镀锌

镀锌，是指在铁或钢表面上铺上金属锌的防锈（英语：Rustproofing）方法。锌是一种抗腐蚀性颇高的金属，能够把铁隔绝于氧气和水，令铁不能发生生锈所需的的化学反应；由于锌的金属活动性比铁高，即使镀上的锌出现破损，锌仍能以牺牲性保护的电化学方式来防止生锈。镀锌的方法主要有热浸镀锌（HDG）、电镀锌（英语：Electrogalvanization）（EG）和冷镀锌。根据考古发现，早在1680年代已有人类对铁进行镀锌处理。根据考古发现，1680年代的印度人已经会在锁子甲和板甲上镀锌，方法可能是把铁制物体浸入熔化的锌，这是人类对铁进行镀锌处理的最早证据。1742年，一个名为默卢安（Melouin）的化学家向法国皇家科学院提交论文，指出可以把铁浸入熔化的锌，从而用锌来包覆铁制物体。梅卢安的发现迅速在科学界传开，市面上开始出现镀锌的家用器具；到了18世纪下旬，这些器具在法国部分地区已经颇为知名。1836年，法国化学家斯塔尼斯洛斯·特朗基莱·莫德斯特·索勒尔（Stanislaus Tranquille Modeste Sorel）为热浸镀锌的技术申请专利，是欧洲首个与镀锌有关的专利；他把镀锌技术命名为“galvanizing”，以纪念路易吉·伽伐尼（Galvani）与伏打提出的流电（英语：Galvanism）（Galvanism）现象。在索勒尔取得专利的翌年（1837年），英国人亨利·威廉·克劳福德（Henry William Crawford）取得了类似技术的专利，而英国亦开始有工业化的热浸镀锌生产；到了1850年，每年有一万吨的锌被英国镀锌工业用作防锈（英语：Rustproofing）。截至2006年，锌年产量的50%左右都用于镀锌，其中有90%左右是用于热浸镀锌。镀锌的方法包括热镀锌、热喷锌、电镀锌、冷镀锌、粉末热渗锌、机械镀锌和真空蒸发镀锌等。热浸镀锌（HDG）是常见的镀锌方法之一，其过程是把铁或钢完全浸入熔化的锌；与电镀锌（英语：Electrogalvanization）相比，热浸镀锌的好处是成本相对较低。镀锌期间的化学反应只会发生在洁净的铁面或钢面上。因此，在热浸前，钢铁物料会先进行脱脂（以碱性化学品清除油污）、反复水洗、酸洗，以确保制成品的素质；其后，钢铁物料会浸入助镀剂（主要成分通常为氯化铵和氯化锌），并进行烘干预热。处理好钢铁物料后，钢铁物料会被浸入熔融锌液（即熔化了的锌），铁和锌之间便会发生一系列的复杂化学反应，产生铁锌金属化合物，铁表面便产生了锌层；锌层的厚度为6至20微米，相对较厚，通常由纯锌层和合金层构成。热浸完成后的工序包括冷却、钝化、检测等。在熔融锌液中加入其他金属，能够调整锌层的性质：例如，加入铝、镁、镍等金属可以提高锌层的抗腐蚀性，加入铝、铅、锡、锑等金属则可以优化锌层的外观。另一方面，钢铁物料中的碳、硅、锰、磷、硫均会影响锌层的组织和性能。电镀锌（EG）是电镀的一种，其生产线非常昂贵；与热浸镀锌相比，电镀锌的好处是镀上的锌层较为均匀。在电镀锌的过程中，需要镀锌的铁或钢是阴极，将要镀上去的锌是阳极，锌盐溶液作为电解质。锌层的厚度为7微米，相对较薄。冷镀锌是指在钢铁物料的表面上涂上富锌漆，这方法只需要平常涂油漆所用的器材，但锌层（称为富锌涂层）的耐久性和使用寿命（英语：Service life）较差，对钢铁物料提供的牺牲性保护亦较少。锌层能够物理上把铁隔绝于氧气和水，而这两种物质是生锈所需的。锌层上有一层致密的氧化锌薄膜，氧化锌难溶于水，因此能保护铁免于生锈。而且，锌层有特别的金属结构，是个十分坚硬的镀层，具有优秀的耐损性。在镀锌的过程中，锌与铁发生化学反应，形成一系列的合金，令锌层与铁紧密结合；由于锌层与底下的钢铁物料牢牢结合，即使镀锌后的钢铁物体进行轧制、拉拔、弯曲等改变形状的操作，镀层也不会损坏。在电化学层面而言，锌的活性比铁高。因此，即使镀上铁的锌层出现破损、以至于铁外露在空气中，剩余的锌仍可为铁提供牺牲性保护，以防止生锈。镀锌是通用的防锈方法，不同大小（例如螺栓等小型机械零件、以至大型的结构部件）和形状（例如中空物体、复杂形状物体、器皿等）的钢铁物料均可以作镀锌处理。白铁专门指经过镀锌处理的铁，广泛应用于石油化工、电讯、供电、交通运输、建筑、机械、农业等领域，在日常生活中担任关键角色，也在一些产业中派上用场。以下表格列出白铁的部分应用：以白铁制成的桶以白铁制成的钉子以白铁建成的露台以白铁为建材的教堂摄取锌可能会导致中毒，故不宜用镀锌厨具来煮食。如果用镀锌容器来盛载含水量高的食物，食物可能会被锌污染（英语：Food contaminant）；食物的酸性愈高，风险便愈大。因此，美国食品药品监督管理局在2009年出版的《食品法典》规定，白铁不可用作与酸性食物接触的器具。与其他用保护层包覆铁或钢的防锈方法相比，镀锌的最初成本和长远成本均较为低廉。由于锌的价格、热浸镀锌技术的效能都相对稳定，热浸镀锌的成本比其他防腐蚀系统较低，竞争力也较大；与此同时，其他防腐蚀系统的成本则大幅上升。而且，在大多数环境中，经热浸镀锌的钢材有70年或以上的时间不需保养，提高了物体的预期寿命，经济效益提升二至六倍。把经镀锌处理的钢材用于为建筑物提供长期防锈保护，将能够带来数以十年计的成本效益。英国镀锌协会（Galvanizers Association）的认为，镀锌可能是最环保的防腐蚀可行方法。镀锌过程的能源效益（英语：Efficient energy use）和资源效益（英语：Resource efficiency）都颇高，对环境构成较低的负担。而且，锌是一种高度可回收的金属；经镀锌而成的白铁可以轻易透过重新镀锌、去除锌层或重用的方法来循环再用，也可以与废钢一起回收。但是，热浸镀锌的过程会造成空气污染，污染物为白云状的细悬浮粒子。