桥梁缆索用热镀钢丝镀前预处理工艺探讨

桥梁缆索用热镀钢丝镀前预处理工艺探讨
发布时间：2021-08-10T02:12:02.834Z 来源：《中国经济评论》2021年第4期作者：夏浩成1 朱小芳2 陈建峰1 韩玉根1 曹勇1 [导读] 江阴第三过江通道、常泰长江大桥等数百个超大型国家基建工程，堪称世界桥梁史上的伟业。

1. 江苏法尔胜路桥科技有限公司江苏江阴 214400；
2. 江苏法尔胜研发中心有限公司江苏江阴 214400
摘要：桥梁缆索用热镀钢丝是指适用于桥梁缆索的热镀锌钢丝、锌-铝合金镀层钢丝、锌-铝-多元合金镀层钢丝的统称。

本文着重介绍了桥梁缆索用热镀钢丝在进行镀层制备前的多种预处理方法和工艺特点，为钢丝制造企业选择适宜的处理工艺提供参考建议。

关键词：热镀钢丝；镀前预处理；电解碱洗；铅浴脱脂；助镀
一、概述
20世纪末，随着国家不断加大基础设施建设的投入力度，我国大跨度桥梁的建设事业得到了蓬勃的发展。

到目前为止，我国已建成了包括江阴长江大桥、武汉杨泗港长江大桥、泰州长江大桥、虎门二桥、五峰山长江大桥、深中通道伶仃洋大桥、温州瓯江北口桥、香港昂船洲大桥、港珠澳大桥、沪苏通长江公铁大桥等在内的数百座大跨度桥梁，还有计划筹建的南京仙新路大桥、龙潭长江大桥、燕矶长江大桥、张皋长江过江通道、江阴第三过江通道、常泰长江大桥等数百个超大型国家基建工程，堪称世界桥梁史上的伟业。

桥梁建设事业的大发展，促进了桥梁缆索用热镀钢丝生产能力和工艺水平的不断提高。

锌铝合金镀层钢丝因相对于热镀锌钢丝更高的耐腐蚀能力而具有更好的耐久性，更有利于提高桥梁缆索的服役寿命而被广泛采用。

众所周知，桥梁缆索用热镀钢丝的镀层表观质量主要取决于钢丝热镀前预处理的清洁和助镀效果。

与传统的热镀锌钢丝制造工艺相比，锌-铝-多元合金镀层的制备工艺速度提高了2-3倍，因此对钢丝热镀前的预处理能力提出了更高的要求。

原先适用于热镀锌工艺的盐酸清洗和普通助镀剂已无法满足，必须对镀层预处理工艺进行改造升级。

国内各制造单位在钢丝热镀前预处理环节做了很多技术改造升级，以满足日益增加的热镀锌-铝-多元合金镀层钢丝的市场需求。

镀层预处理主要包含两部分，即清洗和助镀。

笔者查阅了大量的文献报导，对目前可用于桥梁缆索热镀钢丝的镀前预处理工艺进行了汇总，供从业人员和企业参考。

二、热镀前清洗工艺
桥梁缆索用热镀钢丝通常为Φ5mm至Φ7mm的圆形钢丝，为规范钢丝的技术要求和检验标准，国家标准GB/T 17101-2019对抗拉强度、不圆度等均有较高的要求，为得到高强韧、截面规则的热镀钢丝，制造企业一般均采用将索氏体化盘条冷拉拔至所需规格的光面钢丝，再进行热浸镀的生产工艺。

