机械镀锌形层机理的研究

孙昊

摘 要：机械镀锌已经从过去的机械镀锌转变到镀锌复合层，并且介绍机械镀工艺在金属镀锌基合金方面现状，介绍机械镀锌基合金层机理，对于现在机械镀锌基合金工艺的研究现状及进展，概述其种类及结构，并对机械镀锌基合金的发展进行展望。

关键词：机械镀锌；机理；研究

一、机械镀锌的概述

机械镀锌形层机理的研究比机械镀工艺应用落后很多，而且镀层的合金范围越来越广泛，而且机械镀锌形层机理的研究很慢，但是机械镀锌用的原料无毒性、环境易治理、可以实现清洁生产，镀完以后不会产生氢脆和退火软化，满足高强度零件的使用要求，镀层的厚度根据需要通过加料量控制，机械镀锌的形层过程没有热镀锌的高温冶金反应，也没有电镀锌的那样电沉积效应，镀层是常温常压下利用化学吸附沉积和机械碰撞使金属锌粉在工件的表面镶嵌推积成的，所以机械镀锌镀层的致密性应低于电镀和热镀锌镀层，但是机械镀锌表现出良好的耐腐蚀性能，而且与镀层中空隙的形状和分布有很大的关系。机械镀锌的形层过程是在酸性施镀的，金属锌粉在化学药剂、冲击介质的作用下经过聚集-吸附-沉积-成形，对于镀层是根据不同尺寸的锌粉颗粒相互掺杂、填充，形成一个堆积体，机械镀锌层具有一定的致密性和结合强度，镀层锌粉颗粒之间的结合机制是决定镀层结合强度的主要因素。

二、机械镀锌镀层的特点

1.无氢脆和退火软化现象

机械镀不会像电镀一样产生氢脆，也不会像热浸镀产生退火软化的情况，采用机械镀的优点就在于避免氢脆。

2.优良的防腐性能

机械镀锌具有很好的耐腐蚀性能，防腐性可以根据服役环境来改变镀层厚度进行调整，镀层容易合金化，通过镀层合金化能有效的提高其防腐性能。

3.所用原料无毒性、环境易治理、可实现清洁生产

机械镀锌使用的原料是普通的化工原料，是无毒、无刺激性气味的，不会像电镀锌和热浸镀锌那样危害操作者的身体健康，机械镀锌是在室温情况下进行操作的，原料是呈液态状态下的，所以从工艺上来说避免对环境和大气的污染，对于机械镀的废水主要就是金属离子超标，采用一定的处理方法就能符合要求进行排放。

4.机械镀锌厚度可以随意的进行调整，镀层种类也很多，很容易就可以实现机械镀合金化。

5.成本低、能耗低、见效快

机械镀不用电源，也不用加热装置，使得成本很低，而且设备简单、容易操作，占地面积也很小，耗能少，适应性强，还能实现批量生产。

三、机械镀锌层的性能测试

镀锌层的表面成分、表面状态都会影响其各项性能，为了可以提高镀层的光亮性、均匀性，需要不断的改进机械镀锌的工艺，并且确定简单温度的工艺规范，具有银白色光泽的均匀镀层，其中会有凹凸点、无锌堆、熔疤等缺陷。

1.机械镀锌层在不同锌覆阶段的外观

机械镀锌层是由经玻璃珠撞击并发生塑性变形以后的锌粒呈层状推积成的，镀层中会有空隙，当镀层太薄的时候就可能会覆盖不完全。

2.机械镀锌的成分分析

在镀层中除了含有锌以外，还有很多锡，所以机械锌层实际是锌锡复合镀层，还有就是镀层的锌锡含量变化不同，这主要说明表面的微观成分不均匀，对于镀层来说主要以锌为主，其中镀层的成分与工艺有很大的关系。

