专利名称：电炉锌粉机械镀锌工艺的制作方法
电炉锌粉机械镀锌工艺属于表面镀层技术领域。
传统的铁金属表面镀锌工艺为热浸镀和电镀。热浸镀工艺镀层较厚、耐腐蚀性好，但需460℃以上的高温、能耗、锌耗较大，一般每镀一吨工件耗锌80～120公斤。其中在工件上形成镀层的锌只占总锌耗量的30～50%，其余的锌因为氧化或与加热容器反应形成锌灰和锌渣。此外热浸镀工艺不适于镀带螺纹的工件。而且工件被镀时也被锌液加热到460℃以上，处于钢铁的回火脆性产生区、对钢材产生了不良影响。
电镀工艺生产的镀锌件外观较好，但镀层厚度一般为10～20微米，只适用于装饰性表面涂镀。
机械镀锌工艺为近年来应用于工业中的新工艺，其是采用活化剂、金属锌粉、冲击介质和水混合成浆料、工件与上述浆料在机械滚筒中滚动形成镀层。由于回转力的作用，锌粒在碰撞作用下结合到工作表面上形成镀锌层，镀锌层是由无数呈扁平状的锌颗镶嵌而成，类似一种均匀的结晶组织，与铁基的附着性很好，镀层的均匀性超过热浸镀锌工艺，同样厚度的锌层锌耗量仅为热浸镀的30～40%。
机械镀的初期工作在美国专利U、S、A Pat2640001;2640002中都有记载，以后在U、S、A Pat NO 3460977中讨论了机械镀采用的化学活化剂，NO3328197中提出了以一定速度溶解的块状或棒状的化学活化剂，其主要是采用柠檬酸。U·S·A Pat NO 3268356中提出了化学活化剂和金属粉以递增的方式连续加入，以改善镀层的密度和均匀性。
英国专利GBNO104160提出了采用高纯度锌粉，其中铅和砷含量不超过0.2%，并采用直径为0.4～0.8毫米的钢丸为冲击介质。
日本专利Laid-Optn Patent 12405/72中提出采用高纯度锌粉，用有机粘结剂粘接到工件上形成涂层。
现行的机械镀锌工艺是将工件、冲击介质和水加入滚筒、根据工件的锈蚀程度加入少量酸液在滚动中清洗工件表面;加入硫酸铜在工件上沉积出一个铜层作为基底;加入活化剂，同时逐次加入锌粉;加完料后滚动20～40分钟即可获得要求的镀层。工件镀毕由滚筒中倒出，分离工件和冲击介质，工件经冲洗、干燥后装箱、冲击介质清洗后反复使用。该现行工艺采用的主要原料为纯金属锌粉，由于其粒度极不均匀(一般为80～100目)，锌粒在滚动过程中活化的程度不同，运动的轨迹不同，造成镀层的不均匀、影响锌层的致密性和耐腐蚀性，使其在实际生产中的运用受到了限制。
现行的机械镀锌工艺，世界各国都应用于零散小件的表面镀锌，如螺钉、紧固件、铁钉可锻铸铁管件和线路全具等，工件的长度不超过10～12英吋、单件重量不宜超过1至2磅，目前比较通用的机械镀设备主机是一个内衬橡胶或塑料的多棱形滚筒，滚筒的工作位置一般与水平面呈20～30°角。
本发明的目的在于采用电炉锌粉、控制均匀的粒度，配以一定量的化学活化剂、平整剂以促进锌粉在工件上沉积的孕育剂所组成的浆液，在一特制的设备中完成镀锌过程。
本发明提出的机械镀锌工艺具有以下的特点1.采用电炉锌粉作为机械镀锌的原料锌粉，为此设计了专用的活化和镀锌工艺。
2.采用专门设计的钢管机械镀锌机(为本申请人提出的，专利申请号为89202514·x的钢管机械镀锌机)。可以实现6-8米的钢管外表面镀锌。
3.采用现行的多棱柱形机械镀锌机，可以对螺钉、水暖管件等零散小件进行镀锌。
