钢丝电镀锌(electrogalvanizing   of   steel   wire)

用电镀的方法在钢丝表面镀上锌层的钢丝表面涂镀工艺。由于电镀锌可不改变钢丝的力学性能并获得厚的镀锌层，因此使用条件恶劣的钢丝绳及镀锌钢绞线、镀锌钢丝等产品改用电镀锌法生产的前景很好。特别是当高电流密度电镀锌法在工业上得到实际应用之后采用电镀锌法的可能性更大。

原理     

表面洁净的钢丝浸入盛有电镀液(通常是硫酸锌的水溶液)的电解槽中，槽中设有电极，给钢丝和电极通以直流电(钢丝接负为阴极，电极接正为阳极)，由于电镀液中硫酸锌解离为Zn ²⁺及SO₄ ^2-而使电解液成导电体，因此构成完整的电回路而使电流导通。阳极及阴极分别进行着如下反应：阳极(通常为锌)：Zn 一Zn ²⁺ +2e，阴极(钢丝)：Zn ²⁺ +2e 一Zn于是在钢丝上即镀上锌，而电镀液中的Zn ²⁺则由阳极反应加以补充而保持不变。

通过理论计算，当电流效率为100％时，存在如下关系：通过1A电流1h所电解的锌量称为电化当量C：C=1．22g／(A•h)。电解1g锌需电量：0．82A•h／g；电解1kg锌需电量：820A•h／kg；电镀1m。厚1μm锌层需要电量：5．9A•h／(m²•μm)。

通常电镀锌时的槽电压约为8．5V左右，因此电解1kg锌需电能为：7kw／kg；电镀1m²厚1μm锌层需电能为：50W／(m²•μm)。

特点  

同钢丝热镀锌相比，电镀锌的特点是：(1)锌层全部为纯锌层，而且纯度高于热镀锌层，因此具有较高的耐腐蚀性能(按照试验资料可知，镀锌层的腐蚀速度分别为：热镀4．3μm／a，电镀3．5μm／a)和较低的脆性(电镀锌层缠绕芯棒直径倍数可达到1)；(2)锌层厚度容易精确控制，而且可得到比热镀厚得多的锌层(电镀锌层可达到1000g／m²的上锌量，即可达到140μm厚)；(3)电镀锌时钢丝的力学性能变化很小，而热镀时冷拉中高碳钢丝的强度会降低100～300kPa，弯曲值及扭转值降低10%～20%；(4)所消耗的锌几乎全部镀在钢丝上，而热镀锌时则有部分锌消耗于生成锌灰(氧化锌)及锌渣(锌一铁合金)，锌的利用率仅为70%～80%；(5)操作条件较好，可生产各种直径的钢丝，而用热镀法生产细直径钢丝比较困难；(6)电镀所需时间比热镀长得多(热镀一般只需15s，电镀则需要90s以上)，因此电镀槽的长度要比锌锅长得多(约为热镀锌锅长度的6倍)。

工艺过程与钢丝热镀锌大致相同，主要由以下工序组成：(1)上线；(2)热处理；(3)酸洗通常采用直流交替极性电解酸洗，电解液为20%左右的硫酸水溶液，电流密度为3000～5000A／m²，时问约需15～30s；(4)水洗；(5)电解碱洗，其目的是除去酸洗时钢丝表面可能形成的黑灰。电解液为10％左右的NaOH水溶液，温度在80℃以上，钢丝为阳极，电流密度为5000A／m²左右，时间约15s；(6)水洗；(7)中和，用稀(1%～2%)硫酸中和；(8)电镀锌；(9)水洗；(10)烘干；(11)卷取。

操作及电镀槽结构

(1)电镀液条件。溶液含ZnSO₄•7H₂O约500g／L，pH值为2～3。为提高电镀层的光亮度，溶液中需适当添加合适的添加剂(如硫脲、硫酸铝等)。温度为室温，电镀液应循环并适当冷却和过滤。

(2)阴极电流密度。直接决定电镀锌的生产效率，电镀时钢丝的走行速度与电流密度的关系可用下式表示：V=2.8×10³ i_cl / δ  式中V为线速度，m／min；i_c为钢丝电流密度，A／m²；l为电镀槽有效长度，m；δ为要求的镀锌厚度，μm。需要的电镀槽有效长度则为：l=360Vδ/i_c电镀锌时电流密度的使用范围差别很大，通常中国使用的阴极电流密度为3000～5000A／m²，有的国家也有达到10000～30000A／m²的。提高电流密度需要做到以下几点：改善导电方式；缩短导电点间距；溶液循环和通入空气；溶液加热到70℃左右；溶液添加硫酸至硫酸含量达10%左右，但此时不能用锌阳极而应使用不溶阳极(一般为铅银合金)。锌离子在电镀槽外用锌或锌精矿添加进入电镀液。使用锌精矿即使用矿石直接镀锌，即将锌的电解和电镀合二为一，这将会带来很大的经济效益。

(3)导电方式。向钢丝导入电流的方式直接影响电镀锌层的质量和电镀时的电能消耗。导电处必须接触良好，防止由于触点打火花而损伤钢丝表面和使钢丝电流量产生波动。通常采用电解液外的导电辊或导电枪导电，高电流密度电镀时导电点一般浸入电镀液。导电点的间距(l)的大小，与导电点间钢丝的电阻成正比，因此也与钢丝中的电压降成正比。因此，应尽可能缩短导电点问距，以减少由于这一电压降(△E)引起的电能损耗(△W=△El)。

电镀锌层的保护除了钢丝热镀锌时使用的铬酸或铬酸盐溶液处理，在镀锌层外表生成钝化膜以提高耐蚀性之外，近来也有用锰镀层保护锌镀层的。锰的电极电位负于锌，因此锰镀层是锌镀层的阳极镀层。锰的氧化膜比较微密，因此锰镀层本身的耐蚀也比较高。按照试验结果可知，镀锰的镀锌层耐蚀能力将成倍提高。锰镀层采用电镀法，电镀液为硫酸锰溶液，阳极采用不溶阳极，锰的添加使用碳酸锰。