CN110699622A - 抗表面锌层剥落电力铁塔结构件的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有抗表面锌层剥落电力铁塔结构件的生产方法，包括表面喷砂、清除油脂、水洗、酸洗除锈、第二次水洗、助镀剂处理、热浸锌、冷却和钝化的过程制得。本发明所制得的结构件通过表面喷砂、锌液中添加其他合金成分等手段，避免了结构件因锌层厚度不均匀、锌层过厚和钢件在清洗后表面不干净等原因造成的锌层剥落现象，对电力铁塔起到了很好的保护作用，大大增加了电力铁塔的寿命；在生产过程中，对操作工人的酸碱气体伤害较低，有效保证了操作工人生产健康安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力铁塔结构件生产方法，具体是一种抗表面锌层剥落电力铁塔结构件的生产方法。
背景技术
热浸锌，简单的说即是将已清洗洁净的铁件，浸入锌浴中，使钢铁与熔融锌反应生成一合金化的皮膜，从而使基体和镀层二者相结合，热浸锌具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点，在工业金属工件中常常使用，广泛应用于汽车、建筑、家电、化工、机械、石油、冶金、轻工、交通、电力、航空和海洋工程等领域。
电力领域中，对工件表面进行热浸锌处理是必不可少的一道工序，良好的表面锌层可以使长期暴露在野外的钢结构电力铁塔，得到很好的防锈蚀、防腐蚀的保护，其原理是：首先，致密的锌层将钢件包覆在内，防止外部水分和腐蚀性气体液体对钢构件接触腐蚀；其次，锌的标准电极电位为-0.76V，对钢铁基体来说，锌镀层属于阳极性镀层，在同等接触腐蚀条件下，锌层优先发生腐蚀，利用电化学原理对钢构件进行保护。因此，电力铁塔中所有的钢构件全都需要进行表面热浸锌处理。在工件热浸锌工序中，流程包括：清除工件表面油脂-酸洗除锈-中和清洗-浸泡助镀剂-热浸锌-冷却-浸钝化液钝化处理-检验成品。
在锌层对结构件进行保护时，锌层良好的包覆效果可以避免铁件接触到潮湿空气或腐蚀环境，破损的锌层如果将铁件表面暴露在空气中，电化学反应加速，即使有锌金属作为牺牲阳极，仍然会加速整个铁件的腐蚀程度。热浸锌的工件在搬运运输过程中，不免发生碰撞，甚至局部有轻微变形，会造成锌层的破损；另一方面，电力铁塔长期经受日晒雨淋，温度变换，金属长期热胀冷缩后，热浸锌表面形成裂纹，随着裂纹的增大，锌层逐渐大块剥落，露出铁件表面。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐酸雨电力铁塔结构件热浸锌生产方法，所制得的工件具有抵抗酸雨腐蚀的能力，能使电力铁塔免受酸雨的腐蚀，提高电力铁塔的寿命；在生产过程中，对操作工人的酸碱气体伤害较低，有效保证了操作工人生产健康安全。
根据申请人的观察和研究，造成热浸锌表面剥落的原因主要有三个：1、锌层厚度不均匀，造成热胀冷缩时候，锌层各处受到的内应力不均等，造成局部裂纹的产生；2、锌层过厚，造成锌层受到外界辐射热量或急速冷却后，表面锌层和内部锌层温差过大，形成内外热胀冷缩不均等，造成锌层表面裂纹；3、钢件在清洗后表面不干净，残留氧化层或杂质层，造成铁件表层与锌层的剥离。
