20. 金属材料在桥梁建造中发挥着重要作用。
(1)桥梁的金属材料。
①建造桥梁使用的金属材料主要有铁、锌、铝、钢丝、镀锌钢丝、镀锌铝钢丝等。其中属于合金的是
钢丝(或镀锌钢丝,或镀锌铝钢丝)
(填一种)。
②将赤铁矿(Fe₂O₃)、焦炭和石灰石一起加入高炉。在高温下,炉内CO和Fe₂O₃反应得到Fe,反应的化学方程式为
$\mathrm{3CO+Fe_2O_3 \xlongequal{高温}2Fe+3CO_2}$
。
(2)金属材料的制造。
一种超高强度锌铝合金镀层钢丝生产的主要工序如图甲所示:

①“酸洗”时,将钢丝放入酸洗槽中除去钢丝表面的铁锈。若“酸洗”时间过长,铁会被稀盐酸腐蚀,原理是
$\mathrm{Fe+2HCl=FeCl_2+H_2\uparrow}$
(用化学方程式表示)。
②“镀锌”利用了锌的活动性强于铁为钢丝提供保护。验证金属活动性Zn>Fe选用的试剂是
铁片和硫酸锌溶液(合理即可)
。
③“镀锌铝”时,镀层厚度随浸镀时间和温度变化关系如图乙所示,若需生产镀层厚度900 μm的镀锌铝钢丝,最好控制时间和温度为
600~800s,460℃
。

(3)金属材料腐蚀及防护。
①在锌铝镀层中加入适量镁可调节镀层的耐腐蚀性能。取含铝的质量分数为5%的Zn、Al、Mg镀层测试镀层腐蚀速率的结果如图丙所示,镀层的腐蚀速率随镀层中不同Zn、Mg质量分数变化的规律是
Zn质量分数由95%降低到93.5%,Mg质量分数由0增大到1.5%过程中,腐蚀速率下降;Zn质量分数由93.5%降低到92%,Mg质量分数由1.5%增大到3%过程中,腐蚀速率上升
。
②某桥梁主缆采用锌铝镁钢丝,工程师为了缆索主缆不被腐蚀,设计了桥梁干燥系统,如图丁所示。说明缆索主缆的防护原理:
利用干燥空气的流动,除去缆索主缆中的水、粉尘和其他污染物
。
