铁塔彩色热镀锌工艺及镀层性能研究

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热镀锌铁塔由于其具有优异耐蚀性及良好的防护效果,而广泛应用于输电电网建设领域。西藏地区地域辽阔,地貌环境南北差异较大,传统热镀锌铁塔呈单一明亮金属光泽的银白色,具有强反射性,难以与西藏地区的地貌环境相协调。为了避免其对西藏地区自然地貌产生破坏,需对镀锌铁塔进行着色,而有机涂料角钢在长时间日照下易老化,发生褪色、粉化和起泡等缺陷。本文通过对彩色热镀锌工艺进行系统研究,对镀液呈色元素进行优化选择,并制备出与西藏地区地貌相协调的两种目标色彩的彩色镀层,并研究镀件结构和镀液成分等工艺参数对于彩色镀层效果的影响,随后研究了 Mn量和浸镀温度对镀层的耐蚀性的影响,并将彩色镀层与有机涂层角钢进行耐候性比较试验,进而分析彩色镀层的组织结构及镀层呈色机理,取得主要结论如下:(1)研究结果表明,Mn适宜作为彩色镀液的呈色元素,且Zn-Mn合金镀液色彩种类较多,色彩饱和度高。彩色镀液中添加不少于0.011 wt.%的Al,能够对彩色镀液进行恢复。提高镀液中Mn量与浸镀时的镀液温度能够使得镀层表面氧化程度加深,镀层的色彩饱和度提高,且随着镀件厚度的增加,镀件表面温度的下降速率减缓,镀层氧化时间延长,镀层色彩饱和度显著提升。(2)研究结果发现,针对不同厚度的镀件,控制镀液组成、浸镀温度、浸镀时间和冷却方式等工艺参数从而影响镀层表面氧化状态,最终获得色彩均匀的草绿色和砂石色镀层。(3)研究发现,彩色镀层的耐蚀性与镀液成分密切相关,镀液中添加Mn能够大幅度提高镀层的耐蚀性,且随Mn量的增加耐蚀性逐渐升高,在Mn量为0.4 wt.%时,镀层耐蚀性稍有下降。在同一镀液Mn量下,镀层耐蚀性随着浸镀温度的升高而显著降低,其主要原因是较高的浸镀温度促进了镀层中各相的迅速生长,组织变得更为疏松,为电荷在镀层中转移提供了通道,加速了镀层中的腐蚀过程。(4)加速老化试验发现,彩色镀层的耐紫外老化能力和耐高温老化能力均强于有机涂料涂层,彩色镀锌角钢与有机涂层角钢在UVA段紫外线持续照射168h与120℃温度下加热96h,彩色镀层不发生褪色,且无明显气孔等缺陷,而有机涂层发生明显的褪色,出现大量的气孔等缺陷。(5)研究表明,彩色镀层组织与传统镀层组织其相组成结构相似,主要由η相、δ相和ζ相组成,其中δ相呈致密的栅栏形态,ζ相有长柱条状和短棒条状两种形态,镀层最外侧主要是冷却凝固形成的η相。彩色镀层中Mn在镀层表面富集,镀层表面形成一层含Mn氧化物,其中含Mn氧化物主要由MnO和MnO2,而传统银白色镀锌表面不存在含Mn氧化物,主要是ZnO和ζ-FeZn13相,故彩色镀层主要呈色原因是镀层表面的含Mn氧化物引起镀层表面发生光的干涉现象,从而使得镀层呈现多种色彩。
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