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镀锌钢桶的焊缝处理和锌层保护

徐国兴

　　我们生产的镀锌桶分为热镀锌桶(有的桶厂称为前镀锌桶或原锌桶)和电镀锌桶(有的桶厂称为后镀锌桶) 。　

　　锌容易和酸反应，也能与碱反应，故称它为两性金属。众所周知，锌在大气腐蚀条件 下锌层表面会反应生成ZnO、Zn(OH)2及碱式碳酸锌，一定程度上减缓锌的继续腐蚀，这层反应物受到破坏又会形成新的反应物。当锌层破坏严重，危及到 铁基体时，锌对基体产生电化学反应。锌的标准电位为-0.76V，铁的标准电位为-0.44V，这样锌与铁就形成了微电池,锌作为阳极就会被逐渐溶解，而 铁作为阴极受到了保护。这就是镀锌层对钢材的保护作用。

　　锌在干燥的空气中几乎不发生变化。在含二氧化硫、硫化氢气体的环境下以及海洋性 气候中，锌的耐蚀性较差，尤其在高温高湿和含有有机酸的环境中，镀锌层极易被腐蚀。最明显的例子,我们生产的电镀锌钢桶的锌表面在潮湿的环境常常会被氧 化,生成碱式碳酸锌(也称白锈),甚至产生铁锈斑。所以,不管是热镀锌还是电镀锌都需要在锌层的表面进行防腐处理。 　

　　热镀锌也称热浸镀锌，是钢铁构件浸入熔融的锌液中获得锌金属覆盖层的一种方法。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，已经有一百七十多年的历史了。尤其是近三十多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。

　　热镀锌覆盖能力好，镀层致密，没有有机物夹杂。当铁工件浸入高温熔融的锌液时， 首先在界面上形成锌与α铁(体心)的固熔体,当锌在固熔体中达到饱和后，锌铁两种元素原子相互扩散，扩散到(或叫渗入)铁基体中的锌原子在基体晶格中迁 移，逐渐与铁形成合金。而电镀锌层因为是由游离的锌微粒沉积而成的,锌层相对比较松散,更形成不了这种合金, 所以电镀锌层的质量要差于热镀锌。

　　为了加强锌层的抗腐性能,钢厂在生产热镀锌钢板时在镀锌层的表面进行了钝化处理、染色和涂覆油膜(就是所谓的镀后处理)，显著提高了它的防腐性和装饰性。

　　热镀锌板由于涂镀工艺中处理方式不同，表面状态也不同，如普通锌花、细锌花、平整锌花、无锌花以及磷化处理的表面等。
不管是热镀锌还是电镀锌,镀锌量是表示镀锌板锌层厚度的一个普遍采用的有效方法。当然,镀锌量越大,它的防腐性能就相对越好。镀锌量的单位为g/ｍ２,日 本、美国及德国标准对镀锌钢板镀锌量的规定详见表。我国的标准也是参考这些指标制定的。

　　镀锌薄钢板指标 （单位：g/ｍ２）

　　我们生产的热镀锌桶是由镀锌板材做的,桶身的焊接是需要磨边的,这就存在一个无锌的焊缝处理问题。

　　其实这个问题早在热镀锌桶问世时,在上海化工制桶厂已经得到了解决,那就是喷砂除去氧化层后的熔融喷锌。现在也有专门生产喷砂和熔融喷锌设备的厂家。但是喷砂时的尘土飞扬和喷锌时的污染,让好多桶厂望而却步。

　　那么,有没有一种更好的方法呢。有三种方法已经有厂家试用,而且效果还不错,不过工艺方法还有待改进。

　　第一,聚乙烯粉末法。

　　聚乙烯（PE）是通用合成树脂中产量最大的品种，主要包括低密度聚乙烯 （LDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）及一些具有特殊性能的产品。聚乙烯为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无 毒，具有优越的介电性能。常温下不溶于任何已知溶剂。 聚乙烯有优异的化学稳定性，室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质。分子量300万-600万超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)甚至可以用来做防弹衣。

　　聚乙烯的熔点随着密度的增高而增高，范围在120～136℃之间。当钢桶桶身从 缝焊机下来后,稍稍风冷片刻,就将聚乙烯粉末喷撒在焊缝处,然后用钢丝刷刷去在焊缝外面多余的粉末,再用火焰枪来回熨整一下聚乙烯粉末带就行了。不过这里 要注意两点,第一是喷好粉末后要等桶身凉了以后才能进入翻边,涨筋和波纹等后道工序,不然容易将聚乙烯粘下来;第二,最好选用高密度聚乙烯粉末,因为低密 度聚乙烯相对来说比较硬脆。

　　当然,可以用作焊缝涂覆的粉末很多,比如：乙烯-丙烯共聚物、EVA、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-其它烯烃（如辛烯POE、环烯烃）的共聚物、乙烯-不饱和酯共聚物（EAA、 EMAA 、EEA、EMA、EMMA、EMAH）、环氧、聚酯等。

　　第二,塑料薄膜法

　　塑料薄膜的种类繁多,可作为钢桶焊缝热熔覆盖的,最好是聚乙烯薄膜,因为它的性能上面已经作了介绍。另外也可以用聚酯薄膜、尼龙薄膜、聚氯乙烯薄膜等。

　　塑料薄膜热熔覆盖的方法,就是将薄膜剪裁成略宽于焊缝宽度的长条,在钢桶桶身于 焊机下来稍稍风冷后,将薄膜条覆盖上去,然后用火焰枪再熨整一下就可。当然,如同粉末方法一样,要等桶身凉了以后才能进入下到工序。不过这里要注意塑料薄 膜不能很薄也不能太窄,因为塑料遇热易变形收缩,太薄太窄了可能遇热收缩后造成焊缝覆盖露点和露边。

