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腳輪支架鍍鋅處理工藝
發表時間:2012/8/20 8:14:22
鋼鐵材料為今日人類生活中不可或缺的重要資源。然而因其本身特性使然，使得"銹蝕"無日不時伴隨著我們，并無時無刻地損耗著我們的資源－鋼鐵。3.在邊角區，鋅層往往比其它地方還厚，且有良好的韌性 及抗磨耗性。而其它涂層在此邊角處，往往是最薄最不易施工，最易受傷害處，故常須再維護。
4.即使因受很大的機械傷害或其它原因。造成一小部份的鋅層脫落， 將鐵基裸露，此時，周圍鋅層就會發揮犧牲陽極的功能，來保護此 處鋼鐵，使其不受侵蝕。而其它涂層則剛好相反，銹會馬上生成，且 迅速漫延至涂層下面，引起涂層剝落。
5.鋅層在大氣中的消耗是非常緩慢的，約為鋼鐵腐蝕速率的1/17至1/18，且是可預估的 。其壽命遠超過其它任何涂層。
6.鍍層壽命在某一特定的環境下，主要視鍍層厚度而定。而鍍層厚度又受鋼鐵厚度而決定，即越厚的鋼鐵易得較厚的鍍層，故同一個鋼構中厚的鋼鐵部位一定也得到較厚的鍍層，以保證得到更長的壽命。
表 1：使用環境別熱浸腳輪支架鍍鋅的腐蝕速度
暴露環境 腐蝕速率（g/㎡/年） 平均（g/㎡/年） 耐用年數（注）平均
重工業地區 28~40 34 16
都市地區 12~18 15 36
海岸地區 11~14 13 42
田園地區 5~12 9 60
山間地區 3~8 6 90
干燥地區 2~5 4 135
注：以附著量600g/㎡來估計。
7.因美觀、藝術，或在特定嚴重腐蝕環境使用時，腳輪支架鍍鋅層可再施以上漆處理duplex system，只要漆的系統選用正確、施工容易，其防蝕效果比單獨上漆及熱浸鋅壽命加起來還要好上1.5~2.5倍。請參照表2。
表 2：熱浸腳輪支架鍍鋅及熱浸腳輪支架鍍鋅－漆（duplex-system）耐用年數比較表
熱浸腳輪支架鍍鋅皮膜附著量 田園地帶 海岸地帶 工業區地帶
單位oz/ft2 單位g/㎡ 單獨熱浸腳輪支架鍍鋅耐用年數 duplex-system耐用年數 單獨熱浸腳輪支架鍍鋅耐用年數 duplex-system耐用年數 單獨熱浸腳輪支架鍍鋅耐用年數 duplex-system耐用年數
0.35~0.75
1.0~1.6
1.6~2.5 107~227
305~488
488~763 4~15
18~37
35~60 10~25
35~50
45~70 2~11
13~28
28~40 7~24
25~46
37~60 1~4
5~16
15~21 5~15
12~30
20~32
注：1.附著量為一般腳輪支架鍍鋅鋼板規格。
2、耐用年數以鐵材95﹪部位均受到有效保護而言。
3、耐用年數視現場環境及涂材系統而有很大不同。
8.用鋅層來保護鋼鐵，除了熱浸腳輪支架鍍鋅法外，尚有其它數種方法，其優劣比 較如表3，一般使用最廣、防蝕效果最好且經濟效益最佳者，為熱浸腳輪支架鍍鋅法。
表 3：各種腳輪支架鍍鋅方式優缺點比較
比較項目 特性原理 優點 缺點
方法
熱浸腳輪支架鍍鋅(hot dip Galvanizing) 溶融入法 請參閱本章 1.太小件作業困難
2.大于腳輪支架鍍鋅槽構件作業較復雜
均勻鋅及鋅、鐵合金層
噴鋅法
(熔射鋅, thermal spray) 原子狀鋅噴射焊法 1. 尺寸、大小不拘
2. 厚度可達0.01英吋以上 1.隅角均一性差
2.經濟性差
純鋅層
電鍍法(Zinc plating) 電流電位差析出法 1. 形狀大小不夠
2. 外觀良好 1. 厚度有限
2. 堅實性差
純鋅層
滲鋅法 鋅粉加熱機械附著法 1. 均勻性良好
2. 耐磨性好 1. 大構件作業困難
2. 外觀暗灰色厚度有限
純合金層
涂鋅法(加腳輪支架鍍鋅, Ziga) 噴漆法或刷涂法 1. 作業簡單 1. 耐磨性差
2. 隅角均一性差
92~95﹪高鋅含量漆
