ガルバニールコーティング:鋼の表面保護と腐食抵抗

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定義と基本概念

ガルバニールコーティングは、腐食抵抗を高め、表面特性を改善し、さらなる仕上げのための適切な基盤を提供するために、鋼基材に適用される特殊な表面処理プロセスです。これは、亜鉛-鉄合金コーティングの適用を含み、しばしば制御された熱処理と組み合わされ、耐久性のある腐食抵抗性の表面層を生成します。

基本的に、ガルバニールコーティングは、犠牲的保護と改善された表面特性を提供する薄く付着性のある合金層を鋼の表面に堆積させることによって、鋼の表面を修正します。このプロセスは、主に錆の形成を防ぎ、鋼をその後の塗装またはコーティングプロセスのために準備するために使用されます。

鋼の表面仕上げ方法の広範なスペクトルの中で、ガルバニールコーティングは、特定の化学組成と微細構造によって区別される合金元素を含む熱浸漬亜鉛メッキ技術として分類されます。これは、従来の亜鉛メッキと合金コーティングの間のギャップを埋め、機械的特性と腐食抵抗を向上させます。

物理的性質とプロセス原理

表面修正メカニズム

ガルバニールコーティングプロセス中、鋼基材は通常55-60%の亜鉛を含む溶融亜鉛-鉄合金浴に浸され、鉄分は2-4%の範囲です。高温(約445°C)は、鋼の表面での拡散と冶金反応を促進します。

化学的には、亜鉛原子が鋼の表面に拡散し、固体状態の拡散と冶金的結合を通じて一連の亜鉛-鉄合金層を形成します。このプロセスには、FeZn13やFeZn7などの金属間化合物の形成が含まれ、付着性と腐食抵抗性を持つ冶金的結合を作り出します。

マイクロまたはナノスケールでは、コーティングは亜鉛に富む外層と相互拡散した合金ゾーンを持つ層状の微細構造で構成されています。コーティングと基材の間の界面は、最小限の多孔性を持つ冶金的結合によって特徴付けられ、耐久性と剥離抵抗を確保します。

コーティングの組成と構造

結果として得られる表面層は、主に亜鉛と鉄の合金であり、最外層には約85-90%の亜鉛が含まれ、鋼基材に向かって徐々に鉄分が増加します。微細構造は、コーティング特性に影響を与えるデルタ(δ)、ガンマ(γ)、およびゼータ(ζ)相を含む一連の金属間相を特徴としています。

微細構造の特性には、一般的に20から50マイクロメートルの範囲で厚さの均一な付着性のある合金層が含まれ、アプリケーションの要件に応じて変わります。厚いコーティング(最大100マイクロメートル)は重負荷用途に対して達成可能であり、薄い層は装飾的または軽量目的に使用されます。

プロセス分類

ガルバニールコーティングは、冶金的表面処理のカテゴリー内で熱浸漬合金コーティングプロセスとして分類されます。これは、コーティングの微細構造と特性を修正する合金元素を取り入れることによって、純粋な熱浸漬亜鉛メッキとは異なります。

主に純亜鉛を堆積させる従来の亜鉛メッキと比較して、ガルバニールは制御された合金形成を含み、硬度、付着性、腐食抵抗が改善されます。バリエーションには、鋼の生産中にコーティングが適用される連続ガルバニールと、専用の炉で行われるバッチガルバニールが含まれます。

ガルバニールのサブカテゴリーには、増加した延性や強化された腐食抵抗など、特定の性能基準に合わせた異なる合金組成が含まれます。

適用方法と設備

プロセス設備

ガルバニールコーティングに使用される主な設備は、洗浄、フラックス処理、熱浸漬、冷却セクションを含む一連のタンクからなる連続またはバッチガルバニールラインです。

コアコンポーネントは、約445°Cに維持される溶融亜鉛-鉄合金浴であり、均一な合金組成を確保するための温度制御システムと攪拌メカニズムを備えています。鋼ストリップまたはシートは、一連のローラーを介して浴を通過し、一貫したコーティング厚さを確保します。

特殊な機能には、変形を防ぐための張力制御システム、表面酸化物を除去するためのフラックスタンク、および微細構造の発展を制御するためのコーティング後の冷却ゾーンが含まれます。現代のラインは、プロセスパラメータの正確な制御と品質監視のために自動化を取り入れています。

適用技術

標準的な適用には、油、酸化物、汚染物質を除去するために鋼の表面を清掃し、次に濡れ性と付着性を促進するためにフラックス処理を行います。鋼はその後、合金反応が発生する溶融合金浴に浸されます。

重要なプロセスパラメータには、浴温度(±2°C)、浸漬時間(通常1-3秒)、引き抜き速度、および表面の清浄度が含まれます。これらのパラメータは、コーティングの厚さ、微細構造、および付着品質に影響を与えます。

適用後、コーティングされた鋼は酸化を防ぎ、望ましい微細構造特性を発展させるために制御された環境で冷却されます。生産ラインへの統合は、インライン検査と品質管理措置を伴う連続処理を含みます。

前処理要件

ガルバニールコーティングの前に、鋼の表面は油、グリース、およびミルスケールを完全に除去するために徹底的に清掃されなければなりません。ブラシや研磨ブラスティングなどの機械的清掃方法が一般的であり、脱脂や酸洗いなどの化学的清掃プロセスが補完されます。

表面活性化は、冶金的結合を確保するために重要であるため、フラックス剤が残留酸化物を除去し、浸漬中の濡れ性を促進するために適用されます。表面状態は、コーティングの付着性、均一性、および腐食抵抗に直接影響を与えます。

表面の汚染や不適切な清掃は、孔隙

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