本发明涉及的机械镀锌工艺简称V-1型工艺，采用的电炉锌粉的技术指标如下粒度250～300目，全锌量88～95%，金属锌量85～90%，镉0.1～1.5%，铝0.5～2%，铜0.1～1%，铅1～3%，铁0.02～0.1%，砷0.01～0.02%。这种锌粉的生产过程为把精选后的锌矿石直接用电炉熔化，将锌液在还原性气氛中用高压风机吹制成粉。该锌粉中含有的合金元素镉、铜、铝、铅都是柔韧性金属，可以和锌良好的镶嵌结合，在一定程度上可以改善镀层的外观、铁的含量很少不会对镀层造成危害，相反能增加镀层的硬度。该锌粉经筛分，并加入防止自然氧化、钝化的保持剂，就可以作为本机械镀锌工艺的专用锌粉。
本工艺过程须满足以下的工艺原理首先被镀工件的表面必须裸露出铁基体，裸露出的铁基应具有一定的活度，以利于吸引铜、锌离子向铁基移动和沉积，这一过程可以称为清洗，清洗过程不同于传统的电镀和热浸镀工艺需要设立专门的酸洗车间，而是在本工艺的镀锌主机滚筒中进行。工件处于翻动状态，表面受到冲击介质的冲击和滚磨，工件上的附着物被撞击开裂，有利于清洗剂的浸入，脱离工件的污物易混到浆液中乳化。采用这种方法、清洗的速度快、效果好、清洗剂用量少。清洗后的工件，表面裸露出铁基，为了使以后大量的锌粉沉积并被撞击成层，可以在浆液中加入硫酸铜溶液，在工件表面上形成一个1微米左右的铜层，便于锌沉积，硫酸铜溶液的加入量视被镀工件的表面积而定，一般为30～150毫升/平方米。零件上建立铜基后就可以进行锌的沉积和碰撞成层的过程、该过程存在化学和物理两个方面的作用。
化学过程是一个调整浆液环境的过程，浆液应起到以下的效果1.保护已清理后工件的表面不再被氧化，并有良好的浸润性。
2.使锌和其他合金元素颗粒表面的氧化和钝化膜去除。
3.经活化后的锌粉颗粒，应保持分散悬浮状态，有较好的扩散能力。
V-1型工艺中采用盐酸和硫酸稀释后以建立上述化学环境，在续后的过程中、强酸作为一种保持剂适量加入，在浆液中加入数种盐类以形成一种连续稳定同时具有上述功效的溶液，并使PH保持在1～4，实践证明这个PH值是与锌粉的使用效率，加入量和形成镀层的效率有极大的关系，采用的盐类为氯化锌、氯化铵、氯化钠、硫酸锌、硫酸钠、硫酸铵以及磷酸盐等组成。
锌粉在浆液中的分散由分散活化剂A完成，分散活化剂A的制备按如下方法1.在1000毫升三口烧瓶中先加入350毫升水，搅拌下依次加入3.5克聚乙烯醇，8克十二醇硫酸钠和0.8克碳酸氢钠并在水浴下加热到65℃，直到加入物料全部溶解后，加入混合料(90克顺丁烯二酸二丁酯、邻苯二甲酸二丁酯10克)的50%待搅拌几分钟后再加入1.5克过硫酸铵水溶液，升温至70～72℃，恒温下于6小时均匀加入剩余混合料最后再加0.5过硫酸铵水溶液，继续搅拌2小时后，取下倾出，冷却待用。
2.取一定量碳数等于或大于18的硬酯酸溶于适量水中，在水浴上加热至70℃，同时不断搅拌，直至全部溶完后，将等当量的氢氧化钠分为数批加入，然后再恒温30分钟，最后添加适量甘油和聚乙烯醇，搅匀后，取下冷却待用。
在第二种液体中，添加15%的第一种液体、混匀，即得所需分散活化剂。
为保证镀锌层的均匀和外观平整，可以在浆液中加入少量的平整剂，V-1工艺中可采用胶朊和聚醋酸乙烯、聚氧乙烯二醇等。
V-1工艺与现有工艺不同的是形成锌层的时间明显缩短，而且镀锌层的厚度不仅与加入的锌粉量有关，也与时间有关，可以根据要求的锌层厚度在预定的时间内形成镀层，获得这一效果的控制因素是采用了促进锌粉在工件上沉积并且形成松散的结晶团的孕育剂，孕育剂可以是超铟的氧化锌、氧化钛、氧化锑或者是氯化亚锡、硫酸亚锡、氯化铅、醋酸铅等。孕育剂的作用是促使锌粉在工件上快速沉积，构成类似结晶的结构，在介质的机械碰撞力作用下镶嵌强化形成牢固连续的锌层。
