/     熱浸鍍鋅     /

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前言

鋼鐵材料為今日人類生活中不可或缺的重要資源。然而因其本身特性使然,使得"銹蝕"無日不時伴隨著我們,並無時無刻地損耗著我們的資源-鋼鐵。尤其,台灣地處高溫高濕的海洋性季風的惡劣環境下,"銹蝕"問題較其他各國更為嚴重。

先進諸國,很早就注意到"銹蝕"的嚴重性,據估計,因防蝕所造成的損失,在日本一年約達國民生產毛額(GNP)的3.5%,在美國,則為4.2%,在英國為3.5%,德國為3%,而台灣則遠超過以上國家。如以日本之3.5%來計算,在2015年我們不知不覺中損失了新台幣5,865.65億元(2015年國民生產毛額約為新台幣16兆7590億)。所以先進國家均成立了有關的防蝕技術研究機構,以採取各種有效的措施,來避免或減少其損失。然而我國目前似乎尚沒有一主要機構來正視此一問題。因此,到處可以看到因防蝕技術不良或防蝕方法錯誤所造成的「銹蝕」景觀,實在令人非常痛心。

熱浸鍍鋅防蝕技術是目前各先進國家,使用最廣泛,也是最有效的大氣防蝕方法,其性能、特點及經濟效益,在本簡介中均有論及。盼能藉著本簡介之說明,使大家對熱浸鍍鋅之防蝕方法,有更深一層的認識,並加以採用。但願我們早日在台灣各地都可以看到那沉著、穩健的「鋅」的色彩,充滿在我們生活中的每一個角落而為我們人類有限的資源,負起維護保衛的重責大任。

熱浸鍍鋅的使用已有170年以上的歷史了,其原理至今仍無改變。且因有無數的研究報告針對其作業流程作詳細檢討,因此才有從最原始的濕式鍍鋅演變至今的乾式及連續式等作業。其防蝕效果也被公認為是目前最好的,且最具經濟效益的。據估計,全世界每年經熱浸鍍鋅保護的鋼材約有20,000,000 tons,其對人類有限資源之維護價值實在是難以估計。

先進國家熱浸鍍鋅的使用已非常廣泛,舉凡電力、電信、道路、運輸、橋梁、港灣、建築等都使用,所以「有鐵的地方,就有熱浸鍍鋅」應不為過。台灣地區身處亞熱帶潮濕型海洋性環境,腐蝕問題比其它各國嚴重有過之而無不及,但卻因對於防蝕問題之警覺性不夠,使得隨處可見鋼鐵因銹蝕而廢棄的景觀,實在值得令人深思。

02

熱浸鍍鋅的優點

1.整個鐵材表面均受到保護,無論在凹陷處管件內部,或任何其它塗層很難進入之角落,溶融鋅均很容易均勻的覆蓋上。

2.鍍鋅層之硬度值比鋼材還大。 (如圖1)  ,最上層之Eta layer 只有 70 DPN 硬度,故易受碰撞而凹入,但下層之Zeta layer 及 delta layer 分別有179及211 DPN 硬度值比鐵材的159 DPN硬度值最還高,故其抗衝擊及抗磨耗性均相當良好。

鐵地(Base steel)為原來之鐵基,一般硬度約為159 DPN hardness。
ζ層(Zeta layer)最靠近鐵基之一層緻密合金層,構造複雜,富有韌性及延展性,以Fe Zn7之化成存在,鐵含量約7~11 %。
δ1層(Delta layer)為一顯著單斜系柱狀組織,以Fe Zn13化成存在,鐵含量約6%,硬度值約179 DPN。
η層(Eta layer)最上部之純鋅層,為一稠密六方晶系,質軟、富於延展性,變形加工不易破裂。鋅純度約98.5 %以上,硬度值約70 DPN。

圖 1:熱浸鍍鋅皮膜斷面顯微鏡組織

3.在邊角區,鋅層往往比其它地方還厚,(如圖2),且有良好的韌性及抗磨耗性。而其它塗層在此邊角處,往往是最薄最不易施工,最易受傷害處,故常須再維護。

圖 2:鋼構件邊角之鍍鋅層較厚

4.即使因受很大的機械傷害或其它原因而造成一小部份的鋅層脫落,致使鋼鐵底材裸露,此時,此處周圍的鋅層會發揮犧牲陽極的功能,保護鋼鐵使其不受浸蝕。而其它防蝕方法則剛好相反,銹會馬上生成,且迅速漫延至塗層下面,引起塗層剝落,(如圖3)所示。

圖3:鍍鋅層與油漆破裂之腐蝕差異

5.鋅層在大氣中的消耗是非常緩慢的,(如圖4)所示,約為鋼鐵腐蝕速率的1/17至1/18,且是可預估的。其壽命遠超過其它防蝕方法。

圖 4:熱浸鍍鋅的耐久年限

6.鍍鋅層在某一環境的壽命,主要視鍍鋅層厚度而定。鍍層厚度又受鋼鐵厚度之厚薄而影響,即越厚的鋼鐵容易獲得較厚的鍍層,故同一個鋼構中厚的鋼鐵部位一定可得到較厚的鍍層,且可得到更長的壽命,(如圖5)所示。

圖5: 熱浸鍍鋅在各種環境的腐蝕速率

7.因美觀、藝術,或腐蝕特別嚴重的環境,鍍鋅層上可再施以油漆處理duplex system,只要油漆的系統選用正確、施工容易,其防蝕效果也比單獨油漆或熱浸鍍鋅之壽命加起來還要好,約可達1.5~2.5倍之壽命。(如圖六)

圖6:熱浸鍍鋅及熱浸鍍鋅加油漆(duplex-system)之耐用年限比較

8.用鋅層來保護鋼鐵,除了熱浸鍍鋅法外,尚有其它種方法,其優劣點比較(如圖7),一般使用最廣、防蝕效果最好且經濟效益最佳者為熱浸鍍鋅法。

圖7:各種鍍鋅方式之優缺點比較

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