本发明的技术方案是这样实现：
具有抗表面锌层剥落电力铁塔结构件的生产方法，包括如下生产步骤：
A、表面喷砂：结构件焊接完成后，将其经过表面喷砂处理；喷砂的目的是使工件表面留下较粗糙的表面，增加工件的表面积，从而增加铁件与锌液之间的接触面积，增大锌层附着力；另一方面，喷砂将铁件表面的氧化层和杂质进行强化清理，杜绝氧化层和杂质，保证后续工序中锌层与铁件的紧密结合。
B、清除油脂：将经过清理的工件，吊挂在吊钩上，竖直进入碱液池中浸泡3-5min清除表面油脂，碱液池中溶液强制循环；工件表面在进行机加工、焊接工序时，表面会沾染切削液、乳化油、矿物机油等油脂，在进行热浸锌前，需要将其清除，碱液可与工件表面的油脂发生反应，在碱液池中溶液强制从下方抽取碱液循环至池上流出，增加了碱液与油脂的反应速度。
C、水洗：吊出碱液池后，进入水池中进行水洗，水洗时吊钩上下行走3次；水洗过程将附着在工件表面的碱液清洗干净，以免下一步工序进入酸液中发生中和反应，吊钩反复上下行走搅动的水流可使清洗过程更彻底。
D、酸洗除锈：吊出水池，进入酸液池中浸泡酸液2-4min；酸液与工件表面的氧化铁发生反应，进而起到除锈的作用，需要注意的是，由于在步骤A中喷砂过程中，已经去除了工件表面绝大部分的氧化层，因此酸洗过程可较常规酸洗程序的时间短，尽量保留工件表面的喷砂粗糙面。
E、第二次水洗：吊出酸液池，进入清洗池中进行清洗，清洗池中清水强制循环，清洗时吊钩上下行走3次，清洗时间为20-30s；水洗过程洗掉工件表面残留酸液，水洗时吊钩上下行走3次；水洗过程将附着在工件表面的酸液清洗干净。
F、助镀剂处理：吊出中和清洗池后，进入助镀剂锅进行助镀剂浸染1min后，用70-80℃热风烘干；
G、热浸锌：结构件吊入热浸锌池中镀锌，锌液温度435-465℃，浸锌时间2.5-4min，锌液金属成分含有重量百分数的0.1-0.5%Ni；0.01-0.05%Ce；0.1-0.32%Al；余量为Zn；浸制后对锌液上表面进行清灰，然后吊钩缓慢起吊，起吊速度不高于锌液流下速度；
加入的镍Ni金属，解决了因圣德林效应所引起的镀层超厚而粘附性差，表面不规则，有片状暗镀层、泪痕状锌等问题，因为提高锌液的流动性。另一方面，镍金属可以使镀层形成过程中的Fe-Zn反应得到有效抑制，阻滞Fe-Zn合金层的过度生长，从而得到连续且紧密的层状组织和适当的锌层厚度，同时使镀层的紧密性和粘附性都得到相应提高；另一方面，由于阻滞Fe-Zn合金层生长作用的存在，含有镍金属镀层的厚度明显较纯锌热浸镀层的厚度要小，避免了过厚锌层或不均匀厚度锌层造成的锌层开裂和剥离。
加入的铈Ce，为稀土金属，具有活泼的化学性质，与Zn、Al反应后，形成含Ce化合物，引起液相平衡凝固温度降低，使液固界面产生成分过冷，而形核率随过冷度增大而增大，因此细化了晶粒。细化的金属晶体利于增大金属的延伸率，并使金属致密，强化其力学性能，降低碰撞产生损伤的几率。
加入的铝Al，加入适量的铝，也有减薄锌层厚度的作用，避免了过厚锌层造成的锌层开裂和剥离，并且Al与Fe反应，形成Fe2Al5中间粘附层，镀层可紧密附着在铁基体上。
