本文關鍵詞：機械鍍鋅形層機理的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

的研究遠遠落后于工藝的研究；鍍層結構進而提高鍍層的耐蝕性能，對促進機械鍍鋅工；鐵)打底健鋅層圖2一1機械鍍鋅打底階段吸附、沉積；間的液橋是引起鋅粉顆粒聚集的一個重要原因；液(含有非離子表面活性劑)、B液(含有Mz+，昆；

的研究遠遠落后于工藝的研究。目前，機械鍍鋅工藝中滾桶的轉(zhuǎn)速，加料量，顆粒鋅粉的選擇，化學藥劑的選擇等這些都是經(jīng)驗的統(tǒng)計，都沒有明確的學科基礎知識來指導，就連機械鍍鋅形層機理所涉及的基礎理論知識在國內(nèi)外都沒有統(tǒng)一、準確的學科歸屬。可以說目前無論是在國內(nèi)還是在國外，機械鍍鋅工藝在具體的生產(chǎn)應用中存在一定程度的盲目性，沒有確切的理論指導，這嚴重影響了機械鍍鋅工藝的廣泛應用和發(fā)展。2.課題研究的主要內(nèi)容本論文課題從屬于云南省應用科學基金:機械鍍的工藝理論研究(編號:1999E0026M)，本論文研究從機械鍍鋅工藝出發(fā)，運用物理、化學、金屬學的基礎知識，結合磨礦、機械合金化(MA)中物理化學變化來分析機械鍍鋅鍍層的形層機理。主要的研究內(nèi)容包括以下三個方面:昆明理工口夕又學碩士研究生口學位論文一5-械鍍鋅天鄉(xiāng)層機理的庵開究第一章l)機械鍍鋅形層過程中金屬粉吸附一沉積現(xiàn)象的觀測分析借助金相顯微鏡、體視顯微鏡、目測等觀察鍍液中金屬鋅粉在鍍液環(huán)境中的存在狀態(tài)，金屬鋅粉的分散聚集過程，金屬鋅粉(團)的沉積規(guī)律，分析了金屬鋅粉、沖擊介質(zhì)、鍍件和鍍液之間的相互作用，找出金屬粉末的吸附沉積規(guī)律。討論“先導金屬”及表面活性劑的作用，提出理論解釋。結束了以前國內(nèi)外對機械鍍鋅形層過程簡單解說的局面。2)機械鍍鋅動態(tài)力學性能模擬研究觀測了金屬鋅粉的變形程度，結合金屬鋅的臨界分切應力值，分析、討論機械作用力和鋅粉(或鋅粉藻團)之間的相互作用;得出機械鍍鋅鍍層鋅粉的變形規(guī)律;歸納出鍍層中鋅粉顆粒的變形機制3)機械鍍鋅的鍍層特性分析論文通過鍍層耐腐蝕性、附著性的試驗，并與其它鍍鋅層對比，就各項性能指標進行綜合分析。運用金相顯微鏡、掃描電鏡、牛津能譜分析等現(xiàn)代材料檢測手段，對鍍層中金屬鋅粉顆粒的形貌、相互結合、空間位置等進行觀察、研究。統(tǒng)計分析了工件的表層，鍍層的基層、中間層和鍍層表層的化學組成，建立了機械鍍鋅的鍍層結構模型。3.課題的研究意義本課題主要結合基礎理論知識和實驗觀察手段分析金屬鋅粉在鍍液環(huán)境中富集、沉積及其和其它介質(zhì)的碰撞規(guī)律，揭示機械鍍鋅鍍層的形貌結構，闡明機械鍍鋅鍍層的形成機理，建立鍍層形層過程的宏觀模型，完善機械鍍鋅工藝基本理論。理論來自于實踐，理論要指導實踐。本課題中機械鍍鋅形層機理的研究結果同樣如此，它要指導于機械鍍鋅的實際生產(chǎn)。希望本課題的研究工作夠?qū)M一步完善機械鍍鋅工藝，優(yōu)化鍍

