Pelapisan Galvaneal: Perlindungan Permukaan Baja & Ketahanan Korosi

Definisi dan Konsep Dasar

Pelapisan galvaneal adalah proses perlakuan permukaan khusus yang diterapkan pada substrat baja untuk meningkatkan ketahanan korosi, memperbaiki sifat permukaan, dan memberikan dasar yang sesuai untuk penyelesaian lebih lanjut. Proses ini melibatkan penerapan pelapisan paduan seng-besi, sering kali dikombinasikan dengan perlakuan panas yang terkontrol, yang menghasilkan lapisan permukaan yang tahan lama dan tahan korosi.

Secara fundamental, pelapisan galvaneal memodifikasi permukaan baja dengan mendepositkan lapisan paduan tipis yang melekat yang menawarkan perlindungan pengorbanan dan karakteristik permukaan yang lebih baik. Proses ini terutama digunakan untuk mencegah pembentukan karat dan untuk mempersiapkan baja untuk proses pengecatan atau pelapisan selanjutnya.

Dalam spektrum yang lebih luas dari metode penyelesaian permukaan baja, pelapisan galvaneal diklasifikasikan sebagai teknik galvanisasi celup panas dengan elemen paduan, yang dibedakan oleh komposisi kimia dan mikrostruktur spesifiknya. Ini menjembatani kesenjangan antara galvanisasi tradisional dan pelapisan paduan, menawarkan sifat mekanik yang lebih baik dan ketahanan korosi.

Sifat Fisik dan Prinsip Proses

Mekanisme Modifikasi Permukaan

Selama proses pelapisan galvaneal, substrat baja dicelupkan ke dalam bak paduan seng-besi cair, yang biasanya mengandung sekitar 55-60% seng dengan kandungan besi berkisar antara 2-4%. Suhu tinggi (sekitar 445°C) memfasilitasi difusi dan reaksi metalurgi di permukaan baja.

Dari segi kimia, atom seng difus ke dalam permukaan baja, membentuk serangkaian lapisan paduan seng-besi melalui difusi keadaan padat dan pengikatan metalurgi. Proses ini melibatkan pembentukan senyawa intermetallic seperti FeZn13 dan FeZn7, yang menciptakan ikatan metalurgi yang melekat dan tahan korosi.

Dalam skala mikro atau nano, pelapisan terdiri dari mikrostruktur berlapis dengan lapisan luar kaya seng dan zona paduan yang terdifusi. Antarmuka antara pelapisan dan substrat dicirikan oleh ikatan metalurgi dengan porositas minimal, memastikan daya tahan dan ketahanan terhadap delaminasi.

Komposisi dan Struktur Pelapisan

Lapisan permukaan yang dihasilkan terutama adalah paduan seng dan besi, dengan komposisi tipikal sekitar 85-90% seng di lapisan terluar, secara bertahap bertransisi ke kandungan besi yang lebih tinggi menuju substrat baja. Mikrostruktur menampilkan serangkaian fase intermetallic, termasuk fase delta (δ), gamma (γ), dan zeta (ζ), yang mempengaruhi sifat pelapisan.

Karakteristik mikrostruktural mencakup lapisan paduan yang halus, melekat, dan seragam dengan ketebalan yang umumnya berkisar antara 20 hingga 50 mikrometer, tergantung pada persyaratan aplikasi. Pelapisan yang lebih tebal (hingga 100 mikrometer) dapat dicapai untuk aplikasi berat, sementara lapisan yang lebih tipis digunakan untuk tujuan dekoratif atau ringan.

Klasifikasi Proses

Pelapisan galvaneal diklasifikasikan sebagai proses pelapisan paduan celup panas dalam kategori perlakuan permukaan metalurgi. Ini berbeda dari galvanisasi celup panas murni dengan menggabungkan elemen paduan yang memodifikasi mikrostruktur dan sifat pelapisan.

Jika dibandingkan dengan galvanisasi tradisional, yang terutama mendepositkan seng murni, galvaneal melibatkan pembentukan paduan yang terkontrol, menghasilkan kekerasan, adhesi, dan ketahanan korosi yang lebih baik. Variannya termasuk galvanisasi kontinu, di mana pelapisan diterapkan selama produksi baja, dan galvanisasi batch, yang dilakukan di tungku khusus.

Kategori sub dari galvaneal mencakup berbagai komposisi paduan yang disesuaikan untuk kriteria kinerja tertentu, seperti peningkatan duktilitas atau ketahanan korosi yang lebih baik.

