「材料在自然環境或工況條件下，與所處的環境介質發生化學、電化學或物理作用而產生的退化或破壞現象，稱為腐蝕。」——腐蝕的定義
人類通過冶金工程（消耗能量）將礦石（金屬氧化物等）轉變為金屬，而金屬材料加工製作成的工件在遭遇環境作用被腐蝕成金屬氧化物或氫氧化物，又回到大自然，構成一個循環規律。因此，腐蝕無法被完全拒絕，但人類可以利用腐蝕機理科學控制腐蝕速率，延長金屬材料的使用壽命。例如在鋼鐵材料表面製備金屬塗層，並經過鈍化形成耐腐蝕層，以保護鋼鐵基體遭受實施的技術工藝得到廣泛的應用。
金屬鋅是自然界中資源分布較廣的金屬元素，也是用於製備防腐塗層的重要元素之一，這是由於：鋅與鐵相比，是一種更為活潑的金屬元素，更容易被氧化腐蝕。在大氣環境下，鋅發生氧化或電化學腐蝕在表面覆蓋了一層由氧化鋅、碳酸鋅和氫氧化鋅組成的氧化膜，這一層氧化膜比較緻密，黏附性能較好，能將外界的氧氣與內部的組織隔離開來，防止內部的基體繼續被氧化。同時，因為鋅的電位負於鐵，鋅類塗層以犧牲陽極形式保護鋼鐵材料。因此，由於鋅金屬的這些固有的特性，人類相繼開發不同鋅金屬塗層技術，包括電鍍鋅，熱浸鋅，達克羅（鋅鉻或鋅鋁塗層），粉末滲鋅等。
那麼這些技術是否會對環境造成汙染嗎？
電鍍鋅
電鍍鋅又稱冷鍍鋅，是一種利用電解的原理在工件表面形成均勻、緻密、機械結合的金屬鋅層表面防腐工藝。在乾燥的大氣環境下耐腐蝕良好，但在工業大氣，含SO2環境耐腐蝕性極具下降，且存在「鋅脆」，「氫脆」等問題。其主要工序為：化學除油→酸洗（除鏽/活化）→電鍍鋅→鈍化→乾燥。其除油過程會產生含油廢水，酸洗後產生酸霧、廢酸等都會汙染環境，電鍍後會產生大量含鋅廢液以及氰化物等有毒物質排放，後處理鈍化過程中重金屬鉻離子汙染等，需要耗費巨額資金購置汙水處理設施進行處理至符合排放標準後排放。然而，一些小電鍍企業工藝技術落後，生產效率低，原材料消耗高，市場競爭激烈也不堪重負。尤其高投入的環保設備設施無法裝備，即使裝備了也無力運用，致我國電鍍行業的汙染狀況到了令人擔憂的地步。據估計，電鍍行業每年排放大量的汙染物，包括4億噸含重金屬廢水、50000噸固體廢物和3000萬立方米酸性氣體。目前70-80%的國有電鍍廠建立了汙染控制設施，然而大部分處理設施已經過期而不能正常運轉(城市中只有50%的設施能運轉，農村地區更低，只有25%)，而大多數鄉鎮電鍍企業則幾乎沒有採取任何汙染控制措施。因此，電鍍產業的汙染問題是行業面臨的最嚴重問題，其技術革新和汙水處理是行業未來發展的方向。但是在沒有突出的改進措施之前，國內外已嚴格限制電鍍鋅的生產和新項目建設。
熱浸鋅
熱浸鋅又稱熱鍍鋅，是一種將工件浸入到440~500℃左右的熔融鋅液中，使金屬構件表面附著一層鋅層的表面防腐工藝。熱浸鋅的主要工序為：化學除油→酸洗→浸助鍍溶劑→烘乾預熱→熱鍍鋅→冷卻→鈍化→乾燥。熱浸鋅依然會產生電鍍鋅中存在的含油廢水、廢酸、酸霧及鈍化過程中重金屬鉻離子汙染。同時，預鍍件放入鍍鋅槽時，會產生大量氯化銨和氯化鋅的煙塵，鍍鋅後會產生大量廢鋅料和鋅蒸汽，鋅蒸汽極易導致鋅中毒。因此，需要熱浸鋅企業加強環保意識，全面實施環保措施，有效控制熱浸鋅生產及使用過程對環境產生的不良影響。
達克羅技術