[飛步腳輪原創]
熱浸腳輪支架鍍鋅品質判定標準及要因解說
1.附著量：
耐蝕性主要決定于腳輪支架鍍鋅層的厚度，故量測厚度常為主要判定腳輪支架鍍鋅質量好壞的根據，腳輪支架鍍鋅層受鋼材表面的成分、組織、結構不同而有不同的反應，另進出鋅溶液的角度、速度亦有很大的影響。故預得完全均一的鍍層厚度，實際上不太可能。所以量測附著量絕對不能以單一點（部位）來判定，必須要量測其單位面積（㎡）平均附著鋅重（g）才有意義。最通用的標準為ASTM A-123。
表 4： ASTM A-123 鋼材種類與鍍層厚度等級
材料種類in(mm) 1/16以下（1.6）以下 1/16至1/8（1.6至3.2） 1/8至3/16（3.2至4.8） 3/16至1/4（4.8至6.4） 1/4以上（6.4）以上
結構構件及鋼鈑 45 65 75 85 100
鋼條及鋼棒 45 65 75 85 100
鋼管 45 45 75 75 75
鋼線 35 50 60 65 80
表5 ：ASTM A-123 鋼層厚度等級對應表
厚度等級 Mils Oz/ft2 μm g/㎡
35 1.4 0.8 35 245
45 1.8 1.0 45 320
50 2.0 1.2 50 355
55 2.2 1.3 55 390
60 2.4 1.4 60 425
65 2.6 1.5 65 460
75 3.0 1.7 75 530
80 3.1 1.9 80 565
85 3.3 2.0 85 600
100 3.9 2.3 100 705
表 6：某電力公司規范
材料等級 最低腳輪支架鍍鋅量
每平方公尺公克（g/㎡）
試樣品
平均數 任一樣品
A級 鑄造物－－鍛鐵，鋼 610 549
B級
滾壓，壓榨鍛煉
（不包括C級和D級材料） B-1－厚度在0.5公分（包括0.5公分）以上及長度超過20公分（不包括20公分） 610 549
B-2－厚度在0.5公分（不包括0.5公分）以下及長度超過20公分（不包括20公分） 457 381
B-3－厚度在20公分（包括20公分）以下及其任何厚度 396 335
C級 直徑超過1公分（不包括1公分）的螺栓、螺帽和類似材料，以及厚度為0.5公分和0.6公分以上墊圈 381 305
D級 直徑在1公分（包括1公分）以下的螺栓、螺帽、鉚釘、釘子和類似材料，以及厚度為0.5公分以下墊圈 305 259
量測附著量的方法有很多種，如破壞性的切片金相觀測法、酸洗法，非破壞性的膜厚計法、電化學法、進出貨重量差估計法等。一般常用的為膜厚計法及酸洗法。
膜厚計為一利用磁場感應來量測鋅層厚度最普遍省事的方法，其基本條件為鋼鐵表面必須平滑、完整，才可得較準確數字。故在鋼材邊角處或粗糙、有角度鋼件或鑄件等，均不太可能會的一準確的數字。普通鐵件用原鐵材當歸零基材，尚可得相當準確的數字，鑄件就絕對不準確了。
酸洗法為正式檢驗報告用，最準確的方法，惟切片時必須注意上下部位的公平取舍，才可得準確數字。但其亦有缺點，如費時甚多，復雜鋼材面積不易求得，太大件無法整個酸洗等。故充分利用膜厚計來控制現場制程，而用酸洗法來做最后檢測，就已經足夠了。
2.均一性：
熱浸腳輪支架鍍鋅鋼鐵最易生銹的部位，仍是鋅層最薄的地方，故必要測其最薄部位是否符合標準。
均一性的試驗法，一般都用硫酸銅試驗，但此方法對于由鋅層和合金層組成的腳輪支架鍍鋅層皮膜測試很有問題。此因鋅層與合金層在硫酸銅試驗液中的溶解速度不同，合金層中也因鋅/鐵的比率差異而不同。所以，以一定浸漬時間的反復次數來判定均勻性并不是很合理。
因此，最近歐美規格及JIS中，均有廢止此試驗方法的傾向，以分布取代均一性，以目視或觸感為主，必要時才用膜厚計檢查分布狀態。
又形狀復雜的小構件因面積量測不易，不易求得平均膜厚，有時不得不用硫酸銅試驗法來做參考，但絕不能以硫酸銅試驗取代附著量測定的目的。
3.堅實性：
