镀锌

镀锌是指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术。主要采用的方法是热镀锌。

锌易溶于酸，也能溶于碱，故称它为两性金属。锌在干燥的空气中几乎不发生变化。在潮湿的空气中，锌表面会生成致密的碱式碳酸锌膜。在含二氧化硫、硫化氢以及海洋性气氛中，锌的耐蚀性较差，尤其在高温高湿含有机酸的气氛里，锌镀层极易被腐蚀。锌的标准电极电位为-0.76V，对钢铁基体来说，锌镀层属于阳极性镀层，它主要用于防止钢铁的腐蚀，其防护性能的优劣与镀层厚度关系甚大。锌镀层经钝化处理、染色或涂覆护光剂后，能显著提高其防护性和装饰性。

镀锌溶液

镀锌溶液有氰化物镀液和无氰镀液两类。氰化物镀液中分微氰、低氰、中氰、和高氰几类。无氰镀液有碱性锌酸盐镀液、铵盐镀液、硫酸盐镀液及无氨氯化物镀液等。氰化镀锌溶液均镀能力好，得到的镀层光滑细致，在生产中被长期采用。但由于氰化物剧毒，对环境污染严重，近年来已趋向于采用低氰、微氰、无氰镀锌溶液。

原理

在盛有镀锌液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的正极和负极联接。镀锌液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，镀锌液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入镀锌液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。镀锌时，阳极材料的质量、镀锌液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，需要适时进行控制。

类别

冷镀锌

冷镀锌也叫电镀锌，是利用电解设备将管件经过除油、酸洗、后放入成分为锌盐的溶液中，并连接电解设备的负极，在管件的对面放置锌板，连接在电解设备的正极接通电源，利用电流从正极向负极的定向移动就会在管件上沉积一层锌，冷镀管件是先加工后镀锌。

机械镀锌

在装有镀件、玻璃球、锌粉、水和促进剂的旋转滚桶内，作为冲击介质的玻璃球随着滚桶转动，与镀件表面发生摩擦和锤击产生机械物理能量，在化学促进剂的作用下，将镀涂的锌粉“冷焊”到镀件表面上，形成光滑、均匀和细致的具有一定厚度的镀层。

技术标准采用美国ASTM B695-2000及军用C-81562机械镀锌技术标准。

热镀锌

现在钢板的表面镀锌主要采用的方法是热镀锌。

热镀锌是由较古老的热镀方法发展而来的，自从1836年法国把热镀锌应用于工业以来，已经有一百七十年的历史了。然而，热镀锌工业是近三十年来伴随冷轧带钢的飞速发展而得到了大规模发展。

热镀锌板的生产工序主要包括：原板准备→镀前处理→热浸镀→镀后处理→成品检验等。按照习惯往往根据镀前处理方法的不同，把热镀锌工艺分为线外退火和线内退火两大类，即湿法 （单张钢板热镀锌法）、线外退火（单张钢板热镀锌法）、热镀锌 惠林（Wheeling）法（带钢连续热镀锌法） 、线内退火 森吉米尔（Sendzimir）法（保护气体法）、 改良森吉米尔法、美钢联法（同日本川崎法）、赛拉斯（Selas）法和莎伦（Sharon）法。

线外退火

就是热轧或冷轧钢板进入热镀锌作业线之前，首先在抽底式退火炉或罩式退火炉中进行再结晶退火，这样，镀锌线就不存在退火工序了。钢板在热镀锌之前必须保持一个无氧化物和其他脏物存在的洁净的纯铁活性表面。这种方法是先由酸洗的方法把经退火的表面氧化铁皮清除，然后涂上一层由氯化锌或由氯化铵和氯化锌混合组成的溶剂进行保护，从而防止钢板再被氧化。

（1）湿法热镀锌

钢板表面的溶剂不经烘干（即表面还是湿的）就进入起表面覆盖有熔融态溶剂的锌液进行热镀锌。此方法的缺点是：

a.只能在无铅状态下镀锌，镀层的合金层很厚且粘附性很坏。

b.生成的锌渣都积存在锌液和铅液的界面处而不能沉积锅底（因为锌渣的比重大于锌液而小于铅液），这样钢板因穿过锌层污染了表面。因此，该方法已基本被淘汰。

（2）单张钢板

这种方法一般是采用热轧叠轧板作为原料，首先把经过退火的钢板送入酸洗车间,用硫酸或盐酸清除钢板表面的氧化铁皮。酸洗之后的钢板立即进入水箱中浸泡等待镀锌,这样可以防止钢板再氧化。后经过酸洗、水清洗、挤干、烘干、进入锌锅（温度一直保持在445—465℃）热镀锌，再进行涂油和铬化处理。这种方法生产的热镀锌板比湿法镀锌成品质量有显著提高，只对小规模生产有一定价值。

