热镀锌工艺入门(简体版)石磊XXXX

热镀锌工艺入门初版April，2005石磊编纂永尚股份有限公司第十三章锌浴添加铝(Al)、铅(Pb)、锡(Sn)、锑(Sb)对热浸镀锌镀层之影响----------------------------------------------------------------------------------------------------32第十四章锌镍(Zn-Ni)镀锌用合金------------------------------------------------------36第十五章蒸发法盐酸回收再生系统-----------------------------------------------------38第十六章冷冻法硫酸回收再生系统-----------------------------------------------------402前言化学家Melanin在1742年，向法国皇家艺术学院提出一篇描述，藉由将钢铁浸在熔融锌液中得到镀锌层的论文。90年后的1830年代以Melouin的防蚀方式在英国及法国申请了专利。此外，热镀锌一词是由意大利生理学家LuigiGalvani所提出的，他发现当不同金属接触时会有电流产生。1971年，一个镀锌标准BS729引入英国。每一个国家有自己的镀锌标准，但在1998年引入了新方法PrENISO1461，这方法成了欧洲镀锌标准，并且结合了镀锌操作程序，加载报告中。Ø质量控制样本的介绍Ø镀锌层厚度的均匀性Ø定义可允许的未镀层面积及改善方法Ø影响镀锌的钢材特性新标准提出后6个月内，就取代了原来之国家标准。热浸镀锌广泛地使用在所有钢铁镀锌。3第一章脱脂和酸洗热浸镀锌前处理是指酸洗及脱脂制程。这些操作在于准备和提供可镀锌之钢件。热浸镀锌反应只发生在经过化学清洁的钢件表面，所以小心仔细地执行前处理和镀锌一样都是很重要的。钢铁表面的前处理，对于获得良好的镀锌层是绝对必要的。热浸镀锌前，需去除钢铁表面、油污、油脂、灰尘及其他污染物等。例如油漆和非水性马克笔记号。经过多项尝试最普遍还是使用碱性或酸性脱脂。通常以浸泡方式来脱脂，而高压水注喷射方式也可以。完成后，钢件应在冷水槽中作水洗动作，除去残余之化学药品，避免影响到下一个制程。1.1碱性脱脂碱性脱脂处理不论加热或不加热皆可，加热处理比不加热处理有较多的优点。例如：较能有效率去除大量的油污和杂质。加热式脱脂这种处理方式通常使用具腐蚀性清洁剂，以往是以苛性纳（烧碱）为标准，但随着一些新技术的开发，产生了一些变化发展出新一代脱脂剂。原因之一是不但比传统苛性纳更有强力清洁效果，同时大大降低腐蚀性物质伤害到操作员的风险。加热脱脂一般温度控制在85℃，所以除了脱脂剂成本外，能源成本亦应考虑。不加热脱脂这种清洗方式基本上是用磷酸，这对使用者是较少危险的。但这种方式的脱脂效果有限，同时对油漆残存物去除效率远不如加热脱脂，因此并不被广泛地使用。1.2酸脱脂不论是磷酸或盐酸基，都有许多酸中脱脂剂可以选择，这些方式都不比加热脱脂效果大。他们有他们的用处。在某些案例，在酸脱脂后可以不需要水洗，即可进入下一个制程酸洗。不须单独设置脱脂槽，节省加热能源。1.3喷砂喷砂在热浸镀锌工业中应用于以下三点：1.从工件上去除大片的油漆。2.增加锌的附着量；浸镀前使表面粗糙可使镀层增加50%的厚度。3.从高张力钢移除铁锈，避免因酸洗制成产生氢脆化。41.4酸洗大部份酸洗都使用盐酸，在某些国家是用硫酸，两者各有其特性，我们应该个别视之。我们在酸液当中也会添加抑制剂。HCl盐酸工业用盐酸浓度一般是28-32%w/w，再加水以50:50比例稀释，得到浓度约14-16%w/w的盐酸。使用盐酸通常在18~21℃之室温下，若温度在18℃以下酸洗反应非常缓慢。H2SO4硫酸用硫酸H2SO4酸洗比起盐酸HCl快很多，但必须在65℃的高温。买来的H2SO4是未经稀释的纯酸，使用时稀释H2SO4溶液浓度至10~14%。通常在酸洗槽周围有吸烟设备。然而市场价格H2SO4比HCl便宜，但这节省下的成本可能被额外增加的加热成本所抵销。另外酸洗过后的钢件必须经过水洗，因为需要处理费用，所以清洗水是在静止槽，当酸洗槽无法再用，这清洗水是用来配制新酸溶液。1.5酸洗液的控制（盐酸）HCl槽的控制，最主在于控制酸洗时间及酸槽的寿命，为能确保酸槽的最大生产力，详述于后：不只是酸的浓度会影响酸洗槽的效果，铁离子的含量也有影响。为了获得最佳的酸洗效率，酸洗液中必须含有一定数量的铁离子。