热浸镀锌之历史
镀锌(Galvanizing)之字源
(1)以热浸方式将锌镀在钢品表面以便防蚀之方式吾人称为"镀锌(Galvanizing)",或称为"热浸镀锌(Hot-dip Galvanizing)"。"Galvanizing"一字起源于意大利科学家Luigi Galvani(公元1737-1798年)之姓氏。Galvani于1791年发觉以两只脚别离用铁与铜制成之夹子,夹住一块已死去的青蛙腿时,青蛙腿会抽动。Galvani误以为系青蛙腿本身存有电流使之抽动。 (2)过了几年,另一名意大利科学家,Alessando Volta(1745-1827)说明青蛙腿系一导体,并指出Galvani发觉了另一个新的可产生电(流)的方式,即以不同的金属相接或直放于酸液槽内,那么其中一金属会得一正电压,而另一个得一负电压(行线槽即电位差)。如再以一条电线连接两金属那么可发觉电线有电流通过。Galvani与Volta系人类第一次发觉可产生稳固电流之科学家。从此很多科学家投入研究,而成为一门新的领域称为"电化学(Electrochemistry)"。如电池与电解均利用此原理制成。
(3)吾人为纪念Volta之发觉而将电压称为"Voltage",其单位那么称伏特(Volt)。另将不同金属之间因电位差(电化学)产生电的流动现象称为"Galvanic Action"用以纪念Luigi Galvani。将锌热浸镀在钢品表面而防钢品侵蚀之方式,即利用锌与铁(不同金属)之电位差,锌之电子流向铁而爱惜铁之方式称为Galvanizing,并专用为镀锌之称号。
镀锌方式之演进
(1)板片镀锌
1786年在英国发明以氯化铵(NH4C1)作为助镀剂(Flux)镀锌之方式。 1800年在德国将上述之方式工业化,尔后镀锌制程要紧在欧洲进展。
焊割气
1837年,切板之镀锌技术取得英国之专利。
1846年在镀锌槽出口侧装设一对辊轮以操纵镀锌量之方式开发成功。但尔后约一百年间镀锌制程并无多大改善。
(2)持续镀锌
制程偏振分束器
1931年波兰人Tardenz Sendzimir发觉一套足以改变镀锌工业之制程,其方式为:冷轧后之钢带先在氧化气氛中预热,以去除在板面上之轧延残油,但也会在板面上形成一层薄氧化铁。钢带再进入氢—氮之还原气氛中高温将氧化铁还原,而使钢带表面达到适合镀锌之状况。接着钢带必需冷却操纵以便在出炉时之温度适合镀锌。1936年美国Armco开钻
钢铁公司Butler工厂成功地工业化故称为Armco—Sendzimir法,并于1938年取得美国专利。此制程亦称为氧化性直燃式炉(Oxidizing Direct—Fired Furnace)。Sendzimir法之另一优势在于不用助镀剂(Flux)故可在镀槽中加入铝(Al)以抑制硬脆之锌铁合金层(Zn-Fe Alloy Layer)过度形成,可提高锌之附着性与成形性。但因须在高温下将钢带表面氧化层还原,故无法生产全硬板。 参考:助镀剂(Flux)
钢带表面必需清净才能促使锌与铁反映而得良好之镀层。助镀剂之目的即在于避免杂质与
铁锈之生成。最经常使用之助镀剂为氯化锌(ZnCl2)与氯化铵(NH4Cl)或二者混合利用。可分湿式(Wet Flux)与干式(Dry Flux)两种。
湿式助镀剂系直接浮在锌浴之上,除提供上述之功能外,更可与氧化锌(ZnO隐蔽式水箱,系锌浴表面融锌氧化形成之白粉物)反映形成以下化合物,浮在锌浴上方形成无害物质。
2ZnO+2(ZnCl2·NH4Cl)
→ZnCl2·ZnO+2ZnCl2·NH3+H2O↑
因湿式助镀剂浮在锌浴上故无法在锌槽中加铝(Al)以抑制锌铁合金之形成。此因铝比锌活泼,在锌槽中会与助镀剂作用产生低熔点之氯化铝(AlCl3)白烟消失。
2Al+3ZnCl2→3Zn+2AlCl3
2A1+6NH4C1→2AlCl3+6NH3+3H2茶油精
因此铝含量减少且破坏助镀剂而产生镀锌问题,故以湿式方式生产者,锌铁合金属较厚,成形性及附着性较差。
干式助镀剂那么在钢带进入镀锌时先浸入助镀剂溶液并烘干后再进入镀槽。干式方式可在锌槽中加入铝以抑制合金层之形成,附着性及成形性优良,适用于扣锁成形用(Lock Forming)与冲压用途(Drawing)。
b.其它持续镀法
自Sendzimir法开发成功后,很多公司即研究尝试开发新的方式,以下依年代加以说明。
1939年 Sharon公司以气体盐酸去除板面残油。
1944年 美国Selas 公司开发无退火炉之直燃式炉、以生产全硬锌板为主,不需助镀剂。加热及还原之温度均较Sendzimir法低,故较经济。
1948年 美国钢铁公司(U.S.Steel)采纳电解清洗之方式去除钢带表面之残油,再进入退火炉之方式。退火炉之制程与Semdzimir法大同小异。
1953年 美国Wheeling钢铁公司发明以干式助镀剂镀锌之方式。钢带浸入氯化锌与氯化铵
之溶液,调整助镀剂厚度后加热烘干再进入镀槽。可在锌槽中加铝抑制合金层之生成。此镀锌机组并无退火炉,能够全硬板、经退火调质之钢带或热轧酸洗钢带投入镀锌。亦称Cook—Noteman法以两位发明者命名。
1956年 EFCO公司开发非氧化直燃式炉(Non一oxidizing Direct—fired Furnace)成功,除以非氧化性气氛取代Sendzimir法之氧化性气氛外,亦因钢带被氧化之程度轻微,故后续还原之温度较低,可生产全硬板。不用助镀剂,且建厂与操作本钱较低,目前已成为世界镀锌设备之主流,称为NOF法。
c.镀锌机组之比较
依制程处置方式之不同可分成7类,如表所示
d.相关设备
除以上由板片镀锌法进展至目前之NOF法,其它相关设备亦有
相当之进展,如镀锌量操纵由辊轮改成气刷(Gas Wiper)或称气刀(Gas Knife),加上缝焊机(Seam Welder)、机组上调质机与整平机之装设,操作技术与新设备之开发使高速、大型、且省能源之镀锌产机组陆续进展中。