Meccanismo di formazione del rivestimento zincato a caldo

La zincatura a caldo è un processo di reazione metallurgica. Da un punto di vista microscopico, il processo di zincatura a caldo è costituito da due equilibri dinamici: bilancio termico e bilancio di scambio zinco-ferro. Quando il pezzo in ferro e acciaio è immerso in una soluzione di zinco fuso a circa 450°C, il pezzo in lavorazione a temperatura ambiente assorbe il calore della soluzione di zinco, e quando supera i 200°C, l'interazione tra zinco e ferro è gradualmente evidente, e lo zinco penetra nella superficie del pezzo di ferro.

Quando la temperatura del pezzo si avvicina gradualmente alla temperatura dello zinco fuso, sulla superficie del pezzo si formano strati di lega con diversi rapporti di zinco e ferro, formando una struttura a strati del rivestimento di zinco. Col passare del tempo, diversi strati di lega nel rivestimento mostrano tassi di crescita diversi. Da un punto di vista macroscopico, il processo di cui sopra mostra che il pezzo è immerso nel liquido di zinco e la superficie del liquido di zinco bolle. Quando la reazione zinco-ferro si equilibra gradualmente, la superficie del liquido di zinco si calma gradualmente. Il pezzo viene sollevato dal livello del liquido di zinco e quando la temperatura del pezzo scende gradualmente al di sotto di 200 °C, la reazione zinco-ferro si interrompe e si forma il rivestimento zincato a caldo e viene determinato lo spessore.
Requisiti di spessore del rivestimento zincato a caldo

I principali fattori che influiscono sullo spessore del rivestimento di zinco sono: la composizione del metallo base, la rugosità superficiale dell'acciaio, il contenuto e la distribuzione degli elementi attivi silicio e fosforo nell'acciaio, la sollecitazione interna dell'acciaio, la geometria dimensioni del pezzo e il processo di zincatura a caldo.

Gli attuali standard internazionali e cinesi di zincatura a caldo sono divisi in sezioni in base allo spessore dell'acciaio e lo spessore piatto e lo spessore locale del rivestimento di zinco dovrebbero raggiungere lo spessore corrispondente per determinare la resistenza alla corrosione del rivestimento di zinco. Per pezzi con diversi spessori di acciaio, il tempo necessario per raggiungere l'equilibrio termico e l'equilibrio di scambio zinco-ferro è diverso e anche lo spessore del rivestimento formato è diverso. Lo spessore medio del rivestimento nella norma si basa sul valore dell'esperienza di produzione industriale del meccanismo di zincatura sopra menzionato e lo spessore locale è il valore empirico richiesto per tenere conto dell'irregolarità della distribuzione dello spessore del rivestimento di zinco e del requisiti per la resistenza alla corrosione del rivestimento.

Pertanto, lo standard ISO, lo standard ASTM americano, lo standard JIS giapponese e lo standard cinese hanno requisiti leggermente diversi sullo spessore del rivestimento di zinco, che sono simili.

Successivamente, vengono spiegate diverse caratteristiche della zincatura a caldo e del rivestimento.
Lamiera di acciaio zincato puro per immersione a caldo (lamiera GI)

Allo stato attuale, alla soluzione di zinco utilizzata nella produzione di lastre GI viene aggiunto lo 0.2% di elemento Al. L'effetto dell'aggiunta di IA è quello di migliorare la fluidità della soluzione di zinco. Gli elementi in alluminio e ferro reagiscono preferenzialmente per formare uno strato di fase in lega ferro-alluminio, che inibisce la reazione tra lo zinco e il substrato della lamiera d'acciaio, migliorando così l'adesione del rivestimento.