所謂堅實性就是腳輪支架鍍鋅層與鋼鐵密合性，主要要求腳輪支架鍍鋅構件在整理、運搬、保管及使用中具有不得剝離的性質，一般檢驗法有錘打法、擠曲法、卷附法等。
錘打法是以錘打擊試片，檢查鍍層皮膜表面的狀態。把試片固定，免得因錘支持臺等高且水平，錘以支持臺為中心，使柄重垂直位置自然落下，以4mm間隔平行打擊5點，觀察皮膜是否剝離以為判斷。但是，距離角或端10mm以內，不得作此試驗，同一處不可打擊2次以上等。此法最普遍，適用于鋅、鋁等皮膜堅實測試。其它如擠曲法、卷附法一般很少用，故暫且不提。
一般人常有一種錯誤觀念，往往為了方便量測堅實性，拿兩個腳輪支架鍍鋅鋼材，以邊角互相敲擊，觀察邊角剝落情形以為判斷。若邊角處剛好有幾處較厚的鋅粒。在作業中沒處理好，則一用力敲擊，厚的鋅粒一定會剝落。故此法不能用來判定正常腳輪支架鍍鋅皮膜與鐵基的密合性。[飛步腳輪原創]
附著量、均一性及堅實性，即為一般規格定義熱浸腳輪支架鍍鋅質量檢驗的項目。亦是一般正式檢驗報告的標準。有關規范，請參照表7。
表 7：熱浸腳輪支架鍍鋅有關規范
中國國家標準(CNS)
CNS 1247 腳輪支架鍍鋅檢驗法
CNS 8503 熱浸腳輪支架鍍鋅作業方法
CNS 10007 鋼鐵熱浸法腳輪支架鍍鋅
2. 美國材料測試標準
A90 Methods of test for weight of coating on zinc coating(galvanized) iron and steel articles
A123 Zinc(hot galvanized)coating on products fabricated from rolled,pressed,,and forged steel shape, plates, bars,and strip
A153 Zinc coating(hot-dip) on iron and steel hardware
A325 High strength bolts for structural steel joints,including suitable nuts and plain
A385 Providing high-quality zinc coating(hot-dip)
A780 Repair of damaged hot-dip galvanized coatings
A767 Zinc-coated(galvanized)steel bars for concrete reinforcement
E376 Practice for measuring coating thickness by magnetic-field or eddy-current (electromagnetic) test methods
3. 日本工業標準(JIS):
H8641 Zinc hot dip galvanizings
H9124 Recommended practice for zinc coating(hot-dipped)
H0401 Methods of test for hot dip galvanized coatings
4. 英國工業標準(BS)：
BS 729 Hot dip galvanized coatings on iron and steel articles
[飛步腳輪原創]
影響品質諸要素研討
1.鋼構尺寸大小、重量：
鋼構尺寸以能一次全數浸入鋅液，以達到均一腳輪支架鍍鋅皮膜組織為好，若太長或太寬，以致須分兩次浸鍍作業者，接合處的鋅層外觀將會顯得粗澀、太厚等不良。另外，如鋼構的單重太重，超過腳輪支架鍍鋅設備負荷者，將使其作業困難。故與熱浸腳輪支架鍍鋅廠事前的溝通，最為重要。
2.鋼構的材質：
