钢镀锌：“震撼”氧化保护

为什么选择镀锌钢而不是不锈钢？

当某件事促使我们采取行动时，我们会说我们被“激励”了。那么当我们使用术语镀锌钢是什么意思 还是金属？

事实证明，这一切都是为了震惊。

黑色金属含有铁，占世界金属制造业的 90%。铁致密、坚固（与碳混合成为钢时）、丰富且易于精炼。这些特性使其成为我们拥有的工业和建筑中最重要的金属。

然而，铁及其许多合金在暴露于空气和水中时也极易生锈。防腐蚀是黑色金属设计的一部分。有时，这种保护可能来自合金的类型；例如，不锈钢中含有铬和其他化学保护元素以防腐蚀。然而，这些添加物会改变机械性能。它们也可能很昂贵。有时会使用密封剂，如粉末涂料、油漆或油处理。

镀锌钢更为常见，但人们对其知之甚少。镀锌钢板是怎么做的？它会刺激黑色金属采取行动吗？镀锌钢板会生锈吗？什么时候用镀锌钢、铝、不锈钢？

什么是镀锌钢？

镀锌是将锌涂层应用于钢或铁的过程，形成保护黑色金属免受腐蚀的屏障。锌层的物理作用是阻止水和空气到达钢的表面，化学作用是提供阴极保护。这种保护是电化学的……就像激励我们采取行动的隐喻“电镀”。这个词来源于18世纪科学家Luigi Galvani的名字，他是生物电磁学的先驱。

镀锌通常在高温下进行。尽管可以通过喷漆或电镀添加锌层，但其中任何一种都只能形成一层薄薄的锌层——只有 3 微米厚的闪亮表面。像这样的局部应用在耐腐蚀性很重要的户外应用中很容易受到攻击。

真正的镀锌发生在高温下，并且依赖于锌、氧气和二氧化碳之间的化学相互作用。三者在温度下发生反应，形成深灰色的碳酸锌层，通常为 50 微米厚，在户外环境中更加耐用。

镀锌钢会生锈吗？

您可能会问自己，“镀锌钢会生锈吗？”答案是肯定的……在一定程度上，并且基于条件。镀锌钢生锈的程度取决于保护锌涂层的厚度（我们将在下面更详细地讨论）和腐蚀环境的类型。

镀锌钢在什么条件下会生锈？最常见的包括高湿度、潮湿或浸泡的环境、空气或水中的盐分、苔藓和酸。但是，镀锌还可以很好地抵抗与混凝土、砂浆、铅、锡、锌和铝的接触。

镀锌有助于延长防止生锈的斗争。它依靠锌的氧化来防止钢或铁的氧化。在适当的条件下，镀锌钢可以抵抗长达 50 年的生锈。铁锈或黑色金属的氧化被阻止。然而锌中仍在发生氧化（只是这不叫生锈。）

当锌最终全部被氧化转化时，它将不再保护，钢将被咀嚼。

热镀锌

热浸镀锌是最常见的镀锌形式。在这种方法中，钢或铁部件清除碎屑和氧化皮，然后放入温度接近 840°F 的锌或锌合金浴中。将钢留在熔池中，直到达到相同的温度，然后将其提起并冷却。这种冷却可以快速或缓慢地完成，具体取决于最终产品的预期外观。

镀锌是在添加了铝的锌浴中进行镀锌的过程。当金属仍然很热时，对整个产品进行热处理，从而形成几层锌铁合金。铝的添加和之后的热处理使所得钢具有更好的可焊性。镀锌钢通常会产生类似红锈的铜锈，但不会像未保护的铁合金那样腐蚀。

干法镀锌

一种不太常见的镀锌方法是干法镀锌。这个过程也被称为 Sherardizing，以开发该方法的冶金学家 Sherard Cowper-Coles 的名字命名。在这种技术中，小型钢部件与锌粉和沙子一起在封闭的旋转滚筒中加热，直到温度和翻滚使锌化学熔合到钢表面。然后对零件进行淬火。它通常用于小零件和热浸可能无法到达内表面的零件。

亮片

镀锌钢传统上可识别的特征之一是其表面的亮片。所有金属都以结晶形式冻结，就像一系列紧紧地挤在一起的雪花。对于大多数金属来说，这种晶粒太小而看不到，或者未经蚀刻晶界不明显。锌合金镀锌使人们可以看到金属在冷冻过程中形成的结晶模式。