I、冷却：吊出热浸锌池后，进入冷却水池进行冷却，冷却水池为循环水，冷却时吊钩上下行走3次；工件合适的冷却速率可满足生产快节奏的需求，让镀锌表面光洁度更高，另一方面，镀锌层在过快急冷的条件下，会产生龟裂的裂纹，因此，控制冷却速率在平均3min从锌液温度降到60℃以下为宜。
J、钝化：吊出冷却水池，进入钝化池进行浸泡钝化，浸泡1-3min后吊出，过冷水漂洗，使用热风进行烘干，即得成品；钝化液成分为：铬酐和硝酸，浸泡时间30s-1min，然后吊出在空气中停留10s后冷水漂洗。
所述步骤A中喷砂采用棱角状石英砂磨料，喷砂后结构件表面粗糙等级大于150μm；棱角状的石英砂具有较高的硬度和冲击力，可将铁件表面造成较深的粗糙面，增大铁件与锌液之间的接触面积，增大锌层附着力；
所述步骤B中的碱液池中为3％的氢氧化钠Na（OH）和十二烷基硫酸钠的复配溶液，Na（OH）和十二烷基硫酸钠的重量比例为4：1，溶液温度为70-80℃；油脂和氢氧化钠产生皂化反应，反应物溶于水，可以将油脂清洗；另一方面，十二烷基硫酸钠对矿物机油有较强的清洗能力，可以针对工件中的矿物机油残留起到很好的清除作用；十二烷基硫酸钠作为一种表面活性剂，还具有发泡的效果，生成的泡沫漂浮在碱液表面，形成一层气体隔绝层，可以对部分加热碱液所产生的刺激性气味隔绝于液面以下，减少刺激性气味对操作工人的伤害。
所述步骤D中的酸液池中为12-16%的盐酸HCl的水溶液，池中加入十二烷基硫酸钠，使溶液中十二烷基硫酸钠浓度为4%；盐酸作为易挥发性化学物质，在加入十二烷基硫酸钠后，酸液池上表面形成泡沫漂浮在酸液表面，形成一层气体隔绝层，可以对部分盐酸所产生的刺激性气味隔绝于液面以下，减少刺激性气味对操作工人的伤害。
本发明与现有技术相比，其突出的实质性特点和显著的进步是：
1、本发明生产方法所制得的抗表面锌层剥落电力铁塔结构件的生产方法，通过表面喷砂、锌液中添加其他合金成分等手段，避免了结构件因锌层厚度不均匀、锌层过厚和钢件在清洗后表面不干净等原因造成的锌层剥落现象，对电力铁塔起到了很好的保护作用，大大增加了电力铁塔的寿命。
2、本发明生产过程中，对结构件处理时，所产生的酸化学有害气体较少，有效保护了操作工人的身体健康，提高了车间生产环境。
具体实施方式
实施例1
具有抗表面锌层剥落电力铁塔结构件的生产方法，包括如下生产步骤：
A、表面喷砂：结构件焊接完成后，将其经过表面喷砂处理；
B、清除油脂：将经过清理的工件，吊挂在吊钩上，竖直进入碱液池中浸泡4min清除表面油脂，碱液池中溶液强制循环；
C、水洗：吊出碱液池后，进入水池中进行水洗，水洗时吊钩上下行走3次；
D、酸洗除锈：吊出水池，进入酸液池中浸泡酸液3min；
E、第二次水洗：吊出酸液池，进入清洗池中进行清洗，清洗池中清水强制循环，清洗时吊钩上下行走3次，清洗时间为25s；
F、助镀剂处理：吊出中和清洗池后，进入助镀剂锅进行助镀剂浸染1min后，用75℃热风烘干；
G、热浸锌：结构件吊入热浸锌池中镀锌，锌液温度450℃，浸锌时间3min，锌液金属成分含有重量百分数的0.3%Ni；0.03%Ce；0.2%Al；余量为Zn；浸制后对锌液上表面进行清灰，然后吊钩缓慢起吊，起吊速度不高于锌液流下速度；
