前言：鋅是一個分子量與鐵相近，是還原性比鐵稍強，加工方便、保存容易的一個金屬元素。工業上鋅是用來作為犧牲陽極保護鋼鐵的關鍵材料，本文闡述鋅在防腐蝕領域已經商品化的產品及其技術特點。

一 鋅是最合適的鋼鐵防腐蝕材料

“鉀鈣鈉鎂鋁鋅鐵錫鉛氫銅汞銀鉑金”，在我們中學化學學過的金屬還原性的順序表中，排位越靠前的金屬元素越活潑、還原性越強、越容易和氧氣等氧化劑反應。其中氫對應的氧化物是自然界中普遍存在的水，排序在氫之前的元素不能夠以單質的形式存在，而銅汞銀鉑金卻可以長期存在，在現實生活中我們常見銅制成水龍頭、水銀溫度計、銀元寶（銀）、鉑的催化劑和金首飾，它們都是可以以單質狀態存在，不容易被氧化和被腐蝕的。

鋼鐵是我們常用的性能極佳的材料，他的強度、韌性樣樣都好，但是它必須被保護為單質狀態，否則變為氧化鐵就成了一堆粉末狀的灰，沒什么使用價值。鋼鐵防腐蝕的根本就是要維持鐵的單質狀態。在金屬還原性順序表中，位置靠前的金屬可以還原或置換出順序靠后的金屬，課本里的實驗便是用鐵置換銅，那么有什么元素可以置換鐵呢？我們從順序表向前找就能找到鋅元素。鋅沒有鉀鈣鈉鎂鋁那樣的活潑，沒有鉀鈣鈉鎂鋁那樣難以冶煉，鋅是相對廉價的、鋅是方便的。鋅沒有的鐵的強度、韌性，鋅天生就是保護鐵的物質、是最優的。鋅犧牲自己，溫和的給鐵輸送電子，保護鐵不被氧化，這個過程被稱之為犧牲陽極電化學保護。

二 在防腐蝕領域的鋅制品

化學工程師用了很多辦法將鋅應用于鋼鐵的防腐蝕。

鋅錠

船舶，鋼制的船舶是巡游在大海上的，海水很容易腐蝕掉暴露在水里或者空氣里的鋼鐵制品，所以化學師在船上裝了個大鋅錠，用導線將其和鋼制船體連接，在鋼鐵遇到腐蝕的時候，鋅就輸送電子保護船上的鋼材。鋅自我犧牲消耗到一定程度，則需更換一塊鋅錠達到保護鋼鐵制品的目的。除船舶外，海上結構比如海上風電塔筒也都有用鋅錠來進行電化學保護的。沒有用鋅錠的也可以用直流電對海上的鋼結構進行保護。

電鍍鋅

電鍍鋅是將表面處理好的鋼材放到鍍鋅用的藥水中，通過電流，藥水中鋅離子被還原為鋅，均勻的、薄薄的涂在鋼板上，鋼材或構件所有角落都是非常的均勻，不會被遺漏；所有的涂層厚度都是一致的，外觀銀色平整或有花紋，非常漂亮。電鍍鋅工藝的缺點是其酸洗、鈍化等環節都產生危廢和三廢化學品，環境危害極大。沒有環保處理能力和沒有化學危廢品處理能力的小廠都被關停。政府只在實力雄厚的鋼廠保留現代化先進的生產線，用于冷軋鋼板、輕鋼結構線材板材構件的鍍鋅生產。

圖1：電鍍鋅鋼卷 

圖2：汽車電泳涂裝線

熱浸鋅

熱浸鋅是將表面處理到清潔的鋼材放到熔化的鋅水里面形成幾十微米以上的熱浸鋅層。熱浸鋅涂層最外層是鈍化的鋅層，鋅層往里是鋅鐵合金和滲鋅鐵層，熱浸鋅的防腐年限非常長，可以達到50年以上，可應用于電力鐵塔等行業。熱浸鋅的表面鋅灰色，或有局部的不均勻，其工藝缺點主要還是浸鋅鋅槽車間的污染和鈍化工藝的產生的危險化學品危害較大。國家對熱浸鋅工藝實行總量控制，一般限定某地的熱浸鋅工廠數量。