作为热镀钢丝的原料，盘条表面附有氧化铁皮层，拉拔前必须进行处理，z制造企业一般采用磷化或皂化进行处理以利于冷拉拔。

钢丝拉拔过程中用拉丝润滑粉辅助拉拔，降低拉拔过程中的钢丝温升，保障钢丝性能符合标准要求。

磷化膜或皂化膜以及润滑粉均会附着在经过冷拉拔的钢丝表面，必须彻底清洗干净才能进行后续的助镀和热镀流程。

清洗工艺一般可分为三类：机械法、焚化法和化学法。

2.1 机械法
机械法是指不对钢丝基本性能产生影响，不发生化学反应的钢丝表面清洗方法，常见的有刮擦、撞击、冲击等。

刮擦的设备有钢刷机、皮带打磨机、介质擦拭设备等等。

该类设备使用过程中存在磨损快需定期更换刮擦材料的问题，且处理能力不稳定，通常不能单独使用，仅作为第一道辅助处理。

该类设备同时也可安装在拉丝机尾端，在光面钢丝收线时起到刮擦作用。

撞击的设备有喷砂机、喷丸机等。

石砂或细铁丸加压后喷射到钢丝表面，通过动能将钢丝表面附着的杂物松动和脱落，起到清洗作用。

这类设备一般占地面积较大，且运营成本较高，存在环境污染的问题，较少被制造企业采用。

冲击的原理与撞击类似，是将水、空气、蒸汽等介质加压后喷到钢丝表面起清洗作用。

水和空气主要去除钢丝表面的浮粉，蒸汽在达到前两者的效果同时，因100℃左右的温度，可起到松动表面杂物的作用，效果更好，普遍被制造企业采用。

这类清洗工艺应注意对废气和废水的收集处理，避免对车间作业环境造成影响。

2.2 焚化法
焚化法是指通过高温火烧或者熔融惰性金属将钢丝表面的磷化皂化膜和润滑粉去除的方法。

一般可采用明火燃烧和铅浴焚化这两种方法。

明火燃烧的温度波动范围较大，且钢丝受热不均匀，容易造成钢丝性能劣化，通常不被采用。

铅浴作为稳定的处理介质被广泛采用，其焚化效果相对较好。

但因铅污染的原因，面临被国家全面取缔的可能。

制造企业应做好铅浴被取缔的技术储备，避免因国家政策的变化对生产造成较大的影响。

2.3 化学法
在热镀钢丝制备工艺中，通常使用盐酸、硫酸、磷酸等作为清洗剂，通过酸性清洗液与钢丝表面的金属氧化物发生氧化还原反应来达到清洗的目的。

生产实践中通过调整酸液配比、浓度、温度、清洗时间来保证钢丝的清洗质量。

钢丝在酸性清洗液中可能发生氢脆和过酸洗的情况，酸性清洗液尤其是盐酸在使用过程中会产生酸雾污染环境、腐蚀设备，通过在酸性清洗液中添加特殊的缓蚀剂和抑制剂可以避免氢脆和过酸洗等问题的发生，减少酸雾的逸散。

盐酸已被国家列入易制毒化学药剂，使用成本和废酸处理成本显著增加，因此国内多家钢丝制造企业均在研发其他有效的替代工艺。

电解碱洗和超声波碱洗作为替代工艺应运而生。

电解碱洗是利用弱碱性清洗剂在直流电的极化作用下，降低钢丝与清洗剂的界面张力，清洗液渗透到钢丝表面的磷化、皂化膜下面，通过氧化反应或者还原反应产生大量气泡，气泡逸散时使钢丝表面的皮膜和铁锈脱落，从而达到清洗的目的。

超声波碱洗的主要机理是空化作用，一般采用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸氢钠等复合碱性化学药剂作为清洗液。

超声波发生器发出超声振动，向清洗液中辐射声波，清洗液中存在的微气泡在强声场的作用下振动迅速变大后破裂，破裂时产生的冲击波能形成上千个大气压的压力，可快速的将氧化铁皮及杂物击碎并将其从钢丝表面脱离。

超声波碱洗是以物理清洗为主、辅以弱碱性药剂溶解磁性金属氧化物的综合清洗工艺。

除了电解碱洗和超声波碱洗，也有电解酸洗和超声波酸洗用来清洗钢丝表面的相关文献报导。

其清洗原理基本相同，只是用弱酸性清洗剂替代了弱碱性清洗剂，有些中性清洗剂亦见用于超声波清洗的报导。

桥梁缆索用热镀钢丝制造企业一般将上述三大类清洗工艺进行组合使用，其中铅浴焚化、盐酸清洗和超声波碱洗应用较多。

为降低生产成本、减少废弃清洗剂的处置费用，通常可选则适宜的布袋过滤或微孔过滤的方式对清洗剂进行在线处理，不仅可稳定维持清洗剂的洁净度以保证清洗效果，也可有效降低清洗剂原料的使用量、减少废弃物的排放量。

三、助镀
助镀可以理解为帮助经过有效清洗的钢丝更好地完成热浸镀，获得符合国家标准镀层要求的关键工艺。

氯化铵和氯化锌按一定比例溶解在水中，再添加少量的氯化亚锡和三氯化铈，可以获得性能优异的复合助镀剂。

将助镀剂加热至60-80℃可以提高溶液的饱和度，有利于溶液附着在钢丝表面。

钢丝表面的助镀液经烘干后形成固态晶体，进入熔融的锌液中时可降低钢丝基体与锌液之间的表面张力，同时可活化钢丝表面使锌液润湿钢基体的能力得到提高，更快更好地形成锌铁合金层，有效避免漏镀（露铁）问题的发生。

生产热镀锌钢丝时，常规的氯化锌和氯化铵助镀剂可以满足工艺要求。

用“双镀法”生产锌-铝-多元合金镀层钢丝时，第一道热镀仍采用热浸镀锌，因此对助镀剂没有特殊的要求。

采用“单镀法”生产锌-铝-多元合金镀层钢丝时，使用常规的氯化锌和化铵助镀剂会导致批量的漏镀、锌瘤问题发生。

相关文献报导，有的企业研发出了上文提到的复合助镀剂，可以有效解决漏镀问题。

四、结语
镀前预处理对桥梁缆索热镀钢丝的镀层表观质量至关重要。

清洗用于去除钢丝表面附着的磷化皂化皮膜、润滑粉等杂物和氧化物，助镀用于防止洁净的钢基体表面再次被氧化，并促使热浸镀更好地完成。

在制造出符合国家标准要求的热镀钢丝基础上，通过持续地镀前预处理工艺优化来不断提高产品质量、降低生产成本，是桥梁缆索热镀钢丝制造从业人员的使命和担当。

我们有责任有义务在这个领域做细做深做强，为“桥梁建设强国”添砖加瓦，为行业进步贡献力量。