鋼絲電鍍鋅(electrogalvanizing of steel wire)

用電鍍的方法在鋼絲表面鍍上鋅層的鋼絲表面涂鍍工藝。由于電鍍鋅可不改變鋼絲的力學性能并獲得厚的鍍鋅層，因此使用條件惡劣的鋼絲繩及鍍鋅鋼絞線、鍍鋅鋼絲等產品改用電鍍鋅法生產的前景很好。特別是當高電流密度電鍍鋅法在工業上得到實際應用之后采用電鍍鋅法的可能性更大。

原理表面潔凈的鋼絲浸入盛有電鍍液(通常是硫酸鋅的水溶液)的電解槽中，槽中設有電極，給鋼絲和電極通以直流電(鋼絲接負為陰極，電極接正為陽極)，由于電鍍液中硫酸鋅解離為Zn²⁺及SO₄^2-而使電解液成導電體，因此構成完整的電回路而使電流導通。陽極及陰極分別進行著如下反應：陽極(通常為鋅)：Zn一Zn²⁺+2e，陰極(鋼絲)：Zn²⁺+2e一Zn于是在鋼絲上即鍍上鋅，而電鍍液中的Zn²⁺則由陽極反應加以補充而保持不變。

通過理論計算，當電流效率為100％時，存在如下關系：通過1A電流1h所電解的鋅量稱為電化當量C：C=1．22g／(A•h)。電解1g鋅需電量：0．82A•h／g；電解1kg鋅需電量：820A•h／kg；電鍍1m。厚1μm鋅層需要電量：5．9A•h／(m²•μm)。

通常電鍍鋅時的槽電壓約為8．5V左右，因此電解1kg鋅需電能為：7kw／kg；電鍍1m²厚1μm鋅層需電能為：50W／(m²•μm)。

特點同鋼絲熱鍍鋅相比，電鍍鋅的特點是：(1)鋅層全部為純鋅層，而且純度高于熱鍍鋅層，因此具有較高的耐腐蝕性能(按照試驗資料可知，鍍鋅層的腐蝕速度分別為：熱鍍4．3μm／a，電鍍3．5μm／a)和較低的脆性(電鍍鋅層纏繞芯棒直徑倍數可達到1)；(2)鋅層厚度容易精確控制，而且可得到比熱鍍厚得多的鋅層(電鍍鋅層可達到1000g／m²的上鋅量，即可達到140μm厚)；(3)電鍍鋅時鋼絲的力學性能變化很小，而熱鍍時冷拉中高碳鋼絲的強度會降低100～300kPa，彎曲值及扭轉值降低10%～20%；(4)所消耗的鋅幾乎全部鍍在鋼絲上，而熱鍍鋅時則有部分鋅消耗于生成鋅灰(氧化鋅)及鋅渣(鋅一鐵合金)，鋅的利用率僅為70%～80%；(5)操作條件較好，可生產各種直徑的鋼絲，而用熱鍍法生產細直徑鋼絲比較困難；(6)電鍍所需時間比熱鍍長得多(熱鍍一般只需15s，電鍍則需要90s以上)，因此電鍍槽的長度要比鋅鍋長得多(約為熱鍍鋅鍋長度的6倍)。

工藝過程與鋼絲熱鍍鋅大致相同，主要由以下工序組成：(1)上線；(2)熱處理；(3)酸洗通常采用直流交替極性電解酸洗，電解液為20%左右的硫酸水溶液，電流密度為3000～5000A／m²，時問約需15～30s；(4)水洗；(5)電解堿洗，其目的是除去酸洗時鋼絲表面可能形成的黑灰。電解液為10％左右的NaOH水溶液，溫度在80℃以上，鋼絲為陽極，電流密度為5000A／m²左右，時間約15s；(6)水洗；(7)中和，用稀(1%～2%)硫酸中和；(8)電鍍鋅；(9)水洗；(10)烘干；(11)卷取。

操作及電鍍槽結構

(1)電鍍液條件。溶液含ZnSO₄•7H₂O約500g／L，pH值為2～3。為提高電鍍層的光亮度，溶液中需適當添加合適的添加劑(如硫脲、硫酸鋁等)。溫度為室溫，電鍍液應循環并適當冷卻和過濾。

(2)陰極電流密度。直接決定電鍍鋅的生產效率，電鍍時鋼絲的走行速度與電流密度的關系可用下式表示：V=2.8×10³i_cl/δ式中V為線速度，m／min；i_c為鋼絲電流密度，A／m²；l為電鍍槽有效長度，m；δ為要求的鍍鋅厚度，μm。需要的電鍍槽有效長度則為：l=360Vδ/i_c電鍍鋅時電流密度的使用范圍差別很大，通常中國使用的陰極電流密度為3000～5000A／m²，有的國家也有達到10000～30000A／m²的。提高電流密度需要做到以下幾點：改善導電方式；縮短導電點間距；溶液循環和通入空氣；溶液加熱到70℃左右；溶液添加硫酸至硫酸含量達10%左右，但此時不能用鋅陽極而應使用不溶陽極(一般為鉛銀合金)。鋅離子在電鍍槽外用鋅或鋅精礦添加進入電鍍液。使用鋅精礦即使用礦石直接鍍鋅，即將鋅的電解和電鍍合二為一，這將會帶來很大的經濟效益。

(3)導電方式。向鋼絲導入電流的方式直接影響電鍍鋅層的質量和電鍍時的電能消耗。導電處必須接觸良好，防止由于觸點打火花而損傷鋼絲表面和使鋼絲電流量產生波動。通常采用電解液外的導電輥或導電槍導電，高電流密度電鍍時導電點一般浸入電鍍液。導電點的間距(l)的大小，與導電點間鋼絲的電阻成正比，因此也與鋼絲中的電壓降成正比。因此，應盡可能縮短導電點問距，以減少由于這一電壓降(△E)引起的電能損耗(△W=△El)。

電鍍鋅層的保護除了鋼絲熱鍍鋅時使用的鉻酸或鉻酸鹽溶液處理，在鍍鋅層外表生成鈍化膜以提高耐蝕性之外，近來也有用錳鍍層保護鋅鍍層的。錳的電極電位負于鋅，因此錳鍍層是鋅鍍層的陽極鍍層。錳的氧化膜比較微密，因此錳鍍層本身的耐蝕也比較高。按照試驗結果可知，鍍錳的鍍鋅層耐蝕能力將成倍提高。錳鍍層采用電鍍法，電鍍液為硫酸錳溶液，陽極采用不溶陽極，錳的添加使用碳酸錳。