圖3：熱浸鋅生產現場  

圖4：熱浸鋅電力鐵塔

熱噴鋅

熱噴鋅或熱噴鋅鋁合金是用高壓電弧加熱，使鋅條和鋁條霧化噴出，作為法蘭面或摩擦面抗滑移涂料等使用。

圖5：熱噴鋅現場作業 

圖6：熱噴鋅鋅絲

含鋅涂層

含鋅涂層是通過樹脂等膠黏劑將鋅粘到鋼板上，形成保護功能的涂層。含鋅涂層至少要解決兩個問題：一個是要把鋅粘的牢，涂層不要掉下來；另一個是鋅要和鐵有電子遷移，鋅能夠在腐蝕發生時完成電化學保護。含鋅涂層施工方便，一般用作底漆，可達到15~30年長效重防腐的防腐蝕效果。含鋅涂層可以包含有機樹脂成膜的環氧富鋅底漆，納米硅溶膠成膜的無機硅酸鋅底漆，其他樹脂成膜的冷噴鋅底漆以及片鋅片鋁重鉻酸鉀與水組成的達克羅涂層。

基于環保要求和其他功能性的要求，化學師在環氧富鋅底漆的基礎上又研發了水性環氧富鋅底漆；無機硅酸鋅底漆可分為溶劑型無機硅酸鋅底漆和水性無機硅酸鋅底漆，溶劑型無機硅酸鋅底漆細分為溶劑型抗滑移無機防銹防滑涂料和溶劑型車間底漆，水性無機硅酸鋅底漆又細分為了水性無機富鋅底漆、水性抗滑移無機防銹防滑涂料、水性無機硅酸鋅車間底漆。冷噴鋅底漆細分為單組份溶劑型冷噴鋅底漆和雙組份水性冷噴鋅底漆。達克羅涂料薄涂和防腐蝕性能十分卓越，但其含有重鉻酸成分包含六價鉻是致癌物質被國家限制使用，僅允許在汽車緊固件使用，于是后來化學師又研發了無鉻達克羅和替代達克羅特種鋅涂料。

圖7：鋅的應用示意圖

圖8：水性無機富鋅底漆

圖9：高強螺栓連接面專用水性無機富鋅

圖10：水性無機硅酸鋅車間底漆

圖11：達克羅涂層

圖12：替代達克羅特種鋅

圖13：冷噴鋅涂層

圖14：水性冷噴鋅涂層

三 含鋅涂層的幾個特點

含鋅涂層的性能主要和以下幾個因素相關。

鋅的種類

鋅粉、鱗片鋅。絕大多數的含鋅涂層使用500目~1000目鋅粉；達克羅系列采用鱗片鋅，鱗片鋅需要在形成涂層的時候要做到層層平鋪。

顏料孔隙

富鋅涂料的鋅含量較高，都是用作底漆，涂料成膜后會形成較大的孔隙，單一涂層使用關系不大，空氣中的水和二氧化碳會和鋅粉反應生成致密的堿式碳酸鋅，使涂層致密，強度增加。作為復合涂層的底漆，孔隙中的水和空氣會被中漆封閉到底層，給涂層安全造成隱患，應在中漆施工前應施工封閉漆。

鋅含量

熱浸鋅電鍍鋅使用純鋅，熱噴鋅使用純鋅絲或者75%鋅絲25%鋁絲，達克羅是鱗片鋅和鱗片鋁比例可選。含鋅涂層中，冷噴鋅含鋅量最高，其金屬鋅含量92%以上，全鋅含量96%以上；之后是無機富鋅底漆和環氧富鋅底漆，一般含鋅量在60~85%；溶劑型和水性無機硅酸鋅車間底漆鋅含量較低，約為30%；干膜中，其他的顏料有輔助鋅粉改善防腐蝕性能和施工性能的作用，其中某些原料不一定比鋅粉便宜。