上述浆液在镀锌过程完成后，自然波动到PH5～6，经调整可以考虑作为生产微量元素化肥或复合化肥的基料。
机械镀工艺过程的物理作用主要表现在机械碰撞力和混合料液的流态运动二个方面，主要由设备的功能来实现。本工艺所用设备就是本申请人在申请号为89202514·x的申请文件中提出的镀锌机来完成。其可以对各类焊接钢管或形状类似于钢管的超长工件表面镀锌。由于镀锌层的厚度可以在10～80微米范围内调节，生产中只须根据产品的厚度要求控制加料量即可。本工艺如果与现行的多棱柱形机械镀锌机配合，可以对螺钉，水暖管件等零散小件进行镀锌。
本工艺的操作方法如下工件装入镀锌机内，加入冲击介质和水，冲击介质的量视工件的形状而定，一般为工件重量的0.8～1.5倍，冲击介质的粒度可用4-5毫米，3-4毫米，2-3毫米，1-2毫米，0.5-1毫米，0.2-0.5毫米等数种规格的混合组成。水的加入量以浸没工件和介质即可。料装入后开动机器步骤为1.清洗。2.建立铜基(需3～5分钟)。3.根据被镀工件的面积和欲镀的锌层厚度，按计算量把活化剂A、盐类和平整剂一次加入浆液中，滚动均匀即可。4.镀锌。均匀连续地或是逐次地加入锌粉和孕育剂，必要时加入少量硫酸以保持PH值在1-4转动10～20分钟，所需时间视厚度而定。5.镀层强化。均匀转动5～10分钟。6.出料。
实施例一、直径为1英吋的钢管，每根定长为6米，锈蚀程度一般、无油污、一次装料1吨，欲镀厚度60微米。
把钢量加入本发明所指的钢管机械镀锌机内，加入1吨玻璃丸粒度为4～5毫米、2～3毫米，1～2毫米各占三分之一，加入水使其浸没工件和冲击介质(丸粒)加入8000毫升盐酸，转动10分钟后换水，再加入3000毫升硫酸铜和1000毫升硫酸，转动3～5分钟，在管子上得到一个均匀的铜基层，随后加入315ml制备好的活化剂A，1890克氯化锌，1575克氯化铵，756克氯化钠，950毫升的聚醋酸乙烯，混合均匀后开始加入锌粉，在20分钟内加入20160克300目电炉锌粉，同时加入孕育剂氯化亚锡1134克和2500毫升硫酸，加料完毕后继续转动5～10分钟将钢管玻璃丸和浆液从机器滚筒中倒出，主机进入下一个周期，筛分机分离钢管和玻璃丸，浆液放入沉淀池待处理，钢管冲洗后干燥，送成品库，玻璃丸冲洗后装入料斗再次使用，工作周期35～50分钟，钢管外表面镀层厚度为56～62微米。
实施例二。
规格为φ10～50的螺栓，总重100公斤。用金属清洗剂或传统的烧碱、纯碱溶液洗净螺栓上机加工的油污，用清水漂洗后放入滚筒，加入100公斤玻璃丸，采用粒度为3～4毫米，2～3毫米，1～2毫米，0.5～1毫米，0.2～0.5毫米，混合比例1∶1∶1∶1∶1∶1。加入水使其浸没工件和玻璃丸，按计算加入工业纯盐酸750毫升，转动5～10分钟。换水后加400毫升硫酸铜溶液和200毫升硫酸，转动3～5分钟，在工件上得到一个均匀的铜层，随后加入450毫升制备好的活化剂A，270克氯化锌，225克氯化铵，106克氯化钠，16毫升胶朊溶液，混合均匀后开始加锌粉，在15分钟内加入1920克300目的电炉锌粉，同时加入孕育剂氯化铅162克和250～300毫升硫酸，加料完毕后继续转动5～10分钟。然后倾转滚筒将螺栓、玻璃丸、浆液倒入筛分机，主机回位进入下一周期，筛分机同时完成螺栓，玻璃丸的清洗、分离，浆液的分离排放，螺栓清洗后进入远红外干燥器干燥，玻璃丸入料斗回用，工作周期30～40分钟，镀层厚度28～34微米。
