Mecanismo de formación de recubrimiento galvanizado en caliente

El galvanizado en caliente es un proceso de reacción metalúrgica. Desde un punto de vista microscópico, el proceso de galvanización en caliente es de dos balances dinámicos: balance térmico y balance de intercambio zinc-hierro. Cuando la pieza de trabajo de hierro y acero se sumerge en una solución de zinc fundido a aproximadamente 450 °C, la pieza de trabajo a temperatura ambiente absorbe el calor de la solución de zinc, y cuando alcanza más de 200 °C, la interacción entre el zinc y el hierro es gradualmente obvia. y el zinc penetra en la superficie de la pieza de trabajo de hierro.

A medida que la temperatura de la pieza de trabajo se acerca gradualmente a la temperatura del zinc fundido, se forman capas de aleación con diferentes proporciones de zinc y hierro en la superficie de la pieza de trabajo, formando una estructura en capas del recubrimiento de zinc. A medida que pasa el tiempo, las diferentes capas de aleación en el recubrimiento muestran diferentes tasas de crecimiento. Desde un punto de vista macroscópico, el proceso anterior muestra que la pieza de trabajo se sumerge en el líquido de zinc y la superficie del líquido de zinc hierve. Cuando la reacción de zinc-hierro se equilibra gradualmente, la superficie líquida de zinc se calma gradualmente. La pieza de trabajo se levanta del nivel de líquido de zinc y cuando la temperatura de la pieza de trabajo cae gradualmente por debajo de 200 °C, la reacción de zinc-hierro se detiene y se forma el recubrimiento galvanizado en caliente y se determina el espesor.
Requisitos de espesor de revestimiento galvanizado en caliente

Los principales factores que afectan el espesor del recubrimiento de zinc son: la composición del metal base, la rugosidad superficial del acero, el contenido y distribución de los elementos activos silicio y fósforo en el acero, la tensión interna del acero, la geometría tamaño de la pieza de trabajo y el proceso de galvanizado en caliente.

Los estándares internacionales y chinos actuales de galvanizado en caliente se dividen en secciones según el espesor del acero, y el espesor plano y el espesor local del recubrimiento de zinc deben alcanzar el espesor correspondiente para determinar la resistencia a la corrosión del recubrimiento de zinc. Para piezas de trabajo con diferentes espesores de acero, el tiempo requerido para lograr el equilibrio térmico y el equilibrio de intercambio de zinc-hierro es diferente, y el espesor del recubrimiento formado también es diferente. El espesor promedio del recubrimiento en el estándar se basa en el valor de la experiencia de producción industrial del mecanismo de galvanizado mencionado anteriormente, y el espesor local es el valor empírico requerido para tener en cuenta la irregularidad de la distribución del espesor del recubrimiento de zinc y el Requisitos para la resistencia a la corrosión del revestimiento.

Por lo tanto, el estándar ISO, el estándar estadounidense ASTM, el estándar japonés JIS y el estándar chino tienen requisitos ligeramente diferentes sobre el espesor del recubrimiento de zinc, que son similares.

A continuación, se explican varias características diferentes de recubrimiento y galvanizado en caliente.
Chapa de acero recubierta de zinc puro por inmersión en caliente (chapa GI)

En la actualidad, se agrega 0.2% de elemento Al a la solución de zinc utilizada en la producción de placas GI. El efecto de agregar AI es mejorar la fluidez de la solución de zinc. Los elementos de aluminio y hierro reaccionan preferentemente para formar una capa de fase de aleación de hierro y aluminio, que inhibe la reacción entre el zinc y el sustrato de la placa de acero, mejorando así la adherencia del recubrimiento.