图一、盐酸优化酸洗曲线图由上图一我们可以得知，盐酸浓度愈低、铁离子容许含量愈高，当然此时酸洗速度亦愈趋缓慢。事实上，酸洗时间基本上是取决于盐酸/铁离子的浓度以及酸洗液的温度。优化酸洗发生在盐酸浓度和吸出铁离子平衡时，蓝色中间曲线曲线可以看出如何从酸浓渡250g/L维持最佳酸洗之相关参数。不过整体而言酸洗速率随盐酸浓度降低而降低。5举例：浓度100g/L的HC1，一开始溶液中需要50g/L铁离子，而达饱和点则含有152g/L的铁离子。浓度150g/L的HC1溶液，则一开始需要25g/L的铁离子，饱和点则为110g/L的铁离子。所以当酸洗槽因为铁离子含量饱和，而失去酸洗作用时可以用水稀释来恢复酸洗功能，虽然HC1浓度降低，但仍能发挥酸洗功能，只是速率较慢。若添加新酸到铁含量己饱和的酸洗液中，将使新酸落在饱和点之上，仍无法再进行酸洗。1.6测量HC1浓度及铁离子含量FREEACID(自由酸)-HCl浓度从酸槽取样并过滤25mL到量筒（使用WhatmanNo.41过滤纸），将过滤的HCl倒入250mL量筒，然后注入干净的水直到满。量取25mL新溶液注入圆锥烧杯，加几滴甲基橙指示剂颜色将变红，滴定0.5N碳酸纳Na2CO3滴定至黄色终点。记录作为T的mLs(毫升数)，酸的强度为Tx7.3=gHCl/L铁离子滴定从酸槽取样并过滤25mL注入圆锥烧杯，加30滴浓度10%硫酸滴足0.1N过锰酸钾KMnO4，直到溶液变为粉红色，持续15秒记录当作T的mLs，铁离子含量=Tx0.11%。由滴定所得铁离子含量%和所附图二形所示g/L是相似的，而且我们使用BigBuchketChemistry监视溶液中%数字，代替g/L是可接受的。铁离子滴定的变量应该使用一个常数，有了常数可让你以HC1浓度及S.G比重为基本，计算铁离子的含量。但无论如何，只有在溶液不曾用来退酸或含有锌才适用。6图二、盐酸浓度比重与铁离子含量对照表7第二章、抑制剂酸洗的目的是清除铁锈，而不是侵蚀钢件；因此过度酸洗将导致钢件表面粗糙，造成镀锌效果不佳。抑制剂的两项作用：1.防止侵蚀干净的金属表面，减少酸液中铁的含量。2.为延长酸洗槽的寿命。在酸液中加入少量的抑制剂，抑制作用将有效防止洁净钢件受侵蚀，且不会影响铁锈的去除效率。因此当大部份难去除的铁锈移除之前，已除锈的部份也能免除酸液进一步的侵蚀。由于在酸洗槽中加入抑制剂，而得到的光滑钢件表面，同时也会有较好的镀锌表面；且锌附着量较少，此外也减低铁在酸液的累积，使酸洗液能使用更久。虽然我们只提供盐酸用的AD11抑制剂，但硫酸抑制剂亦可在市场上取得。8第三章酸洗与水洗以HCl酸洗后的钢件，再以清水清洗，理想上要洗两次。无论如何，实际上只有一次，有时连一次都没有。清洗包括一些目的：1.减低过量的HCl被带入助熔剂。2.减低过量的铁被带入助熔剂。酸过量将有下列影响：过量的酸带入助熔剂将导致PH降低，这个转变将使在助熔剂处理时，增加铁离子分解到助熔剂，铁离子的增加虽不会减低助熔剂效用，但将增加镀锌槽锌渣的产量。记住锌渣包含5%的铁和95%的锌，一般镀锌业者并无法回收再生。铁过量将有下列影响：过量的铁带入助熔剂的影响和HC1相似，将增加锌灰的产生。无论如何，另外一个影响须视铁氧化的状态而定。水洗水的PH将因为过量的HCl带入而小于1，一些业者加入苛性钠或性氨水来调整PH到7。前述方法是为了保持助熔剂的PH值，然而如果提高PH值，将使二价铁Fe2+氧化成三价铁Fe3+。如此原FeCl2氯化亚铁转换成Fe(OH)3氢氧化铁，此乃锌灰产生的来源，因为氢氧化铁在干躁阶段无法完全被烘干。一般干躁温度控制在110~120℃，就是温度达150℃，包围在氢氧化铁盐之水，亦无法完全被去除，所以这些残留的水将被带入锌槽与熔融锌液反应产生锌灰。注意锌灰最初是由15%氧化锌和85%金属锌组成，，若超过上述温度残留之水和助熔剂层中之结晶水，皆会被去除而导致助熔剂失效，因为助熔剂层之结晶水是用来形成Hydroxy酸用的(请看后面助熔剂章节描述)。因此，酸洗后之水洗槽不建议来作PH值之调整。附注：大部份镀锌业者，用含有铁离子的酸洗后之水洗水作新酸混合液，因为在前面酸洗章节中已经说明过，一定的铁离子含量对于盐酸溶液达到最佳酸洗速率是必备的。所以酸洗水洗水中之铁离子即被用来作新酸之混合，以建立初次之铁离子基本浓度。（新盐酸从32%被混合至14~16%w/w浓度）假如：镀锌业者坚持水洗水PH值要调整为7，那么建议添加氨水而不建议加苛性钠，因为如此会降低助熔剂的