（3）惠林法热

该连续镀锌生产线包括碱液脱脂、盐酸酸洗、水冲洗、涂溶剂、烘干等一系列前处理工序，而且原板进入镀锌线镀锌前还需要进行罩式炉。这退火种方法生产工艺复杂，生产成本高，更为主要的是此方法生产的产品常常带有溶剂缺陷，影响镀层的耐蚀性。并且锌锅中的AL常常和钢板表面的溶剂发生作用生成三氯化铝而耗掉，镀层的粘附性变坏。因而此方法虽然已问世近三十年，但在世界热镀锌行业中并未得到发展。

线内退火

就是由冷轧或热轧车间直接提供带卷作为热镀锌的原板，在热镀锌作业线内进行气体保护再结晶退火。属于这个类行业的热镀锌方法包括：森吉米尔法、改良森吉米尔法、美钢联法（同日本川崎法）；赛拉斯法；莎伦法。

（1）森吉米尔法

（2）美钢联法

它是森吉米尔法的一个变种，它仅仅是利用一个碱性电解脱脂槽取代了氧化炉的脱脂作用，其余工序与森吉米尔法基本相同。在原板进入作业线后，首先进行电解脱脂，而后水洗、烘干，再通过有保护气体的还原炉进行再结晶退火，最后在密封情况下进入锌锅热镀锌。这种方法因带钢不经过氧化炉加热，所以表面的氧化膜较薄，可适当降低还原炉中保护气体的氢含量。这样，对炉安全和降低生产成本有利。但是，由于带钢得不到预加热就进入还原炉中，这样无疑提高了还原炉的热负荷，影响炉子的寿命。因此这种方法并未得广泛应用。

（3）赛拉斯法

又称火焰直接加热法；首先带钢经碱洗脱脂，而后用盐酸清除表面的氧化皮，并经水洗、烘干后再进入由煤气火焰直接加热的立式线内退火炉，通过严格控制炉内煤气和空气的焰烧比例，使之在煤气过剩和氧气不足的情况下进行不完全焰烧，从而使炉内造成还原气氛。使其快速加热达到再结晶温度并在低氢保护气氛下冷却带钢，最后在密闭情况下浸入锌液，进行热镀锌。该法设备紧凑，投资费用低，产量高（最高可达50/小时）。但生产工艺复杂，特别是在机组停止运转时，为了避免烧断带钢，需要采用炉子横移离开钢带的方法，这样操作问题很多，所以，热镀锌工业采用此法很少。

（4）莎伦法

1939年美国莎伦公司投产一台新型的热镀锌机组，所以也叫莎伦法。该法是在退火炉内向带钢喷射氯化氢气体并使带钢达到再结晶温度，所以也称为气体酸洗法。采用氯化氢气体酸洗，不但能去除带钢表面的氧化皮，而且同时去除了带钢表面的油脂，由于带钢表面被氧化气体腐蚀，形成麻面，所以使用莎伦法所得到的镀层粘附性特别好。但是由于设备腐蚀严重，由此造成很高的设备维修和更新费用。因而此种方法很少被采用。

（5）改良森吉米

它是一种更优越的热镀锌工艺方法；它把森吉米尔法中各自独立的氧化炉和还原炉由一个截面积较小的过道连接起来，这样包括预热炉、还原炉和冷却段在内的整个退火炉构成一个有机整体。实践证明，该法具有许多优点：优质、高产、低耗、安全等优点已逐渐被人们所认识。其发展速度非常快，1965年以来新建的作业线几乎全部采用了这种方法，近年来老的森吉米尔机组也大都按照此方法进行了改造。

