鍍鋅鋼桶的焊縫處理和鋅層保護

上海徐工涂料技術有限公司 徐國興

我們生產的鍍鋅桶分為熱鍍鋅桶(有的桶廠稱為前鍍鋅桶或原鋅桶)和電鍍鋅桶(有的桶廠稱為后鍍鋅桶) 。　

鋅容易和酸反應，也能與堿反應，故稱它為兩性金屬。眾所周知，鋅在大氣腐蝕條件下鋅層表面會反應生成ZnO、Zn(OH)2及堿式碳酸鋅，一定程度上減緩鋅的繼續腐蝕，這層反應物受到破壞又會形成新的反應物。當鋅層破壞嚴重，危及到鐵基體時，鋅對基體產生電化學反應。鋅的標準電位為-0.76V，鐵的標準電位為-0.44V，這樣鋅與鐵就形成了微電池,鋅作為陽極就會被逐漸溶解，而鐵作為陰極受到了保護。這就是鍍鋅層對鋼材的保護作用。

鋅在干燥的空氣中幾乎不發生變化。在含二氧化硫、硫化氫氣體的環境下以及海洋性氣候中，鋅的耐蝕性較差，尤其在高溫高濕和含有有機酸的環境中，鍍鋅層極易被腐蝕。最明顯的例子,我們生產的電鍍鋅鋼桶的鋅表面在潮濕的環境常常會被氧化,生成堿式碳酸鋅(也稱白銹),甚至產生鐵銹斑。所以,不管是熱鍍鋅還是電鍍鋅都需要在鋅層的表面進行防腐處理。 　

熱鍍鋅也稱熱浸鍍鋅，是鋼鐵構件浸入熔融的鋅液中獲得鋅金屬覆蓋層的一種方法。熱鍍鋅是由較古老的熱鍍方法發展而來的，自從1836年法國把熱鍍鋅應用于工業以來，已經有一百七十多年的歷史了。尤其是近三十多年來伴隨冷軋帶鋼的飛速發展而得到了大規模發展。

熱鍍鋅板的生產工序主要包括：原板準備→鍍前處理→熱浸鍍→鍍后處理→成品檢驗等。

熱鍍鋅覆蓋能力好，鍍層致密，沒有有機物夾雜。當鐵工件浸入高溫熔融的鋅液時，首先在界面上形成鋅與α鐵(體心)的固熔體,當鋅在固熔體中達到飽和后，鋅鐵兩種元素原子相互擴散，擴散到(或叫滲入)鐵基體中的鋅原子在基體晶格中遷移，逐漸與鐵形成合金。而電鍍鋅層因為是由游離的鋅微粒沉積而成的,鋅層相對比較松散,更形成不了這種合金, 所以電鍍鋅層的質量要差于熱鍍鋅。

為了加強鋅層的抗腐性能,鋼廠在生產熱鍍鋅鋼板時在鍍鋅層的表面進行了鈍化處理、染色和涂覆油膜(就是所謂的鍍后處理)，顯著提高了它的防腐性和裝飾性。

熱鍍鋅板由于涂鍍工藝中處理方式不同，表面狀態也不同，如普通鋅花、細鋅花、平整鋅花、無鋅花以及磷化處理的表面等。
不管是熱鍍鋅還是電鍍鋅,鍍鋅量是表示鍍鋅板鋅層厚度的一個普遍采用的有效方法。當然,鍍鋅量越大,它的防腐性能就相對越好。鍍鋅量的單位為g/ｍ２,日本、美國及德國標準對鍍鋅鋼板鍍鋅量的規定詳見表。我國的標準也是參考這些指標制定的。

鍍鋅薄鋼板指標 （單位：g/ｍ２）

　　我們生產的熱鍍鋅桶是由鍍鋅板材做的,桶身的焊接是需要磨邊的,這就存在一個無鋅的焊縫處理問題。

其實這個問題早在熱鍍鋅桶問世時,在上海化工制桶廠已經得到了解決,那就是噴砂除去氧化層后的熔融噴鋅。現在也有專門生產噴砂和熔融噴鋅設備的廠家。但是噴砂時的塵土飛揚和噴鋅時的污染,讓好多桶廠望而卻步。

那么,有沒有一種更好的方法呢。有三種方法已經有廠家試用,而且效果還不錯,不過工藝方法還有待改進。

第一,聚乙烯粉末法。

聚乙烯（PE）是通用合成樹脂中產量最大的品種，主要包括低密度聚乙烯（LDPE）、線型低密度聚乙烯（LLDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）及一些具有特殊性能的產品。聚乙烯為白色蠟狀半透明材料，柔而韌，比水輕，無毒，具有優越的介電性能。常溫下不溶于任何已知溶劑。 聚乙烯有優異的化學穩定性，室溫下耐鹽酸、氫氟酸、磷酸、甲酸、胺類、氫氧化鈉、氫氧化鉀等各種化學物質。分子量300萬-600萬超高分子量聚乙烯(UHMWPE)甚至可以用來做防彈衣。

