Processo di formazione dello strato galvanizzato: metallurgia dei rivestimenti di zinco-per immersione a caldo

Panoramica della reazione di galvanizzazione

Il processo di zincatura a caldo- forma un rivestimento di zinco legato metallurgicamente sull'acciaio attraverso una serie di reazioni di diffusione tra ferro e zinco fuso. Quando il pezzo in acciaio viene immerso nello zinco fuso a circa 450 gradi, lo zinco prima bagna la superficie pulita dell'acciaio e dissolve una piccola quantità di ferro, quindi ferro e zinco si diffondono per formare una sequenza di strati intermetallici di ferro-zinco. Sopra a questi cresce lo strato esterno di zinco quasi puro che conferisce ai prodotti zincati il ​​loro aspetto caratteristico.

Fase 1: formazione della soluzione solida di ferro-zinco

Al momento dell'immersione, gli atomi di zinco si dissolvono nella superficie dell'acciaio, formando una soluzione solida di ferro alfa- in cui lo zinco è disciolto nel reticolo di ferro cubico a corpo centrato. Questo sottile strato è il fondamento del rivestimento: la fusione tra i due metalli non è un semplice legame meccanico ma un vero e proprio legame metallurgico, per questo il rivestimento aderisce così fortemente e sopravvive alla flessione e agli urti.

Fase 2: crescita delle fasi intermetalliche

Una volta che la soluzione solida è satura di zinco, l'ulteriore reazione procede per diffusione. Gli atomi di zinco migrano nel reticolo del ferro mentre gli atomi di ferro si diffondono verso l'esterno nello zinco fuso e all'interfaccia si forma una serie di composti intermetallici. In un normale rivestimento per immersione a caldo-la struttura è costituita dalle fasi gamma e delta vicine all'acciaio (ricco di ferro) e dalla fase zeta più esterna, ciascuna con una durezza e una composizione caratteristiche. Lo strato intermetallico complessivo è duro e-resistente all'usura, mentre lo strato esterno rimane morbido e duttile.

Fase 3: Formazione dello strato di zinco puro

Quando il pezzo viene estratto dal bagno, trasporta uno strato di zinco fuso che solidifica nella fase eta esterna: una struttura esagonale-impacchettata di zinco quasi puro con un contenuto di ferro non superiore allo 0,003% circa. Lo strato eta è la superficie visibile e riflettente del rivestimento. Il suo spessore è controllato dalla velocità di prelievo e dall'erogazione del gas in linee continue; nella zincatura discontinua è governata dal tempo di immersione, dalla temperatura del bagno e dalla chimica dell'acciaio.

Formazione di scorie di zinco

Non tutto il ferro che si scioglie nel bagno raggiunge la superficie del pezzo. Una parte reagisce con lo zinco nella massa fusa per formare particelle intermetalliche che sono più dense dello zinco fuso e affondano sul fondo della pentola di zincatura, dove si accumulano come scorie di fondo. La bava superiore si forma per ossidazione sulla superficie del bagno. Entrambe le forme rimuovono lo zinco dalla circolazione utile, quindi la gestione del bagno, compreso il controllo della temperatura, l'aggiunta di alluminio e la schiumatura regolare, è essenziale per mantenere stabile la qualità del rivestimento ed economico il consumo di zinco.

Effetto della chimica dell'acciaio e variabili di processo

La velocità di reazione dipende fortemente dal contenuto di silicio e fosforo dell'acciaio, poiché questi elementi accelerano l'interdiffusione del ferro-zinco. La pratica moderna aggiunge una piccola quantità di alluminio al bagno, in genere lo 0,1-0,3% per il lavoro in batch, che forma un sottile strato inibitore che rallenta la reazione ferro-zinco e produce un rivestimento più sottile e duttile. La temperatura del bagno, il tempo di immersione, la velocità di prelievo e la rugosità della superficie dell'acciaio sono tutti fattori che influenzano lo spessore e la struttura finale del rivestimento.

Struttura e proprietà del rivestimento

Il rivestimento completo è quindi un composito stratificato: una sottile soluzione solida di ferro alfa-, una regione intermetallica dura (fasi gamma, delta e zeta) che fornisce adesione e resistenza all'usura e uno strato morbido di zinco eta puro- che conferisce protezione dalla corrosione e aspetto. Questo composito si comporta diversamente da un rivestimento monofase-: gli strati intermetallici sono duri e fragili, mentre lo strato eta si piega e si deforma con l'acciaio. Per i prodotti in lamiera, ai fini della formabilità, è preferibile un rivestimento sottile con una piccola frazione intermetallica; per le sezioni strutturali viene scelto un rivestimento spesso per la massima durata alla corrosione.

Standard e verifica

Lo spessore e la massa del rivestimento sono verificati rispetto agli standard di prodotto: ISO 1461 per rivestimenti zincati a caldo-su articoli fabbricati in ferro e acciaio, GB/T 13912 come equivalente cinese e EN 10346 o ISO 3575 per lamiera zincata continua. Lo spessore del rivestimento viene misurato mediante calibri magnetici o con il metodo gravimetrico e l'adesione viene valutata mediante prove di piegatura e impatto. La struttura stratificata può essere esaminata metallograficamente per confermare che tutte le fasi sono presenti nelle proporzioni corrette.

Domande frequenti

Perché l'acciaio zincato mostra un aspetto a lustrini?

Il lustrino si forma quando lo strato di zinco fuso si solidifica e i cristalli di zinco crescono verso l'esterno dai punti di nucleazione. La dimensione dei lustrini dipende dalla composizione del bagno, dalla velocità di raffreddamento e dalla presenza di elementi che promuovono i lustrini nei bagni tradizionali.

Qual è la differenza tra lo strato eta e gli strati di lega?

Lo strato eta è zinco quasi puro, morbido e duttile. Gli strati di lega sottostanti sono fasi intermetalliche di ferro-zinco che sono più dure e fragili e forniscono il legame metallurgico all'acciaio.

Perchè nel bagno di zincatura viene aggiunto l'alluminio?

L'alluminio forma un sottile strato inibitore sulla superficie dell'acciaio che rallenta la reazione ferro-zinco, producendo un rivestimento più sottile, più uniforme e più duttile. Ciò è essenziale per la lamiera zincata che deve essere laminata-o imbutita-profonda.

Come vengono rimosse le scorie di zinco dalla pentola?

La bava inferiore viene rimossa periodicamente mediante un'operazione di schiumatura o pompaggio quando la pentola viene sottoposta a manutenzione, mentre la bava superiore viene scremata regolarmente durante la produzione. Un buon controllo della temperatura riduce la formazione di bava.

Lo spessore del rivestimento zincato può essere specificato dal cliente?

SÌ. Gli standard di prodotto definiscono le classi di rivestimento in base alla massa per metro quadrato e il cliente specifica la classe adeguata all'ambiente e alla durata di servizio, ad esempio Z275 per uso generale in edifici esterni.

Perché il rivestimento sull'acciaio zincato- sembra più spesso che sulla lamiera?

La zincatura in batch di articoli fabbricati utilizza tempi di immersione più lunghi senza strofinamento, quindi gli strati intermetallici ed eta diventano più spessi. Le linee di lamiera continue controllano lo spessore in modo preciso con lame d'aria, fornendo un rivestimento più sottile e uniforme.