鋼構的材質，會影響熱浸腳輪支架鍍鋅皮膜的組織、厚度等，但若經事前的溝通，將可技術性的將其影響減至最少。如高張力鋼材含硅、碳量較高，易于快速地與熔鋅反應，合金化過度成長的結果，將造成灰黑色的外觀，但并不影響其防蝕性能。又如熱處理鋼材，若其抗拉強度超過90kg/mm2時，經熱浸作業后，易使其強度降低等。
3.異種金屬的組合：
如鋼材與銅、錫、鉛等非鐵金屬的組合，于熱浸作業時，此非金屬的溶出，將會造成鋅皮膜組織的變化。又如新舊鋼材的組合，于酸洗作業時，新材質易酸洗過度。此外如部份加工構件，加工處的酸洗過度亦是。
4.鋼材的污染：
如油漆的污染、特殊油脂的污染等，于普通的堿性脫脂液中不易除去，此時必須使用特殊溶劑清除或用燃燒法、噴砂法等，使成本增加且作業困難。此外如焊接觸的焊渣清除亦是相當重要的。
5.焊接方式：
焊接方式對熱浸腳輪支架鍍鋅鋼鐵結構物的質量影響很大，嚴重者甚至引起裂開，或成品變形。
6.設計上的問題：
鋼鐵結構物設計，是熱浸腳輪支架鍍鋅作業質量成敗的主要因素。
其設計的主要原則，為使溶鋅在結構物內、外部能流動順暢。以下數圖，請參閱本網站結構物設計要點。
7.可動部鐵材注意要點：
腳輪支架鍍鋅后須能自由轉動靈活的鐵配件，于設計時，需預留一定大小的余裕，以為鋅皮膜所占空間。
8.變形、歪變的防治：
鋼鐵因加工時所發生殘余應力，易于熱浸或冷卻時放出，若應力不均勻釋出，則造成變形。如鋼材作90度以上彎曲冷加工，亦易造成變形。因殘留應力不均勻所造成變形，可于熱浸腳輪支架鍍鋅前作600℃以上消除應力退火熱處理以避免。又設計上應避免不同材厚組合，以免因熱膨脹不均勻而變形，其組合參考表8。所有的變形，可于熱浸前增加適當的補強材，以盡可能避免。
表8：焊接相對板厚極限（單位：mm）
板厚t1 以t1為基單t2最大值
35 1.4
45 1.8
50 2.0
55 2.2
60 2.4
65 2.6
75 3.0
80 3.1
85 3.3
100 3.9
9.氫脆化的避免：
脆化發生的原因有二種：（1）鋼鐵經較大冷加工后時效應變（strain aging），于熱浸時大量發生。（2）抗拉強度（ultimate tensile strength）超過150 Ksi鐵材，及嚴重冷加工的鋼材，經酸洗過后所吸收氫原子，于熱浸時釋出所致。
氫脆化避免有以下三種方法：（1）盡可能用熱加工，尤其于嚴重變形時；（二）用噴砂來替代酸洗除銹；（三）熱浸前，經適當熱處理。
上述9點因素，對熱浸腳輪支架鍍鋅成品質量影響均很大，但均可有效的事先加以注意、防治。故鋼構廠與腳輪支架鍍鋅廠事前密切溝通，最為重要。
外觀研討
外觀，對熱浸腳輪支架鍍鋅的防蝕性或質量標準，實在完全沒有影響。亦因鋅層組織不同而無法得到有電腳輪支架鍍鋅那種美觀。熱浸腳輪支架鍍鋅皮膜的目的本來就不是裝飾，主要用在防蝕。因而，判定質量良否，可忽略此點。
當然，外觀良好，可增加商品的價值，亦是腳輪支架鍍鋅業者技術開發的主要目標。以下說明外觀上的幾個缺陷及其影響。
1.局部沒鍍上：
指局部沒鍍上鋅皮膜，使鋼鐵露出呈黑點的狀態。研究報告指出直徑小于3 mm的黑點，或黑點面積總和不超過40 mm2時，因鋅本身的犧牲陽極保護作用，對整體的防蝕壽命幾無影響，故此時可合理的用富鋅（含95 ﹪以上鋅）涂料來補修。請參照圖18。
黑點發生的原因大都為前處理不良，或設計上的不適當等，為腳輪支架鍍鋅業者首要克服的技術問題。
2.燒 灰：
這是皮膜上的純鋅層完全轉變成合金化的顏色，主要還是決定于鋼材的材質，如（Si , semi-killeld steel）Si 脫氧的半凈鋼，或噴砂或酸
洗過度的鋼材表面粗糙化時，擴散反應激烈而易得，另冷卻時間及速度控制亦是一大主因。燒掉或合金化，雖缺乏金屬光澤，但在大氣中
的防蝕性及防白銹性，均比光亮的純鋅層好，純鋅層在大氣中放置一段時間，亦自然會轉變成氧化鋅而成暗灰色。故吾人實不必太在意外
觀光亮度。
3.鋅垂、積滯：