3.镀层的结合力测试

划线法：可以使用刀刃把镀层划透至基体金属，并且检查镀层有没有剥落的现象。

弯折法：把镀锌试片夹在虎钳上，反复弯曲伸出部分，使其出现断裂，观察有无剥落或者是分离的情况。

根据这两种方法，的实验结果没有出现剥落和分离的情况，这说明机械镀锌层有很高的结合力。

四、机械镀锌的机理研究

现在对于机械镀锌的机理研究很少，一般认为是一个表面物理化学过程，也就是镀锌层的沉积是被镀金属界面与被沉积金属粉粒界面，并且被沉积金属界面之间进行表面物理化学过程，其中沉积的过程按照金属颗粒表面活化并吸附在基体金属表面，传递形成金属键结构及冲击介质撞击形成金属键镀层。

1.机械镀锌层形成模型的提出

机械镀锌时，镀液中的亚锡离子被还原，随着锌颗粒形成镀层，当PH上升的时候，镀覆的效率就会降低，这说明酸性活化剂被不断的消耗，镀层中的锌粉被撞击变形，最终形成镀层。

当滚筒在转动的时候，工件、冲击介质、药剂组成的混合浆液发生物理、化学变化，活化剂酸根离子吸附在光洁的表面，使得基体呈现负电性，另外溶液中的锌粉和促进剂Sn2+进行反应：Sn2++Zn=Sn+Zn2+。

当出现这种反应以后，锌粉表面锡原子核锌离子没有充分的扩散，使得锌粉颗粒被锡原子和锌离子包围，其中被包围的锌粉颗粒受到基体负电性的吸引，逐渐的迁移吸附到基体表面，还有就是玻璃珠的机械撞击使得吸附在基体表面的锌粉发生变形的情况，和零部件出现紧密镶嵌的情况，达到电子自由交换形成金属键的程度，锌颗粒镶嵌以后，表面积就会增大，锡原子环绕在其周围。还有就是活化剂酸根离子也会吸附其表面，新的颗粒吸附镶嵌，反复的堆叠，最终形成连续的镀层。

2.机械镀锌层形成模型的验证

镀层锌颗粒边缘锡含量很高，，而锌颗粒之间接合处锡的含量应该是最高的。工件、冲击介质和药剂构成混合浆液，活化剂表面活性剂酸根离子聚于工件表面，使得呈现负电性，溶液中锌粉与锌离子作用显正电性，受到基体负电性的吸引在工件表面，冲击介质使得碰撞紧密，并且发生变形，成为冷焊镶嵌。

3.表面活性物质的桥接作用

机械镀锌层是由离散的锌粉颗粒组成的组装体，没有电镀锌层、热浸锌层那样致密，具有很好的结合强度，表现出一定的强度是由于锌粉颗粒之间发生冷焊，没有焊接的过程。在机械镀锌过程中，添加的非离子型表面活性物质不会参加化学反应，在施镀环境中是非消耗性的，如果循环使用机械镀锌的分离水，需要添加表面活性物质，引起表面活性物质消耗的主要原因就是夹杂在镀层的锌粉颗粒之间，镀层锌粉颗粒之间的泥状夹杂物的取点扫描可以推测出表面的活性物质残留在锌粉颗粒之间，表面活性物质同时吸附多颗锌粉颗粒表面，起到桥接的目的，增加锌粉颗粒的之间的结合强度，所以锌粉颗粒在冷焊和表面活性物质的桥接下的结合强度很高，至于镀层断裂后的断口没有分散状单颗锌粉，有的还会结合在一起形成葡萄串状锌粉团。

结语：

机械镀锌层是由颗粒状锌粉组成的，镀层形成的过程中没有产生新相，锌粉颗粒之间很容易形成金属键，发生键合，从而形成锌粉颗粒之间的冷焊，机械镀锌过程中添加的表面活性物质部分残留在镀层中，在锌粉颗粒之间会起到桥接的作用，锌粉之间的键合和表面活性物质的桥接是锌粉颗粒结合的主要途径。

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