Процес утворення оцинкованого шару: металургія покриттів із гарячого-цинку

Огляд реакції гальванізації

Процес-гарячого цинкування зануренням утворює металургійне цинкове покриття на сталі завдяки низці реакцій дифузії між залізом і розплавленим цинком. Коли сталеву заготовку занурюють у розплавлений цинк при температурі приблизно 450 градусів, цинк спочатку змочує чисту сталеву поверхню та розчиняє невелику кількість заліза, а потім залізо та цинк дифундують між собою, утворюючи послідовність інтерметалічних шарів заліза-цинку. Поверх них росте зовнішній шар майже чистого цинку, який надає оцинкованим виробам характерний зовнішній вигляд.

Етап 1: Утворення твердого розчину заліза-цинку

У момент занурення атоми цинку розчиняються на поверхні сталі, утворюючи твердий розчин альфа-заліза, у якому цинк розчинений у кубічній решітці заліза-з центром тіла. Цей тонкий шар є основою покриття: злиття двох металів є не простим механічним зв’язком, а справжнім металургійним зв’язком, тому покриття має таке міцне зчеплення та витримує згинання та удари.

Етап 2: Зростання інтерметалічних фаз

Коли твердий розчин насичений цинком, подальша реакція протікає шляхом дифузії. Атоми цинку мігрують у решітку заліза, тоді як атоми заліза дифундують назовні в розплавлений цинк, і на межі розділу утворюється ряд інтерметалічних сполук. У звичайному гарячому -покритті зануренням структура складається з гамма- та дельта-фаз, близьких до сталі (багатих залізом), і дзета-фази далі, кожна з яких має характерну твердість і склад. Загальний інтерметалічний шар твердий і-стійкий до зношування, тоді як зовнішній шар залишається м’яким і пластичним.

Етап 3: Формування шару чистого цинку

Коли заготовку виймають із ванни, вона містить шар розплавленого цинку, який твердне у зовнішню ета-фазу: гексагональна щільно-упакована структура майже чистого цинку з вмістом заліза не більше ніж приблизно 0,003 %. Ета-шар — це видима, відбиваюча поверхня покриття. Його товщина контролюється швидкістю відводу та газом по безперервним лініям; при періодичному цинкуванні це залежить від часу занурення, температури ванни та хімічного складу сталі.

Утворення цинкового шлаку

Не все залізо, яке розчиняється у ванні, досягає поверхні заготовки. Частина реагує з цинком у розплаві, утворюючи інтерметалічні частинки, щільніші за розплавлений цинк, і опускаються на дно цинкувальної ванни, де накопичуються у вигляді донного шлаку. Верхній окис утворюється в результаті окислення на поверхні ванни. Обидві форми вилучають цинк із корисної циркуляції, тому керування ванною, включаючи контроль температури, додавання алюмінію та регулярне знежирення, має важливе значення для підтримки стабільної якості покриття та економічного споживання цинку.

Вплив хімічного складу сталі та технологічних змінних

Швидкість реакції сильно залежить від вмісту кремнію та фосфору в сталі, оскільки ці елементи прискорюють взаємодифузію заліза-цинку. Сучасна практика додає невелику кількість алюмінію до ванни, зазвичай 0,1-0,3% для періодичної роботи, який утворює тонкий інгібуючий шар, який уповільнює реакцію залізо-цинк і створює тонше, більш пластичне покриття. Температура ванни, час занурення, швидкість вилучення та шорсткість сталевої поверхні впливають на остаточну товщину та структуру покриття.

Структура та властивості покриття

Таким чином, повне покриття є шаруватим композитом: тонкий твердий розчин альфа-заліза, тверда інтерметалічна область (гамма-, дельта- та дзета-фази), яка забезпечує адгезію та стійкість до зношування, і м’який шар чистого-цинку, який забезпечує захист від корозії та зовнішній вигляд. Цей композит поводиться інакше, ніж одно-фазне покриття: інтерметалічні шари тверді та крихкі, тоді як ета-шар згинається та деформується разом зі сталлю. Для листових виробів перевагу надають тонкому покриттю з невеликою інтерметалевою фракцією для формування; для структурних секцій вибрано товсте покриття для максимальної стійкості до корозії.

Стандарти та перевірка

Товщина та маса покриття перевіряється на відповідність стандартам продукції: ISO 1461 для покриттів гарячим{1}}оцинкуванням на готових виробах із заліза та сталі, GB/T 13912 як китайський еквівалент, і EN 10346 або ISO 3575 для суцільного оцинкованого листа. Товщина покриття вимірюється магнітними манометрами або гравіметричним методом, а адгезія оцінюється випробуваннями на вигин і удар. Шарувату структуру можна перевірити металографічно, щоб підтвердити, що всі фази присутні в правильних пропорціях.

FAQ

Чому оцинкована сталь виглядає з блискітками?

Блиски утворюються, коли шар розплавленого цинку твердне, а кристали цинку ростуть назовні від точок зародження. Розмір блискіток залежить від складу ванни, швидкості охолодження та наявності елементів-підтримки блискіток у традиційних ваннах.

Яка різниця між ета шаром і шарами сплаву?

Ета-шар - це майже чистий цинк, м'який і пластичний. Шари сплаву під ним — це інтерметалічні фази заліза-цинку, які твердіші та крихкіші, і вони забезпечують металургійний зв’язок зі сталлю.

Для чого у ванну для цинкування додають алюміній?

Алюміній утворює тонкий інгібуючий шар на поверхні сталі, який сповільнює реакцію заліза-цинку, утворюючи тонше, однорідніше та пластичніше покриття. Це важливо для оцинкованого листа, який має бути-формований або глибоко-витягнутий.

Як видаляється цинковий окалини з котла?

Нижній шлак періодично видаляється за допомогою знежирення або перекачування під час обслуговування ємності, а верхній шлак регулярно знімається під час виробництва. Хороший контроль температури зменшує утворення шлаку.

Товщина оцинкованого покриття може бути визначена замовником?

так Стандарти продукції визначають класи покриття за масою на квадратний метр, а замовник визначає клас, що відповідає навколишньому середовищу та терміну служби, наприклад Z275 для загального використання на вулиці.

Чому покриття на партійно{0}}оцинкованій сталі виглядає товщі, ніж на листі?

При пакетному цинкуванні готових виробів використовується більший час занурення без протирання, тому інтерметалічний і ета-шари стають товщі. Безперервні лінії листів точно контролюють товщину за допомогою повітряних ножів, створюючи тонше та рівномірніше покриття.