实施例三、规格20毫米可锻铸铁三通接头，总重100公斤，接头的螺牙经过加工、清洗装料方法同例二，要求镀锌层厚度60微米，清洗换水后加入硫酸铜溶液50毫米/平方米，转动10分钟，进入镀锌阶段，加入790毫升活化剂A，479克硫酸锌，390克硫酸铵，189克硫酸钠，20毫升聚醋酸乙烯溶液，混合均匀后开始加入锌粉，在20分钟内加入3360克300目锌粉，280克孕育剂硫酸亚锡和250～300毫升硫酸，加料完毕继续转动10分钟，按例二方式出料，得到的锌层厚度为55～65微米。
权利要求
1.一种电炉锌粉机械镀锌工艺，工件经过清洗去除污物，在工件上建立铜基后放入机械镀锌滚筒内，加入由锌粉，活化剂，平整剂、孕育剂所组成，浆液再加入冲击介质、转动滚筒，在常温下完成铸锌工艺，其特征在于(1)采用电炉锌粉作为原料锌粉其粒度250-300目，成份为全锌量88-95%，金属锌量85-90%，镉0.1-1.5%，铝0.2-2%，铜0.1-1%，铅1-3%，铁0.02-0.1%，砷0.01-0.02%，(2)浆液由分散活化剂，平整剂、孕育剂及一定量的强酸、盐类组成。控制PH值等于1-4，(3)可完成6-8米超长管件的镀锌。
2.如权利要求1所述的机械镀锌工艺其特征在于采用玻璃丸作为冲击介质，其加入量为工件重量的0.5至1.5倍。
3.如权利要求1、2所述的机械镀锌工艺，其特征在于分散活化剂A的制备按如下方法进行(1)在1000毫升三口烧瓶中先加入350毫升水，搅拌下依次加入3.5克聚乙烯醇，8克十二醇硫酸钠和0.8克碳酸氢钠，并在水浴下加热到65℃，直到加入物料全部溶解后，加入混合料(90克顺丁烯二酸二丁酯、邻苯二甲酸二丁酯10克)的50%待搅拌n分钟后再加入1.5克过硫酸铵水溶液，升温至70-72℃，恒温下于6小时均匀加入剩余混合料，最后再加0.5过硫酸铵水溶液，继续搅拌2小时，取下倾出冷却待用，(2)取一定量碳数等于或大于18的硬酯酸溶于适量水中，在水溶上加热至70℃，同时不断搅拌，直至全部溶完后，将等当量的氢氧化钠分为数批加入，然后再恒温30分钟，最后添加适量甘油和聚乙烯醇，搅匀后，取下冷却待用。(3)在第二种液体中添加15%的第一种液体混匀，即得所需分散活化剂。
4.如权利要求1、2、3所述的机械镀锌工艺其特征在于平整剂为胶朊，聚醋酸乙烯，十二烷基磺酸钠，聚氧乙烯乙二醇，聚乙二醇。
5.如权利要求1、2、3、4所述的机械镀锌工艺，其特征在于孕育剂是超细的氧化锌，氧化钛，氧化锑。
6.如权利要求1所述的机械镀锌工艺，其特征在于，清洗过程在主机滚筒中进行。
全文摘要
电炉锌粉机械镀锌工艺是采用280至300目的电炉锌粉为原料。并配以分散活化剂，平整剂、孕育剂等调制出一种利于锌粉沉积的浆液，对铁基金属工件进行机械镀锌。其可以对6～8米长的各类焊接钢管外表面镀锌；也可以对螺钉、管接头、线路金具等零散小件表面镀锌按照不同的配料、镀锌层厚可在10-80微米内调节、镀层外观光洁、均匀、性能良好。
文档编号C23C24/04GK1052512SQ8910936
公开日1991年6月26日 申请日期1989年12月13日 优先权日1989年12月13日
发明者何明奕, 周亚平, 徐勇, 角景明, 刘丽, 李胜长 申请人:昆明工学院