聚乙烯的熔點隨著密度的增高而增高，范圍在120～136℃之間。當鋼桶桶身從縫焊機下來后,稍稍風冷片刻,就將聚乙烯粉末噴撒在焊縫處,然后用鋼絲刷刷去在焊縫外面多余的粉末,再用火焰槍來回熨整一下聚乙烯粉末帶就行了。不過這里要注意兩點,第一是噴好粉末后要等桶身涼了以后才能進入翻邊,漲筋和波紋等后道工序,不然容易將聚乙烯粘下來;第二,最好選用高密度聚乙烯粉末,因為低密度聚乙烯相對來說比較硬脆。

當然,可以用作焊縫涂覆的粉末很多,比如：乙烯-丙烯共聚物、EVA、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-其它烯烴（如辛烯POE、環烯烴）的共聚物、乙烯-不飽和酯共聚物（EAA、 EMAA 、EEA、EMA、EMMA、EMAH）、環氧、聚酯等。

第二,塑料薄膜法

塑料薄膜的種類繁多,可作為鋼桶焊縫熱熔覆蓋的,最好是聚乙烯薄膜,因為它的性能上面已經作了介紹。另外也可以用聚酯薄膜、尼龍薄膜、聚氯乙烯薄膜等。

塑料薄膜熱熔覆蓋的方法,就是將薄膜剪裁成略寬于焊縫寬度的長條,在鋼桶桶身于焊機下來稍稍風冷后,將薄膜條覆蓋上去,然后用火焰槍再熨整一下就可。當然,如同粉末方法一樣,要等桶身涼了以后才能進入下到工序。不過這里要注意塑料薄膜不能很薄也不能太窄,因為塑料遇熱易變形收縮,太薄太窄了可能遇熱收縮后造成焊縫覆蓋露點和露邊。

第三,熱熔膠法

遇熱熔融,冷了又成為固態,這就是熱熔膠的特性。不同牌號的熱熔膠,它的熱熔溫度也不同,熱鍍鋅桶焊縫用熱熔膠涂覆就是應用它的這種特性。

熱熔膠的主要成分是EVA樹脂,再添加石蠟、松香和其他助劑合成。EVA樹脂即乙烯-醋酸乙烯共聚物，一般來說，EVA樹脂的性能主要取決于分子鏈上醋酸乙烯的含量。一般EVA樹脂中醋酸乙烯（VA）含量在5%～40%。與聚乙烯相比，EVA由于在分子鏈中引入了醋酸乙烯單體，從而降低了高結晶度，提高了柔韌性、抗沖擊性、填料相溶性和熱密封性能。EVA樹脂無毒，具有柔軟性、強韌性、彈性和透明性，抗老化、耐化學性、抗臭氧性優越,而且在低溫下仍保持其柔軟性、良好加工性和熱封性，因此具有廣泛的用途。

我們使用時,需在桶身從焊機下來后冷卻至200℃左右進行,這時,只需將熱熔膠棒往焊縫上來回抹兩下,就會在焊縫處形成一層膠膜,而且趁熱還可以對此膠膜進行修整。當然,和前面兩種方法一樣,要等焊縫冷卻后才能進入下一道工序,不然,也會被粘掉的。

還有另一種最方便易行的方法,就是在焊縫處刷涂雙組分自干型的891涂料,這在下文中再詳細介紹。

電鍍鋅是在盛有鍍鋅液的鍍槽中，將經過預處理的待鍍件(如我們的鋼桶)作為陰極，用鍍覆金屬制成陽極，兩極分別與直流電源的正極和負極聯接。鍍鋅液由含有鍍覆金屬的化合物、導電的鹽類、緩沖劑、pH調節劑和添加劑等的水溶液組成。通電后，鍍鋅液中的金屬離子，在電位差的作用下移動到陰極(如我們的鋼桶)上形成鍍層。陽極的金屬形成金屬離子進入鍍鋅液，以保持被鍍覆的金屬離子的濃度。(在有些情況下，如鍍鉻，是采用鉛、鉛銻合金制成的不溶性陽極，它只起傳遞電子、導通電流的作用。電解液中的鉻離子濃度，則需依靠定期地向鍍液中加入鉻化合物來維持。)鍍鋅時，陽極材料的質量、鍍鋅液的成分、溫度、電流密度、通電時間、攪拌強度、析出的雜質、電源波形等都會影響到鍍層的質量，所以需要適時進行控制。

