機械鍍新鍍層工藝研究及其耐蝕性探討

徐坤　趙銳鋒

【摘要】露在外的鋼材表面受外界環(huán)境的影響極易產(chǎn)生銹蝕，進而嚴(yán)重影響其使用性能甚至造成結(jié)構(gòu)的破壞。為了避免外露剛才的表面銹蝕，上世界八十年代機械鍍鋅的出現(xiàn)徹底改善了鋼材外露銹蝕的現(xiàn)象。機械鍍最早是在美國發(fā)展起來的，并慢慢的在工業(yè)生產(chǎn)中用于表面處理的一道工序。機械鍍作為一種新型的鍍覆工藝，替代了以往傳統(tǒng)的鍍鋅工藝、電鍍和熱鍍。機械鍍是在在常溫常壓下利用物質(zhì)之間的化學(xué)吸附和沉積以及機械碰撞產(chǎn)生的機械能將金屬粉末鑲鍍到工件表面而完成鍍覆的。整個工藝過程不需要冶煉加熱，不需要電解結(jié)晶所需電場，只要在正常的溫度壓力下即可完成，所使用的原材料更是綠色無污染，又響應(yīng)了國家綠色環(huán)保的號召，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的綠色環(huán)保無污染。

【關(guān)鍵詞】機械鍍；合金鍍層；耐蝕性；工藝；研究

引言

近年國家對環(huán)保要求的一度熱議，全民的環(huán)保意識的增強。環(huán)保也被各個行業(yè)列為首要考慮因素，機械鍍作為一種環(huán)保的生產(chǎn)工藝成為了鍍覆行業(yè)的熱門工藝，工藝掌握好后人們又研究并發(fā)現(xiàn)了新型的鍍層，比傳統(tǒng)的Zn鍍層強度和耐蝕性更強，本文就從機械鍍介紹，引入鋅錳合金，鋅鎳合金和鋅銅合金并做一一介紹。新鍍層的耐蝕性試驗論證了新鍍層的穩(wěn)定性和耐蝕性、高強性。

1、機械鍍工藝概況

1.1 機械鍍工藝原理及過程。目前為止機械鍍的發(fā)展已經(jīng)歷了五十余年，機械鍍的工藝大致分為干法機械鍍和濕法機械鍍兩種。

干法機械鍍是用專業(yè)設(shè)備將所鍍的金屬粉末噴灑在金屬工件上，利用的是物理撞擊產(chǎn)生的機械能在撞擊的瞬間轉(zhuǎn)化為粉末的結(jié)合能量使金屬粉鑲鍍在工件表面。但僅憑物理撞擊產(chǎn)生的機械能很難把握金屬粉的鍍覆厚度和均勻度，在大批量的生產(chǎn)中受限，我國沒有廣泛應(yīng)用。

濕法機械鍍相對于干法機械鍍來講，得到了廣泛應(yīng)用。濕法機械鍍是典型的鍍鋅工藝，它是將鍍覆前處理好的工件放入可以機械轉(zhuǎn)動的滾筒內(nèi)，加入水和玻璃丸。滾筒的機械轉(zhuǎn)動形成一個帶有機械碰撞和搓捻作用的流態(tài)環(huán)境，我們根據(jù)所要求的鍍層厚度加入適量的鋅粉和化學(xué)藥劑，工件和鋅粉在機械能和化學(xué)能的雙重作用下完成鍍鋅操作。

1.2 機械鍍工藝在國內(nèi)外的應(yīng)用。機械鍍在國內(nèi)外目前已經(jīng)應(yīng)用到了許多領(lǐng)域，比如，建筑行業(yè)、機械制造業(yè)、汽車制造業(yè)、農(nóng)業(yè)和小五金、甚至軍事行業(yè)也都有廣泛應(yīng)用。國外的機械鍍工藝發(fā)展較早且應(yīng)用成熟。如航空和汽車制造業(yè)所用的高強鋼鐵構(gòu)件上用的最廣泛的還是鍍鋅。伴隨著機械鍍工藝和技術(shù)的發(fā)展，國家制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范機械鍍行業(yè)。