鍍層結構進而提高鍍層的耐蝕性能，對促進機械鍍鋅工藝的廣泛推廣應用和云南省地方經(jīng)濟的發(fā)展具有極其重要的意義。昆明理里口二大學不頁d二戈開究生學位論文一6-錢鋅刃鄉(xiāng)層機理的研究第二二章第二章機械鍍鋅形層過程中吸附、沉積現(xiàn)象的觀測分析2.1機械鍍鋅過程中的吸附、沉積現(xiàn)象1.試驗條件:觀察試驗中所用儀器:揮發(fā)皿、燒杯、XTL一n型照相體視顯微鏡(北京電子光學設備廠)、玻璃棒、試三牌精密試紙(上海試劑三廠生產(chǎn))、5倍普通放大鏡�；に幤�:C液(含有Snz+)、濃硫酸、硫酸亞錫。其它物品:自來水、鋅粉、工件(墊片、螺母、材質(zhì)均為AZ鋼)。2.試驗現(xiàn)象:揮發(fā)皿中加入HZO，在加入少量的鋅粉，鋅粉密堆分布于揮發(fā)皿的底部，用玻璃棒輕微攪拌，發(fā)現(xiàn)鋅粉層如泥膏狀。加入幾滴H2504，反應劇烈，揮發(fā)皿底部產(chǎn)生大量氣泡，密堆鋅粉團上浮，重新組合成比較松散的粉團，同時很多氣泡上浮逸出。鋅粉團堆積松散呈藻狀，較為蓬松。玻璃棒攪拌后觀察，小的藻團變成大的藻團，體視鏡下發(fā)現(xiàn)藻團是鋅粉顆粒的集結體;此時，，檢測溶液的pH值，pH堯1.4一1.5。兩分鐘后，發(fā)現(xiàn)揮發(fā)皿底部幾乎沒有鋅粉，即使有也是數(shù)量很少的尺寸很小的藻團。加入幾滴C液，溶液中反應劇烈，溶液產(chǎn)生更多的氣泡，藻團周圍出現(xiàn)許多枝狀物，并且枝狀物在不斷長大，藻團和藻團有明顯相互吸引的趨勢，在兩個藻團相互接近的地方，相鄰藻團的枝狀物會交錯生長成為一體，用玻璃棒輕輕移動其中一個藻團，另一個藻團會緊緊跟著移動。離墊片近的藻團的枝狀物在和其它藻團聚集的過程中有向著墊片移動的傾向，直到最后它的枝狀物依附在墊片表面上生長。吸附在墊片上的藻團沒有和墊片相接觸的部分產(chǎn)生的枝狀物又會和其它的藻團周圍的枝狀物吸引，并且相互交錯生長在一起，這樣大部分藻團吸引到墊片上。玻璃棒攪拌，墊片上吸引的藻團的枝狀物或變形、或折斷，不再有規(guī)則的形狀。隨著攪拌的進行，墊片上的藻團已分辨不清，墊片表面好象包敷著一層金屬箔(其實這層物質(zhì)的主要成分是鋅)。此時用較細的玻璃棒將熱片翻過來，發(fā)現(xiàn)墊片一直與揮發(fā)皿接觸的那一面也有金屬箔，只不過量相對要少1些。將墊片取出晾干，用手指尖在墊片表面上滑動，金屬鋅雖能滑掉，但是手指要施加一定的力量。從以上的試驗觀察及分析可以得出，打底階段的吸附、沉積過程是:聚集一一吸附—沉積—成形，如圖2一1。是明理二幾大學不近d二不開究生學位論文一7-械鍍鋅形層機理的籠汗究第二二章曦“沙一…沉積基體(