I、冷却：吊出热浸锌池后，进入冷却水池进行冷却，冷却水池为循环水，冷却时吊钩上下行走3次；
J、钝化：吊出冷却水池，进入钝化池进行浸泡钝化，浸泡2min后吊出，过冷水漂洗，使用热风进行烘干，即得成品；
所述步骤A中喷砂采用棱角状石英砂磨料，喷砂后结构件表面粗糙等级大于150μm；
所述步骤B中的碱液池中为3％的氢氧化钠Na（OH）和十二烷基硫酸钠的复配溶液，Na（OH）和十二烷基硫酸钠的重量比例为4：1，溶液温度为75℃；
所述步骤D中的酸液池中为12-16%的盐酸HCl的水溶液，池中加入十二烷基硫酸钠，使溶液中十二烷基硫酸钠浓度为4%。
实施例2
具有抗表面锌层剥落电力铁塔结构件的生产方法，包括如下生产步骤：
A、表面喷砂：结构件焊接完成后，将其经过表面喷砂处理；
B、清除油脂：将经过清理的工件，吊挂在吊钩上，竖直进入碱液池中浸泡3min清除表面油脂，碱液池中溶液强制循环；
C、水洗：吊出碱液池后，进入水池中进行水洗，水洗时吊钩上下行走3次；
D、酸洗除锈：吊出水池，进入酸液池中浸泡酸液2min；
E、第二次水洗：吊出酸液池，进入清洗池中进行清洗，清洗池中清水强制循环，清洗时吊钩上下行走3次，清洗时间为20s；
F、助镀剂处理：吊出中和清洗池后，进入助镀剂锅进行助镀剂浸染1min后，用70℃热风烘干；
G、热浸锌：结构件吊入热浸锌池中镀锌，锌液温度435℃，浸锌时间2.5min，锌液金属成分含有重量百分数的0.1%Ni；0.01%Ce；0.1%Al；余量为Zn；浸制后对锌液上表面进行清灰，然后吊钩缓慢起吊，起吊速度不高于锌液流下速度；
I、冷却：吊出热浸锌池后，进入冷却水池进行冷却，冷却水池为循环水，冷却时吊钩上下行走3次；
J、钝化：吊出冷却水池，进入钝化池进行浸泡钝化，浸泡1min后吊出，过冷水漂洗，使用热风进行烘干，即得成品；
所述步骤A中喷砂采用棱角状石英砂磨料，喷砂后结构件表面粗糙等级大于150μm；
所述步骤B中的碱液池中为3％的氢氧化钠Na（OH）和十二烷基硫酸钠的复配溶液，Na（OH）和十二烷基硫酸钠的重量比例为4：1，溶液温度为70℃；
所述步骤D中的酸液池中为12%的盐酸HCl的水溶液，池中加入十二烷基硫酸钠，使溶液中十二烷基硫酸钠浓度为4%。
实施例3
具有抗表面锌层剥落电力铁塔结构件的生产方法，包括如下生产步骤：
A、表面喷砂：结构件焊接完成后，将其经过表面喷砂处理；
B、清除油脂：将经过清理的工件，吊挂在吊钩上，竖直进入碱液池中浸泡5min清除表面油脂，碱液池中溶液强制循环；
C、水洗：吊出碱液池后，进入水池中进行水洗，水洗时吊钩上下行走3次；
D、酸洗除锈：吊出水池，进入酸液池中浸泡酸液4min；
E、第二次水洗：吊出酸液池，进入清洗池中进行清洗，清洗池中清水强制循环，清洗时吊钩上下行走3次，清洗时间为30s；
F、助镀剂处理：吊出中和清洗池后，进入助镀剂锅进行助镀剂浸染1min后，用80℃热风烘干；
G、热浸锌：结构件吊入热浸锌池中镀锌，锌液温度435-465℃，浸锌时间2.5-4min，锌液金属成分含有重量百分数的0.5%Ni；0.05%Ce；0.32%Al；余量为Zn；浸制后对锌液上表面进行清灰，然后吊钩缓慢起吊，起吊速度不高于锌液流下速度；
