相关机械镀锌技术的介绍
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本工艺为独创的无机酸、盐与复合表面活性剂活化工艺。加入由几种表面活性剂合成的保持性活化剂，形成稳定的沉积环境。随后交替加入锌粉,逐次增加厚度。由于活化剂活性高，保持时间长，使沉积过程稳定快速，结合强度增加，是国外研究发展的比较成熟的工艺。所有的化学原料实现国产化，设备的性能和价格也适合我国的经济发展水平。因而机械镀锌产品，在原料的生产上具有资源优势，工艺技术、镀件质量、设备功能及生产成本等方面在国际市场上均具有较强的竞争力。 该项目获美国FF-N-1058认证制程及质量获美军方规格MIL-C8156及ASTM-5-695-82认证。
一、市场前景分析：
据统计国内适合于机械镀的产品有电力、交通、机械用的紧固件，水暖管件、射钉、水泥钉、环链等（每年约200万吨）。目前实际应用机械镀的每年仅有1万吨左右的产量，并以加工出口为主。随着市场发展，对金属表面处理的要求越来越高，机械镀锌必将在相当多类别的工件镀锌上取代传统电镀、热镀锌工艺，而且工业发达国家的五金产品逐步向高中档产品发展，已将中低档五金产品转移到发展中国家设厂生产。与印度、韩国、越南等国相比，中国具有更大的市场潜力，这包括了国内和加工出口市场，目前正逐步发展成为世界五金加工和出口大国。近年来随着我国机械镀锌工艺技术的发展，国外委托国内加工的量逐年增加，分布于四川、浙江、河南、河北及沿海各省。可见机械镀在国内有着巨大的发展空间，再加上国外机械镀锌设备和原料昂贵（整套设备42万美元），工艺复杂，这些都为国内机械镀锌工艺及设备创造了良好的发展机遇。
随着人们的环保意识增强，以及环保法规的落实，传统镀锌工艺技术的发展将受到限制，机械镀锌技术属于“绿色”表面处理技术，因良好的社会和经济效益，机械镀锌工艺有极好的应用前景。
二、工艺简介
机械镀锌所用的设备
机械镀所用的设备主要功能是提供机械碰撞力使混合料液形成合理的流态。如把工件、玻璃珠、水、金属（锌）粉和添加剂视为一个流体，则主设备就满足以下功能：
１、造成工件与玻璃珠的碰撞和搓碾运动。
２、流体处于被搅拌的浑沌状态，避免金属（锌）粉、添加剂和工件按质量和粒度的偏聚分布。
３、具有装卸料的功能或便于装卸料。
机械镀设备具有调速的镀筒，可翻转以满足不同位置装卸料，满足了机械镀的动作功能。生产率为最大250公斤/小时。设备主要组成有：滚筒（采用液动系统）、电机（动力部分）、控制板。
三、工艺特点：
1、镀层均匀光亮，厚度可按用户要求在5～100um内可控制，容易实现镀层合金化。主要镀种有：机械镀锌、机械镀铜等。
2、在室温下操作，镀件无镀后氢脆，也无镀后回火软化现象。
3、当零件镀层厚度相同时，耐腐蚀性可超过电镀和热浸镀。镀锌层厚度相同时生产成本低于电镀和热浸镀。 4、机械镀不像电镀需要整流电源，也不像热浸镀需要加热装置。因此设备简单、容易操作，占地面积小，耗能少，适应性强，同时又可实现批量生产。在成本上机械镀有着电镀和热浸锌不可比拟的优势。
5、操作环境好，无高温、粉尘、烟雾，镀后废水经简单处理即可达到排放标准，易实现清洁生产。
6、在同等产量时，所需人员比传统镀锌行业少，且操作有序，过程简单。
四、应用范围：
机械镀锌应用范围比较广泛，不但适用于五金产品，标准件、紧固件、制钉、五金小冲压件、高强度零件的镀锌防腐，而且还广泛应用于机械、仪器仪表、市政建设、建筑建材、矿山冶金等。特别适用于户外要求长期不锈蚀的建筑五金件、电力传输紧固件、弹簧钢冲压件、造船与桥梁紧固件。
机械镀锌工业应用与优势