Al mismo tiempo, se agrega al zinc una pequeña cantidad de aluminio en la solución de zinc. La película de óxido de aluminio se forma en la superficie del líquido, lo que evita la reacción de oxidación del zinc en la superficie del líquido de zinc y reduce el consumo de zinc. En la superficie del revestimiento, el aluminio puede reaccionar primero con el oxígeno para formar una película protectora de óxido de aluminio, que evita que la superficie del revestimiento se oxide y aumenta el brillo de la superficie. La placa GI es un mecanismo de protección catódica típico que utiliza un ánodo de sacrificio (zinc) para proteger la matriz de acero de la corrosión, y la placa GI es la placa de acero recubierta más común y ampliamente utilizada. Se utiliza en la construcción, electrodomésticos, automóviles, transporte, agricultura y otras industrias Muchas aplicaciones. Se puede ver en las Figuras 1a y 1b que la superficie de recubrimiento de la placa GI está compuesta de mesetas y hoyos uniformes, y la morfología está formada principalmente por un rollo liso con cierta rugosidad después del galvanizado para formar una superficie con una rugosidad de aproximadamente 1 μm en la superficie del recubrimiento. Como se puede ver en la Figura 1c, la placa GI está compuesta por la capa de zinc puro más externa, el sustrato de acero y una fina capa inhibidora en el medio, a saber, la capa de fase de aleación de hierro y aluminio FeAl3 o Fe2Al5. La fase de aleación de hierro y aluminio evita la difusión de hierro a la capa de zinc. , para evitar la formación de una fase de aleación de zinc-hierro relativamente quebradiza en el revestimiento, asegurando así la adhesión del revestimiento. Chapa de acero recubierta de aleación galvanizada por inmersión en caliente (chapa GA) La placa GA es una placa de acero enchapada con una capa de fase de aleación de zinc-hierro formada por tratamiento térmico a 500-550 °C después del galvanizado, de modo que el hierro y el zinc en la matriz de acero se difunden entre sí. otro, y el contenido de hierro en la superficie del recubrimiento es de alrededor del 10% (fracción de masa). La placa GA debe recibir un tratamiento térmico después de la galvanización para hacer que el zinc y el hierro se interdifundan para formar una fase de aleación de zinc y hierro. Por lo tanto, para reducir el tiempo de aleación y reducir el efecto de bloqueo de la capa de inhibición, el contenido de Al en la solución de zinc será mayor que el de la placa GI. Debería ser más bajo, generalmente alrededor del 0.13%. El elemento de hierro en el revestimiento mejora el potencial de corrosión general y la soldabilidad del revestimiento, pero la formación de la capa de fase de aleación de zinc-hierro aumenta la fragilidad del revestimiento, y el revestimiento es propenso a pulverizarse o descascararse durante el proceso de deformación, lo que afecta la vida útil de la matriz de moldeo. El proceso de formación de la capa de fase de aleación de zinc-hierro aumenta la rugosidad de la superficie del recubrimiento, reduce el color y el brillo, y la superficie del recubrimiento se vuelve gris y oscurecida. La mayor rugosidad aumenta la pintabilidad del revestimiento. Al mismo tiempo, la superficie de recubrimiento con mayor dureza y rugosidad superficial tiene mejor resistencia al impacto de arena y grava. Por lo tanto, la placa GA tiene mejor resistencia a la corrosión, rendimiento de soldadura, rendimiento de revestimiento y resistencia al impacto con arena que la placa GI, pero el rendimiento de formación es relativamente bajo y no es tan brillante como la placa GI. Las placas GA se utilizan como paneles automotrices, principalmente en automóviles japoneses y coreanos. Como se muestra en la Figura 2a, la superficie del revestimiento de la placa GA está compuesta por una aleación de zinc-hierro en bruto fase δ1p y una pequeña cantidad de fase ξ. Como se muestra en la Figura 2b, la capa más externa es un cristal columnar δ1p relativamente suelto y una capa δ1k más densa cerca del sustrato. Hay una capa de fase Г con un espesor de aproximadamente 1 μm en la interfaz entre el recubrimiento y el sustrato. Lámina de acero recubierta de Al-Zn por inmersión en caliente (lámina GL) El recubrimiento de Al-Zn por inmersión en caliente generalmente incluye un recubrimiento Galfan o GF que contiene un 5 % de Al y un recubrimiento Galvalume