กระบวนการชุบสังกะสีเหล็กคืออะไร?

การชุบสังกะสีเป็นกระบวนการเคลือบสังกะสีป้องกันบนเหล็กเพื่อป้องกันการกัดกร่อน วิธีการทางอุตสาหกรรมที่ใช้กันมากที่สุดคือการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน-อย่างต่อเนื่อง ซึ่งแถบเหล็กหรือชิ้นส่วนประดิษฐ์ได้รับการทำความสะอาด ฟลักซ์ และแช่ในสังกะสีหลอมเหลว เพื่อให้ชั้นสังกะสีที่ยึดติดทางโลหะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิว เนื่องจากสังกะสีกัดกร่อนได้ดีกว่าเหล็ก สารเคลือบจึงปกป้องโลหะฐานทั้งในฐานะที่เป็นอุปสรรคและเป็นแอโนดแบบบูชายัญ บทความนี้จะอธิบายกระบวนการทีละขั้นตอน การกำหนดการเคลือบที่ใช้ในการค้าระหว่างประเทศ และปัจจัยที่กำหนดอายุการใช้งาน

ทำไมต้องเหล็กชุบสังกะสี?

เหล็กเปลือยจะเกิดสนิมเมื่อความชื้นและออกซิเจนไปถึงพื้นผิว การเคลือบสังกะสีขัดขวางกระบวนการนี้ด้วยสองวิธี:

การป้องกันสิ่งกีดขวาง: ชั้นสังกะสีหนาแน่นจะแยกเหล็กออกจากบรรยากาศทางกายภาพ

การป้องกันแบบเสียสละ (แคโทดิก): ที่รอยขีดข่วนและขอบตัดตรงบริเวณที่เหล็กถูกเผยออก สังกะสีจะกัดกร่อนมากกว่าเหล็ก ดังนั้นพื้นที่ที่โผล่ออกมาจะยังคงได้รับการปกป้องตราบเท่าที่มีสังกะสีอยู่ใกล้ๆ

กลไกแบบคู่นี้ทำให้การชุบสังกะสีเป็นหนึ่งในระบบป้องกันการกัดกร่อนที่คุ้มค่าที่สุด-สำหรับเหล็กโครงสร้าง โดยมีอายุการใช้งาน-โดยไม่ต้องบำรุงรักษาโดยทั่วไปโดยวัดจากหลายทศวรรษในสภาพแวดล้อมบรรยากาศส่วนใหญ่

กระบวนการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน-ทีละขั้นตอน

1. การเตรียมพื้นผิว

คุณภาพของการเคลือบสังกะสีขึ้นอยู่กับความสะอาดของพื้นผิวเกือบทั้งหมด ขั้นแรกเหล็กจะผ่านอ่างล้างไขมันแบบอัลคาไลน์เพื่อขจัดน้ำมัน จาระบี และสารประกอบในการดึง จากนั้นจึงผ่านการดองด้วยกรดไฮโดรคลอริกหรือกรดซัลฟิวริกเจือจางเพื่อขจัดตะกรันในโรงงานและสนิม หลังจากแต่ละขั้นตอนทางเคมี แถบจะถูกล้างด้วยน้ำ

2. ฟลักซ์

ก่อนที่จะแช่ เหล็กจะถูกเคลือบด้วยฟลักซ์ ซึ่งโดยทั่วไปคือสารละลายซิงค์แอมโมเนียมคลอไรด์ ฟลักซ์ป้องกันการเกิดออกซิเดชันของพื้นผิวที่ทำความสะอาดระหว่างการดองและการจุ่ม และช่วยให้เหล็กเปียกด้วยสังกะสีหลอมเหลว

3. การเคลือบแบบจุ่มร้อน-

เหล็กที่เตรียมไว้จะถูกแช่ในอ่างสังกะสีหลอมเหลวซึ่งมีอุณหภูมิประมาณ 450 องศา (ประมาณ 840 องศา F) เหล็กและสังกะสีทำปฏิกิริยาที่ส่วนต่อประสานเพื่อสร้างชั้นของโลหะผสมสังกะสี-ที่ผสมระหว่างโลหะและเหล็ก ซ้อนทับด้วยชั้นของสังกะสีที่ค่อนข้างบริสุทธิ์ พันธะทางโลหะวิทยานี้คือสิ่งที่ทำให้การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน-แตกต่างจากสีหรือการเคลือบพื้นผิวอื่นๆ