施工方式

含鋅涂層都是用作底漆，可使用高壓無氣噴涂、輥涂、刷涂、有氣噴涂。含鋅涂層一般固含量較高，噴嘴口徑選擇以稍大為宜。車間底漆是流水線自動化噴涂作業，要求薄涂和快干。

固化方式

含鋅涂層的固化方式由成膜樹脂的固化方式決定，一般為常溫固化，達克羅涂層為加熱固化。溶劑型無機硅酸鋅涂料喜濕度高，水性無機硅酸鋅喜濕度低。溶劑型涂層和水性涂層都要在零度以上固化，環氧樹脂在低溫條件下固化也不好。

表面處理

含鋅涂層均使用于鋼材表面，表面處理要達到Sa2~Sa2?（GB/T 8923.1-2011），溶劑型涂料特別注意鋼材表面不要有水，水性涂料特別注意鋼材表面不要有油。含鋅涂層可以修補或復涂，復涂時原涂層必須拉毛處理，有足夠的粗超度。

耐鹽霧時間

含鋅涂層采用劃叉法測試耐鹽霧時間，無機硅酸鋅涂層和冷噴鋅有更好的電導率，有更好的陰極保護作用，水性無機富鋅涂料耐鹽霧測試超過12000小時，冷噴鋅涂層也有做過9500小時耐鹽霧測試的記錄；達克羅涂層鱗片鋅和鱗片鋁涂層致密具有陰極保護、屏蔽、鈍化三合一的功能，耐鹽霧時間也是極好的；之后是環氧富鋅涂料，耐鹽霧時間取決于含鋅量，再后是水性環氧富鋅，耐鹽霧實驗1000小時就已經很不錯。最后是車間底漆類，車間底漆是臨時性保護，采用了另一套考察機制和執行標準。

耐人工老化

無機硅酸鋅類涂層成膜物質為無機硅類或者其他無機成膜物，成分與玻璃相像，沒有有機成膜物質中碳碳雙鍵和碳碳鍵，不擔心紫外線的傷害，耐人工老化時間非常長，水性無機富鋅涂層有耐人工老化測試12000小時的驗證。

施工性能

環氧富鋅涂料是施工隊伍最喜歡的涂料，施工容易方便，容忍性好，水性無機富鋅涂層就需要表面處理做到Sa2?（GB/T 8923.1-2011），稍微嚴格了一點。所有的含鋅涂層施工前都需要將鋼材的不牢固的氧化皮打掉，否則再好的涂層都會因為殘留氧化皮在變松散、膨脹的過程中附著力下降，脫落；水性無機富鋅涂層的施工操作規范已經與環氧富鋅涂層相近；水性無機硅酸鋅車間底漆的流水線施工性能已經達到或超過了溶劑型無機硅酸鋅車間底漆；水性涂料施工性能的提升對環保來說是非常好的消息。環氧富鋅涂料的附著力非常好，可達到20兆帕，水性無機富鋅涂料可達到8兆帕，水性冷噴鋅可達到8兆帕，溶劑型無機硅酸鋅類涂層可達到4兆帕以上，溶劑型冷噴鋅可達到3兆帕以上，無機硅酸鋅類產品在完全固化的過程中會進一步和鋼鐵底材反應，附著力在有所上升。

抗滑移系數

水性無機富鋅和溶劑性無機硅酸鋅專門研發成為應用于橋梁鋼結構的高強螺栓連接面的抗滑移涂料，有逐漸替代熱噴鋁的趨勢。水性無機富鋅抗滑移涂料抗滑移系數較溶劑型無機硅酸鋅抗滑移涂料更高更穩定。

VOC含量

涂料的溶劑是VOC的主要來源，溶劑型涂料的溶劑全是VOC，含量在420G/L，溶劑型車間底漆最多，達到了600G/L,水性無機硅酸鋅類的最低，小于10G/L，是真正的環保涂料；水性環氧富鋅底漆VOC含量在60~240G/L之間。

四 總結

鋅以溫和的脾氣和執著的犧牲精神完美的承擔著保護鋼鐵的任務，保障建筑、橋梁、船舶、汽車、裝備、電力等人們生活的方方面面。偉大的化學師面對不同的用途將鋅以最方便、最經濟、最高效、最環保的方式進入生產流程，制成不同類型的產品；目前鋅產能大部分都用在防腐蝕領域，至于葡萄糖酸鋅等營養品耗用的鋅，根本無法和防腐蝕應用的耗量相比。