机械镀锌铁是一种与电镀锌、热镀锌铁、达克罗处理不同工艺过程的防腐镀层，它的工艺特点是：室温条件生产操作、镀层形成不属于电沉积，是由装载零件镀筒的旋转，使筒内的零件介质的相互碰撞、实现机械能传递来形成镀层；镀层结构为微粒级球形锌粉受机械力传递碰撞变形、成为扁平、碟形锌颗粒的层状叠加来凝结为镀层，这种结构镀层具有金属锌的基本物理特征，镀层的功能作用是阳极性保护镀层。工艺特性是：对高强钢工业零部件不产生氢脆危害及小型可滚镀零件的重防腐镀层（25-110um）替代热浸镀锌工艺具有工业应用的竞争优势。
1.机械镀锌主要式艺过程
1.1 机械镀锌铁主要工艺流程
零件前处理、除油、除锈（可线下处理）→水洗→闪镀置换铜→水洗→机械镀锌沉积过渡底层→机械镀锌沉积→水抛光→零件倒出分离→热水洗（或按要求零件表面铬钝化、浸相关保护层）→甩干并烘干→检测验收。
1.2零件前处理、除油、除锈
对普通件，可按表面处理常规方法，但对高强钢基体零件的除锈、除氧化皮，尤为注意，因为不能较长时间采用含氢离子的强酸性化学材料对零件表面进行除锈及除氧皮，这样处理会对零件钢基产生一定渗氢影响，所以应采用机械法来解决：如喷沙、振动光饰、抛丸工艺等。
1.3闪镀置换铜
置换铜层无厚度要求，但要完全覆盖零件基体表面，它的作用是：提高镀层结合力、有利于镀层表面状况的均匀性、阻挡工艺过程产生的氢离子对基体的渗入。另一作用发现，因为铜层具有良好的电导，相同锌镀层厚度的机械镀锌零件与渗锌零件同在盐雾箱进行试验考核比较，在盐雾试验达到11个周期时，发现由于盐雾水流的冲刷，渗锌零件的棱角处批量件出现红锈，而机械镀锌棱角处虽然已见露基体，但棱角均不产生红锈：这是由于置换铜层的电阻小、电子导电畅通，保证了铁基体正常的电化学阴极状态。所以该置换铜层对机械镀锌镀层结构的电化学防腐能力尤为重要。关于内镀置换工序，美国机械镀锌的通用技术标准，指定的ASTM—B695—91,就有内闪镀置换铜工序的技术要求：而我国国家机械工业局2000年1月1日颁布实施的“钢铁制件机械镀锌”、机械行业标准JB/T8928—1999对机械镀锌工艺中的置换铜层不作规定，对此：可按供、需双方的要求来确定。
1.4机械镀锌沉积过渡底层
这一工序是针对置换铜层而言，实施步骤是定量的机械镀锌专用引发剂和少量的镀覆锌粉加入滚动的镀筒内，滚动3—5min就可以形成使原来零件基本的铜层转变为银灰色的复合镀锌层。该镀锌层质量的优劣将影响后续加厚镀层的韧性与镀层结合力。
1.5机械镀锌沉积
定量分批次加入沉锌引发剂、镀层厚度要求锌粉可在15—30min可完成此工序，达到工业零件要求的镀锌层厚度。
1.6水抛光
机械镀锌粉表面为非镜面半光亮镀层，水抛光工序就是机械镀锌的引发剂及锌粉都冲洗掉后。镀筒继续转动，使零件镀层表面达到均匀光亮的银白色表面，一般需要转动5—10min，虽然该镀层达不到电镀具有的镜面光泽，但表面的光滑、光亮度要优于热浸镀锌层。水抛光的镀筒转动时间有一个极大值，超过特定的极大值时锌镀层将有一定程度的切削破坏。
1.7零件表面铬鈍化
机械镀锌层特别是在最初条件下，在潮湿的空气中易在镀层表面产生白色腐蚀物，必须通过透明铬钝化、黄色铬钝化，使所形成铬的钝化膜防止白色腐蚀物产生。
1.8检测验收
机械工业镀锌厚度、镀层质量，取决于工艺操作、工艺配方及工艺定性、定量的规范控制，所以镀层质量的检测认定尤为重要，合格的检验结果将指导机械镀锌工艺对不同零件批次量的正确生产。
2.国内机械镀锌初期研发与应用历史
2.1国内机械镀锌初期研发与应用
国内机械镀锌工艺的技术文献报导，最早由上海开关厂的吴载昌工程师发表于《材料保护》1975年第六期文章题目为“机械镀”：到目前，应用于生产的报导，基本上是机械镀锌技术。在生产实际应用上，上个世纪八十年代中期，由香港引进机械工业镀锌滚筒设备及化学原料在广州水暖器材厂进行玛钢管件的机械镀锌，为国内机械镀锌工艺技术工业应用的开始。我国的机械镀工艺技术的自主研发是从二十世纪年代的中、后期开始的，这得益于改革开放后与世界工业交流的启迪。
