Hot Dip Galvanisation: Teknik Perlindungan Baja & Ketahanan Korosi

Definisi dan Konsep Dasar

Hot Dip Galvanisation adalah proses perlakuan permukaan metalurgi di mana komponen baja atau besi dicelupkan ke dalam seng cair untuk membentuk lapisan pelindung. Tujuan utamanya adalah untuk memberikan ketahanan terhadap korosi dengan menciptakan penghalang yang tahan lama dan bersifat pengorbanan yang melindungi baja yang mendasarinya dari kerusakan lingkungan.

Proses ini adalah metode yang banyak diadopsi dalam spektrum yang lebih luas dari teknik penyelesaian permukaan baja, yang diposisikan di samping elektrogalvanisasi, penyemprotan seng, dan pelapis organik. Berbeda dengan elektrogalvanisasi, yang menggunakan arus listrik untuk mengendapkan seng, hot dip galvanisation melibatkan pencelupan baja ke dalam seng cair, menghasilkan ikatan metalurgi yang menawarkan daya tahan dan perlindungan korosi yang lebih baik.

Konsep dasar bergantung pada penciptaan lapisan seng yang melekat erat pada permukaan baja, membentuk ikatan metalurgi melalui difusi dan paduan di antarmuka. Lapisan ini bertindak sebagai anoda pengorbanan, yang terkorosi secara preferensial dibandingkan substrat baja, sehingga memperpanjang umur layanan struktur baja yang terpapar pada lingkungan yang keras.

Sifat Fisik dan Prinsip Proses

Mekanisme Modifikasi Permukaan

Selama hot dip galvanisation, komponen baja dicelupkan ke dalam bak seng cair yang biasanya dipertahankan antara 440°C dan 460°C. Pada suhu ini, seng menunjukkan keadaan cair, memfasilitasi kontak erat dengan permukaan baja.

Setelah pencelupan, beberapa reaksi terjadi di antarmuka. Atom seng difusikan ke dalam permukaan baja, membentuk lapisan paduan seng-besi melalui pengikatan metalurgi. Secara bersamaan, seng bereaksi dengan oksigen dan kelembapan yang ada di permukaan baja, membentuk oksida dan hidroksida seng, yang kemudian direduksi atau terbenam dalam lapisan pelindung.

Proses ini memodifikasi permukaan baja pada skala mikro dan nano dengan menciptakan struktur lapisan pelindung berlapis yang terdiri dari lapisan luar kaya seng, lapisan paduan, dan zona difusi. Lapisan-lapisan ini ditandai dengan variasi kandungan seng dan besi, yang mempengaruhi sifat mekanik dan korosi dari lapisan pelindung.

Karakteristik antarmuka ditentukan oleh ikatan metalurgi yang terfusi secara metalurgi, memastikan daya rekat yang sangat baik dan ketahanan terhadap pengelupasan atau pengelupasan. Kekuatan ikatan tergantung pada faktor-faktor seperti kebersihan permukaan, waktu pencelupan, dan pengendalian suhu.

Komposisi dan Struktur Pelapis

Lapisan yang dihasilkan terutama terdiri dari seng, dengan lapisan intermetallic yang terbentuk oleh paduan seng dan besi. Lapisan terluar sebagian besar adalah seng, memberikan perlindungan korosi pengorbanan, sementara lapisan paduan yang mendasarinya mengandung proporsi seng dan besi yang bervariasi.

Dari segi mikrostruktur, lapisan pelindung menunjukkan penampilan "berbulu" yang khas dengan struktur berlapis: lapisan luar seng yang tipis dan padat, diikuti oleh lapisan paduan intermetallic, dan akhirnya substrat baja. Lapisan paduan biasanya terdiri dari fase seperti Gamma (Γ), Delta (δ), dan Zeta (ζ), masing-masing dengan komposisi seng-besi yang berbeda.

Ketebalan tipikal dari lapisan hot dip galvanised berkisar antara 50 hingga 150 mikrometer, tergantung pada persyaratan aplikasi. Untuk baja struktural di lingkungan agresif, lapisan yang lebih tebal (hingga 200 mikrometer) umum digunakan, sementara lapisan yang lebih tipis digunakan untuk aplikasi dekoratif atau yang kurang menuntut.

Klasifikasi Proses

Hot dip galvanisation diklasifikasikan sebagai proses pelapisan metalurgi dalam kategori pelapisan logam hot-dip. Ini dibedakan dari elektrogalvanisasi, yang mengendapkan seng melalui elektrolisis, dan dari metode penyemprotan seng atau penyemprotan termal.