鍍鋅溶液有氰化物鍍液和無氰鍍液兩類。氰化物鍍液中分微氰、低氰、中氰、和高氰幾類。無氰鍍液有堿性鋅酸鹽鍍液、銨鹽鍍液、硫酸鹽鍍液及無氨氯化物鍍液等。氰化鍍鋅溶液均鍍能力好，得到的鍍層光滑細致，在生產中曾被長期采用。但由于氰化物劇毒，對環境污染嚴重，近年來已趨向于采用低氰、微氰、無氰鍍鋅溶液,但是鍍鋅質量卻達不到氰化物鍍液那樣好。

所以我們的電鍍鋅鋼桶的鍍鋅層一方面沒有熱鍍鋅鋼板那樣的鈍化、染色和涂覆油膜的后處理,另一方面與熱鍍鋅相比鋅層結構較為松散,又逐漸完全采用了無氰鍍液鍍鋅,所以在潮濕或腐蝕性環境中就更容易氧化和被腐蝕。那么怎樣才能讓電鍍鋅桶的鍍鋅層達到或接近熱鍍鋅鋼桶的美觀和抗腐蝕性能呢,通常的辦法就是在電鍍鋅鋼桶的表層涂以891電鍍鋅抗腐涂料。

891電鍍鋅抗腐涂料是在綜合環氧涂料、PVF涂料、純酚醛涂料、聚氨酯涂料、聚酯涂料、氨基醇酸涂料的防腐優勢基礎上,根據鋼桶制造及使用特點研制而成的鋼桶專用涂料。專利號是ZL 01 2 45930 . 5,這是國內鋼桶專用涂料方面絕無僅有的專利產品。

891電鍍鋅抗腐涂料是雙組分的常溫固化型涂料,它的成膜是通過涂料中兩個組分的加成交聯反應實現的,反應可在常溫下進行,也可在低溫烘烤下進行。這種反應是直接的加成反應,反應過程沒有副產物釋放,收縮性很小。所以,使得涂料具有優異的致密性,這種致密的網狀結構涂膜具有優良的耐腐性能。

在電鍍鋅鋼桶的外表涂上很薄的一層透明891電鍍鋅抗腐涂料后,不但電鍍鋅鋼桶的整體防氧化、防腐性能得到大大增強,而且它的外觀也顯得晶亮華麗,涂后干得又很快,所以在很多桶廠得到了大量應用。由于只需涂很薄一層,單耗很低,據說有幾個桶廠用羊毛排筆手工涂刷,一公斤的891涂料居然可以涂到二十來個200升電鍍鋅鋼桶,這樣,合下來的成本只有每個鋼桶一元錢左右。

除了用于電鍍鋅鋼桶的外涂外,有很多桶廠將891涂料用于開口鋼桶的內涂,使得鋼桶內部既亮麗光滑衛生(用潔白的餐巾紙搽也絲毫搽不出半點贓物),又防腐防銹,這樣的鋼桶就是在潮濕和腐蝕環境下放置數年也不會生銹。

有的桶廠在已經油漆好的鋼桶外漆表面再噴上一層891涂料,這樣既增加了外漆的光亮度,又大大增強了外漆的抗腐性能,使得這種鋼桶在腐蝕性氣體環境中,以及鋼桶在灌裝腐蝕性化工液體而被其濺到鋼桶油漆表面時,鋼桶表面的油漆仍然完好如初。

還有的桶廠將鋁銀漿摻入891涂料,攪勻后噴涂在熱鍍鋅桶的焊縫上,據說效果也很好,顏色和視覺也和熱鍍鋅層差不多。不過鋁銀漿需要事先在環己酮中稀釋,然后才能摻入891涂料中。這里要注意的是:是鋁銀漿(是呈漿狀的),而不是鋁粉。

由于891電鍍鋅抗腐涂料不烘烤也能固化,因此對于一些沒有烘烤設備的制桶廠將其作為內涂鋼桶涂料也尤為適合。對于己有烘烤設備的單位,也可節約能源,降低成本。

891電鍍鋅抗腐涂料使用時需將兩個組分按1: 1的比例混合并充分攪勻,放置10分鐘后才可使用(以使得在攪拌時產生的氣泡跑掉)。這種涂料涂于鋼桶內表面后在充分接觸氧氣的情況下,在常溫(25℃)時10分鐘表干,半小時即指干,溫度越高固化越快,但當溫度低于10℃時固化時間就大大延長了。所以很多桶廠在鋼桶內涂891涂料后用180℃~220℃烘烤15分鐘的條件使其固化,據說效果很好。沒有烘烤設備的單位若內涂X-891涂料用于閉口鋼桶的話,最好根據氣溫情況隔幾天后再封底蓋,以便讓其在充分接觸氧的情況下完全固化。