o GL que contiene un 55 % de Al. En la actualidad, el recubrimiento de Al-Zn por inmersión en caliente de una tira continua generalmente se refiere a un contenido de 55.0 % de Al y 43.4 % de Zn. , 1.6% La placa de acero Si Galvalume es una placa GL. Debido al alto contenido de aluminio en el revestimiento de la placa GL, el revestimiento tiene la resistencia a la corrosión y la resistencia a la oxidación a alta temperatura del aluminio, y la presencia de zinc hace que el revestimiento tenga propiedades de protección catódica. En la actualidad, las placas GL se utilizan generalmente como placas recubiertas de color en la construcción, automóviles, electrodomésticos, agricultura y otras industrias, y se utilizan directamente en silenciadores, tubos de escape, placas traseras de refrigeradores, hornos de microondas electrónicos, intercambiadores de calor, etc. El diámetro de la lentejuela en la superficie del recubrimiento GL es generalmente de 1 a 3 mm. Debido a los muchos factores que afectan el tamaño de la lentejuela, con la diferencia en el contenido de elementos de aleación en la solución de zinc o la velocidad de enfriamiento después del recubrimiento, la lentejuela del recubrimiento también sufrirá una gran variedad de cambios. , En términos generales, el tamaño de la lentejuela también se permite dentro de un rango mayor de 0.2 a 5.0 mm. En la Figura 3 se puede ver que el recubrimiento GL se compone de dos capas, y la capa exterior es una capa de aleación de aluminio y zinc, que se compone de una solución sólida rica en aluminio de dendritas y una fase rica en zinc entre las dendritas. La capa interna es una capa de compuesto intermetálico de aluminio-zinc-hierro, que se encuentra entre la capa de aleación de aluminio-zinc y el sustrato de acero. De estructura similar al revestimiento GI, la capa interna de compuesto intermetálico de aluminio-zinc-hierro del revestimiento GL evita que el hierro entre en la aleación de aluminio-zinc. capa y aumentar la adherencia del recubrimiento, mientras que la adición de silicio limita el crecimiento de la capa intermetálica frágil Al-Zn-Fe. Lámina de acero recubierta de aluminio y magnesio galvanizada por inmersión en caliente (lámina de ZnAlMg) La placa de ZnAlMg se originó en Japón. Debido al clima marino del país insular y muchos tifones y terremotos, se requiere acero de alta resistencia y alta resistencia a la corrosión. Al mismo tiempo, los recursos de Japón se agotan y la oferta y la demanda de materias primas para la producción son escasas. Por lo tanto, se desarrolló el tablero ZnAlMg, que mejora la resistencia a la corrosión y es efectivo. Utilizar recursos para reducir costos y proteger el medio ambiente. Debido a las diferentes composiciones de aluminio y magnesio en las láminas de ZnAlMg desarrolladas por diferentes empresas, han aparecido muchas láminas de ZnAlMg con diferentes proporciones de composición. Por ejemplo, Nissin Steel ha desarrollado productos ZAM (Zn-6%Al-3%Mg), Acero SuperDyma (Zn-11%Al-3%Mg) producto, Thyssen's ZnMgEcoprotect (Zn-1%Al-1%Mg) producto, voestalpine's Corrender (Zn-2%Al-2%Mg) producto, ArcelorMittal's Magnelis (Zn-3.7% Al-3.0%Mg) productos y así sucesivamente. El revestimiento de la placa ZAM se compone de la capa exterior y la capa de aleación en la interfaz entre la capa exterior y el sustrato. La capa exterior del recubrimiento está compuesta por una fase rica en aluminio y una fase eutéctica ternaria Zn/Al/Zn2Mg, como se muestra en la Figura 4a y la Figura 4b. La resistencia a la corrosión del recubrimiento ZnAlMg es mucho mejor que la del recubrimiento GI. Por ejemplo, la resistencia a la corrosión del revestimiento de placa ZAM puede llegar incluso a ser 16 veces mayor que la del revestimiento GI. En el recubrimiento de ZnAlMg, Mg2Zn11 o MgZn2 se distribuye en el límite del cristal y el espacio dendrítico, lo que desempeña un papel clave en la mejora de la resistencia a la corrosión. Tiene buena resistencia a la corrosión en los bordes y buena procesabilidad, y es adecuado para materiales de construcción. Debido a la alta dureza de su superficie exterior, también puede resistir el desgaste de la superficie durante el proceso de formación, lo que es beneficioso para su uso como un producto de acero revestido respetuoso con el medio ambiente y que ahorra recursos.

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