2.2 国内机械镀锌工艺技术水平的基本定位
国内从1989年在天津及其它地区开始把国内自主研制的机械镀锌工艺技术应用在工业零部件上，如：碟形弹簧、制钉、玛钢管件等；但当时的机械镀锌滚筒设备仅为单一转速，工艺技术在国内尚无标准依据、技术水平定量控制并不完善：在此条件下，进人工业应用市场，违背市场发展规律，所以，这一时期的机械工业镀锌工艺的技术水平与生产应用基本处于踏步不前状态，这表现在玛钢管件行业应用机械镀锌较为突出，究其原因，机械镀锌生产的应用，参照热浸镀锌技术标准的考核，从硫酸铜试验次数要求、厚锌镀层结合力、镀层表面光亮度、厚镀层的韧性等，在批量生产上均表现为重现性不稳定。这就是当时的机械镀技术特有的定性、定量工艺控制技术仍未达到产品质量要求的技术水平。
工业市场的需求是引领技术发展的动力，由于机械镀锌零部件产品的出口需求增加、机械镀工艺特有的技术功能，如对高强淬火钢零件的镀锌无氢脆危害、对使用滚镀方法的工业零部件镀厚锌要求时，采取机械镀锌替代热浸镀锌具有的综合的竞争优势，推动了国内机械镀锌的较快发展；从二十世纪90年代中期开始，国内机械镀锌工艺技术有了长足的发展：体现机械镀锌新技术水平应用的有，如经淬火的硬质射钉产品的稳定批量出口，单件重量1.3kg、50um以上镀层厚度的40Cr高强度钢螺栓产品的质量合格出口，证明国内机械镀技术工业应用与国外技术水平的拉近，这时的机械工业镀锌工艺可人为控制50~--70um、硫酸铜试验通过4-6次，并且镀层韧性优良，这三个技术指标的应用控制，确保了采用的机械镀锌产品的户外长期防腐能力不低于热浸镀锌。
同时国家机械工业局2000年1月1日颁布实施机械工业行业技术标准：“钢铁制件机械镀锌”(JB/T8928-1999)。
进入2001年，随着淬火钢五金零件机械镀锌产品出口的增长，外商要求产品镀层表面亮度的质量，要与国内从美国引进的机械镀锌技术所生产的产品、达到表非面装饰的一致性，针对这种情况，由国内自主技术基础研发机构，在原机械镀锌工艺基础的平台上，通过创新、在所用原料完全产化的条件下，使国内机械镀锌生产的产品与发达国家生产的机械镀锌产品，达到了一致的镀层质量水平。
3.机械镀锌与电镀锌、热浸镀锌、达克罗处理对比应用优势
3.1 与电镀锌的对比应用优势
在工业应用上，电镀锌过程将在阴极析出氢气，这会对作为阴极析出氢气，这会对作为阴极上受镀的高强钢零件产生渗氢作用，结果使这种高强钢零件在使用过程中产生氢脆断裂而引发事故（目前国内，时有发生淬火高强射钉在使用过程中和崩断事故，这与采用电镀锌工艺有相当关系。发达国家对于射钉产品使用的安全规范，拒绝射钉表面防腐采用易产生氢脆断裂的电镀工艺）：机械镀锌工艺对高强钢零件的镀覆不产生氢危害，这一功能优势，电镀锌是不可比的。另外，对比电镀锌，机械工业镀锌工艺的优势是：操作简单、对细小零件的滚镀更易控制，能耗少、半小时时间就可以完成50um镀层厚度的镀覆。
3.2 与热浸镀锌的对比优势
热浸镀锌工艺的镀锌层，是用于钢铁基本长期户外防腐蚀镀层工艺，这种工艺用在大型钢铁件（输电铁塔、工程钢结构等）镀锌防腐上，不容质疑：但在户外使用紧固零件的热镀浸锌上，国内工艺过程实施、基本是手工操作，加上热浸镀锌工艺过程的特征，与机械镀锌工艺的特点比较，就呈现出工艺应用的优劣问题，如：热浸镀锌垫片类、细小类零件时，零件易粘连，镀螺纹零件，熔融锌镀层会堵塞螺纹、对螺母必须镀后重新套扣；烟尘、粉尘、金属热蒸汽污染严重，而机械镀锌工艺则不存在这类缺点，此外机械镀锌镀层表面要比热浸镀锌表面来得光滑、光亮；对环保来讲，是具有相当可比性的清洁工艺。
从功能上，高温熔融的热镀锌过程会对淬火高强紧固零件的表面造成退火变软，如8.8级高强钢高速公路护栏紧固件，采用热浸镀锌时，按技术标准进行的拉力试验，就反映出产品质量不合格或不稳定性。机械镀锌是室温条件操作就不会对淬火钢零件的表面造成退火影响。
