ガルバナイズコーティング：鋼の保護、腐食抵抗性と耐久性

定義と基本概念

亜鉛メッキコーティングは、鋼または鉄の基材に亜鉛の層を適用して腐食を防ぎ、耐久性を向上させる保護表面処理プロセスを指します。このプロセスは、金属表面に亜鉛を堆積させ、環境劣化から基材の鋼を保護する犠牲バリアを形成します。亜鉛メッキの主な目的は、特に屋外や過酷な環境において、腐食抵抗を提供することによって鋼部品のサービス寿命を延ばすことです。

鋼の表面仕上げ方法の広範なスペクトルの中で、亜鉛メッキは金属コーティングの一形態として分類され、電気化学的特性と亜鉛の適用方法によって区別されます。塗料や有機コーティングとは異なり、亜鉛メッキコーティングは基材に統合され、バリア保護と犠牲的腐食抵抗の両方を提供します。これは、長期的な耐久性が重要な建設、自動車、インフラ、製造業などの分野で広く使用されています。

物理的性質とプロセス原理

表面改質メカニズム

亜鉛メッキプロセスは、亜鉛との金属結合を通じて鋼の表面を根本的に変化させます。鋼が溶融亜鉛に浸されると（熱浸漬亜鉛メッキ）、界面で一連の物理的および化学的反応が発生します。亜鉛は鉄と反応して亜鉛-鉄合金層を形成し、これらは鋼基材に金属的に結合します。これらの合金層は通常、上に純亜鉛の層が重なり、複合コーティングを形成します。

電気亜鉛メッキは、別の一般的な方法で、水性電解質溶液から亜鉛を電極沈着させます。この電気化学的プロセスは、制御された電流条件下で鋼の表面に亜鉛イオンを堆積させ、均一で付着性のある亜鉛層を生成します。コーティングの微細構造は、腐食抵抗と機械的特性に影響を与える金属間化合物を含む亜鉛結晶で構成されています。

マイクロまたはナノスケールでは、亜鉛メッキコーティングは、亜鉛または亜鉛合金の密な付着層を作成することによって表面を改質します。この層は物理的バリアとして機能し、水分、酸素、および腐食性物質の侵入を妨げます。亜鉛コーティングと鋼基材の間の界面は金属的結合によって特徴付けられ、サービス条件下での強い付着性と耐久性を確保します。

コーティングの組成と構造

典型的な亜鉛メッキコーティングは主に亜鉛で構成されており、プロセスに応じて微量の合金元素が含まれる場合があります。熱浸漬亜鉛メッキでは、コーティングの微細構造には、鋼に隣接する一連の亜鉛-鉄合金層（デルタおよびゼータ相）が含まれ、上に純亜鉛の層（エータ相）が重なります。合金層は通常数ミクロンの厚さで、機械的強度と腐食抵抗を提供し、純亜鉛層は犠牲的保護を提供します。

亜鉛メッキコーティングの微細構造は、金属間化合物を含む結晶性亜鉛マトリックスによって特徴付けられます。コーティングの厚さは、適用要件に応じて一般的に20から150ミクロンの範囲です。屋外や重負荷の用途では厚いコーティングが一般的であり、装飾的または内部用途には薄いコーティングが使用されます。

亜鉛メッキのバリエーションには、熱浸漬、電気亜鉛メッキ、およびシャラルディング（亜鉛拡散コーティング）が含まれます。各バリエーションは、特定の用途に適した異なる微細構造特性、コーティングの厚さ、および付着特性を提供します。

プロセスの分類

亜鉛メッキは金属コーティングプロセスとして分類され、特に熱浸漬または電気化学的方法です。これは、基材の鋼よりも優先的に腐食する能力によって区別される犠牲的またはガルバニックコーティングのカテゴリに属します。

塗料、粉体コーティング、または陽極酸化などの他の表面処理と比較して、亜鉛メッキは耐腐食性を持つ耐久性のある金属的に結合した亜鉛層を提供します。他の金属（例えば、クロムやニッケル）との電気メッキとは異なり、亜鉛メッキは腐食抵抗のために亜鉛の電気化学的特性に依存します。

バリエーションには、熱浸漬亜鉛メッキ、電気亜鉛メッキ、シャラルディング、および亜鉛スプレーが含まれます。各プロセスは、適用方法、コーティングの微細構造、および特定の環境や形状に対する適合性が異なります。

適用方法と設備

プロセス設備

熱浸漬亜鉛メッキには、通常約450°C（842°F）に維持される大きな加熱された溶融亜鉛の浴槽が必要です。鋼部品は清掃され、前処理され、次に亜鉛浴槽に浸され、そこで金属的反応が発生します。設備には、亜鉛メッキ釜、清掃タンク、フラックスステーション、および引き抜き機構が含まれます。

電気亜鉛メッキは、整流器、陽極、および陰極を備えた電気化学セルを使用します。設備は、均一な亜鉛堆積を確保するための電解槽、電源、および攪拌システムで構成されています。

シャラルディング用の特殊な設備には、亜鉛粉末が高温で鋼表面に拡散される回転ドラムまたは流動床が含まれます。

適用技術

標準的な熱浸漬亜鉛メッキプロセスには、表面清掃（脱脂、酸洗い）、酸化物を除去するためのフラックス処理、溶融亜鉛への浸漬、および冷却のいくつかのステップが含まれます。重要なパラメータには、浸漬時間、亜鉛浴温度、引き抜き速度、および表面準備の品質が含まれます。

電気亜鉛メッキは、亜鉛硫酸塩または亜鉛塩化物電解質からの電極沈着を含み、電流密度、浴成分、温度、および攪拌などのパラメータが慎重に制御されます。