鐵)打底健鋅層圖2一1機械鍍鋅打底階段吸附、沉積模型3.試驗結果分析1)滾筒漿料中的電化學反應機械鍍鋅過程打底階段滾筒中漿料內(nèi)發(fā)生的化學反應有:Zn十sn4+分Zn2++SnZ十Fe+ZH十丹FeZ‘+H，Zn十ZH十斗肋2十十H、Zn+SnZ十分ZnZ+十如(2一1)(2一2)(2一3)(2一4)其中，從化學反應的優(yōu)先級來考慮，式(2一l)會最先反應;從化學反應動力學來考慮，式(2一3)、(2一2)、(2一4)反應是體系中的主導反應。在主導反應中，從化學熱力學考慮，式(2一3)和(2一4)優(yōu)先于式(2一一2)。式(2一3)和(2一越)的優(yōu)先級基本相同，但是，式(2一3)反應的產(chǎn)物HZ，大部分會吸附在鋅粉(或鋅粉團)表面上，阻止了反應的進一步進行;而式(2一刁)的反應產(chǎn)物Zn扮會很快地分散到漿液中去，有利于反應的進一步進行，所以式(2一4)比式(2-we3)反應要激烈。這一分析結果正好同觀察試驗中的現(xiàn)象相一致，打底過程中氣泡的產(chǎn)生是因為式(2一2)和(2一3)的反應所致，枝狀物的出現(xiàn)是式(2一1)、(2一4)的反應所致。2)金屬鋅粉的聚集狀態(tài)金屬鋅粉在滾筒內(nèi)的聚集狀態(tài)主要受以下作用力的影響。昆明厭里二二大學周萬二七遙開究生學位論文一8-鍍鋅開鄉(xiāng)層機理的研究第二二章A分子間作用力鋅粉在空氣中的聚團效果并不明顯，鋅粉顆粒在中性水溶液中時分子間作用力比它在空氣中更弱，所以鋅粉顆粒在中性水溶液中因分子間相互吸引而聚團的效果就更加不明顯，分子間作用力對鋅粉顆粒的聚團作用微弱。B雙電層作用力機械鍍鋅的漿料環(huán)境中鋅粉顆粒表面同樣會形成雙電層，且顆粒與顆粒之間恒為排斥力，所以雙電層作用力阻礙鋅粉顆粒的團聚。C溶劑化膜作用力溶劑化膜作用力從數(shù)量上看比分子作用力及雙電層作用力約大1一2個數(shù)量級，但它們的作用距離遠比二者小，一般僅當顆�；ハ嘟咏�10一20納米時才開始起作用。但是機械鍍鋅過程中鋅粉顆粒在不受外力的情況下顆粒之間的距離很難達到10一20納米，所以溶劑化膜作用對鋅粉顆粒聚團的影響甚微。即使在外力作用下鋅粉顆粒之間的距離在ro一20納米的范圍內(nèi)，此時外力將會遠遠大于溶劑化膜作用力，后者可以忽略不計。D靜電力「7，對于顆粒半徑為1oum的各類顆粒，經(jīng)測量在空氣中的電荷約在600一1100單位[(9.6X0.18)X10一[7C1范圍之內(nèi)。據(jù)此可算得鏡象力為(2一3)Xlo一1加�？梢娫谝话闱闆r下，顆粒與物體之間的鏡象力可以忽略不計。E液橋作用力〔川水溶液中鋅粉顆粒之間因產(chǎn)生液橋而大大增強了粘結力，經(jīng)實驗數(shù)據(jù)可得出液橋粘結力比分子作用力約大1一2個數(shù)量級。所以機械鍍鋅的漿料中鋅粉顆粒之

間的液橋是引起鋅粉顆粒聚集的一個重要原因。F氣泡團聚力鋅粉表面、鋅粉藻團表面粘附的微氣泡。按能態(tài)穩(wěn)定原理微氣泡有自動拱抬、聚合的趨勢，所以會促使鋅粉聚團。G表面張力的影響鋅粉顆粒表面因為表面張力存在較高的表面能，顆粒的聚合可以減少鋅粉的總表面積，降低鋅粉顆�？偟谋砻婺�，這是體系字自趨穩(wěn)定的一種形式。H滾筒內(nèi)動力場的影響機械鍍鋅滾筒內(nèi)是一運動的流體場，水和玻璃珠介質(zhì)時刻和鋅粉(或鋅粉藻團)相互作用，控制著鋅粉藻團的團聚尺寸。綜合以上分析，打底階段鋅粉在漿液中主要受雙電層作用力、液橋作用力、昆明理口二大學碩士幣開究生學位論文一9-械鍍鋅形層機理的研究第二二章氣泡團聚力、表面張力、滾筒內(nèi)動力場的影響。這些影響因素的結果使得鋅粉顆粒團聚成藻狀，并且藻團尺寸維持在一定的范圍之內(nèi)，平均1一2~。3)鋅粉和工件之間的吸附動力鋅粉藻團吸附到工件表面上受鋅粉顆粒表面、工件表面、溶液中的電解質(zhì)、漿料中氣體等的影響。A“先導金屬”的影響鋅粉藻團周圍的枝狀錫就會拖著鋅粉藻團向工件表面移動而吸附到工件上。在這里“先導金屬”Sn相當于一種載體，起著攜帶作用。B漿料中氣體的影響如同氣體促進鋅粉顆粒的聚團一樣，工件表面依附的氫氣泡和鋅粉藻團(或鋅粉)表面上的氣泡有互相聚集變大而降低表面張力的趨勢，這有利于鋅粉在工件表面上的吸附。C鋅粉顆粒表面和工件表面電荷作用力的影響機械鍍鋅的打底階段工件表面帶弱負電性，鋅粉顆粒(或藻團)表面呈弱的正電性。這樣在工件表面和鋅粉(或藻團)表面呈相反的電性，產(chǎn)生庫侖吸引力，這是鋅粉(或藻團)吸附到工件表面上重要原因。D溫度的影響機械鍍鋅滾筒內(nèi)漿料受強酸和介質(zhì)摩擦影響，溫度比外界環(huán)境溫度高8一1OOC，這可以加速鋅粉(或藻團)的吸附、沉積過程。E介質(zhì)碰撞的影響工件和介質(zhì)相對鋅粉(或藻團)的尺寸較大，三者的位置關系如同兩個平面之間夾著一個很小的球體，是很容易受到兩個面的壓縮而粘附到其中一個面上。綜合以上分析，上面五個因素都有助于鋅粉(或鋅粉藻團)吸附、沉積到工件表面_上。這其中不僅有物理作用，也有化學作用;所以，以前在機械鍍鋅的定義中只提到化學作用，或只提到物理作用都是不妥的。2.2機械鍍鋅鍍層增厚過程中的吸附、沉積試驗條件:觀察試驗中所用儀器:揮發(fā)皿、燒杯、xTL一H型照相體視顯微鏡(北京試三牌精密試紙(上海試劑三J一生產(chǎn))、5倍普通電子光學設備廠)、玻璃棒、放大鏡�；に幤�:濃硫酸、A