Allo stesso tempo, allo zinco viene aggiunta una piccola quantità di alluminio nella soluzione di zinco. Sulla superficie del liquido si forma la pellicola di ossido di alluminio, che impedisce la reazione di ossidazione dello zinco sulla superficie del liquido di zinco e riduce il consumo di zinco. Sulla superficie del rivestimento, l'alluminio può prima reagire con l'ossigeno per formare una pellicola protettiva di ossido di alluminio, che impedisce l'ossidazione della superficie del rivestimento e aumenta la brillantezza della superficie. La piastra GI è un tipico meccanismo di protezione catodica che utilizza l'anodo sacrificale (zinco) per proteggere la matrice di acciaio dalla corrosione e la piastra GI è la piastra in acciaio rivestito più comune e ampiamente utilizzata. Viene utilizzato nell'edilizia, negli elettrodomestici, nelle automobili, nei trasporti, nell'agricoltura e in altri settori. Molte applicazioni. Si può vedere dalle figure 1a e 1b che la superficie di rivestimento della piastra GI è composta da plateau e pozzi uniformi, e la morfologia è principalmente formata da un rullo liscio con una certa rugosità dopo la zincatura per formare una superficie con una rugosità di circa 1 μm sulla superficie del rivestimento. Come si può vedere dalla Figura 1c, la piastra GI è composta dallo strato più esterno di zinco puro, dal substrato di acciaio e da un sottile strato inibitorio nel mezzo, ovvero lo strato di fase in lega ferro-alluminio FeAl3 o Fe2Al5. La fase di lega ferro-alluminio impedisce la diffusione del ferro allo strato di zinco. , per evitare la formazione di una fase di lega zinco-ferro relativamente fragile nel rivestimento, garantendo così l'adesione del rivestimento. Lamiera di acciaio rivestita in lega zincata a caldo (lamiera GA) La piastra GA è una piastra di acciaio placcata con uno strato di fase in lega di zinco-ferro formato mediante trattamento termico a 500-550 ° C dopo la zincatura, in modo che il ferro e lo zinco nella matrice di acciaio si diffondano ciascuno altro, e il contenuto di ferro sulla superficie del rivestimento è di circa il 10% (frazione di massa). La piastra GA deve essere trattata termicamente dopo la zincatura per rendere lo zinco e il ferro interdiffusi per formare una fase di lega zinco-ferro. Pertanto, al fine di ridurre il tempo di lega e ridurre l'effetto bloccante dello strato di inibizione, il contenuto di Al nella soluzione di zinco sarà superiore a quello della piastra GI. Dovrebbe essere inferiore, generalmente intorno allo 0.13%. L'elemento di ferro nel rivestimento migliora il potenziale di corrosione generale e la saldabilità del rivestimento, ma la formazione dello strato di fase in lega di zinco-ferro aumenta la fragilità del rivestimento e il rivestimento è soggetto a polverizzazione o desquamazione durante il processo di deformazione, che influisce sulla vita utile dello stampo di stampaggio. Il processo di formazione dello strato di fase in lega di zinco-ferro aumenta la rugosità superficiale del rivestimento, riduce il colore e la lucentezza e la superficie del rivestimento diventa grigia e scurita. La maggiore rugosità aumenta la verniciabilità del rivestimento. Allo stesso tempo, la superficie del rivestimento con maggiore durezza e rugosità superficiale ha una migliore resistenza agli urti di sabbia e ghiaia. Pertanto, il pannello GA ha una migliore resistenza alla corrosione, prestazioni di saldatura, prestazioni di rivestimento e resistenza all'impatto della sabbia rispetto al pannello GI, ma le prestazioni di formatura sono relativamente scarse e non è brillante come il pannello GI. Le piastre GA sono utilizzate come pannelli automobilistici, utilizzati principalmente nelle auto giapponesi e coreane. Come mostrato nella Figura 2a, la superficie del rivestimento della piastra GA è composta da una fase di lega di zinco-ferro grezza δ1p e una piccola quantità di fase ξ. Come mostrato nella Figura 2b, lo strato più esterno è un cristallo colonnare relativamente sciolto δ1p e uno strato δ1k più denso vicino al substrato. C'è uno strato di fase Г con uno spessore di circa 1 μm all'interfaccia tra il rivestimento e il substrato. Lamiera di acciaio rivestita di Al-Zn per immersione a caldo (foglio GL) Il rivestimento di Al-Zn per immersione a caldo include generalmente un rivestimento