地铁接触网零部件热镀锌的研究

地铁接触网零部件热镀锌的研究

于昆佐

济南轨道交通集团第一运营有限公司 山东 济南 250000

摘要：目前中国地铁行业中的接触网零部件大量采用钢铁制品，其中有腕臂系统、底座装置、下锚装置、隧道内补偿装置及H形支柱等，高铁产品服役地区广泛，既在湿冷的隧道，又在腐蚀性强的近海地区，加上近年来局部地区的环境污染越来越重，高铁零部件的防腐控制越来越重要，目前钢制零部件的防腐主要还是采用热镀锌工艺，热镀锌的工艺越来越得到重视。

关键词：地铁；接触网；热镀锌

1 地铁接触网零部件热镀锌技术的研究背景

1.1 技术基础

在高铁接触网中，热镀锌工艺主要应用于H形支柱、棘轮连接件、腕臂底座、下锚零部件等，接触网零部件制造种类多，钢材厚度不一，各产品对表面热镀锌要求不同，通过改进研究，解决了产品锌层不均匀性，锌层暴锌、漏镀等问题。

1.2 技术难点

国内接触网零部件的热镀锌技术的难点主要有：①产品漏镀、暴锌，主要分局部漏镀和气旋造成的漏镀和成片状的锌层脱落；②锌层厚度不达标，主要有主体和组合部件的厚度不达标；③表面流挂，主要为长条状产品；④锌层色差明显，主要为大平面钢件；⑤产品生白锈。

2 热镀锌技术的研究

2.1 热镀锌技术的原理

热镀锌锌锭主要成分是锌，锌的化学成分活泼，在常温的空气中，可以生成碱式碳酸锌膜，可阻止基体进一步氧化。化学符号是Zn，它的原子序数是30。热镀锌大多采用的是高纯电解锌锭，一般含锌量为99.995%，在熔池中确保熔融锌中的杂质总含量（铁、锡除外）不应超过总质量的1.5%。锌的熔点是419.53℃，一般大结构件热镀锌温度控制在435～450℃之间。需要离锌的螺纹件施镀温度一般在520～540℃之间。

热镀锌的3个步骤如下：①产品表面被锌液溶解，铁基表面被锌液溶解形成锌-铁合金相成。②合金层中的锌离子进一步向基体扩散形成锌-铁互溶层；铁在被锌液溶解的过程中形成锌-铁合金，并继续向周围扩散。③在锌-铁合金层的表面包裹着锌层，锌层在常温下冷却结晶，形成镀层。

2.2 锌液中加铝改善性能

在实际的施镀过程中，往往为了增强锌液的流动性和锌层的综合性能，要在锌池中加入一定含量的铝。实验结果得出，锌液中铝含量低于0.15%时，锌-铁化合物之间形成不完整的FeAl抑制层，镀层的塑性大大降低。当锌液铝含量高于0.15%时，就会形成完整致密的FeAl抑制层，保证了合金层的均匀性和厚度，有利于镀锌层的综合性能。锌液中的铝含量一般控制在0.16%～0.20%之间较为适宜。当然还要根据施镀的产品类型、环境温度进行适当调整。

2.3 镀锌工艺的实施

热镀锌的工艺主要有以下步骤：工件→脱油、脱脂→酸洗→浸助镀剂→烘干预热→热镀锌→冷却→钝化→检验。

脱油、脱脂酸洗主要是在施镀前处理工件表面的氧化皮、油污和其他影响镀锌的污染物，酸洗的时间及温度应根据工件的锈蚀程度和天气进行调整，当天气温度低时应加长酸洗时间和提高酸洗介质的温度，脱脂和酸洗处理不好将会对镀锌附着力和漏镀产生影响。浸助镀剂，可保持在浸镀前工件具有一定活性，避免二次氧化，以增强镀层与基体结合。在施镀前应对工件进行预热，热干水分，避免在锌池中造成溅暴。热镀锌时应根据工件的结构大小、施镀方位制作施挂合适的挂具，从锌锅上方倾斜缓慢侵入，应控制好下降速度，一般保持在1.5 m/min，根据工件的厚度和镀锌厚度的要求控制好镀锌时间，一般工件施镀时间应为3～5 min，起镀时应缓慢提升，一边起升一边刮除工件上的流挂锌液，也可采用在挂具上方采取振动装置在起升时振动，减少工件锌瘤锌刺的产生。钝化是利用钝化液（铬酸盐钝化液）中的氧化性物质与金属产生氧化还原反应，促使在金属表面生成一层金属的氧化物，达到有效保护金属的目的，这一过程属于化学反应。工件表面产生的钝化膜致密、完整不易被破坏，预防白锈的产生。

