锌铝合金镀层钢丝在桥梁缆索上应用的探讨
蒋永康 孙金茂
(上海申佳金属制品有限公司 200090)
摘要 锌铝合金镀层钢丝具有比纯锌镀层钢丝耐蚀能力高的优点。介绍锌铝合金镀层的耐蚀机理，提出开发该产品的关键技术是牢固而均匀的镀层及其厚度控制，镀后拉拔的防刮伤及低松弛稳定化处理时防熔化。通过斜拉桥、悬索桥对镀锌产品性能要求的分析，指出桥梁缆索用锌铝合金钢丝可以先从普通松弛钢丝开始应用。
关健词 锌铝合金 缆索 桥梁 应用
Inquiry into Application of the Zn-A1 Alloy Coat Steel Wires to Bridge Cables
Jiang Yongkang Sun Jinmao Zhang Weijun
(Shanghai Shenjia Metal Products Co.,Ltd. 200090)
Abstract The Zn-AI alloy coat steel wire has higher anti-corrosion properties than the Zn-coat steel wire. The anti-corrosion principle of the Zn-A1 alloy coat is introduced. The key technologies of developing this kind of product are put forward，which are firm and uniform coat and thickness control, anti-scrape in drawing after coating and anti-melt in low relaxation and stability treatment. By analyzing property requirements of Zn-coat steel wire for inclined stay bridge and hanging cable bridge, the Zn-A1 alloy steel wire for the bridge cables using normal relaxation steel wire firstly is pointed out.
Keywords Zn-A1 alloy; cables; bridge; application
20世纪70年代中期，美国伯利恒钢铁公司成功研制出含有55% Al的锌铝合金Galvalume，也称Zincalume，并用于钢板的镀层，接着国际上又开发了含有15 % Al的Trigalva。由于富铝金属溶液的抗氧化装置投入昂贵和粘着在钢材表面影响镀层质量，最终被含有Zn-5 % Al-RE(铈镧稀土)的Galfan所替代。本文探讨5% Al的锌铝共晶合金(称锌铝合金)镀层钢丝在桥梁缆索上的应用。
1锌铝共晶合金的耐腐蚀机理及其应用
在含有盐雾的海洋性环境及含有
尽管铝的标准电位为-1. 66 V，比锌还低，但它极易生成氧化铝，在腐蚀环境中成为一层致密的钝化层，该钝化层具有良好的抗大气腐蚀(工业性、海洋性)、抗水及水溶液(除强酸、强碱，尤其氯离子以外)和抗高温氧化的能力。
锌铝合金相属于液态互溶、固态有限溶解的合金相，当铝的质量百分数为5. 02% ,温度为
在腐蚀介质中，镀层中的锌被渐渐地腐蚀后相对提高了铝的含量，富铝区域又生成均匀的氧化铝屏障保护。锌被腐蚀越多，铝含量越高，因此，其镀层损失不象锌是直线型的，而是呈抛物线
。
含铈镧的混合稀土元素有减少液相和固相表面张力的作用，可得到连续光滑均匀的镀层表面，此外还能与镀液中的Pb , Ca , Sn等有害元素形成化合物，减少晶界腐蚀，改善锌铝合金镀层的抗腐蚀性和延伸性能
。我国钢丝标准YB/T 180-2000《钢芯铝绞线用锌-5%铝-稀土合金镀层钢丝》和等效采用美国ASTM A
2锌与锌铝合金镀层的主要区别
获得金属镀层的主要方法有电镀、热浸镀、化镀、喷镀等，最近比利时又开发了ZINGA ( w ( Zn )≥96%)的刷涂。对于预应力构件及桥梁缆索用的镀锌钢丝，为防止氢脆，被FIP公认的方法是热浸镀锌
。现将锌与锌铝合金两种镀层热浸镀的工装技术、产品标准和主要性能的区别作如下分析。
2.1 锌铭合金镀层具有成熟和稳定的工装技术
钢丝镀锌的工艺流程为:脱脂→酸洗→清洗→助镀→热浸镀锌→冷却
早期开发的锌铝合金镀层的工艺流程基本和热镀锌一样，仅助镀剂和金属熔池有变化，被称为“熔剂法”。一般镀锌助镀剂用氯化铵好，也有选用氯化物的复合盐，效果较单纯氯化铵好。锌铝合金中，由于铝极易氧化，氧化铝一旦粘附在钢丝表面，就影响镀层质量，因而熔剂成分的选择是各企业的技术诀窍。尽管如此，熔剂法制造的钢丝表面局部缺陷仍是它的最大难点。
近期开发的锌铝合金镀层采用的是“双镀法”，即在镀锌后再增加一个锌铝合金熔池，兼有热镀锌的可靠性，又有锌铝合金的耐蚀性，工艺流程为:脱脂→酸洗→清洗→助镀→热镀锌→冷却→锌铝合金→冷却
上海二钢引进了整套“双镀法”技术和装备，已具备开发预应力构件和桥梁缆索用高耐蚀的锌铝合金镀层钢丝和钢绞线的条件。