机械镀锌镀层还具有抗大气酸雨的功能，通过试验对比，它的抗菌素酸雨能力是热浸镀锌层的三倍，如相同镀层厚度的机械镀锌零件与热浸镀锌零件在10％～15％的稀硫酸溶液中浸泡，其酸腐蚀露铁时间，机械镀锌层比热浸锌锌层将延迟三倍。这种抗酸雨功能应用于大气酸雨严重的户外电力铁塔式紧固零件将尤为重要。
上述要求对比事例说明，要求长期防腐蚀的户外应用紧固零件的镀锌防腐，完全可以用机械镀锌代替热浸镀锌．
3.3与达克罗工艺处理对比优势
达克罗工艺处理是近年来国内开始应用的防腐涂层工艺，涂层厚度一般为5-10um，工艺在薄镀层的应用上有相当突出的涂层的防腐优点。对于一些防腐蚀要求不高的薄镀层五金零件，采用机械镀锌的优点：工艺操作简单、能耗低、表面光亮度好、而且工业加工成本低于达克罗处理。对于户外应用长期防腐蚀的紧固件镀层，都是牺牲阳极性质的锌镀层，镀层含有足够的含锌量，才能确保了户外应用的紧固零件数十年的防腐能力。
达克罗处理涂层的防腐蚀性能是涂层的整体铬钝化，组成涂层的每一微粒级锌、铝磷片都被铬钝化其锌、铝固有的牺牲阳极作用不占主导地位，所以说起主要防腐作用的为涂层的整体钝化功能。对于户外长期防腐蚀要求的镀层，达克罗处理涂层具有的防腐含量远达不到技术要求量，而涂层的钝化膜，长期处于户外大气条件下，也将产生破坏并会缩短固有的抗腐时间。所以讨论的这些源于发达国家的防腐工艺应用，在其技术标准上都有明确的区分和指定如美国“输电铁塔镀锌螺栓”技术标准：ASTM-A-394-93:“公路护栏波形梁”技术标准：AASHTO-M-180-89,规定有，户外长期使用的紧固螺栓防腐镀层，采用热浸镀锌或机械镀锌，并规范有锌镀层重防腐的含锌量；所以规范户外大气长期防腐蚀条件，对于紧固件机械镀锌厚镀层的应用，要比达克罗处理涂层的应用更为适合。
4.与发达国家机械镀锌比较及相关应用技术标准
4.1 与发达国家机械镀锌相比较
国际上，对机械镀的定义有两种，英文的称呼为：Mechanical Plating 和Mechanical Galvanizing中文翻译为：机械镀和机械浸镀。实际上这两种定义的工艺过程操作是一样的，只不过机械镀是指薄的镀层：厚度为25um 以下的；机械浸镀是指25—110um的厚镀层。在国内都统称为：机械镀。
目前国内的机械镀锌工艺技术，通过十几年的发展，原材料的改进及配方技术的创新提高，使用的机械镀锌镀层质量与发达国家相比，已经差别不大；同时也可以进行机械镀锌-锡合金、机械镀锌-铝、镀黄铜装饰金色等，但在机械设备自动化应用生产上，国内的工艺生产基本上仍属于劳动密集型。
在机械镀锌镀层结构调整研发上，我国与发达国家相比，仍存在一定的差距，发达国家的机械镀锌工艺技术为提高镀层的耐蚀性及优化镀层表面性能，已经引入了镍、钴，实施的复合机械镀锌层，并获取了相关技术专利。
4.2 机械镀锌工业应用的技术标准
机械镀锌工艺在我国的应用已有十几年的历史，国内第一个机械镀锌行业标准： “钢铁制件机械镀锌（JB/T8928-1999）,由国家机械工业局2000年１月１日颁布实施，这只是机械行业的一个通用标准，相关各行业的机械镀锌应用技术标准仍未出台，所以在对不同行业零部件产品实施机械镀锌时，可参照美国相关各行业的机械镀锌应用标准：
(1)机械镀锌通用技术标准：ASTM B695-91《钢铁上锌机械沉积层际准规范》
(2)输电铁塔镀锌螺栓标准：ASTM A394-93
(3)钢结构连接用高强螺栓标准：ASTM A325M-97
(4)公路护栏用波形梁标准：AASHTO MI80-89
(5)国家公路与运输管理协会，行业通用机械镀锌标准：AASHTO-M298-92
(6)木材基体材料用制钉标准：ASTM F547-77(Reapproved 1995)
(7)美军应用机械镀标准：MIL-C-81562B