3 热镀锌质量缺陷的研究

3.1 产品漏镀、暴锌

漏镀一方面是工件在酸洗方面去除表面油污杂质不到位，酸洗时间较短等因素，另一方面是由于工件本身的设计原因，如结构未开倒角，造成施镀时局部气旋无法排出，或是管状出气孔处由于要排出气体，气体上冲把孔边缘的锌层破坏造成局部漏镀。解决方法主要是加强工件表面的油污酸洗；加强对工件本身的设计，例如管类产品要开出气孔，筋板类焊接后要留出倒角孔，方便施镀时气体通畅，便于锌液流淌；开孔的位置应设置合理，避免出气影响本体镀锌面。

3.2 锌层厚度不达标

对于锌层厚度而言，50μm、70μm、80μm所指的是测量本体上的局部厚度，通常采用手持式锌层测厚仪来检测表面的锌层厚度，即磁性法。其工作原理为：采用电磁感应法测量涂（镀）层的磁性金属表面覆盖层的厚度，即位于部件表面的探头产生一个闭合的磁回路，随着探头与铁磁性材料间的距离的改变，该磁回路将发生不同程度的改变，引起磁阻及探头线圈电感的变化，利用这一原理可以精确地测量探头与铁磁性材料间的距离，即涂（镀）层厚度。当然，并不是说测量一个点的锌层厚度就判定锌层不达标，而是取平均值。

GB/T 13912《金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法》中提到在每个不小于1 000 mm2的基本测量面内采用磁性法测量时，应至少取5个点测量测厚，其算术平均值即为该基本测量面的镀层局部厚度。所以在测量时，允许个别点低于局部厚度或平均值。但是当局部厚度或平均厚度仍然不达标时，那么整批次产品的镀层厚度就是不达标了。

不达标的主要原因有：①镀锌时间短，上锌量不够；②工件表面处理不到位；③一种产品中既有厚件，又有薄件；④工件一端锌层达标，另一端不达标。

解决办法为：①增加镀锌时间，锌层厚度随着镀锌时间的增加而增加。②工件采取抛丸工艺处理，增加表面粗糙度，清除表面异物。抛丸时要注意工件的结构，防止工件抛丸后变形。如空腔件、薄件产品不宜采用履带式抛丸机，应采用挂抛机垂直旋转施抛。一般采用Φ0.3 mm的圆钢珠，抛丸时间为3～10 min。③采用合适的挂具将工件两头挂起，先浸入锌池的一端先起锅，可以避免后下的先起锅，造成镀锌时间不够，引起两端锌层厚度不一致的问题。

3.3 锌层表面流挂

接触网零部件分为长条状产品和管类状产品，在热镀锌时会出现流挂现象，有些还比较严重，严重影响表面的美观度和锌层的均匀度。流挂的原因主要有：镀锌锌池温度不高，流动性差；工件挂点采取不合适；锌池成分配比不到位等。对此，要对镀锌池内的温度保持持续控制，防止因长时间施镀造成池温降低；根据镀件的结构采取合适的挂点接触点，防止面层锌液流挂；对锌池的成分进行检测，添加适量的铝提高锌液流动性等方法。

3.4 锌层色差

镀锌产品的色差主要呈灰色或暗灰色，影响产品整体的美观度。这个原因是多方面的，主要受工件本身含有的元素影响，如硅（Si）和磷（P）。在一定的成分范围内，硅和磷会导致形成不均匀的光亮色和（或）暗灰色镀层。另外镀后修复也要避免大面积使用自喷漆对工件表面进行修复，因为在工件服役半年或更久后，没有修复的工件表面会氧化发暗，而修复过的工件表面还是会显示亮白色，造成色差。

4 结论

通过上述对接触网零部件热镀锌存在的质量问题进行研究解决，提高了高速接触网零部件产品的热镀锌质量，提高了产品的防腐性能和稳定性，为地铁事业发展作出了一定贡献。地铁零部件的防腐脚步不会停止，一定会随着时代的发展继续发展。

参考文献

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