范永哲，張園園，溫鳴*

　　（河北工業大學，天津，中國，300130）

　　fyz@hebut.edu.cn,zyy870115@163.com，gd_wen@126.com

　　姓名：

　　范永哲，1978年10月出生，籍貫河北隆堯

　　職稱：

　　副教授

　　通訊地址、電子郵箱：

　　天津市紅橋區光榮道29號河北工業大學南院動力樓204

　　yz.fan@eyou.com

　　最終學歷：

　　博士

　　主要工作經歷：

　　2006年6月華北電力大學博士畢業后至今一直在河北工業大學材料學院任教

　　主講課程：

　　金屬腐蝕與防護、機械工程材料

　　研究方向：

　　新型耐溫耐磨耐蝕合金

　　完成科研項目：

　　1.河北省自然科學基金：鐵基耐液鋅腐蝕材料的制備及其在熱鍍鋅工業擴大應用（編號：503630）2008.7 第2完成人

　　2.天津市科技成果推廣：鐵基耐液鋅腐蝕材料的研究及其在熱鍍鋅工業中的應用推廣（編號：043400711），2009.1,第2完成人

　　3.河北省自然科學基金：《網格合金在熔鋅中腐蝕磨損機理的研究》（編號：E2006000081），2009.2,第3完成人

　　4.天津市成果轉化：采用復合助鍍技術一步法生產高性能galfan鋼絲（編號：07ZHRDCG04800），2009.1, 第3完成人

　　5.河北省自然基金：Galfan合金厚鍍層單鍍工藝原理和技術研究（編號：5022034），2007.1, 第6完成人

　　在研科研項目：

　　1.河北省自然科學基金：《α-Fe2B共晶合金在液鋅中的腐蝕機理研究》（E2008000091） 主 持

　　2.河北省自然科學基金：《鎂合金超聲波納米化學復和鍍機理研究》 （E2009000077） 第2主研

　　3.科技部科技人員服務企業項目：《高效、環保熱鍍鋼絲工藝和設備的研究》（2009DJA20022） 第2主研

　　4.國家自然科學基金：《Fe-B共晶合金在液鋅中的腐蝕規律與機理》（50871037） 第4主研

　　5.河北省省校合作項目：《Fe-B網格新型合金制備及其在熔鋅中的腐蝕磨損機理研究》 第5主研

　　6.河北省科技研發項目：《鐵基耐液鋅腐蝕材料及熱鍍鋅內加熱技術》， （0778560710） 第5主研

　　論文：

　　發表論文三十余篇，三大檢索收錄十余篇。

范永哲

       摘  要：本文研究了電磁抹拭對熱浸鍍Galfan鋼絲鍍層質量的影響，結果表明，電磁抹拭方法可以提高鍍層的均勻性以及表面光潔度，隨著電磁場強度的增加，鍍層上鋅量減少，并且通過調整電磁強度可以精確的控制上鋅量。另外，電磁抹拭改變了鍍層的組織結構，使得過鍍層的厚度增加。

　　關鍵詞：電磁場；熱鍍鋅；上鋅量

　　1 引言

　　熱浸鍍（Hot Dip）技術就是將待處理的工件放入熔融態的金屬液體中，使熔融態液體與基體材料發生反應，形成合金鍍層的工藝。由于鋅的標準電極電位低于鐵，因此在水和潮濕的空氣中鍍鋅層具有犧牲陽極保護鋼基的作用^[1]。Galfan合金是國際鉛鋅研究組織八十年代開發出來的，用以代替熱鍍鋅的新一代防腐鍍層，是鋅-鋁系共晶組織，熔點是380℃。Galfan合金是在Zn―5Al―RE（Rare-earth Element <app:ds:rare-earth element>）的基礎上發展而來的，主要是在原來合金的基礎上添加了稀土元素^[2]。在熱浸鍍生產過程中，抹拭技術是控制鍍層質量的關鍵環節。鋼絲熱鍍鋅工藝中傳統的抹拭技術有：石棉簧抹拭法、油木炭抹拭法、懸浮石墨抹拭法、氣體抹拭（主要為氮氣）。電磁抹拭技術是一種比較新型的技術。