Metode Aplikasi dan Peralatan

Peralatan Proses

Peralatan utama yang digunakan untuk pelapisan galvaneal adalah lini galvanisasi kontinu atau batch yang terdiri dari serangkaian tangki, termasuk bagian pembersihan, fluksing, celup panas, dan pendinginan.

Komponen inti adalah bak paduan seng-besi cair yang dipertahankan pada suhu sekitar 445°C, dilengkapi dengan sistem kontrol suhu dan mekanisme agitasi untuk memastikan komposisi paduan yang seragam. Strip atau lembaran baja dilewatkan melalui bak melalui serangkaian rol, memastikan ketebalan pelapisan yang konsisten.

Fitur khusus mencakup sistem kontrol ketegangan untuk mencegah deformasi, tangki fluksing untuk menghilangkan oksida permukaan, dan zona pendinginan pasca-pelapisan untuk mengontrol pengembangan mikrostruktur. Lini modern mengintegrasikan otomatisasi untuk kontrol parameter proses yang tepat dan pemantauan kualitas.

Teknik Aplikasi

Aplikasi standar melibatkan pembersihan permukaan baja untuk menghilangkan minyak, oksida, dan kontaminan, diikuti dengan fluksing untuk mempromosikan pembasahan dan adhesi. Baja kemudian dicelupkan ke dalam bak paduan cair, di mana reaksi paduan terjadi.

Parameter proses kritis mencakup suhu bak (±2°C), waktu celup (biasanya 1-3 detik), kecepatan penarikan, dan kebersihan permukaan. Parameter ini mempengaruhi ketebalan pelapisan, mikrostruktur, dan kualitas adhesi.

Setelah aplikasi, baja yang dilapisi didinginkan di lingkungan yang terkontrol untuk mencegah oksidasi dan mengembangkan fitur mikrostruktural yang diinginkan. Integrasi ke dalam lini produksi melibatkan pemrosesan kontinu dengan inspeksi inline dan langkah-langkah kontrol kualitas.

Persyaratan Pra-perlakuan

Sebelum pelapisan galvaneal, permukaan baja harus dibersihkan secara menyeluruh untuk menghilangkan minyak, lemak, dan skala pabrik. Metode pembersihan mekanis seperti menyikat atau peledakan abrasif adalah umum, dilengkapi dengan proses pembersihan kimia seperti penghilangan lemak dan pengasaman.

Aktivasi permukaan sangat penting untuk memastikan pengikatan metalurgi; oleh karena itu, agen fluks diterapkan untuk menghilangkan oksida residu dan mempromosikan pembasahan selama pencelupan. Kondisi permukaan secara langsung mempengaruhi adhesi pelapisan, keseragaman, dan ketahanan korosi.

Setiap kontaminasi permukaan atau pembersihan yang tidak tepat dapat menyebabkan cacat pelapisan seperti porositas, adhesi yang buruk, atau ketebalan yang tidak merata, yang dapat mengompromikan kinerja.

Proses Pasca-perlakuan

Langkah-langkah pasca-pelapisan mencakup pendinginan terkontrol untuk mencegah oksidasi dan kerusakan mikrostruktural. Terkadang, perlakuan pasivasi ringan atau kromat diterapkan untuk lebih meningkatkan ketahanan korosi.

Jaminan kualitas melibatkan inspeksi visual, pengukuran ketebalan pelapisan melalui pengukur induksi magnetik atau arus eddy, dan pengujian adhesi seperti uji tarik atau uji lentur. Pengujian tambahan mencakup pengujian korosi di ruang semprot garam untuk mengevaluasi kinerja perlindungan.

Dalam beberapa kasus, baja yang dilapisi menjalani pemrosesan lebih lanjut, seperti pengecatan atau pembentukan, dengan integritas pelapisan dipertahankan melalui penanganan dan penyimpanan yang tepat.

Sifat Kinerja dan Pengujian

Sifat Fungsional Utama

Pelapisan galvaneal memberikan ketahanan korosi yang sangat baik, daya tahan mekanis, dan adhesi yang baik terhadap pelapisan selanjutnya. Mereka juga menawarkan formabilitas dan kemampuan las yang moderat.

Uji standar mencakup uji adhesi pelapisan (ASTM D4541), penilaian ketahanan korosi (pengujian semprot garam sesuai ASTM B117), dan pengukuran kekerasan (Vickers atau Knoop). Kekuatan adhesi tipikal melebihi 3 MPa, dan ketahanan korosi dapat bertahan lebih dari 10 tahun di lingkungan ringan.

Kemampuan Pelindung

Pelapisan paduan bertindak secara peng