Quá trình hình thành lớp mạ kẽm: Luyện kim lớp phủ kẽm nhúng nóng-

Tổng quan về phản ứng mạ kẽm

Quá trình mạ kẽm nhúng nóng-tạo thành lớp phủ kẽm liên kết kim loại trên thép thông qua một loạt phản ứng khuếch tán giữa sắt và kẽm nóng chảy. Khi phôi thép được ngâm trong kẽm nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 450 độ, trước tiên kẽm làm ướt bề mặt thép sạch và hòa tan một lượng nhỏ sắt, sau đó sắt và kẽm khuếch tán xen kẽ để hình thành một chuỗi các lớp liên kim loại sắt{3}}kẽm. Trên cùng là lớp kẽm gần như nguyên chất bên ngoài tạo nên vẻ ngoài đặc trưng cho các sản phẩm mạ kẽm.

Giai đoạn 1: Hình thành dung dịch rắn sắt{1}}kẽm

Tại thời điểm ngâm, các nguyên tử kẽm hòa tan vào bề mặt thép, tạo thành dung dịch rắn alpha{0}}sắt, trong đó kẽm hòa tan trong mạng lưới sắt lập phương ở tâm-phần thân. Lớp mỏng này là nền tảng của lớp phủ: sự kết hợp giữa hai kim loại không phải là liên kết cơ học đơn giản mà là liên kết luyện kim thực sự, đó là lý do tại sao lớp phủ bám dính rất mạnh và tồn tại được khi bị uốn cong và va đập.

Giai đoạn 2: Sự phát triển của các pha liên kim loại

Khi dung dịch rắn đã bão hòa kẽm, phản ứng tiếp theo sẽ diễn ra bằng cách khuếch tán. Các nguyên tử kẽm di chuyển vào mạng sắt trong khi các nguyên tử sắt khuếch tán ra ngoài vào kẽm nóng chảy và một loạt các hợp chất liên kim loại hình thành ở bề mặt phân cách. Trong lớp phủ nhúng nóng-thông thường, cấu trúc bao gồm các pha gamma và delta gần với thép (giàu sắt) và pha zeta ở xa hơn, mỗi pha có độ cứng và thành phần đặc trưng. Lớp liên kim loại tổng thể cứng và chống mài mòn-trong khi lớp bên ngoài vẫn mềm và dẻo.

Giai đoạn 3: Hình thành lớp kẽm nguyên chất

Khi phôi được lấy ra khỏi bể, nó mang theo một lớp kẽm nóng chảy đông đặc lại thành pha eta bên ngoài: một cấu trúc hình lục giác đóng kín-của kẽm gần như nguyên chất với hàm lượng sắt không quá 0,003 %. Lớp eta là bề mặt phản chiếu có thể nhìn thấy được của lớp phủ. Độ dày của nó được kiểm soát bởi tốc độ rút và bằng cách lau khí theo đường liên tục; trong quá trình mạ kẽm theo mẻ, nó bị chi phối bởi thời gian ngâm, nhiệt độ bể và thành phần hóa học của thép.

Sự hình thành cặn kẽm

Không phải tất cả sắt hòa tan trong bồn đều chạm tới bề mặt phôi. Một phần phản ứng với kẽm trong quá trình nấu chảy để tạo thành các hạt liên kim loại đậm đặc hơn kẽm nóng chảy và chìm xuống đáy nồi mạ, nơi chúng tích tụ dưới dạng xỉ đáy. Lớp cặn trên cùng được hình thành do quá trình oxy hóa ở bề mặt bể. Cả hai dạng này đều loại bỏ kẽm khỏi quá trình tuần hoàn hữu ích, vì vậy việc quản lý bể bao gồm kiểm soát nhiệt độ, bổ sung nhôm và hớt váng thường xuyên là điều cần thiết để giữ cho chất lượng lớp phủ ổn định và tiết kiệm lượng kẽm tiêu thụ.

Ảnh hưởng của các biến số hóa học và quy trình thép

Tốc độ phản ứng phụ thuộc nhiều vào hàm lượng silicon và phốt pho trong thép vì những nguyên tố này làm tăng tốc độ khuếch tán xen kẽ sắt{0}}kẽm. Phương pháp hiện đại thêm một lượng nhỏ nhôm vào bể, thường là 0,1-0,3 % đối với công việc theo mẻ, tạo thành một lớp ức chế mỏng làm chậm phản ứng sắt-kẽm và tạo ra lớp phủ mỏng hơn, dẻo hơn. Nhiệt độ bể, thời gian ngâm, tốc độ rút và độ nhám của bề mặt thép đều ảnh hưởng đến độ dày và cấu trúc lớp phủ cuối cùng.