即鋅在制品端部殘留成臘燭般的崩垂狀或瘤狀，或鋅積滯于局部的狀態。此主要決定于腳輪支架鍍鋅業者的技術及設備。此多余的鋅有助于耐蝕性，可用銼刀輕輕磨平，惟須注意不可過力削落，會使其整個剝落而露出鋼鐵生銹。當然，嚴重的崩垂，會因搬運中的不小心撞擊而剝落，銳利的尖端會割刺手等。能避免則盡量減少其發生，若避免不了，個人認為盡量保持原態為宜。
4.傷 痕：
形狀復雜或大形鐵件，腳輪支架鍍鋅治具的接觸處，或磨擦處易留下傷痕，有時鐵件相互間碰撞亦會產生。此時應視傷痕大小和深度來判斷。一般傷痕只限于表面的鋅層，合金層仍完好無缺。傷痕，一般很難使其完全消失。
5.粗澀：
即皮膜表面生成無數微粒狀凹凸，以手套擦撫有被鉤拉感覺。在商品價值中很是忌諱，但以耐蝕性而言不大有影響，輕輕以銼刀銼平即可。
此粗澀發生的原因常為浮渣dross附著所致。如鉆床的鉆屑在鋅浴中剝離，流成浮渣附著皮膜，或鑄造品在前處理時，所吸藏的氣泡從浴中起出時成微細氣泡噴出，或展性脫炭層剝離成鱗片狀時亦會變得粗澀。此時就須腳輪支架鍍鋅業者的技術加以克服。
6.flux渣層：
此為鋅浴面上的氧化渣或flux化合物附著而成。常因操作者撇渣不良造成，有時亦因鋼構形狀限制而很難消除。其在冷卻時常會剝落，或用鋼絲刷除去亦可。除去后對耐蝕性幾無影響。
7.局部過厚、起泡：
此因鋼材過厚，或酸洗過度，或不良品重鍍，合金層過度發達或材質所致的異狀擴散（η＋ζ層），或腳輪支架鍍鋅作業條件不良等所致。商品價值雖不良，耐蝕性卻超群。[飛步腳輪原創]
8.變形：
鋼材原有或二次加工所附加的殘留應力、素材形狀、裝配構造等設計上的要素為主因。此外，腳輪支架鍍鋅作業的技術亦大大影響變形程度。冷卻時以空冷處理，常可降低變形度。
9.白銹：
即鋅的光澤喪失，嚴重時生成白粉謂之。主要決定因素仍在腳輪支架鍍鋅成品的儲存技術不良所致，請參照圖19，用重鉻酸鹽皮膜處理為最有效的方法。白銹對整體鋅層皮膜耐蝕性并無影響。
10.泡裂、接縫、迭層：
即呈現松散、線狀突起、局部剝離等異狀。主要為鋼材在制煉或軋延上的缺陷所致，與腳輪支架鍍鋅作業無關。
經濟效益分析比較
防銹系統選擇考慮經常是植基于經濟上的。但初期成本往往不能代表各類防銹系統所需整體花費。
維護的費用，可能因系統不同而有顯著差異。若是再維護時難以靠近工作物，或需停止操作，或是需額外的產品及機械覆蓋作業，或是需要架設鷹架等等，以上種種作業均可使維護花費大幅增加。
由于構造物或工作尺寸可能影響其處理難易程度，故亦影響腳輪支架鍍鋅處理價格。不幸地，目前尚無法以各地通用標準擬定腳輪支架鍍鋅費用，但對其他表面處理系統而言情況亦是如此。
通常腳輪支架鍍鋅費用以工件重量計算。此點不同于一般涂裝以表面積計價方式。
以歐洲情況而言，熱浸腳輪支架鍍鋅初期成本會低于涂裝，因為涂裝較腳輪支架鍍鋅耗用更多人力成本。
欲比較各類防蝕系統所需耗費的總金額時，由于個別維護需求間隔可能改變。因此比較工作變得相當復雜。甚至在維護間格的這段時間維護費用即會變化。所以，腳輪支架鍍鋅所提供的長期防蝕壽命，加上即使出現小損傷也無礙抗蝕能力優良特性，使得以長期防蝕的觀點而言，沒有其他的表面處理方法較熱浸腳輪支架鍍鋅更經濟便利了。
防蝕保護系統所需花費的總經費與使用年限、勞力成本、維護工作復雜性支附加費用及利率等因素息息相關。熱浸腳輪支架鍍鋅初期成本較油漆涂裝費用高，長期總防蝕費用卻較油漆涂裝費用低。工件形狀愈復雜單位重量只表面積很大，其腳輪支架鍍鋅處理所需費用與油漆相較會很有競爭力。而且腳輪支架鍍鋅可能在短時間內完成，不會有現場施工延誤的危險造成成本負擔，上述的理由再加上長久的防蝕壽命，使得熱浸腳輪支架鍍鋅防蝕保護成為工程上最有競爭力的方法。
就長期經濟效益而言，熱浸腳輪支架鍍鋅防蝕作業。是所有其它防蝕系統中，最為優良的。雖然初期的投資費用可能稍高于其它系統，但因其具備了長期不須維修的特性，故總成本比其它系統低了很多。
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