4. การถอนและการควบคุมน้ำหนักการเคลือบ

เมื่อแถบออกจากอ่าง มีดที่ใช้แก๊ส (ที่ปัดน้ำฝนหรือไนโตรเจน) จะดึงสังกะสีส่วนเกินออกจากพื้นผิว และควบคุมความหนาของชั้นเคลือบขั้นสุดท้ายได้อย่างแม่นยำ จากนั้นการเคลือบจะถูกทำให้เย็นลง และสำหรับผลิตภัณฑ์แผ่นอาจผ่านการผ่านแสงหรือการตกแต่งขั้นสุดท้ายอื่นๆ

5. การตรวจสอบ

น้ำหนักการเคลือบได้รับการตรวจสอบโดยการชั่งน้ำหนักชิ้นงานก่อนและหลังการละลายชั้นสังกะสี (การทดสอบสามจุด-) และตรวจสอบการยึดเกาะของการเคลือบโดยการทดสอบการดัดงอ สายการผลิตแบบต่อเนื่องตรวจสอบความหนาของการเคลือบทางออนไลน์ด้วยเกจ

น้ำหนักเคลือบและการกำหนดตามมาตรฐาน ASTM A653/A653M

ผลิตภัณฑ์แผ่นสังกะสีอธิบายตามเกรดโลหะพื้นฐานและการกำหนดการเคลือบ ASTM A653/A653M ซึ่งเป็นข้อกำหนดมาตรฐานสำหรับเหล็กแผ่น สังกะสี-เคลือบโดยกระบวนการจุ่มร้อน- กำหนดการกำหนดการเคลือบที่ระบุน้ำหนักการเคลือบขั้นต่ำรวมบนพื้นผิวทั้งสอง

G-60: น้ำหนักเคลือบรวมขั้นต่ำ 0.60 ออนซ์/ฟุต² (ประมาณ 183 กรัม/ตรม.) รวมกันทั้งสองด้าน โดยทั่วไปจะสอดคล้องกับความหนาของการเคลือบประมาณ 0.40 mil (10 µm) ต่อด้าน

G-90: น้ำหนักเคลือบรวมขั้นต่ำ 0.90 ออนซ์/ฟุต² (ประมาณ 275 กรัม/ตรม.) ประมาณ 0.60 มิล (15 µm) ต่อด้าน

G-110, G-140, G-165 และ G-185 กำหนดให้การเคลือบมีความหนามากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนมากขึ้น

ในแง่เมตริก ชื่อทั่วไปคือ Z180, Z275 และ Z350 โดยที่ตัวเลขคือมวลการเคลือบทั้งหมดในหน่วย g/m² สามารถสั่งซื้อการเคลือบทางกายภาพแบบเดียวกันได้ภายใต้ระบบใดระบบหนึ่ง ASTM A653/A653M เป็นมาตรฐานที่ใช้บังคับสำหรับการกำหนดนิ้ว-ปอนด์ ในขณะที่ ISO 1461 ครอบคลุมการเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน-บนผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเหล็กและเหล็กกล้า และ GB/T 2518 ควบคุมแผ่นเหล็กเคลือบ-สังกะสีแบบจุ่มร้อน-อย่างต่อเนื่องในประเทศจีน

วิธีการชุบสังกะสีแบบอื่นๆ

นอกจากการเคลือบแผ่นและแถบแบบจุ่มร้อน{0}}อย่างต่อเนื่องแล้ว ยังมีการใช้กระบวนการที่เกี่ยวข้องหลายประการ:

การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน-เป็นชุด (ทั่วไป) ตามมาตรฐาน ISO 1461: โครงสร้างประดิษฐ์ เช่น เสาส่งสัญญาณและราวจับ ได้รับการทำความสะอาด ฟลักซ์ และจุ่มในสังกะสีหลอมเหลว

การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้า: สังกะสีจะถูกสะสมด้วยไฟฟ้า ทำให้ได้การเคลือบที่บางและเรียบเนียนขึ้น ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับแผงตัวถังรถยนต์ซึ่งการยึดเกาะของสีเป็นสิ่งสำคัญ

การพ่นสังกะสีด้วยความร้อน: สังกะสีหลอมเหลวหรือผงถูกพ่นลงบนโครงสร้างขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถจุ่มได้

การขจัดคราบ: ชิ้นส่วนขนาดเล็กจะถูกบดด้วยฝุ่นสังกะสีที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างสารเคลือบแบบแพร่กระจาย