　　電磁抹拭（electromagnetic wiping）裝置是一種控制鋼絲上鋅量和同心性的裝置。目的是使從熱鍍金屬浴豎直向上引出的鋼絲受到一單向、交變電磁場作用力。因此，要采用特制的電磁感應器來產生所需的交變電磁場，操作時要把這種電磁感應器盡量靠近熱鍍金屬浴，以保證所產生的電磁場能作用于鋼絲從熱鍍金屬浴引出的部位及其以下一定的范圍，致使粘附于鋼絲上的熔融金屬鍍層受到抹拭力的作用，這種磁場力的作用是把鋼絲上的熔融金屬鍍層從磁通密度最大部位向磁通密度較小部位排斥，起到抹拭鍍層的作用。#p#分頁標題#e#

　　目前，電磁抹拭（EMW）裝置尚處于研發階段，國外僅見到新西蘭太平洋線材（PWC）公司將電磁抹拭裝置應用在工業領域的報道，國內尚未見到有關報道，天津市工大鍍鋅設備公司已取得該項技術的專利，并已投入工業應用，通過調整工藝參數，可以更好的減少漏鍍面積、增加平整性和增強耐腐蝕性等^[3]，從而可提高Galfan（Zn―5Al―RE）合金鋼絲鍍層的表面質量^[4]。

　　電磁抹拭裝置還同氣氛容器合并組裝起來，向該容器注入惰性氣體或還原性氣體，還輸入適量含有或能分解產生硫化基的氣體，以促使在鋼絲熱鍍金屬層表面結成有凝聚力的薄膜^[5]。

　　2 實驗方法

　　2.1實驗流程

　　由放線軸放線，生產流程為：放線→水洗→酸洗→水洗→烘干→氧化還原→熱浸鍍→電磁抹拭→冷卻→收線。還原爐主要作用一方面，把鋼材表面的氧化皮還原為適合熱浸鍍的活性海綿狀鐵；另一方面，把經過微氧化爐加熱到一定溫度的鋼絲繼續加熱，達到再結晶退火的目的。經過還原爐處理的鋼絲，在保護性氣氛中進行熱浸鍍。鋼絲從鋅鍋中垂直引出，經過電磁抹拭裝置，然后快速進行水冷，最后由收線軸收線。

　　2.2實驗設備

　　實驗用電源為高頻電磁場發生儀（型號為JL40KW,最大輸出功率40KW,輸入電壓為380V,頻率范圍為50-60Hz,振蕩頻率范圍為30-100KHz）冷水裝置（控制水溫在20℃），磁場的具體數據由電磁場測定儀測出。本實驗主要研究走線速度和電磁場強度對鍍鋅層的影響。本實驗使用PhilipsXL30w/TMP掃描電鏡（SEM）對試樣鍍層截面進行形貌分析。

　　2.3上鋅量的計算

　　W=（W1-W2）/W2×d×1960          （1）

　　式（1）中：

　　W1--試樣去掉鋅層前的重量單位為g;

　　W2--試樣去掉鋅層后的重量單位為g;

　　d-- 試樣去掉鋅層后的直徑單位為mm;

　　1960--常數。

　　3 實驗結果及分析

　　3.1電磁場對galfan鍍層形貌的影響

　　對同一鋼絲在相同走線速度下進行熱鍍galfan實驗，經觀察分析得出，經過抹拭的鋼絲鍍層比沒有經過抹拭的鍍層要光滑。圖1為兩組鋼絲樣品在分別在有無電磁抹拭情況下鍍層截面掃描照片對比圖。

　　

圖 1 有無電磁抹拭鍍層截面掃描照片

　　a:無抹拭b:有抹拭（10A）

　　c:無抹拭d:有抹拭（20A）

　　其中，a、b分別代表未加電磁抹拭，加電磁抹拭（電流為10A）的鍍層同樣放大1000倍的掃描照片，c、d分別代表未加電磁抹拭，加電磁抹拭（電流為20A）的鍍層放大200倍的掃描照片。由以上圖可以看出加上電磁抹拭后鍍層明顯變薄并且鍍層均勻性比未加電磁抹拭的效果好。

