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摘 要：热镀锌5%铝稀土合金优于热镀锌合金。介绍了锌铝合金涂层钢丝在桥梁电缆中的应用，热锌合金电镀钢丝和锌铝合金电镀钢丝的现有和新涂层标准，以及单层和双层电镀两种工艺方法和特点。研究了悬索桥运行过程中涂層蠕变对主缆线的影响。
关键词：锌铝合金 镀层 钢丝 缆索桥梁
一、概述
桥梁电缆是电缆桥架的承载部件，包括吊桥，斜拉桥和拱桥。目前，除少数由棒材和碳纤维增强塑料（FRP）制成的电缆和吊索外，大多数桥梁电缆系统（主电缆，电缆，吊索等）均采用高强度钢丝或线材产品制成。桥梁电缆通常跨越河流，河流，湖泊和海洋，长期处于湿度比较高的环境中。热镀金属是一种有效的钢丝腐蚀和钢丝应用方法。金属电镀主要是热镀锌。
在20世纪，国外开发了锌-5%铝稀土合金涂层钢丝。该涂层具有优异的耐腐蚀性和机械性能，对桥梁电缆线的防腐效果有很好的效果。镀锌铝合金涂层具有热镀锌和热镀锌的特性。其耐腐蚀性优于纯锌涂层，电化学保护性能优于纯铝涂层。近年来，锌铝合金涂层钢丝技术在国内桥梁中得到迅速应用，推动了桥梁电缆保护技术的发展。由于桥接电缆的钢丝标准不含锌铝合金电镀，在实际应用中会造成困难。经过有关单位的努力，制定了一系列与锌铝合金电镀钢丝相关的国家和部门标准，并进入审查过程。高强度，高耐腐蚀性和高综合机械性能是桥梁结构的要求。锌铝合金涂层是钢丝耐腐蚀的关键。涂层技术还会影响桥梁电缆线的强度和扭转等技术指标。锌铝合金涂层钢丝的标准参数在桥梁和电缆用锌铝合金涂层钢丝的快速推广和应用中存在争议。
二、锌铝合金镀层钢丝镀层工艺和特点
为了合理地确定桥梁用锌铝合金钢丝的涂层指数，有必要充分认识和掌握热镀锌和热浸镀锌铝合金钢丝的涂层特性，包括必要的实验观察和研究，以及在国内外进行的研究和测试。
1.热镀锌铝合金钢丝的镀层特点
目前，国内外使用的热镀锌铝合金涂层是铝合金质量得分为5%的Galfan合金和微量稀土元素，即锌-5%铝稀土合金涂层。铝是提高锌铝合金涂层耐腐蚀性的决定性因素。当涂层的铝含量为5%时，它是共晶的并且具有良好的耐腐蚀性和其它综合性能。它是一种新型涂料，取代了传统的纯锌涂料。非共晶锌铝合金涂层的耐腐蚀性优于纯锌涂层，但低于共晶组织。大量试验表明，镀锌铝合金钢丝的耐腐蚀性和保护性优于镀锌钢丝。从防腐性能的角度来看，锌铝合金涂层不仅具有铝的屏蔽保护功能，还具有锌的电化学牺牲保护功能。在钢丝表面上形成的铝-铁-硅-锌结构（致密的四元晶体）是可靠的保护屏障，可有效防止腐蚀渗透。镀锌铝合金涂层钢丝的耐腐蚀性是普通镀锌钢丝的2～3倍。涂层的可塑性和附着力优于镀锌涂层。
锌合金涂层的化学成分是确保涂层技术性能的关键。例如，国际铅锌集团对热镀锌Galfan铝合金的成分进行了严格的规定。美国已建立相关标准，对锌，铝，化学成分进行控制。锌-5%铝-稀土合金涂层钢丝的耐腐蚀性不仅与化学成分密切相关，而且与产品在自然界中的暴露时间密切相关。
2.锌铝合金镀层钢丝工艺特点
钢丝热镀锌铝合金需要使用热镀锌连续线，热镀锌槽，热镀锌速度，擦拭法等工艺，设备要求和热镀锌钢丝有所不同。在工艺和设备的控制下，热镀锌铝合金有两个主要过程：单电镀和双电镀。
