- zwilżanie powierzchni stali przez ciekły stop cynku;
- reakcja powierzchniowa;
- dyfuzja reaktywna prowadząca do wytworzenia nowych faz;
- rozpuszczanie fazy międzymetalicznej będącej na granicy z kąpielą;
- wtórna krystalizacja faz przesyconego roztworu żelaza w ciekłym cynku.
W trakcie cynkowania zanurzeniowego, oprócz zwilżania wszystkie wymienione zjawiska występują jednocześnie, a ich oddziaływanie na przebieg tworzenia powłoki jest trudne do interpretacji. Skład fazowy warstwy przejściowej nie budzi żadnych kontrowersji i wynika z układu równowagi Fe-Zn. Nadal istnieje jednak wiele zastrzeżeń dotyczących kolejności powstawania faz oraz kinetyki wzrostu poszczególnych warstw. Wynikają one z dużej ilości nakładających się na siebie zjawisk dyfuzji reaktywnej, tworzenia się poszczególnych faz oraz rozpuszczania fazy będącej w bezpośrednim kontakcie z kąpielą cynkową. Według najprostszego modelu, powłoka cynkowa wzrasta dzięki dyfuzji reaktywnej. W temperaturze ok. 450°C stop żelaza i ciekły stop cynku reagują między sobą zgodnie z prawem parabolicznym. W miarę wzrostu grubości powłoki (a dokładniej jej warstwy przejściowej), maleje szybkość dyfuzyjnego transportu masy, a po upływie określonego czasu ustala się nowo utworzona równowaga fazowa na powierzchni wyrobu oraz w bezpośrednio przylegającej do niej strefie kąpieli. Grubość powłoki cynkowej powinna zatem powiększać się coraz wolniej
Niedoceniona rola rozpuszczania
Najczęściej w rozważaniach dotyczących mechanizmu tworzenia się powłoki cynkowej pomijany jest przebiegający jednocześnie z procesami dyfuzji proces rozpuszczania powstających faz międzymetalicznych Fe-Zn w kąpieli metalicznej. Ma on istotne znaczenie dla procesu wzrostu powłoki i zależy od wielu czynników będących poza kontrolą prowadzącego proces. Odnosi się to głównie do procesów transportu masy w ciekłym cynku na drodze dyfuzji oraz konwekcji naturalnej w kąpieli a także jej mechanicznego mieszania (konwekcji wymuszonej) [3,4]. Teoretyczne opracowanie mechanizmu rozpuszczania dyfuzyjnego usystematyzował Nernst [5]. Według jego teorii rozpuszczanie na granicy ciało stałe-ciecz odbywa się z udziałem nieruchomej warstwy cieczy bezpośrednio przylegającej do ciała stałego, przez którą dyfundują substancje w kierunku powierzchni rozdziału. Dyfuzyjna teoria Nernsta rozpatruje przebieg rozpuszczania w następujących po sobie dwóch etapach: tworzenia warstewki adhezyjnej nasyconej produktem reakcji, dyfuzji substancji reagującej poprzez tę warstewkę do powierzchni fazy stałej i równoczesnej dyfuzji produktu reakcji od powierzchni fazy stałej w głąb roztworu. Szybkość tworzenia się warstewki adhezyjnej jest nieskończenie duża w porównaniu z szybkością dyfuzji stanowiącą drugi etap rozpuszczania. O szybkości całego procesu rozpuszczania będzie więc zawsze decydowała szybkość dyfuzji. Teoria Nernsta nie daje wyników ilościowych charakteryzujących procesy złożone, ponieważ nie uwzględniono w niej również hydrodynamicznego przebiegu zjawisk rozpuszczania. W przypadku zaś rzeczywistych procesów, do których zalicza się cynkowanie, oprócz rozpuszczania na drodze dyfuzji substratów, występują również ruchy konwekcyjne w kąpieli. Ilość substancji rozpuszczanej, która jest odprowadzana przez dyfuzję od granicy faz
Komentarze (0)