Galfan o GF contenente il 5% di Al e un rivestimento Galvalume o GL contenente il 55% di Al. Attualmente, il rivestimento Al-Zn per immersione a caldo di un nastro continuo si riferisce generalmente a contenere il 55.0% di Al e il 43.4% di Zn. , 1.6% La piastra in acciaio Si Galvalume è una piastra GL. A causa dell'alto contenuto di alluminio nel rivestimento della piastra GL, il rivestimento ha la resistenza alla corrosione e all'ossidazione ad alta temperatura dell'alluminio e la presenza di zinco fa sì che il rivestimento abbia proprietà di protezione catodica. Attualmente, le schede GL sono generalmente utilizzate come schede con rivestimento colorato nell'edilizia, nelle automobili, negli elettrodomestici, nell'agricoltura e in altri settori e sono utilizzate direttamente in marmitte, tubi di scarico, backplane di frigoriferi, forni a microonde elettronici, scambiatori di calore, ecc. Il diametro del lustrino sulla superficie del rivestimento GL è generalmente di 1-3 mm. A causa dei molti fattori che influenzano la dimensione del lustrino, con la differenza nel contenuto di elementi di lega nella soluzione di zinco o la velocità di raffreddamento dopo la placcatura, il lustrino del rivestimento subirà anche un'ampia gamma di modifiche. , In generale, la dimensione del lustrino è consentita anche in un intervallo più ampio da 0.2 a 5.0 mm. Si può vedere dalla Figura 3 che il rivestimento GL è composto da due strati e lo strato esterno è uno strato di lega di alluminio-zinco, che è composto da una soluzione solida ricca di alluminio di dendriti e da una fase ricca di zinco tra i dendriti. Lo strato interno è uno strato di composto intermetallico di alluminio-zinco-ferro, che si trova tra lo strato di lega di alluminio-zinco e il substrato di acciaio. Simile nella struttura al rivestimento GI, lo strato di composto intermetallico alluminio-zinco-ferro interno del rivestimento GL impedisce al ferro di entrare nella lega alluminio-zinco. strato e aumentare l'adesione del rivestimento, mentre l'aggiunta di silicio limita la crescita del fragile strato intermetallico Al-Zn-Fe. Lamiera di acciaio zincata a caldo con rivestimento in alluminio-magnesio (lamiera ZnAlMg) La scheda ZnAlMg è originaria del Giappone. A causa del clima marino del paese insulare e di molti tifoni e terremoti, è richiesta un'elevata resistenza e un'elevata resistenza alla corrosione dell'acciaio. Allo stesso tempo, le risorse del Giappone sono esaurite e l'offerta e la domanda di materie prime per la produzione sono limitate. Pertanto, è stata sviluppata la scheda ZnAlMg, che migliora la resistenza alla corrosione ed è efficace. Utilizzare le risorse per ridurre i costi e proteggere l'ambiente. A causa delle diverse composizioni di alluminio e magnesio nelle lastre ZnAlMg sviluppate da diverse aziende, sono apparse molte lastre ZnAlMg con diversi rapporti di composizione. Ad esempio, Nissin Steel ha sviluppato prodotti ZAM (Zn-6%Al-3%Mg), Acciaio SuperDyma (Zn-11%Al-3%Mg), prodotto ZnMgEcoprotect (Zn-1%Al-1%Mg) di Thyssen, prodotto Corrender di voestalpine (Zn-2%Al-2%Mg), Magnelis di ArcelorMittal (Zn-3.7% Al-3.0% Mg) prodotti e così via. Il rivestimento della piastra ZAM è composto dallo strato esterno e dallo strato di lega all'interfaccia tra lo strato esterno e il substrato. Lo strato esterno del rivestimento è composto da una fase ricca di alluminio e da una fase eutettica ternaria Zn/Al/Zn2Mg, come mostrato nella Figura 4a e nella Figura 4b. La resistenza alla corrosione del rivestimento ZnAlMg è notevolmente migliorata rispetto a quella del rivestimento GI. Ad esempio, la resistenza alla corrosione del rivestimento delle lastre ZAM può raggiungere anche 16 volte quella del rivestimento GI. Nel rivestimento ZnAlMg, Mg2Zn11 o MgZn2 è distribuito nel confine del cristallo e nel gap dendrite, che svolge un ruolo chiave nel migliorare la resistenza alla corrosione. Ha una buona resistenza alla corrosione dei bordi e una buona lavorabilità ed è adatto per materiali da costruzione. A causa dell'elevata durezza della sua superficie esterna, può anche resistere all'usura della superficie durante il processo di formatura, il che è vantaggioso da utilizzare come prodotto in acciaio rivestito ecologico e a risparmio di risorse.

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