Varian dari hot dip galvanisation termasuk galvanisasi kontinu, yang digunakan dalam jalur produksi volume tinggi untuk baja lembaran, dan galvanisasi batch, yang cocok untuk komponen yang lebih besar atau berbentuk tidak teratur. Varian khusus termasuk galvanisasi dengan elemen paduan seperti aluminium atau nikel untuk meningkatkan sifat tertentu.

Proses ini juga dapat disesuaikan untuk berbagai jenis baja, seperti baja karbon rendah, baja berkekuatan tinggi, atau rebar yang digalvanisasi, dengan parameter proses disesuaikan sesuai kebutuhan.

Metode Aplikasi dan Peralatan

Peralatan Proses

Peralatan inti untuk hot dip galvanisation terdiri dari bak galvanisasi, biasanya merupakan tangki besar yang dilapisi refraktori yang diisi dengan seng cair. Bak dipertahankan pada suhu konstan, dengan sistem kontrol yang tepat untuk memastikan keseragaman.

Bak pra-perlakuan diintegrasikan ke dalam jalur, termasuk stasiun pembersihan, penghilangan minyak, pengasaman, dan fluks, untuk mempersiapkan permukaan baja agar dapat melekat pada lapisan pelindung. Jalur galvanisasi dapat mencakup kereta pencelupan, sistem konveyor, atau bak pencelupan batch, tergantung pada skala produksi.

Fitur peralatan khusus meliputi:

• Saluran dengan pengaturan suhu dan sistem sirkulasi seng.
• Sistem rel atau troli untuk pemrosesan kontinu atau batch.
• Stasiun pencucian dan pengeringan untuk menghilangkan seng dan kelembapan yang berlebih.
• Stasiun pasca-perlakuan seperti aplikasi pelapisan pasivasi atau kromat untuk meningkatkan ketahanan korosi.

Teknik Aplikasi

Hot dip galvanisation standar melibatkan beberapa langkah berurutan:

• Persiapan permukaan: pembersihan untuk menghilangkan minyak, kotoran, karat, dan skala pabrik, sering kali melalui penghilangan minyak, pengasaman dalam larutan asam, dan fluks dengan larutan klorida seng atau klorida amonium.
• Pencelupan: komponen baja dicelupkan secara vertikal atau horizontal ke dalam bak seng cair, memastikan cakupan yang lengkap.
• Waktu tinggal: komponen tetap terendam selama durasi yang ditentukan, biasanya beberapa detik hingga beberapa menit, tergantung pada ukuran dan ketebalan lapisan yang dibutuhkan.
• Pengambilan: komponen diambil pada laju yang terkontrol untuk memastikan ketebalan lapisan yang seragam.
• Pendinginan dan inspeksi: bagian yang dilapisi mendingin secara alami atau didinginkan dengan semprotan air, diikuti dengan inspeksi untuk integritas lapisan.

Parameter proses yang kritis meliputi suhu bak (440–460°C), waktu pencelupan, kecepatan pengambilan, dan kebersihan permukaan. Ini dipantau melalui sistem kontrol otomatis untuk memastikan kualitas lapisan yang konsisten.

Persyaratan Pra-perlakuan

Sebelum galvanisasi, permukaan baja harus dipersiapkan dengan cermat. Ini melibatkan penghilangan minyak, lemak, karat, skala pabrik, dan kontaminan lain yang dapat mengganggu daya rekat lapisan.

Kebersihan permukaan sangat penting; oksida atau kotoran yang tersisa dapat menyebabkan cacat lapisan seperti lubang jarum atau daya rekat yang buruk. Pengasaman dalam larutan asam menghilangkan karat dan skala pabrik, sementara fluks mencegah oksidasi selama pencelupan.

Kondisi permukaan secara langsung mempengaruhi keseragaman lapisan, kekuatan daya rekat, dan ketahanan korosi. Pra-perlakuan yang tepat memastikan ikatan yang secara metalurgi kuat dan daya tahan jangka panjang.

Proses Pasca-perlakuan

Langkah-langkah pasca-perlakuan dapat mencakup pasivasi atau pelapisan konversi kromat untuk meningkatkan ketahanan korosi, terutama di lingkungan agresif. Lapisan ini membentuk film pelindung tipis di atas lapisan seng.

Prosedur tambahan termasuk penyegelan atau pengecatan di atas permukaan yang digalvanisasi untuk meningkatkan penampilan estetika atau memberikan ketahanan kimia tambahan.

Jaminan kualitas melibatkan inspeksi visual, pengukuran ketebalan lapisan melalui pengukur magnetik atau arus eddy, pengujian daya rekat, dan peng