Galfan Coating: Perlindungan Permukaan Baja & Ketahanan Korosi

Definisi dan Konsep Dasar

Galfan adalah teknik perlakuan permukaan khusus yang digunakan dalam industri baja, yang terutama melibatkan penerapan lapisan paduan seng-aluminium pada substrat baja melalui galvanisasi celup panas. Proses ini bertujuan untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi, memperbaiki daya tahan permukaan, dan memberikan penghalang pelindung terhadap degradasi lingkungan.

Secara fundamental, Galfan memodifikasi permukaan baja dengan mendepositkan lapisan paduan metalurgi yang seragam yang menggabungkan perlindungan korosi pengorbanan dari seng dengan sifat penghalang aluminium. Modifikasi permukaan utama termasuk peningkatan ketahanan terhadap karat, oksidasi, dan keausan mekanis, memperpanjang umur layanan komponen baja.

Dalam spektrum yang lebih luas dari metode penyelesaian permukaan baja, Galfan diposisikan sebagai proses galvanisasi yang canggih yang menawarkan perlindungan korosi yang lebih baik dibandingkan dengan pelapisan seng tradisional. Ini dibedakan oleh komposisi paduan unik dan karakteristik mikrostrukturalnya, memberikan kombinasi mekanisme perlindungan pengorbanan dan penghalang.

Sifat Fisik dan Prinsip Proses

Mekanisme Modifikasi Permukaan

Selama proses Galfan, baja dicelupkan ke dalam bak cair yang mengandung paduan seng dan aluminium tertentu, biasanya dengan kandungan aluminium berkisar antara 5% hingga 11%. Pencelupan pada suhu tinggi menyebabkan reaksi metalurgi di permukaan baja, menghasilkan pembentukan lapisan paduan tipis yang melekat.

Dari segi kimia, aluminium dalam bak bereaksi dengan substrat baja untuk membentuk serangkaian lapisan intermetalik, seperti senyawa intermetalik Fe-Al, yang terbenam dalam matriks seng. Secara bersamaan, seng memberikan perlindungan korosi pengorbanan, korosi secara preferensial untuk melindungi baja yang mendasarinya.

Dari segi elektrokimia, lapisan paduan menunjukkan mikrostruktur di mana fase kaya aluminium tersebar dalam matriks kaya seng. Mikrostruktur ini meningkatkan ketahanan korosi dengan membentuk lapisan oksida aluminium yang stabil dan pasif di permukaan, yang bertindak sebagai penghalang terhadap faktor lingkungan.

Pada skala mikro atau nano, wilayah antarmuka lapisan menunjukkan struktur berlapis yang kompleks dengan fase yang berbeda. Antarmuka antara lapisan dan substrat baja dicirikan oleh ikatan metalurgi, memastikan daya rekat yang kuat dan minimal delaminasi di bawah kondisi layanan.

Komposisi dan Struktur Pelapisan

Lapisan Galfan yang dihasilkan biasanya terdiri dari paduan seng-aluminium dengan komposisi kimia mendekati 95% seng dan 5% hingga 11% aluminium berdasarkan berat. Mikrostruktur terdiri dari campuran fase kaya seng dan senyawa intermetalik kaya aluminium, seperti Fe2Al5 dan FeAl3, yang tersebar dalam lapisan.

Pengaturan mikrostruktural memberikan perlindungan mode ganda: fase aluminium membentuk lapisan oksida pasif yang menawarkan perlindungan penghalang, sementara matriks seng secara pengorbanan terkorosi untuk melindungi substrat baja. Efek sinergis ini secara signifikan meningkatkan ketahanan korosi dibandingkan dengan pelapisan seng murni.

Ketebalan lapisan umumnya berkisar antara 20 hingga 100 mikrometer, tergantung pada persyaratan aplikasi, paparan lingkungan, dan parameter proses. Lapisan yang lebih tebal memberikan perlindungan yang lebih tahan lama tetapi dapat mempengaruhi sifat mekanis atau penyelesaian permukaan.

Klasifikasi Proses

Galfan diklasifikasikan sebagai proses galvanisasi celup panas, khususnya metode pelapisan paduan seng-aluminium. Ini termasuk dalam kategori perlakuan permukaan metalurgi yang dirancang untuk menghasilkan lapisan tahan korosi melalui pencelupan dalam bak logam cair.

Jika dibandingkan dengan galvanisasi seng tradisional, Galfan menawarkan ketahanan korosi yang lebih baik dan sifat mekanis yang lebih baik karena mikrostruktur paduannya. Perlakuan permukaan alternatif termasuk elektrogalvanisasi, penyemprotan seng, dan pelapisan organik, masing-masing dengan karakteristik kinerja yang berbeda.