单一电镀生产工艺有利于控制涂料成分，充分发挥锌铝合金电镀的特点，生产工艺短，操作方便，涂料成分稳定，占地面积小，能耗低，投资少，整体生产成本低。然而，单一电镀工艺尚未成熟。该工艺需要更高的预处理，严格的操作和工艺控制，薄涂层和不稳定的质量。双电镀工艺采用镀铝后的铝合金电镀工艺。预处理要求低，涂层厚，质量稳定等，解决了单一电镀的一些技术难题，特别是电镀厚度和漏电镀。然而，双电镀也具有缺点，特别是当该过程相对复杂时。第一层镀锌层将在后来的镀锌铝合金镀液中熔化，使得难以控制热镀锌铝合金镀液中的锌和铝组分，以及双镀工艺。相应的材料消耗，消耗量大，但它也影响钢丝的强度，扭转等技术参数。
三、桥梁缆索用热镀锌铝合金钢丝镀层指标的讨论
热镀锌是一种冶金反应过程，经历了两个动态平衡：热平衡和锌和铁交换平衡。热镀锌层的形成过程是在铁基体和热镀锌层之间形成铁锌合金。热镀锌层的厚度取决于锌溶液的温度，浸渍时间以及钢和锌溶液的组成。铝锌-5%稀土合金涂层是一种共晶结构，共晶点质量分数为5%，铝熔点为382℃，低于纯锌的熔点，锌铝合金熔点低于纯锌，锌铝合金涂层不仅降低了能耗，而且有助于保持材料的力学性能。
通过单次电镀获得的锌铝合金涂层的过渡层非常薄，并且在基体附近的中心分布。锌铝合金的过渡层对基质元素铁在电镀液中的扩散有一定的障碍。单一电镀工艺的电阻使得铁锌铝合金的过渡层变薄，大大提高了涂层的韧性，减少了涂层的开裂和剥落。锌铝合金涂层对钢丝基材的影响不大，钢丝截面的伸长率和收缩率几乎不变，钢丝强度和扭转指数的降低很小，有利于进一步提高综合性能钢丝。
通过单次电镀获得的过渡层结构与通过双电镀获得的过渡层结构非常不同。通过双电镀获得的过渡层具有明显的热镀锌组织标记。整个涂层分为明显的外涂层和过渡层。成分分析表明，外涂层由熔融锌和铝合金组成，也称为纯涂层，而过渡层主要由锌和铁组成，并含有铁锌合金层和铁锌铝金属间化合物。过渡层主要是在第一锌浴中形成的铁锌合金层，并且是铁锌的热扩散的产物。浸渍时间越长，温度越高，过渡层越厚。单根镀锌钢丝被冷却并进入镀锌铝合金电镀液。首先熔化纯锌表面。过渡层中的铁锌合金吸收铝并转化为铁锌铝化合物。铁锌合金的过渡层比铁锌铝的过渡层厚。涂层的韧性和涂层与基体之间的粘合力显着低于单一镀锌铝合金。纯锌的双电镀工艺和铝锌铁合金层的吸收使得难以确保理想的锌和铝共晶合金难以控制，质量分数为5%。当热镀锌铝时，钢丝在锌浴中停留的时间越长，镀锌时间越长，锌铁合金层越厚。锌铝合金涂层钢丝的生产是一个系统工程，应结合最终产品的性能要求，选择合适的生产技术标准。根据目前的国外标准，锌铝合金涂层的理解和要求是不同的。
四、结语
悬索桥主缆用锌铝合金镀层钢丝不应该片面要求双镀和厚镀层，单镀工艺可能减少有争议的锌铁合金层，获得较高防腐蚀性能、较薄镀层热镀锌铝合金钢丝，更适应悬索桥主缆超高碳、超高强度钢丝性能开发，且能在运营期减少锌合金层蠕变造成索夹螺栓轴力损失，防止由此造成主缆索夹滑动。
参考文献
[1]叶觉明，孙雨楠.锌铝合金镀层钢丝在缆索桥梁上的应用[J].金属制品，2016，42（03）：42-48.