锌花的形状和大小可以暗示热浸镀锌后的冷却条件。表面冻结得越慢，晶粒越大，通常表现为羽毛状或叶状。快速淬火至较低温度会导致晶粒更小、更规则或更方正。

许多最引人注目的亮片通常是由锌合金中的少量铅或锡制成的。这些添加物使颗粒形成枝晶状——这一冷冻过程促进了羽毛状形状在表面上伸展。无铅镀锌的发展创造了从钢上冻结的锌涂层。这些无铅合金可以产生直径小于 0.5 毫米的圆形亮片。合金和冷冻条件之间的相互作用意味着熟练的镀锌者可以影响最终产品中锌花的尺寸和形状。

电偶腐蚀和牺牲阳极

镀锌过程不仅仅是在金属周围形成一层锌壳以形成物理屏障。如果是这样，可能会使用其他金属。相反，锌通过一种称为“阴极保护”的化学过程进行保护。

当两种具有非常不同电势的金属一起放置在电解液中时，它们开始在电化学反应中充当阳极和阴极，从而产生电流。两种金属中最“活跃”的阳极，即阳极，将比单独使用时腐蚀得更快，因为它提供了电子。该阳极内的电子剥离分子在化学上不稳定，并试图与环境中的化学物质形成稳定的分子，从而产生氧化物和其他腐蚀产物。电池使用这种形式的电偶腐蚀来产生电流。

金属按其在阳极指数中的反应性进行分类。金是金属中最惰性或最惰性的一种，被用作参考材料。所有其他金属都有一个数字，代表它们在金电解槽中时的电压。该指数是电偶量表的基础，它将金属从最被动到最主动排序：

在镀锌中，锌，一种阳极金属，覆盖钢或铁。它起到密封剂的作用，但如果覆盖物上有任何针孔，锌的电化学牺牲意味着它会首先腐蚀，因为这两种金属中的活性更高。一种更阳极金属保护更阴极金属的这种特性被有目的地用于船体，这些船体淹没在海水中，有腐蚀的风险。这些牺牲阳极，也称为锌，通常用螺栓固定在船体上。通常，锌部件包含在螺旋桨或其他设备的设计中。

在铁的存在下，锌会迅速牺牲，但不会太快。从电偶规模来看，很明显铝、镁和铍也可能“更活跃”，因此具有保护作用。然而，铝更难与钢结合，更昂贵，并且在阳极指数上太接近而无法像牺牲阳极一样发挥作用。另一方面，镁会溶解得更快，而且在许多环境中可能更具反应性。锌还具有防止有机物或细菌分解的好处。铍稀有、昂贵且非常不稳定。

精加工镀锌钢

当锌分解成氢氧化锌时，镀锌钢上会形成白锈。这种“生锈”确实是锌腐蚀的产物，但在正常情况下，它的发生速度比未受保护的钢氧化要慢得多。为了进一步减缓这一过程，有时对镀锌金属进行涂油，或偶尔进行铬钝化，以形成最终的密封层。这种油性或钝化金属不能涂漆或以其他方式完成，但在许多气候条件下，它会保持几十年的良好状态，并且结构完好可以保持更长时间。镀锌钢可用于涂油的工作部件，这些部件可能会很快磨损油漆。

在喜欢油漆或粉末涂层美学的应用中，镀锌钢可以不涂。然而，大多数情况下，一件物品要么被镀锌，要么被涂漆，而不是两者兼而有之，以保持每种方法的成本节约。

镀锌钢 vs 铝 vs 不锈钢

镀锌是一种经济有效的方法，可以帮助保护将暴露于潜在腐蚀性元素的金属。铝和不锈钢也用于需要坚固、耐腐蚀金属的应用。它们是炊具、器皿和保健品的更好选择，因为过多的锌可能有毒，酸和热都可能使锌动员起来。在镀锌钢的暗灰色亮片不理想的地方，它们呈现出更闪亮、更具适应性的美感。

铝和不锈钢的成本更高，而且它们的机械性能与钢不同。对于机械性能、美学或金属重量很重要的应用，更昂贵的材料可能是最佳选择。在其他需要标准钢功能的地方，镀锌工艺是低成本防风雨的理想选择。