Rys. 1. Widok hali produkcyjnej współczesnej cynkowni na przykładzie FAM Grupa Kapitałowa S.A. Zakład Rawa Mazowiecka
Budowa powłoki cynkowej
Ogniowa powłoka cynkowa jest typowym przykładem powłoki dyfuzyjnej
z charakterystyczną warstwą przejściową składającą się z faz międzymetalicznych metalu podłoża oraz metalu powłoki. Widok mikrostruktury powłoki cynkowej otrzymanej
w temperaturze 450°C, w czasie zanurzania 5 min, na stali z gatunku S235 przedstawia rys. 3. Bezpośrednio na powierzchni stali widoczna jest cienka warstwa faz G/G1, następnie zwarta warstwa d1 oraz strefowa i niejednorodna warstwa z. Nad warstwą przejściową znajduje się zewnętrzna warstwa cynku h.
Opisana powyżej ogniowa powłoka cynkowa występuje na stali konstrukcyjnej o niskiej zawartości krzemu – poniżej 0,03% Si. W praktyce przemysłowej mogą wystąpić różne odstępstwa od przedstawionej budowy determinowane między innymi:
- składem chemicznym stali
- temperaturą i czasem cynkowania
- geometrią powierzchni i przetwarzaniem stali
- sposobem chłodzenia wyrobów ocynkowanych.
W związku z tym mogą tworzyć się powłoki cynkowe o zróżnicowanej budowie i grubości poszczególnych warstw, czasami z całkowitym zanikiem niektórych z nich. Należy pamiętać, że budowa fazowa powłoki ma istotne znaczenie dla właściwości powierzchniowych, a co za tym idzie, dla możliwości uzyskania odpowiedniej przyczepności i jakości powłoki lakierowej. Dlatego też w warunkach przemysłowych dąży się do maksymalnego ograniczenia wpływu wymienionych czynników poprzez zastosowanie stałej temperatury oraz odpowiednich dodatków stopowych do kąpieli cynkowej. Widok ciekawej konstrukcji bramy przesuwnej o prawidłowej budowie powłoki przedstawiono na fot. 4.
Zjawiska zachodzące podczas cynkowania ogniowego wyrobów stalowych
Dotychczasowe badania tworzenia się ogniowej powłoki cynkowej na wyrobach stalowych pozwalają stwierdzić, że wzrost opisanych powyżej warstw jest procesem jednoczesnego narastania i rozpuszczania powłoki. Na kinetykę powstawania całej warstwy przejściowej faz Fe-Zn w istotny sposób wpływają różne zjawiska fizykochemiczne przebiegające na granicy ciało stałe-ciecz [4]:
- 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 ogniowego, 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
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 z czasem aż do osiągnięcia stałej wartości.
Niedoceniona rola rozpuszczania
Komentarze (0)