液(含有非離子表面活性劑)、B液(含有Mz+，昆明理習二口勺學不頁d二研究生學位論文一10-鍍鋅形層機理的研究第二二章2價金屬離子)。其它物品:自來水、鋅粉、工件(墊片己打底)。2.試驗現(xiàn)象:打底過程同前，加入幾滴B液，再放入一個螺母(螺母剛剛機械鍍鋅完畢，表面還沒有完全干燥，螺母立放，液面達螺母高度的一半)，隨著B液的增加，溶液中反映劇烈，雖然溶液呈乳白色懸濁液，但觀察到溶液中如同冒出陣陣白煙，同時聽到溶液中有喇喇得聲音。靜置一分鐘，鋅粉非常均勻、細小地呈小的藻團彌散。溶液中有氣泡產(chǎn)生，部分細小藻團在氣泡的作用下時沉時浮;仔細觀察發(fā)現(xiàn)，鋅粉藻團周圍沒有象打底階段那樣出現(xiàn)明顯的枝狀物，但其周圍隱約存在尺寸較小的細毛刷狀物，取出螺母觀察，發(fā)現(xiàn)螺母表面上粘附有大量的鋅粉藻團并牢牢地吸附在表面上。從以上的試驗觀察和分析可以得出，鍍層增厚階段的吸附、沉積過程是:聚集—吸附—沉積一一刁戎形，如圖2-侖。3.試驗結果分析1)滾筒漿料中的電化學反應機械鍍鋅鍍層增厚過程滾筒體系中發(fā)生的化學反應有:加+ZH十崢ZnZ十癡+MZ+今ZnZ++H，+材小(2一3)(Zwe幣)昆明理江幾大學碩d二研究生學位論文一11-械鍍鋅月多層機理的戈開究第二二章其中，從化學反應的優(yōu)先級來考慮，式(2一3)會最先反應;從化學反應動力學來考慮，式(2-一3)反應生成的氣體依附在鋅金屬(工件或顆粒)表面對反應產(chǎn)生阻擋作用，所以(Zse一5)反應是體系中的主導反應。這一分析結果正好同觀察試驗中的現(xiàn)象相一致，鍍層增厚過程中氣泡的產(chǎn)生是因為式(2一3)的反應所致，漿液中上浮的白色煙霧狀現(xiàn)象和細毛刷狀物的出現(xiàn)是式(2一5)的反應所致。2)屬鋅粉的聚集狀態(tài)鋅粉在漿液中聚集成藻團狀，鋅粉藻團的尺寸比打底階段藻團尺寸要小一些，分散比較均勻。鋅粉之間的聚集與分散除了受分子間作用力、雙電層靜電作用力、溶劑化膜作用力、靜電力、液橋作用力、氣泡團聚力、滾筒內(nèi)動力場的影響外還受到高分子聚合物吸附層的空間效應的影響。3)鋅粉和工件(已打底)之間的吸附動力鋅粉藻團吸附到工件表面上受鋅粉顆粒表面、工件表面、溶液中的電解質(zhì)、漿料中氣體以及非離子表面活性劑的影響。A漿料中氣體的影響如同氣體促進鋅粉顆粒的聚團一樣，工件表面依附的氫氣泡和鋅粉藻團(或鋅粉)表面上的氣泡有互相聚集變大而降低表面張力的趨勢，這有利于鋅粉在工件表面上的吸附。B鋅粉顆粒表面和工件表面電荷作用力的影響鍍層增厚時螺母表面(已經(jīng)打底完畢)的電負

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