亜鉛めっき層の形成プロセス: 溶融亜鉛めっきコーティングの冶金学-

亜鉛めっき反応の概要

溶融亜鉛めっきプロセスでは、鉄と溶融亜鉛の間の一連の拡散反応を通じて鋼上に冶金的に結合した亜鉛コーティングを形成します。{0}鋼の加工物を約 450 度の溶融亜鉛に浸漬すると、亜鉛は最初にきれいな鋼の表面を濡らし、少量の鉄を溶解し、次に鉄と亜鉛が相互拡散して一連の鉄-金属間化合物層を成長させます。その上に、ほぼ純粋な亜鉛の外層が成長し、亜鉛メッキ製品に特徴的な外観を与えます。

ステージ 1: 鉄-亜鉛固溶体の形成

浸漬の瞬間に、亜鉛原子が鋼の表面に溶解し、体心立方鉄格子に亜鉛が溶解しているアルファ-鉄固溶体を形成します。-この薄い層はコーティングの基礎です。2 つの金属間の融合は単純な機械的結合ではなく、真の冶金学的結合です。そのため、コーティングは非常に強力に接着し、曲げや衝撃に耐えることができます。

ステージ 2: 金属間化合物相の成長

固溶体が亜鉛で飽和すると、拡散によりさらに反応が進行します。亜鉛原子は鉄格子内に移動し、鉄原子は溶融亜鉛内に外側に拡散し、界面に一連の金属間化合物が形成されます。通常の溶融めっき-の構造は、鋼に近いガンマ相とデルタ相（鉄が豊富）と、さらに外側のゼータ相で構成され、それぞれが特徴的な硬度と組成を持っています。金属間化合物層全体は硬く耐摩耗性がありますが、外側の層は柔らかく延性を保ちます。{4}}

ステージ 3: 純亜鉛層の形成

ワークピースが浴から取り出されるとき、ワークピースは溶融亜鉛の層を保持しており、これが外側のイータ相に凝固します。これは、鉄含有量が約 0.003 % 以下のほぼ純粋な亜鉛の六方最密充填構造です。-イータ層は、コーティングの目に見える反射面です。その厚さは、引き出し速度と連続ラインでのガスワイピングによって制御されます。バッチ亜鉛めっきでは、浸漬時間、浴温度、鋼の化学的性質によって決まります。

亜鉛ドロスの形成

浴中に溶解した鉄がすべてワークの表面に到達するわけではありません。一部は溶湯中の亜鉛と反応して、溶融亜鉛よりも密度の高い金属間粒子を形成し、亜鉛めっきポットの底に沈み、底ドロスとして蓄積します。トップドロスは浴表面の酸化によって形成されます。どちらの形態も有用な循環から亜鉛を除去するため、温度制御、アルミニウムの添加、定期的なスキミングなどの浴管理は、コーティングの品質を安定させ、亜鉛の消費を経済的に保つために不可欠です。

鋼の化学的性質とプロセス変数の影響

これらの元素は鉄-の相互拡散を促進するため、反応速度は鋼のシリコンとリンの含有量に大きく依存します。現代の実践では、バッチ処理の場合は通常 0.1-0.3 % の少量のアルミニウムを浴に添加します。これにより、鉄と亜鉛の反応を遅らせ、より薄く延性の高いコーティングを生成する薄い抑制層が形成されます。浴温度、浸漬時間、引き上げ速度、鋼表面の粗さはすべて、最終的なコーティングの厚さと構造に影響を与えます。

コーティングの構造と特性

したがって、完全なコーティングは、薄いアルファ{0}}鉄固溶体、接着性と耐摩耗性を提供する硬い金属間領域（ガンマ、デルタ、ゼータ相）、および腐食保護と外観を提供する柔らかい純亜鉛イータ層の層状複合体です。-この複合材料は単相コーティングとは異なる挙動を示します。金属間化合物層は硬くて脆いのに対し、イータ層は鋼とともに曲がり、変形します。シート製品の場合、成形性を考慮すると、金属間化合物の割合が少ない薄いコーティングが好ましい。構造部分には、腐食寿命を最大限に高めるために厚いコーティングが選択されます。

基準と検証

コーティングの厚さと質量は、製品規格に照らして検証されます。ISO 1461（鉄鋼製品の溶融亜鉛めっきコーティングについては ISO 1461、中国の同等物として GB/T 13912、連続亜鉛めっきシートについては EN 10346 または ISO 3575）。-コーティングの厚さは磁気ゲージまたは重量法によって測定され、密着性は曲げ試験および衝撃試験によって評価されます。層状構造を金属組織学的に検査して、すべての相が正しい比率で存在していることを確認できます。

よくある質問

亜鉛メッキ鋼板が飛び散った外観を示すのはなぜですか?

スパングルは、溶融亜鉛層が凝固し、亜鉛結晶が核生成点から外側に成長するときに形成されます。スパングルのサイズは、浴の組成、冷却速度、従来の浴に含まれるスパングル促進要素の存在によって決まります。{1}

イータ層と合金層の違いは何ですか?

イータ層はほぼ純粋な亜鉛で、柔らかく延性があります。その下の合金層は鉄-より硬くて脆い金属間化合物相であり、鋼との冶金学的結合を提供します。

なぜ亜鉛めっき浴にアルミニウムが添加されるのですか?

アルミニウムは鋼の表面に薄い抑制層を形成し、鉄-の反応を遅らせ、より薄く、より均一で、より延性の高いコーティングを生成します。これは、ロール{2}}成形または深絞り-する必要がある亜鉛メッキ板には不可欠です。

亜鉛カスはどのようにポットから除去されますか?

底部のドロスは、ポットのメンテナンス時にスキミングまたはポンピング操作によって定期的に除去され、上部のドロスは製造中に定期的にスキミングされます。適切な温度制御によりドロスの生成が減少します。

亜鉛メッキの膜厚を指定することはできますか?

はい。製品規格では、1 平方メートルあたりの質量によってコーティング クラスを定義しており、顧客は環境と耐用年数に適したクラスを指定します (たとえば、一般的な屋外建物用途の場合は Z275)。

バッチ式亜鉛めっき鋼板のコーティングがシートよりも厚く見えるのはなぜですか?{0}

加工品のバッチ亜鉛めっきでは、拭き取りを行わずに浸漬時間を長くするため、金属間化合物層とイータ層が厚くなります。連続シートラインはエアナイフで厚さを正確に制御し、より薄く均一なコーティングを実現します。