今的助鍍領域，并不是所有的助鍍液都能滿足助鍍的要求。符合要求的助鍍液

應當有一個科學的體系，含有油酸、硬脂酸、軟脂酸的有機酸，含鹽酸、氫氟酸、磷酸、硼酸等的無機酸，還有各種如氯化鋅、氯化銨等的鹽類，和各種胺類及其混合物等的體系。這些助鍍液就是通過自身釋放的活性成份來對鍍件的鋅表面進行清洗。氯化鋅和氯化銨的應用是在熱鍍鋅工業應用最普遍的，而無機酸，由于它的熔點和沸點較高，容易在鍍件表面引起漏鍍，一般不用。鹽類的助鍍劑不僅可以使鍍件的表面處于一種酸性的狀態，而且能夠防止氧化物的再生成，并且不過分溶解基體，反應生成可以揮發的物為氣態。而有機的助鍍液是通過它在鍍件表面形成的有機保護膜，在熱浸鍍鋅的時候通過自身有機物體的氧化，產生還原性的氣體，防止鍍件表面的氧化。由于苯胺和乙二胺對人體有很大的毒害，并且助鍍作用不是很明顯，只應用于部門科研試驗。

（二）如何選擇助鍍液

助鍍液的選擇標準要根據其對助鍍的效果來選擇。

首先要看在助鍍液的作用下之間表面能否形成均勻緊密的鹽膜，保護鍍件的表面不被氧化，并且能夠溶解已經生成的FeO，進而生成能被熔融的鋅還原的鐵鹽，而助鍍液本身卻不與鐵發生反應。

其次要看浸鍍過程的反應速度，并且反應的產物能驅散鋅浴或合金浴表面的污物，助鍍劑自身不殘留在鍍件表面，自身分解產物或殘余部分不進入鋅液之中。

再次就要看溶劑的熔點和密度，因為浸鍍過程中產生的熔渣需要能夠漂浮在鋅液表面，所以助鍍液的熔點和密度必須要低于鋅液或鋅合金液，并且助鍍液的黏度也要盡可能的低，保證被鍍件在浸入和提出時不易附著。

最后就是要看助鍍液在熱浸鍍鋅時的煙塵污染情況以及貯存助鍍液時的適宜溫度。

三、助鍍液產生作用的化學機理

熱浸鍍鋅助鍍，需要鍍件浸入助鍍液中進行反應，所以溶劑法熱浸鍍鋅助鍍的作用機理必須要清晰明了。

（1）助鍍后的鍍件，表面能夠獲得一層有效的鹽膜，阻隔鍍件表面與空氣的接觸，防止了經過堿洗脫脂、酸洗除銹的潔凈的鍍件表面發生氧化。

（2）鍍件與鋅液之間存在著一種表面張力，助鍍就是通過降低這種力度，提高鋅液對表面的浸潤程度。鍍件在浸入助鍍液后可以迅速發生一系列的化學反應，表面得到進一步活化，使得助鍍液能夠很好地潤濕鍍件基體，使得鍍件表面與鍍層之間能夠很好地結合，得到附著力優良的鍍層。

（3）在助鍍過程中，助鍍液能夠清除鍍件表面的殘留鐵鹽、氧化物等雜質，在浸鍍過程中助鍍液與鋅液中的各種有害雜質發生化學反應，將鋅液中的有害物質以浮渣的形式清除[2]。

四、組成助鍍液的成份簡析

（一）助鍍液的濃度

鍍鋅助鍍的效果很大程度上來源于助鍍液的濃度。如果濃度低于100g/L ，鍍件浸鋅易產生漏鍍的現象，如果在100~200g/L，鍍件表面附著的鹽膜量就會比較少，不能有效活化鍍件表面，難以獲得平滑均勻的鍍層，如果偏高在400~500g/L，鍍件表面的鹽膜就會過厚，不容易干透，如果更高，超過500g/L，鍍件表面形成的鹽膜層就會形成內外兩層，外層薄而干，內層潮濕且呈糊狀。這樣的雙層鹽膜更加的不容易變干燥，爆鋅很容易發生。研究證明助鍍液的濃度應控制在200~400g/L為最佳。