[2]蒋永康，孙金茂，张伟君.锌铝合金镀层钢丝在桥梁缆索上应用的探讨[J].金属制品，2003（04）：29-31+35.
关键词：锌铝合金 镀层 钢丝 缆索桥梁
一、概述
桥梁电缆是电缆桥架的承载部件，包括吊桥，斜拉桥和拱桥。目前，除少数由棒材和碳纤维增强塑料（FRP）制成的电缆和吊索外，大多数桥梁电缆系统（主电缆，电缆，吊索等）均采用高强度钢丝或线材产品制成。桥梁电缆通常跨越河流，河流，湖泊和海洋，长期处于湿度比较高的环境中。热镀金属是一种有效的钢丝腐蚀和钢丝应用方法。金属电镀主要是热镀锌。
在20世纪，国外开发了锌-5%铝稀土合金涂层钢丝。该涂层具有优异的耐腐蚀性和机械性能，对桥梁电缆线的防腐效果有很好的效果。镀锌铝合金涂层具有热镀锌和热镀锌的特性。其耐腐蚀性优于纯锌涂层，电化学保护性能优于纯铝涂层。近年来，锌铝合金涂层钢丝技术在国内桥梁中得到迅速应用，推动了桥梁电缆保护技术的发展。由于桥接电缆的钢丝标准不含锌铝合金电镀，在实际应用中会造成困难。经过有关单位的努力，制定了一系列与锌铝合金电镀钢丝相关的国家和部门标准，并进入审查过程。高强度，高耐腐蚀性和高综合机械性能是桥梁结构的要求。锌铝合金涂层是钢丝耐腐蚀的关键。涂层技术还会影响桥梁电缆线的强度和扭转等技术指标。锌铝合金涂层钢丝的标准参数在桥梁和电缆用锌铝合金涂层钢丝的快速推广和应用中存在争议。
二、锌铝合金镀层钢丝镀层工艺和特点
为了合理地确定桥梁用锌铝合金钢丝的涂层指数，有必要充分认识和掌握热镀锌和热浸镀锌铝合金钢丝的涂层特性，包括必要的实验观察和研究，以及在国内外进行的研究和测试。
1.热镀锌铝合金钢丝的镀层特点
目前，国内外使用的热镀锌铝合金涂层是铝合金质量得分为5%的Galfan合金和微量稀土元素，即锌-5%铝稀土合金涂层。铝是提高锌铝合金涂层耐腐蚀性的决定性因素。当涂层的铝含量为5%时，它是共晶的并且具有良好的耐腐蚀性和其它综合性能。它是一种新型涂料，取代了传统的纯锌涂料。非共晶锌铝合金涂层的耐腐蚀性优于纯锌涂层，但低于共晶组织。大量试验表明，镀锌铝合金钢丝的耐腐蚀性和保护性优于镀锌钢丝。从防腐性能的角度来看，锌铝合金涂层不仅具有铝的屏蔽保护功能，还具有锌的电化学牺牲保护功能。在钢丝表面上形成的铝-铁-硅-锌结构（致密的四元晶体）是可靠的保护屏障，可有效防止腐蚀渗透。镀锌铝合金涂层钢丝的耐腐蚀性是普通镀锌钢丝的2～3倍。涂层的可塑性和附着力优于镀锌涂层。
锌合金涂层的化学成分是确保涂层技术性能的关键。例如，国际铅锌集团对热镀锌Galfan铝合金的成分进行了严格的规定。美国已建立相关标准，对锌，铝，化学成分进行控制。锌-5%铝-稀土合金涂层钢丝的耐腐蚀性不仅与化学成分密切相关，而且与产品在自然界中的暴露时间密切相关。
2.锌铝合金镀层钢丝工艺特点
钢丝热镀锌铝合金需要使用热镀锌连续线，热镀锌槽，热镀锌速度，擦拭法等工艺，设备要求和热镀锌钢丝有所不同。在工艺和设备的控制下，热镀锌铝合金有两个主要过程：单电镀和双电镀。