　　圖2為當走線速度為39.6m/min，a為沒有經過電磁抹拭的鍍層線掃描照片，b為電流為25A條件下的鍍層線掃描照片。

　　圖2 鋼絲鍍層線掃描照片

　　a:無抹拭 b:有抹拭

　　兩者的鍍層都分為明顯的兩層，但是沒有經過電磁抹拭的過渡層較薄，經過電磁抹拭的過渡層較厚。沒有經過抹拭的過渡層，分布在靠近基體0.1~0.3μm范圍內，含鋁量較高，沒有脆性的鋅鐵合金層。而經過電磁抹拭的Galfan合金過渡層大約有1~3μm,鐵元素隨著距基體距離的增大，緩慢地逐漸降低，甚至在表面合金層也存在極少量的鐵元素，鋅元素成分的變化在過渡層中隨著距基體距離的減小，逐漸降低。這是因為當鋼絲從電磁抹拭裝置引出時，電磁抹拭感應線圈相當對帶有液態金屬的鋼絲感應加熱，使鋼絲表面溫度升高，影響了鋼絲表面元素的活性，鐵元素更易于在過渡層中擴散，從而使得過渡層變厚。

　　3.2電流變化對上鋅量的影響

　　圖3為走線速度為33.0m/min、39.6m/min、46.2 m/min、52.8 m/min、66.0 m/min條件下電流與上鋅量的關系圖，由圖中可以看出隨電流的增加，上鋅量逐漸減小。起初階段，上鋅量隨電流的變化很明顯，20A以后，上鋅量減小但不是很明顯，但總體趨勢是上鋅量隨電流的增大而減小。這是由于隨著電流增大，電磁抹拭力隨之增大。從而被抹下的鍍液增多，留在鋼絲上的鍍液減少。還可以看出，在同一電流下，走線速度越快，上鋅量越多，這是由于經過電磁場抹拭的鋼絲在比較大的走線速度下，galfan合金鍍層由于慣性作用被鋼絲帶出。由圖中看到電流在0-20A時，上鋅量下降很明顯，在20~35A范圍內上鋅量有所下降，但是沒有前一階段明顯。#p#分頁標題#e#

　　圖3 電流與上鋅量的關系圖

　　圖4為電流與電磁場強度之間的曲線關系。由圖可以看出，通過調節抹拭電源的電流，電磁場強度會隨之發生變化，并且隨著電流的增大，電磁場強度總體趨勢也在增加。

　　圖4.電流與電磁場強度的關系

　　由圖4可以看出，當電流在5-20A范圍內，電磁場強度增加的很明顯，對應于圖3中上鋅量下降很明顯，幾乎是直線下降，當電流超過20A時，電磁場強度增加但不是很明顯，對應于圖3中在不同的走線速度下上鋅量都有一定的下降，但趨于平緩。

　　4結  論

　　1）鍍galfan鋼絲穿過單相交變磁場時，液態鍍層會受到磁場抹拭力的作用，從而使上鋅量得到控制。

　　2）在高速（66m/min）走線時，經過抹拭的鋼絲在鍍層平整度、均勻性等方面要好于沒有經過抹拭的，且上鋅量比無抹拭下降約350 g/m²。

　　3）在一定抹拭電流范圍內，相同的走線速度下，隨抹拭電流的增大，抹拭效果愈明顯。

　　4）經電磁抹拭后的其鍍鋅層的同心度較未經抹拭的要好得多，且鋼絲表面質量更優。

　　5）走線速度是影響上鋅量的重要因素，走線速度越高，上鋅量越大。通過電磁抹拭，在達到相同上鋅量的情況下，可以提高走線速度，從而提高生產效率。

　　References（參考文獻）

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       [4] Fubao Gao,Ning Wang,Xiaoming Cao,Jianchao Pang.Effect of Wiping Process on Surface Quality of Galfan Alloy Coating Steel Wire[J].Steel Wire Products,2005,31(1):12-14 (Ch).高福寶,王寧,曹曉明,龐建超.抹拭工藝對Galfan鍍層鋼絲表面質量的影響[J].金屬制品，2005,31(1):12-14

       [5] Ritchie J .G..Application of Galvanized High Strength Bolts to Steel Structures In Australia ,Proceeding of the 9th International conference on Hot Dip Galvanizing 1971