2. 2镀层主要质量指标
按国际惯例，镀锌钢丝的主要质量指标有4条，除表面质量为目测以外，可量化的指标有镀层质量(g/ 
)、镀层附着力和镀层均匀性。
(1)镀层表面质量。通常要求镀层应连续、均匀、光滑，可用目测的方法进行检查，这是对可量化局部取样指标的完善和补充。由于锌或锌铝合金锌层都比较软，在制造和运输过程中难免有碰撞、摩擦，因此，各国产品标准都有一些允许出现局部轻微的不影响锌层质量的划痕等定性的说明，为保护锌层，都以软垫、软衬、软绳加以维护。
(2)镀层质量。钢丝单位表面积上镀覆的锌或锌铝合金质量，直接影响钢丝的抗蚀能力。按镀层失重的定量计算，普通镀锌192 h其镀层损失为180g/
，而锌铝合金镀层损失为92g/
时，普通镀锌的失重相当于锌铝合金的2倍。要提高镀层钢丝的抗蚀能力，必须提高镀层的附着量
(3)镀层附着力。镀层钢丝往往需要再加工，良好的附着力，使后道工序加工时不会损伤镀层，确保良好的防腐效果，锌铝合金镀层附着力要求基本和镀锌相近。
(4)锌层均匀性。镀锌钢丝的均匀性试验是将镀锌钢丝浸置于硫酸铜溶液中，利用铜与铁的置换反应，观察钢基出现铜时的浸置次数:每次浸置时间可为0. 5 min或1 min，由供需双方确定或按GB/T 2972规定。对锌铝合金镀层来讲，铝的标准电位比锌低得多，化学置换反应速度十分迅速，且其多元合金层相当薄，因此硫酸铜试验不适用于锌铝合金镀层，美国标准ASTM A855M , A856和B802M都没有硫酸铜试验项目，这也是与镀锌层的主要区别。
(5)盐雾试验。由于盐雾试验的结果与试样位置、喷雾状态、温度波动、表面检查方式等诸多因素有关，其数据的重复性较差，甚至有几倍的差值，因而该试验对某一产品来讲，不具备定量分析的条件。一般用于定性分析的对比试验，国际上一般以出现5%面积红锈的时间或镀层损失来衡量
。镀层损失定量统计值为:纯锌镀层每小时1g/ 
,锌铝合金镀层每小时0.55g/
(但非线性)，因而得出锌铝合金镀层比纯锌镀层耐腐性能提高一倍的初步结论。这已被国际上3年以上大气暴露试验和我国东北大学在工业气候中10年的挂样试验所证实。国际上没有把盐雾试验作为对某一产品的考核条件是比较科学的。
(6)镀层的含铝量控制。铝是提高防腐能力的关键，理想的共晶合金中铝的质量百分数为5.02 % ,但合金熔炼过程总是在一定的偏差范围内，ASTM B802M-98《钢芯铝绞线用锌-5%铝-稀土合金镀钢丝》规定了该合金锭应符合ASTM B750的要求，其中w(Al) =4.2%~6. 2%。对采用双镀法工艺生产时，最终镀槽中w ( Al)可以达到7. 2%。因为先镀锌时的锌层在第二个合金槽内不断熔化，降低了锌铝合金槽内铝的含量，需不断地往合金槽内添加含铝量较高的合金锭，以确保成品镀层的铝含量。正象镀锌时控制添加锌的成分一样，锌铝合金镀层中主要是控制添加合金锭的成分。
3开发锌铝合金钢丝和钢绞线需解决的问题
3.1达成与用户共同开发的共识
新产品的开发，一种是市场需求在先，另一种是潜在市场的需求。这就要求制品生产企业，克服产品开发中的难关后，向用户宣传新产品的优点，除取得用户认可外，还需在设计、施工等方面制定相应的规范才能付诸实施。企业在克服产品制造过程中的工装技术难关后，缩短推广应用的周期，达成与用户共同开发新产品的共识。
3. 2攻克产品制造过程中工艺和装备的技术难关
锌铝合金镀层在国际上具有成熟和稳定的工装技术，国内在预应力构件及桥梁缆索上应用的开发还属首创。按该品种钢丝和钢绞线的具体要求，需解决的关键技术是:牢固而均匀的镀层及其厚度控制，镀层后拉拔过程中的防刮伤，低松弛稳定化处理时防熔化。
(l)牢固而均匀的镀层及厚度控制:正象纯锌镀层的质量控制一样，尽管锌铝合金的工装技术被国内外确认，但其稳定的质量控制还是被产品的技术标准约束。制造厂的质量管理水平，即使是同期引进的装备，不同企业会有相当大的差距，关键是工艺技术的掌握和与之相匹配的装备设施的完善。我公司已掌握镀锌质量控制的工艺技术，并建立了完
整的工艺技术规范，归纳为:牢固的关键是镀前处理，均匀的关键是平稳，厚度的关键是抹拭。对其厚度控制问题，由于国际上没有可参照的技术，笔者认为预应力构件和桥梁缆索用钢丝的承载主要是钢基，过厚的锌铝合金镀层相应减少钢基的断面.使构件的承载能力减弱，软金属镀层过厚也不利于预应力构件的锚固和索力稳定。锌铝合金的防腐能力比锌提高一倍，法国NF A35-035《预应力热镀锌圆钢丝和钢绞线》标准中提出的“锌层重量应为190～350 g/ 
(相当于平均厚度27～50 
) "，可以作为我国制定锌铝合金镀层预应力钢丝和钢绞线标准的参考。
(2)锌铝合金镀层钢丝拉拔时防刮伤。金属镀层钢丝“先镀后拔”防刮伤的生产技术是钢丝行业所共同关注的焦点问题，它与镀层种类、方式、厚度，模具形状，润滑剂类型，冷却，变形系数等多种因素有关。在锌铝合金钢丝“先镀后拔”防刮伤技术上，要分析拉拔时造成刮伤缺陷的原因，确保钢丝的镀层质量。
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