单一电镀生产工艺有利于控制涂料成分，充分发挥锌铝合金电镀的特点，生产工艺短，操作方便，涂料成分稳定，占地面积小，能耗低，投资少，整体生产成本低。然而，单一电镀工艺尚未成熟。该工艺需要更高的预处理，严格的操作和工艺控制，薄涂层和不稳定的质量。双电镀工艺采用镀铝后的铝合金电镀工艺。预处理要求低，涂层厚，质量稳定等，解决了单一电镀的一些技术难题，特别是电镀厚度和漏电镀。然而，双电镀也具有缺点，特别是当该过程相对复杂时。第一层镀锌层将在后来的镀锌铝合金镀液中熔化，使得难以控制热镀锌铝合金镀液中的锌和铝组分，以及双镀工艺。相应的材料消耗，消耗量大，但它也影响钢丝的强度，扭转等技术参数。
三、桥梁缆索用热镀锌铝合金钢丝镀层指标的讨论
热镀锌是一种冶金反应过程，经历了两个动态平衡：热平衡和锌和铁交换平衡。热镀锌层的形成过程是在铁基体和热镀锌层之间形成铁锌合金。热镀锌层的厚度取决于锌溶液的温度，浸渍时间以及钢和锌溶液的组成。铝锌-5%稀土合金涂层是一种共晶结构，共晶点质量分数为5%，铝熔点为382℃，低于纯锌的熔点，锌铝合金熔点低于纯锌，锌铝合金涂层不仅降低了能耗，而且有助于保持材料的力学性能。
通过单次电镀获得的锌铝合金涂层的过渡层非常薄，并且在基体附近的中心分布。锌铝合金的过渡层对基质元素铁在电镀液中的扩散有一定的障碍。单一电镀工艺的电阻使得铁锌铝合金的过渡层变薄，大大提高了涂层的韧性，减少了涂层的开裂和剥落。锌铝合金涂层对钢丝基材的影响不大，钢丝截面的伸长率和收缩率几乎不变，钢丝强度和扭转指数的降低很小，有利于进一步提高综合性能钢丝。
通过单次电镀获得的过渡层结构与通过双电镀获得的过渡层结构非常不同。通过双电镀获得的过渡层具有明显的热镀锌组织标记。整个涂层分为明显的外涂层和过渡层。成分分析表明，外涂层由熔融锌和铝合金组成，也称为纯涂层，而过渡层主要由锌和铁组成，并含有铁锌合金层和铁锌铝金属间化合物。过渡层主要是在第一锌浴中形成的铁锌合金层，并且是铁锌的热扩散的产物。浸渍时间越长，温度越高，过渡层越厚。单根镀锌钢丝被冷却并进入镀锌铝合金电镀液。首先熔化纯锌表面。过渡层中的铁锌合金吸收铝并转化为铁锌铝化合物。铁锌合金的过渡层比铁锌铝的过渡层厚。涂层的韧性和涂层与基体之间的粘合力显着低于单一镀锌铝合金。纯锌的双电镀工艺和铝锌铁合金层的吸收使得难以确保理想的锌和铝共晶合金难以控制，质量分数为5%。当热镀锌铝时，钢丝在锌浴中停留的时间越长，镀锌时间越长，锌铁合金层越厚。锌铝合金涂层钢丝的生产是一个系统工程，应结合最终产品的性能要求，选择合适的生产技术标准。根据目前的国外标准，锌铝合金涂层的理解和要求是不同的。
四、结语
悬索桥主缆用锌铝合金镀层钢丝不应该片面要求双镀和厚镀层，单镀工艺可能减少有争议的锌铁合金层，获得较高防腐蚀性能、较薄镀层热镀锌铝合金钢丝，更适应悬索桥主缆超高碳、超高强度钢丝性能开发，且能在运营期减少锌合金层蠕变造成索夹螺栓轴力损失，防止由此造成主缆索夹滑动。
参考文献
[1]叶觉明，孙雨楠.锌铝合金镀层钢丝在缆索桥梁上的应用[J].金属制品，2016，42（03）：42-48.
[2]蒋永康，孙金茂，张伟君.锌铝合金镀层钢丝在桥梁缆索上应用的探讨[J].金属制品，2003（04）：29-31+35.