達克羅，國內又稱鋅鉻塗層，是在工件表面形成由片狀鋅粉、鋁粉及金屬鉻鹽組成的銀灰色防腐塗層技術。達克羅的主要工序為：脫脂→拋丸→塗覆→固化→冷卻。達克羅技術作為當今國際上表面處理富有代表性的高新技術，具有極佳防腐性能，比傳統鍍鋅處理的耐蝕性提高7~10倍，雖然其前處理採用機械拋丸，避免了廢酸、廢液、酸霧等汙染，但其塗覆劑中由於存在金屬鉻，六價鉻為吞入性毒物/吸入性極毒物，皮膚接觸可能導致敏感；更可能造成遺傳性基因缺陷，吸入可能致癌，對環境有持久危險性。但這些是六價鉻的特性，鉻金屬、三價或四價鉻並不具有這些毒性。因此行業開發處理無鉻或三價鉻的塗層，例如Geomet技術，但是耐腐蝕性能與達克羅相比較差。此外，三價鉻在隨著時間的推移慢慢被氧化出現六價鉻，尤其在鹼性環境下，塗層表面疏鬆的微量三價鉻在潮溼的空氣環境中被氧化成六價鉻，最終危害人體健康。
傳統粉末滲鋅
粉末滲鋅又稱熱擴散滲鋅，是在加熱狀態下將Zn及其他合金元素擴散進入鋼鐵表面形成Zn-Fe合金保護層的一種化學熱處理工藝。其主要工藝流程為：機械拋丸→滲鋅→酸洗→電解→鈍化。粉末滲鋅塗層與集體結合強度高，具有優異的抗高溫氧化性能、耐腐蝕性與抗磨損與抗衝擊特性，極大地提高金屬構件的使用性能。但其滲鋅過程由於採用矽砂或氧化鋁作為填料，因此生產過程具有較大的粉塵汙染，同時為了進一步提高塗層耐腐蝕性能，後處理過程中需要進行酸洗，並採用NaOH進行電解，因此會產生酸霧、廢酸、廢鹼等汙染。
綜上四種鋅類塗層技術均會環境造成不同程度的汙染，因此開發或革新技術滿足環境要求是必然趨勢。天元智造秉承「綠色科技，共創美好生活」的使命，開發了合金原子滲（Atomic Diffusion Alloying，簡稱「ADA」）技術，是基於原子熱擴散原理，在傳統粉末滲鋅的基礎上，利用大數據模型控制和特殊催化劑作用下，將鋅、鋁等合金元素滲入工件表面，在工件表面形成以冶金結合方式存在的Zn-Fe相或Zn-Fe-Al相合金層的先進環保表面處理工藝。該工藝作為粉末滲鋅的創新技術，以不產生任何汙染產物為出發點，從原理上對其材料、工藝及後處理全過程進行全面設計。例如精確計算和使用鋅粉消耗量，採用綠色環保溶液進行滲鋅後複合鈍化工藝，其工藝過程無酸洗、鉻酸鈍化以及油漆等工序，過程中無「三廢」排放。同時不降低防腐性能，在工業大氣，酸雨以及高潮溼高電解質等苛刻環境下仍具有優異的防腐性能。在很多工況下可以代替電鍍性，熱浸鋅，傳統粉末滲鋅等。
人們採用不同表面工程技術減緩金屬材料的腐蝕速率，延長金屬材料的服役壽命，從而減少因腐蝕而造成的經濟損失和安全事故。然而，採用表面處理工藝雖然為金屬材料賦予了耐腐蝕的特性，卻由於工藝技術的局限會產生大量的汙染自然環境的產物，例如重金屬，有毒氣體和液體等，破壞了整個生態平衡，危險人類健康生活。因此，對表面工程技術的革新和綠色環保防腐技術開發，是各工業國特別重視的課題，雖已經取得了一定的成果，但是應該看到，綠色防腐技術的開發和變革的道路依舊曲折，研究任務艱巨。只有對綠色環保技術研發加大投入力度，組織科技力量以及各行業對傳統的防腐技術全面認識和評價，從觀念上、理論上和技術上進行創新，才能實現當今全人類共同建設綠色家園和美麗世界的夢想。
文章來源：陝西天元智能再製造股份有限公司
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