(8)通用汽车公司机械镀锌企业标准：GM 6183M(13DM360)
(9)福特汽车公司机械镀锌企业标准：ESF-MIP67-A
(10)克来斯勒汽车公司机械镀锌的历史，从上个世纪中叶开始，已有近五十年的历史，所以在美国机械镀锌技术的产品应用及相应技术标准可谓完善；我们取机械镀锌的工艺优势，应用于与之相适应的机械零部件镀锌防腐蚀、可参考上列相关机械镀锌标准实施生产与验收。
机械镀锌与电镀锌、达克罗处理及其它工艺技术，在工业应用市场领域中各有长短处，技术的应用，也是市场的需求。其结果是：适者用之，优者选之。
机械镀锌层质量检验与控制
目前，机械镀技术在国内的生产应用已初具规模，主要表现在出口零件，电力用紧固零件、五金、建筑类制钉、射钉、环链、冲压件，钻尾钉及相关机械产品使用的高强钢弹性和紧固件，及机械产品高强钢紧固零件等。
工业技术应用的市场化过程，同时也对其本身提出了相应的技术标准及技术升级要求。国内机械镀锌生产厂家及国内外采购商都在开始关注机械镀锌产品的镀层技术标准和检测验收。在国内机械镀锌工艺技术的应用，目前主要有三个类型机械镀促进剂（引发剂）技术配方和相关工艺技术操作要领各异就反映出不同的镀层优劣情况。针对这种性情况，本文根据相关机械工业镀锌技术标准，列举不同零部件产品的机械镀镀层，提出检测判别方法来评估镀层的优劣情况，使用用户对机械工艺技术的生产的应用与质量检测提高到一定的认识水平。
1.户外用电力、高速公路螺栓机械镀锌重防腐厚镀层的检测与控制
因为是户外使用，所以都重点要求零件表面镀层的含锌量达到350g/㎡ ，或镀层厚度为50um以上；也有更高求的，目的是要满足户外使用的紧固件达到10—30年以上不生红锈。如美国输电铁塔镀锌螺栓标准ASTM-A394-93除要求电力螺栓防腐通常可采用镀层含锌量350g/㎡ 热镀锌或机械锌外，对特定环境机械镀锌的镀层也专门提出了镀层最小平均含锌量为1.65盎司/平方尺（5.02/d ㎡或71.7um镀层厚度）以及任意点外镀层的最小含锌量为1.05盎司/平方尺（4.569g/d ㎡ 或65.27um镀层厚度），我国的《电力金具通用技术条件》GB2314---1997技术标准也明确提出了螺栓的锌含量最低为380g/ ㎡ (约54.285um锌镀层厚度)这些镀层含锌量要求，都是锌镀层是由电化学阳极保护镀层来确定的，镀层的含锌量多少是与防腐蚀年限成正比的。镀层厚度检测可采用磁性测厚仪或金相镀层显微剖面来检测。
另外，对机械镀的生产工艺技术水平优劣考核时，可根据机械镀形成层特点，在批量生产时，每次滚筒生产零件倒出后，对整体零件镀层韧性目视检察时，不应存在镀层表面在零件的凹凸处产生镀层被冲击脱落现象，并且抽检要求达到镀层的常规硫酸铜试验四次上；可允许被冲击镀层从局部脱落镀层碎渣，但镀层脱掉后，底部不可露裸底层铜色或铁基体。这两个检查要点将体现该机械镀工艺技术水平的优劣。由于机械沉积镀层的生产操作技术方式各异，同时要抽检考核机械镀镀层的密度结构，这是按澳大利亚AS-3566.2-2002技术标准对镀层进行金属金相显微剖面分析，然后按标准结构密度图形对比，并按密度图形确定的8级标准来考核比较确认。镀层密度8级的金相剖面显微镀层观察时，镀层的空洞就很微小和量少，这一点对户外重防腐锌镀层来讲尤为重要。对镀层的外观检查，除考核表面光亮度（机械镀镀层特性表面为光滑的半光亮镀层、不如电镀层全光亮，但镀层表面光滑、光亮优于热浸镀锌）外，还要检查镀层表面是否有游离金属（锌）粉存在。考核方法是，镀后零件镀层擦拭皮肤时，检查皮肤表面不应挂有黑色锌粉。上述几个考核点在生产上都能稳定达到时，就说明其厚度镀层的机械工艺技术生产已达到优良应用的技术水平，并在其环保及清洁生产工艺对比认同时，对于户外紧固件重防腐锌镀层技术领域，取代污染严重的手工操作热浸镀锌工艺，将具体可比竞争性。