2、機械鍍新鍍層的研究

隨著現(xiàn)代化工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對于金屬材料表面保護性要求也越來越嚴(yán)格，僅憑借著鍍鋅層這種單一組分來保護在耐磨性和耐蝕性上顯然已經(jīng)不能滿足要求。在傳統(tǒng)鍍鋅工藝的基礎(chǔ)上進行了新型的鍍覆合金的研究開發(fā)，終于成功的研究出新型的鍍覆合金材料。鋅-錳合金、鋅-鎳合金及鋅銅合金等新型材料。其超高的耐磨性和耐蝕性在機械鍍行業(yè)開創(chuàng)了先河。為我國的機械鍍行業(yè)創(chuàng)造了更高的價值。

2.1 機械鍍鋅-錳合金工藝。在汽車制造和航空業(yè)中，金屬鎂和金屬鋁的使用量相對較多，對于其緊固件的鍍層要求更加嚴(yán)格，要求耐磨性和耐蝕性要好，傳統(tǒng)的鍍鋅工藝顯然不能更好地滿足要求，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)鋅-錳合金極大的提高了耐磨性和耐蝕性，鋅-錳合金的鍍層通過電沉積來產(chǎn)生，但電流密度要求很高，這無形中會增加成本，雖然耐蝕性和耐磨性有了很大的提高但在實際應(yīng)用中還沒有廣發(fā)開來。

2.2 機械鍍鋅-鎳合金工藝。在傳統(tǒng)的電鍍和熱浸鍍工藝中，人們?yōu)榱颂岣咤儗拥牧炼群湍臀g性通常會加入一定量的鎘或者是鉛等重金屬，我們大家都知道鎘或鉛對我們的環(huán)境是極具污染性的，而且一旦污染那都是長期污染的。所以人們迫切的想找到一種金屬可以代替鎘或者鉛，經(jīng)過大量的試驗研究人們發(fā)現(xiàn)了金屬鎳可以替代鎘或者鉛而使鍍層具有抗腐蝕性能。鎳可以使晶粒細(xì)化，提高抗腐蝕性能，可以應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域。但這一研究還要進行大量的論證和實踐。

2.3 機械鍍銅及其合金工藝。隨著我國國民生產(chǎn)總值的提高，銅合金在我國的硬幣生產(chǎn)制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。銅及其合金有著良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕等特性而被人類廣泛應(yīng)用。銅及其合金還因其良好的裝飾性被人們廣泛應(yīng)用到建筑物結(jié)構(gòu)的裝飾裝修領(lǐng)域，因此近年來人們一直研究鍍銅來裝飾金屬工件。目前使用最多的就是電鍍銅和化學(xué)鍍銅，但這兩者都有嚴(yán)重的污染，所以人們一直在研究和尋找一種新的鍍層。

3、耐蝕機理研究

鋅-錳合金、鋅-鎳合金、銅及其合金通過中性鹽霧試驗、全浸試驗和電化學(xué)試驗來考驗鍍層的耐蝕性能。

3.1 中性鹽霧試驗。中性鹽霧試驗是通過人工對海洋大氣環(huán)境的模擬，將試樣在該環(huán)境下放置并產(chǎn)生腐蝕，通過矢量的計算各個合金鍍層的腐蝕速率。來定性的分析各個不同鍍層在海洋大氣環(huán)境下的腐蝕性。結(jié)果表明，在中性鹽霧試驗條件下，鋅-錳合金、鋅-鎳合金的腐蝕速率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單純的鋅鍍層的腐蝕速率；鋅-錳合金鍍層、鋅-鎳合金鍍層都分別隨著錳和鎳的含量的增加耐蝕性也增加。

3.2 全浸試驗。全浸試驗就是人工模擬海水的環(huán)境，將試樣完全浸入模擬的海水環(huán)境中，通過矢量計算，以定性的觀察和分析不同的鍍層在海水環(huán)境中的腐蝕速率和耐蝕性。試驗結(jié)果同中性鹽霧試驗相同。

3.3 電化學(xué)試驗。通過測量電極電位和電流密度來定性的分析各合金鍍層的腐蝕速率和耐腐蝕性。結(jié)果表明，鋅-錳合金中加入少量的鋁的耐腐蝕性能提高，鋅-鎳合金的耐腐蝕性隨著鎳的加入量的提高，耐腐蝕性增強。而在銅-鋅合金鍍層中加入少量的鋁電流密度降低，耐腐蝕性能提高。

4、結(jié)束語

隨著國家經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，機械鍍行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛，由于我國機械鍍行業(yè)發(fā)展起步較國外晚，在許多方面還需要很深層次的研究和實踐。

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