อายุการใช้งานและการป้องกันการกัดกร่อน

อายุการใช้งานของการเคลือบสังกะสีขึ้นอยู่กับความหนาของชั้นเคลือบและการกัดกร่อนของสิ่งแวดล้อม ตามกฎในทางปฏิบัติ สังกะสีจะกัดกร่อนที่ประมาณ 1 µm ต่อปีในบรรยากาศชนบทที่ไม่รุนแรง และเร็วกว่าในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมหรือทางทะเล การเคลือบ G-90 จึงให้การปกป้องนานหลายทศวรรษในการใช้งานภาคพื้นดินส่วนใหญ่ ข้อมูลอัตราการกัดกร่อนได้รับการเผยแพร่ใน ISO 9223 และมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง ซึ่งจัดประเภทการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ และช่วยให้วิศวกรสามารถเลือกน้ำหนักการเคลือบสำหรับอายุการใช้งานการออกแบบได้

การใช้งานทั่วไป

เหล็กชุบสังกะสีถูกนำมาใช้ทุกที่ที่ต้องการอายุการใช้งานที่ยาวนานและการบำรุงรักษาต่ำ: โครงอาคาร แผ่นหลังคาและผนัง เสาส่งสัญญาณและเสาไฟฟ้า ราวกั้นทางหลวง อาคารเกษตรกรรม ท่อ HVAC ตู้ไฟฟ้า และถังหม้อแปลงไฟฟ้า ในอุตสาหกรรมไฟฟ้า ถังน้ำมันหม้อแปลงมักผลิตจากเหล็กชุบสังกะสีหรือเหล็กป้องกันการกัดกร่อน-เพื่อให้สามารถใช้งานกลางแจ้งได้

คำถามที่พบบ่อย

การเคลือบ G-60 และ G-90 แตกต่างกันอย่างไร?

การกำหนดทั้งสองถูกกำหนดไว้ใน ASTM A653/A653M ว่าเป็นน้ำหนักการเคลือบรวมขั้นต่ำบนพื้นผิวทั้งสอง G-90 (0.90 ออนซ์/ฟุต², ประมาณ 275 กรัม/ตรม.) หนักกว่า G-60 ประมาณ 50% (0.60 ออนซ์/ฟุต², ประมาณ 183 กรัม/ตรม.) และให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้นตามสัดส่วนในสภาพแวดล้อมเดียวกัน

การชุบสังกะสีช่วยป้องกันขอบตัดและรอยขีดข่วนหรือไม่?

ใช่. เนื่องจากสังกะสีเป็นขั้วบวกกับเหล็ก เหล็กที่โผล่ออกมาที่ขอบตัดและรอยขีดข่วนจึงได้รับการปกป้องแบบเสียสละด้วยการเคลือบสังกะสีโดยรอบ คุณลักษณะการรักษาตัวเอง-นี้เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือระบบสี

ทำไมต้องทำความสะอาดเหล็กก่อนจุ่ม?

สังกะสีไม่ทำให้เหล็กมันหรือเหล็กเกล็ดเปียก การล้างไขมัน การดอง และฟลักซ์ทำให้พื้นผิวปราศจากออกไซด์-สะอาดทางเคมี เพื่อให้สังกะสีหลอมเหลวสามารถทำปฏิกิริยากับเหล็กและก่อให้เกิดพันธะทางโลหะวิทยาอย่างต่อเนื่อง

อ่างสังกะสีหลอมเหลวมีอุณหภูมิเท่าไร?

เส้นจุ่มร้อน-ต่อเนื่องทำงานที่ประมาณ 450 องศา อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเร่งให้เกิดชั้นโลหะผสมสังกะสีที่เปราะ-เร็วขึ้น ดังนั้นอุณหภูมิของอ่างอาบน้ำจะถูกควบคุมอุณหภูมิภายในหน้าต่างแคบๆ

เหล็กกัลวาไนซ์ทาสีได้ไหม?

ใช่ โดยมีการเตรียมพื้นผิวที่เหมาะสม เช่น การทำความสะอาดและสีรองพื้นที่เหมาะสม ระบบดูเพล็กซ์ของการชุบสังกะสีพร้อมการทาสีให้อายุการใช้งานยาวนานกว่าระบบใดระบบหนึ่งเพียงอย่างเดียว และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับโครงสร้างที่มองเห็นได้ชัดเจน-สูง

ฉันจะเลือกน้ำหนักการเคลือบที่เหมาะสมได้อย่างไร

เลือกน้ำหนักการเคลือบจากประเภทการกัดกร่อนของสถานที่ติดตั้ง (ISO 9223) และอายุการใช้งานการออกแบบที่ต้องการ การเคลือบที่หนักกว่า เช่น G-140 หรือ G-185 ได้รับการระบุไว้สำหรับบรรยากาศทางทะเลและอุตสาหกรรม ในขณะที่ G-60 หรือ G-90 ครอบคลุมการใช้งานภายในและในชนบทส่วนใหญ่