原理

热浸锌层是锌在液态下，分三个步骤形成的，铁基表面被锌液溶解形成锌、铁合金相层；合金层中的锌离子进一步向基体扩散形成锌、铁互溶层；合金层表面包裹着锌层。

性能特点

具有较厚致密的纯锌层覆盖在钢铁紧固件表面上，它可以避免钢铁基体与任何腐蚀溶液的接触，保护钢铁紧固件基体免受腐蚀。在一般大气中，锌层表面形成一层很薄而密实的氧化锌层表面。它很难溶于水，故对钢铁紧固件基体起着一定保护作用。如果氧化锌与大气中其它成分生成不溶性锌盐后，则防腐蚀作用更理想；具有锌—铁合金合金层，结合致密，在海洋性盐雾大气及工业性大气中表现特有抗腐蚀性；由于结合牢固，锌—铁互溶，具有很强的耐磨性；由于锌具有良好的延展性，其合金层与钢铁基体附着牢固，因此热镀锌可进行冷冲、轧制、拉丝、弯曲等各种成型工序，不损伤镀层；钢结构件热浸锌后，相当于一次退火处理，能有效改善钢铁基体的机械性能，消除钢件成型焊接时的应力，有利于对钢结构件进行车削加工；热浸锌后的紧固件表面光亮美观；纯锌层是热浸锌中最富有塑性的一层镀锌层，其性质基本接近于纯锌，具有良好的延展性。

应用范围

这种镀法特别适用于各种强酸、碱雾气等强腐蚀环境中。

电镀锌

1、原理

由于锌在干燥空气中不易变化，而在潮湿的空气中，表面能生成一种很致密的碳酸锌薄膜，这种薄膜能有效保护内部不再受到腐蚀。并且当某种原因使镀层发生破坏而露出不太大的基体时，锌与钢基体形成微电池，使紧固件基体成为阴极而受到保护。在汽车运输等行业中应用较广，但需要的是三价铬钝化层、锌镍合金镀封闭涂层，减少六价铬钝化有害、有毒层。

2、性能特点

锌镀层较厚，结晶细致、均匀且无孔隙，抗腐蚀性良好；电镀所得锌层较纯，在酸、碱等雾气中腐蚀较慢，能有效保护紧固件基体，镀锌层经铬酸钝化后形成白色、彩色、军绿色等，美观大方，具有一定的装饰性，由于镀锌层具有良好的延展性，因此可进行冷冲、轧制、折弯等各种成型而不损坏镀层。

3、应用范围

电镀锌所涉及的领域越来越广泛，紧固件产品的应用已遍及机械制造、制作镀锌勾花网、电子、精密仪器、化工、交通运输、航天等在国民经济中有重大意义。

影响因素

在实际生产过程中，影响镀锌速度及质量的常见因素有：

(1)前处理不彻底。工件表面有氧化膜，影响锌的正常沉积。

(2)导电不良。电流在导线上消耗，分配到工件表面的电流过小。

(3)工件含碳量高。高碳钢、铸铁件等会降低氢的析出电位，工件表面析氢加速，电流效率降低。

(4)工件绑扎过密。镀锌时工件局部遭到屏蔽而导致镀层过薄。

(5)镀液温度偏低。当镀液温度偏低时配送的电流密度相应降低，镀层的沉积速度也必然降低。

(6)镀液中氢氧化钠含量偏高。氢氧化钠含量偏高时电流效率相应降低。

(7)镀液中添加剂含量偏低。添加剂含量偏低会影响分散能力，镀层局部显得过薄。

(8)受镀件面积估算不足，施镀时配送的电流密度显得过小。

(9)工件悬挂方法不当，与锌阳极间距过大，应调整位置。

(10)工件过腐蚀。降低氢的析出电位，工件表面析氢加速电流效率降低，从而影响锌的沉积速度。应在酸洗溶液中加入适量的缓蚀剂，局部处氧化皮过厚先用机械法除去，酸洗过程中多作检查。