Varian Galfan termasuk komposisi paduan yang berbeda yang disesuaikan untuk lingkungan tertentu, seperti kandungan aluminium yang lebih tinggi untuk meningkatkan sifat penghalang atau kimia bak yang dimodifikasi untuk meningkatkan daya rekat lapisan.

Metode Aplikasi dan Peralatan

Peralatan Proses

Peralatan utama yang digunakan untuk pelapisan Galfan adalah lini galvanisasi celup panas kontinu, dilengkapi dengan bak paduan seng-aluminium cair yang dipertahankan pada suhu sekitar 450°C hingga 470°C. Lini ini mencakup stasiun pembersihan, unit fluks, dan tangki pencelupan.

Tangki pencelupan dirancang dengan kontrol suhu yang tepat, pengadukan, dan regulasi komposisi paduan untuk memastikan deposisi lapisan yang seragam. Komposisi bak dipantau secara terus-menerus melalui analisis kimia dan disesuaikan untuk mempertahankan rasio paduan yang diinginkan.

Fitur khusus termasuk sistem aplikasi fluks untuk menghilangkan oksida dari permukaan baja sebelum pencelupan, dan stasiun pendinginan atau pasivasi pasca-celup untuk menstabilkan lapisan dan meningkatkan ketahanan korosi.

Teknik Aplikasi

Prosedur standar melibatkan pembersihan permukaan baja melalui penghilangan minyak, pengasaman, atau peledakan abrasif untuk menghilangkan kontaminan dan oksida. Baja yang telah dibersihkan kemudian diberi fluks untuk mendorong ikatan metalurgi.

Baja dicelupkan ke dalam bak seng-aluminium cair untuk durasi yang terkontrol, biasanya beberapa detik hingga satu menit, tergantung pada ketebalan lapisan yang diinginkan. Setelah ditarik, lapisan berlebih dikeringkan, dan baja yang dilapisi didinginkan dan dipasivasi jika diperlukan.

Parameter proses yang kritis termasuk suhu bak, komposisi paduan, waktu pencelupan, kecepatan penarikan, dan kebersihan permukaan. Kontrol yang tepat terhadap variabel ini memastikan kualitas dan daya rekat lapisan yang konsisten.

Dalam lini produksi, pelapisan Galfan diintegrasikan ke dalam lini galvanisasi kontinu, memungkinkan throughput tinggi dan aplikasi seragam di seluruh volume besar produk baja.

Persyaratan Pra-perlakuan

Sebelum pelapisan Galfan, permukaan baja harus dibersihkan secara menyeluruh untuk menghilangkan minyak, kotoran, karat, dan oksida. Langkah pra-perlakuan yang umum termasuk penghilangan minyak, pengasaman, dan peledakan abrasif.

Kebersihan permukaan sangat penting untuk mencapai ikatan metalurgi dan ketebalan lapisan yang seragam. Setiap kontaminan yang tersisa dapat menyebabkan cacat lapisan seperti porositas, delaminasi, atau ketebalan yang tidak merata.

Aktivasi permukaan baja melalui fluks memastikan pembasahan dan daya rekat yang tepat selama pencelupan. Kekasaran permukaan juga mempengaruhi daya rekat lapisan dan ketahanan korosi.

Proses Pasca-perlakuan

Langkah pasca-perlakuan dapat mencakup pasivasi, pelapisan konversi kromat, atau sealant organik untuk lebih meningkatkan ketahanan korosi dan kualitas estetika.

Pendinginan dikontrol untuk mencegah retakan atau distorsi pada lapisan. Dalam beberapa kasus, lapisan fosfatasi atau penyegelan diterapkan untuk meningkatkan daya rekat cat atau ketahanan lingkungan.

Jaminan kualitas melibatkan inspeksi visual, pengukuran ketebalan lapisan melalui pengukur magnetik atau arus eddy, dan pengujian daya rekat melalui uji tarik atau uji lentur. Langkah-langkah ini memverifikasi integritas dan kinerja lapisan.

Properti Kinerja dan Pengujian

Properti Fungsional Utama

Properti fungsional utama dari lapisan Galfan adalah ketahanan korosi yang ditingkatkan, terutama di lingkungan agresif seperti atmosfer laut, industri, atau pedesaan.

Uji standar termasuk pengujian semprotan garam (ASTM B117), pengujian korosi siklik, dan spektroskopi impedansi elektrokimia untuk mengevaluasi kinerja perlindungan.

Nilai kinerja tipikal menunjukkan bahwa lapisan Galfan dapat memperpanjang umur layanan baja hingga 2-3 kali dibandingkan dengan pelapisan seng konvensional, dengan laju korosi yang secara