（二）助鍍液中氯化銨和氯化鋅的配比

助鍍效果明顯的是氯化銨，但是它的缺點確是分解溫度低，這樣一來在受熱的時候很容易就會被分解掉，因此這就對助鍍液的溫度有了一定的限制。另外，氯化銨還有一個缺點就是在此過程中會引起煙塵；氯化鋅容易受潮，但熱穩定性較好，浸鋅時產生煙塵較少[1]。所以為了助鍍效果良好，兩種鹽一定要按照合適的比例以達到互補的效果。所以要根據實際需要的助鍍效果對這兩種化學成份做好配比設置。

通常來講，如果銨鋅之比小于1，鍍件浸助鍍液后形成的鹽膜易吸潮，不能夠很快干燥。鹽膜不夠干燥，在與鋅浴接觸時很容易發生爆鋅。但銨鋅比越低，鍍件表面鹽膜的熱穩定性越好，所以如果助鍍在烘干條件較好的情況下，適宜采用銨鋅比低的助鍍液。如果銨鋅之比大于2，表面鹽膜的穩定性能就不好。國內的熱鍍鋅企業通常不配置專門烘干設備，所以很少使用小于1的銨鋅比，國內研究推薦的銨鋅比在1.2-1.6之間，企業可根據自身的現場條件、氣候條件等環境因素通過實驗對比選擇合適的銨鋅比。在助鍍液的使用中，為了避免不好的效果，操作過程中一定要加強助鍍液的檢驗工作，定期分析氯化鋅及氯化銨的濃度，根據需要及時作出調整。

（三）二價鐵鹽

助鍍液中的鐵鹽是由經酸洗過的鍍件帶入以及鍍件浸在助鍍液中反應生成的，這些二價鐵鹽在助鍍液中完全溶解并不斷積累，當助鍍中的鐵鹽再帶入鋅浴時，將與鋅反應形成鋅渣，造成鋅耗上升[1]。一般來說，1份鐵會導致25份鋅的消耗，形成鋅渣，所以為了控制鋅渣，必須要控制好溶液中的二價鐵濃度。一般助鍍液中的FeCl2濃度宜控制在1g/L以下, 國外熱鍍鋅控制在0.5g/L以下。所以助鍍液中二價鐵鹽濃度超標時，要予以清除。我們用一般通常所用的倒槽法和溶劑除鐵設備來進行操作。倒槽法就是將二價鐵鹽超標的助鍍液全部轉入另一個槽中, 測定溶液中Fe2+ 濃度，然后用氨水調整溶液pH 值為5，再加入計算量的雙氧水, 將Fe2+ 氧化成Fe3+，形成Fe( OH ) 3沉淀，此方法耗時較長，而且占地多，二價鐵鹽濃度波動較大。在利用溶劑除鐵設備這種方法的時候，通過助鍍液的不斷置入，再加之氧化劑的氧化，將Fe2+ 氧化成Fe3 +，再經過過濾設備過濾，澄清溶液返回助鍍池中。在這個循環過程中，維持二價鐵鹽在助鍍液中的較低水平。

（四）助鍍液的PH值

助鍍液的PH值，研究證明的范圍是4~ 5。只有在這個范圍內，酸洗后的鍍件表面可以得到更深層次的清潔，改善在酸洗過程中遺留的不足。如果PH值過低，鍍件在溶液中腐蝕會產生過多地二價鹽鐵，而且PH值越低腐蝕程度就越嚴重。而PH值過高，表面的清潔效果就會變差，可能會導致漏鍍的出現。所以我們要選用精密的PH試紙，確保助鍍液的PH值在4~5之間。如有變化，及時調整。

（五）助鍍液使用時的溫度控制和其中雜質濃度的控制

助鍍液的溫度宜控制在60~80℃，溫度過高或過低都會使得助鍍效果發生偏差，并且之間在助鍍液中的浸泡時間也要控制好，使其在能充分清洗并熱透的情況下，助鍍鹽膜可以很快干透。助鍍液中的雜質，要加強含量的控制。雜質成份太高了助鍍效果就是失去其實行的意義。

結束語：隨著我國科學水平的不斷提升和企業開發人員的不斷努力，我國熱鍍鋅企業在技術與設備上有了很大的提高。助鍍作為熱鍍鋅工藝中一道重要的工序，工作人員必須充分了解其過程中各工藝參數的作用，有效控制，做到有的放矢，最終大大節約成本、提升品質、提高企業產品競爭力的目的。

參考文獻：

［1］孔綱，盧錦堂，許喬瑜，熱浸鍍鋅助鍍工藝的研究與應用[J].材料保護

［2］何應，賀志榮，張永宏等，熱浸鍍鋅助鍍劑及其助鍍工藝的研究進展[J].材料保護