Cấu trúc và tính chất lớp phủ

Do đó, lớp phủ hoàn chỉnh là hỗn hợp nhiều lớp: dung dịch rắn alpha{0}}sắt mỏng, vùng liên kim loại cứng (các pha gamma, delta và zeta) cung cấp độ bám dính và khả năng chống mài mòn cũng như lớp eta kẽm-tinh khiết mềm mang lại vẻ ngoài và khả năng chống ăn mòn. Hỗn hợp này hoạt động khác với lớp phủ một pha: các lớp liên kim loại cứng và giòn, trong khi lớp eta uốn cong và biến dạng cùng với thép. Đối với các sản phẩm dạng tấm, lớp phủ mỏng có tỷ lệ liên kim loại nhỏ được ưu tiên để tạo hình; đối với các phần kết cấu, lớp phủ dày được chọn để có tuổi thọ ăn mòn tối đa.

Tiêu chuẩn và xác minh

Độ dày và khối lượng lớp phủ được xác minh theo tiêu chuẩn sản phẩm: ISO 1461 dành cho lớp phủ mạ kẽm nhúng nóng-trên các sản phẩm bằng sắt và thép chế tạo, GB/T 13912 tương đương với Trung Quốc và EN 10346 hoặc ISO 3575 dành cho tấm mạ kẽm liên tục. Độ dày lớp phủ được đo bằng máy đo từ tính hoặc bằng phương pháp trọng lượng, và độ bám dính được đánh giá bằng các thử nghiệm uốn cong và va đập. Cấu trúc phân lớp có thể được kiểm tra bằng phương pháp kim loại học để xác nhận rằng tất cả các pha đều có mặt theo tỷ lệ chính xác.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao thép mạ kẽm có vẻ ngoài lốm đốm?

Các đốm hình thành khi lớp kẽm nóng chảy đông đặc lại và các tinh thể kẽm phát triển ra ngoài từ các điểm tạo mầm. Kích thước của trang trí phụ thuộc vào thành phần của bồn tắm, tốc độ làm mát và sự hiện diện của các yếu tố thúc đẩy-trang trí trong bồn tắm truyền thống.

Sự khác biệt giữa lớp eta và lớp hợp kim là gì?

Lớp eta gần như là kẽm nguyên chất, mềm và dẻo. Các lớp hợp kim bên dưới là các pha liên kim loại sắt{1}}kẽm cứng hơn và giòn hơn, đồng thời chúng cung cấp liên kết luyện kim cho thép.

Tại sao nhôm được thêm vào bể mạ kẽm?

Nhôm tạo thành một lớp ức chế mỏng ở bề mặt thép làm chậm phản ứng sắt{0}}kẽm, tạo ra lớp phủ mỏng hơn, đồng đều hơn và dẻo hơn. Điều này rất cần thiết đối với tấm mạ kẽm phải được cuộn-hoặc kéo-sâu.

Làm thế nào để loại bỏ cặn kẽm ra khỏi chậu?

Lớp xỉ ở đáy được loại bỏ định kỳ bằng hoạt động hớt hoặc bơm khi chậu được bảo dưỡng, và cặn trên cùng được hớt thường xuyên trong quá trình sản xuất. Kiểm soát nhiệt độ tốt làm giảm sự hình thành cặn.

Độ dày lớp phủ mạ kẽm có thể được chỉ định bởi khách hàng?

Đúng. Tiêu chuẩn sản phẩm xác định các loại lớp phủ theo khối lượng trên mét vuông và khách hàng chỉ định loại phù hợp với môi trường và tuổi thọ sử dụng, ví dụ Z275 để sử dụng chung cho tòa nhà ngoài trời.

Tại sao lớp phủ trên thép mạ kẽm-trông dày hơn trên tấm?

Mạ kẽm hàng loạt các sản phẩm chế tạo sử dụng thời gian ngâm lâu hơn mà không cần lau, do đó các lớp liên kim loại và eta ngày càng dày hơn. Các đường tấm liên tục kiểm soát độ dày chính xác bằng dao hơi, tạo ra lớp phủ mỏng hơn, đồng đều hơn.