I、冷却：吊出热浸锌池后，进入冷却水池进行冷却，冷却水池为循环水，冷却时吊钩上下行走3次；
J、钝化：吊出冷却水池，进入钝化池进行浸泡钝化，浸泡3min后吊出，过冷水漂洗，使用热风进行烘干，即得成品；
所述步骤A中喷砂采用棱角状石英砂磨料，喷砂后结构件表面粗糙等级大于150μm；
所述步骤B中的碱液池中为3％的氢氧化钠Na（OH）和十二烷基硫酸钠的复配溶液，Na（OH）和十二烷基硫酸钠的重量比例为4：1，溶液温度为80℃；
所述步骤D中的酸液池中为12-16%的盐酸HCl的水溶液，池中加入十二烷基硫酸钠，使溶液中十二烷基硫酸钠浓度为4%。
测试实验：
使用0.5mm厚，规格为10cm*5cm的冷轧钢板表面热浸锌，进行弯曲试验，观察锌层表面裂纹，纯锌热浸层为对比例，对比例不进行表面喷砂处理，设置3组，本发明实施例1设置3组，弯曲90°，弯曲半径为15mm，弯曲5次后，裂纹数量结果如下表：
由此看出，本发明所生产的抗表面锌层剥落电力铁塔结构件，比传统的纯锌热浸锌结构件，具有更好的抗表面锌层剥落的能力。
Claims (4)
1.具有抗表面锌层剥落电力铁塔结构件的生产方法，其特征在于：包括如下生产步骤：
A、表面喷砂：结构件焊接完成后，将其经过表面喷砂处理；
B、清除油脂：将经过清理的工件，吊挂在吊钩上，竖直进入碱液池中浸泡3-5min清除表面油脂，碱液池中溶液强制循环；
C、水洗：吊出碱液池后，进入水池中进行水洗，水洗时吊钩上下行走3次；
D、酸洗除锈：吊出水池，进入酸液池中浸泡酸液2-4min；
E、第二次水洗：吊出酸液池，进入清洗池中进行清洗，清洗池中清水强制循环，清洗时吊钩上下行走3次，清洗时间为20-30s；
F、助镀剂处理：吊出中和清洗池后，进入助镀剂锅进行助镀剂浸染1min后，用70-80℃热风烘干；
G、热浸锌：结构件吊入热浸锌池中镀锌，锌液温度435-465℃，浸锌时间2.5-4min，锌液金属成分含有重量百分数的0.1-0.5%Ni；0.01-0.05%Ce；0.1-0.32%Al；余量为Zn；浸制后对锌液上表面进行清灰，然后吊钩缓慢起吊，起吊速度不高于锌液流下速度；
I、冷却：吊出热浸锌池后，进入冷却水池进行冷却，冷却水池为循环水，冷却时吊钩上下行走3次；
J、钝化：吊出冷却水池，进入钝化池进行浸泡钝化，浸泡1-3min后吊出，过冷水漂洗，使用热风进行烘干，即得成品。
2.根据权利要求1所述的具有抗表面锌层剥落电力铁塔结构件的生产方法，其特征在于：所述步骤A中喷砂采用棱角状石英砂磨料，喷砂后结构件表面粗糙等级大于150μm。
3.根据权利要求1所述的具有抗表面锌层剥落电力铁塔结构件的生产方法，其特征在于：所述步骤B中的碱液池中为3％的氢氧化钠Na（OH）和十二烷基硫酸钠的复配溶液，Na（OH）和十二烷基硫酸钠的重量比例为4：1，溶液温度为70-80℃。
4.根据权利要求1所述的具有抗表面锌层剥落电力铁塔结构件的生产方法，其特征在于：所述步骤D中的酸液池中为12-16%的盐酸HCl的水溶液，池中加入十二烷基硫酸钠，使溶液中十二烷基硫酸钠浓度为4%。
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