　　第三,热熔胶法

　　遇热熔融,冷了又成为固态,这就是热熔胶的特性。不同牌号的热熔胶,它的热熔温度也不同,热镀锌桶焊缝用热熔胶涂覆就是应用它的这种特性。

　　热熔胶的主要成分是EVA树脂,再添加石蜡、松香和其他助剂合成。EVA树脂即 乙烯-醋酸乙烯共聚物，一般来说，EVA树脂的性能主要取决于分子链上醋酸乙烯的含量。一般EVA树脂中醋酸乙烯（VA）含量在5%～40%。与聚乙烯相 比，EVA由于在分子链中引入了醋酸乙烯单体，从而降低了高结晶度，提高了柔韧性、抗冲击性、填料相溶性和热密封性能。EVA树脂无毒，具有柔软性、强韧 性、弹性和透明性，抗老化、耐化学性、抗臭氧性优越,而且在低温下仍保持其柔软性、良好加工性和热封性，因此具有广泛的用途。

　　我们使用时,需在桶身从焊机下来后冷却至200℃左右进行,这时,只需将热熔胶棒往焊缝上来回抹两下,就会在焊缝处形成一层胶膜,而且趁热还可以对此胶膜进行修整。当然,和前面两种方法一样,要等焊缝冷却后才能进入下一道工序,不然,也会被粘掉的。

　　还有另一种最方便易行的方法,就是在焊缝处刷涂双组分自干型的891涂料,这在下文中再详细介绍。

　　电镀锌是在盛有镀锌液的镀槽中，将经过预处理的待镀件(如我们的钢桶)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(如我们的钢桶)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，则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到镀层的质量，所以需要 适时进行控制。

　　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，在生产中曾被长期采用。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,但是镀锌质量却达不到氰化物镀液那样好。

　　所以我们的电镀锌钢桶的镀锌层一方面没有热镀锌钢板那样的钝化、染色和涂覆油膜 的后处理,另一方面与热镀锌相比锌层结构较为松散,又逐渐完全采用了无氰镀液镀锌,所以在潮湿或腐蚀性环境中就更容易氧化和被腐蚀。那么怎样才能让电镀锌 桶的镀锌层达到或接近热镀锌钢桶的美观和抗腐蚀性能呢,通常的办法就是在电镀锌钢桶的表层涂以891电镀锌抗腐涂料。

　　891电镀锌抗腐涂料是在综合环氧涂料、PVF涂料、纯酚醛涂料、聚氨酯涂料、聚酯涂料、氨基醇酸涂料的防腐优势基础上,根据钢桶制造及使用特点研制而成的钢桶专用涂料。专利号是ZL 01 2 45930 . 5,这是国内钢桶专用涂料方面绝无仅有的专利产品。

　　891电镀锌抗腐涂料是双组分的常温固化型涂料,它的成膜是通过涂料中两个组分 的加成交联反应实现的,反应可在常温下进行,也可在低温烘烤下进行。这种反应是直接的加成反应,反应过程没有副产物释放,收缩性很小。所以,使得涂料具有 优异的致密性,这种致密的网状结构涂膜具有优良的耐腐性能。

　　在电镀锌钢桶的外表涂上很薄的一层透明891电镀锌抗腐涂料后,不但电镀锌钢桶 的整体防氧化、防腐性能得到大大增强,而且它的外观也显得晶亮华丽,涂后干得又很快,所以在很多桶厂得到了大量应用。由于只需涂很薄一层,单耗很低,据说 有几个桶厂用羊毛排笔手工涂刷,一公斤的891涂料居然可以涂到二十来个200升电镀锌钢桶,这样,合下来的成本只有每个钢桶一元钱左右。

　　除了用于电镀锌钢桶的外涂外,有很多桶厂将891涂料用于开口钢桶的内涂,使得钢桶内部既亮丽光滑卫生(用洁白的餐巾纸搽也丝毫搽不出半点赃物),又防腐防锈,这样的钢桶就是在潮湿和腐蚀环境下放置数年也不会生锈。

　　有的桶厂在已经油漆好的钢桶外漆表面再喷上一层891涂料,这样既增加了外漆的光亮度,又大大增强了外漆的抗腐性能,使得这种钢桶在腐蚀性气体环境中,以及钢桶在灌装腐蚀性化工液体而被其溅到钢桶油漆表面时,钢桶表面的油漆仍然完好如初。

　　还有的桶厂将铝银浆掺入891涂料,搅匀后喷涂在热镀锌桶的焊缝上,据说效果也很好,颜色和视觉也和热镀锌层差不多。不过铝银浆需要事先在环己酮中稀释,然后才能掺入891涂料中。这里要注意的是:是铝银浆(是呈浆状的),而不是铝粉。

　　由于891电镀锌抗腐涂料不烘烤也能固化,因此对于一些没有烘烤设备的制桶厂将其作为内涂钢桶涂料也尤为适合。对于己有烘烤设备的单位,也可节约能源,降低成本。

　　891电镀锌抗腐涂料使用时需将两个组分按1: 1的比例混合并充分搅匀,放置10分钟后才可使用(以使得在搅拌时产生的气泡跑掉)。这种涂料涂于钢桶内表面后在充分接触氧气的情况下,在常温(25℃) 时10分钟表干,半小时即指干,温度越高固化越快,但当温度低于10℃时固化时间就大大延长了。所以很多桶厂在钢桶内涂891涂料后用180℃~220℃ 烘烤15分钟的条件使其固化,据说效果很好。没有烘烤设备的单位若内涂X-891涂料用于闭口钢桶的话,最好根据气温情况隔几天后再封底盖,以便让其在充 分接触氧的情况下完全固化。