Antykorozja

Mechanizm tworzenia się powłoki cynkowej na wyrobach stalowych

Model procesu tworzenia się powłoki cynkowej na wyrobach stalowych jest nadal dyskutowany, jednak na podstawie powyższych rozważań można przyjąć jego hipotezę, co graficznie  przedstawiono na rys. 6 [4].
Po zanurzeniu wyrobu w ciekłym stopie cynku na jego powierzchni następuje chwilowe namrożenie warstewki cynku. Proces ten jest tym bardziej intensywny, im większe są gabaryty i masa wsadu, jednak jest on tylko chwilowy, do nagrzania elementu powyżej temperatury topnienia cynku 419°C. W pierwszej chwili kontaktu powierzchni elementu i ciekłego cynku (t0) w krótkim czasie przebiega reakcja na granicy międzyfazowej, w wyniku której powstaje cienka i zwarta warstwa produktów (prawdopodobnie fazy z) [6]. W wyniku reakcji na granicy podłoże – kąpiel cynkowa powstają lokalnie znaczne ilości ciepła, które wpływają na wzrost temperatury w mikroobszarach. Przypuszczać można, że ciepło tej reakcji wspomagać będzie proces zwilżania powierzchni żelaza. Można także założyć, że miejscowy wzrost temperatury stwarza warunki do przebiegu reakcji perytektycznych (z↔L+d1, d1↔L+G1, G1↔L+a), w wyniku których powstanie warstwa o określonym składzie fazowym.

Od momentu t1 następuje wzrost oraz przebudowa powłoki. Proces dyfuzyjny charakteryzuje się występowaniem gradientów stężenia substratów na granicach międzyfazowych, wywołując ich dyfuzję. Atomy Zn po przejściu przez fazę z reagują na granicy fazy d1 powodując rozrost fazy z . Dalsza dyfuzja przez fazę d1 na granicy międzyfazowej z fazą G powoduje wzrost grubości faz d1. Analogiczny proces odbywa się na granicy z podłożem, w wyniku którego powstaje faza G. Jednocześnie na granicy faza z – kąpiel cynkowa następuje proces rozpuszczania fazy w kąpieli. Zgodnie z teorią Nernsta [6], proces ten prowadzi do powstania warstewki kąpieli przesyconej żelazem. Można sądzić, mimo że stężenie wokół elementu zanurzanego w kąpieli osiąga stan nasycenia, proces rozpuszczania nie zostaje zahamowany dzięki fluktuacjom temperatury i stężenia żelaza rozpuszczonego w kąpieli cynkowej.
Od momentu t2 wzrasta jedynie ta strefa powłoki, która powstaje dzięki procesowi rozpuszczania i wtórnej krystalizacji z przesyconej cieczy [4]. W temperaturze 450°C
w wyniku tego procesu powstaje faza z, która krystalizuje w miejscach uprzywilejowanych, tworząc kryształy o kształcie charakterystycznym dla tej fazy. Możliwa jest także jej krystalizacja w innych miejscach przesyconej cieczy na istniejących już zarodkach krystalizacji. Przestrzenie pomiędzy powstającą fazą z wypełnia ciecz zawierająca rozpuszczone żelazo. Żelazo z warstewki Nernsta rozprzestrzenia się w kąpieli dzięki procesowi dyfuzji, a głównie dzięki konwekcyjnemu i mechanicznemu mieszaniu. Należy stwierdzić, że zawartość rozpuszczonego żelaza w kąpieli o temperaturze 450°C wynosi ok. 0,03%. Pozwala to sądzić, że praktycznie całe żelazo rozpuszczone w kąpieli wydziela się w postaci fazy z. Gdy warstwa dyfuzyjna osiąga odpowiednią grubość, ustala się równowaga dynamiczna pomiędzy procesem narastania faz międzymetalicznych Fe-Zn i ich rozpuszczania. W efekcie tego całkowita grubość warstwy przejściowej zmniejsza się w wyniku dyfuzyjnego wzrostu i lokalnego rozpadu fazy z. Następuje również zmniejszenie grubości wszystkich pozostałych faz (d1, G/G1) według mechanizmu opisanego powyżej. Rozpuszczanie fazy z w kąpieli powoduje wzrost stężenia żelaza w fazie ciekłej.
Ostateczne ukształtowanie powłoki przebiega w chwili wynurzania elementu metalizowanego z kąpieli. O ilości cynku wyciąganego jako kąpieli decydować będzie jej lepkość w pobliżu płaszczyzny rozdziału ciało stałe – ciecz. Ta właściwość cieczy zależy od składu chemicz­nego kąpieli oraz od zawartości rozpuszczonego w niej żelaza. Od momentu t3 cynkowany element znajduje się poza kąpielą. W wyniku wymiany ciepła z otoczeniem następuje spadek temperatury materiału. W tym czasie następuje ostateczne kształtowanie powłoki cynkowej, dalszy wzrost grubości faz międzymetalicznych i zmniejszenie grubości warstwy zewnętrznej, w skrajnych przypadkach np. wysoka temperatura cynkowania, bądź grubościenne elementy, warstwa zewnętrzna może ulec całkowitemu zanikowi [4].