(11)阳极钝化。有效面积减少，影响电流的正常分布。

(12)氢氧化钠含量偏低。若氢氧化钠含量偏低时，电流密度提不高，阳极钝化。

工艺

镀锌工艺主要有热镀锌和冷镀锌两类。冷镀锌又称电镀锌。这里主要讨论电镀锌。 电镀锌种类繁多，五花八门。但从镀锌镀液的PH值上分，主要有两在类：碱性镀锌和酸性镀锌。

碱性镀锌

碱性镀锌工艺是指镀液的PH值是碱性。但因络合剂不同，又分为氰化物镀锌和锌酸盐镀锌两种。 氰化物镀锌是个很古老的镀种。镀液中主要有三种成分：主盐氧化锌，络合剂氰化钠和导电盐氢氧化钠（俗称火碱）。早期的氰化镀溶液中是没有光亮剂的。随着人们审美要求的提高，又在氰化液镀锌溶液中加入了起光亮作用的光亮剂。氰化镀锌工艺稳定，镀层细致。镀液分散能力好。根据氰化钠含量的多少不同，又分为高氰，中氰和低氰镀锌三种。氰化镀锌的最大缺点是毒性太大，对环境危害严重。

锌酸盐镀锌是近30年来发展较快的镀锌工艺。它的主要成分是主盐氧化锌，络合剂兼导电盐氢氧化钠（俗称火碱）。为了获得细致的分散能力好的光亮镀层，还要加入光亮剂。国内锌酸盐镀锌的主要发展时期是20世纪70年代的大搞无氰镀锌年代，著名的DPE镀锌工艺和DE镀锌工艺一直使用到现在。这种工艺虽然比不上氰化镀锌工艺的稳定、细致。但它的最大优点是无氰。对环境的危害要小的多。现在锌酸盐镀锌有了新的发展，起泡和脆性等缺陷得到了克服，分散能力大为改进，可以和氰化镀锌比美。

酸性镀锌

镀液的PH值在4-6。20世纪70年代大搞无氰镀锌的第二个成果便是无氰氯化铵镀锌。与锌酸盐碱性镀锌并驾齐驱。它以氯化锌为主盐，氯化铵为络合剂及导电盐。柠檬酸，氨三乙酸为辅助络合剂。聚乙二醇和硫脲作镀层细化剂。从这种镀液中获得的镀层细致，分散能力好。镀液毒性小。但缺点主要是镀液不稳定，散发出来的氯化铵气体对电镀设备腐蚀性很大。电流效率也较低。对杂质敏感性强。工作温度范围窄。现已基本上被氯化钾镀锌工艺所淘汰。

氯化钾（或氯化钠）镀锌工艺

氯化钾（或氯化钠）镀锌工艺是20世纪80年代发展起来的一种全新无氰镀锌工艺。它主要成分为：氯化锌主盐，一般使用含量为70-90g/L。氯化钾作导电盐，使用含量从140-280g/L不等，根据不同需求可任意调整。硼酸作PH值缓冲剂，以稳定PH值在4.6-5.6之间。由于这种镀液是在室温条件下工作，硼酸的溶解度不高，一般含量控制在25-30g/L。

单独靠这三种成分是镀不出合格锌镀层来的。还要加入一些添加剂才能获得光亮、细致的镀锌层来。氯化钾镀锌的优点是镀液稳定、镀层光亮细致且成本低、电流效率高、无毒。缺点是镀液的分散能力比碱性镀锌稍差，镀层的脆性也较大。尽管如此，氯化钾镀锌一面世，立刻普遍受到欢迎。发展十分迅速，已占据镀锌的半壁江山。从市场上看，目前镀锌工艺主要是两个镀种：碱性锌酸盐和酸性氯化钾镀锌。其他镀锌工艺均已相形见绌，缓慢退出历史舞台。

酸性镀锌工艺中还有一种硫酸盐镀锌工艺。它的主要成分是主盐硫酸锌。含量在250-500g/L之间。明矾或硫酸铝作导电盐。含量在30-50g/L之间。导电盐也有加入硫酸钠或氯化钠的。除了上述几种外，还要加入一些添加剂，作用是使镀层细致。最早是采用糊精或树胶，后来发明了一些专用光亮剂使镀层更加光亮细致。硫酸盐镀锌的最大优点是可使用较大电流密度(1-5A/dm2)，镀速快。但缺点是镀液的分散能力很差，不宜用来镀较复杂工件。

由于它的特殊性，硫酸盐镀锌主要用在镀铁丝、钢带、钢板等形状简单，连续化生产性强的行业。除了上述几种常用的镀锌工艺外，还有焦磷酸盐镀锌、氟硼酸盐镀锌、羟酸盐镀锌等工艺，但应用不多，不再介绍。