亜鉛めっきコーティング：鋼の表面保護と耐久性の向上

定義と基本概念

ガルバニール処理は、鋼基材に適用される特殊な表面処理プロセスで、亜鉛メッキとその後のアニーリングを組み合わせて、耐食性と溶接性を向上させる亜鉛-鉄合金コーティングを生成します。このプロセスは、亜鉛ベースのコーティングの堆積と、その後の制御加熱を含み、鋼の表面での拡散と合金形成を促進します。ガルバニール処理の主な目的は、自動車、家電、建設用途に適した耐久性があり、塗装可能で、耐食性のある表面を提供することです。

鋼の表面仕上げ方法の広範なスペクトルの中で、ガルバニール処理は、熱浸漬メッキと電気メッキの間のニッチを占めています。単純な亜鉛コーティングとは異なり、ガルバニール表面は鋼に冶金的に結合されており、後続のコーティングの接着性が向上し、機械的特性が強化されます。これは、独自の性能特性を付与する微細構造の合金層によって区別され、耐食保護と溶接性の両方が重要な場合に好まれる選択肢となります。

物理的性質とプロセス原理

表面改質メカニズム

ガルバニール処理中、鋼基材は最初に熱浸漬メッキによって溶融亜鉛でコーティングされます。コーティングされた鋼は、その後、通常460°Cから580°Cの温度で制御されたアニーリングプロセスにさらされます。この熱処理は、亜鉛が鋼の表面に拡散し、亜鉛-鉄合金層の形成を促進します。

化学的には、このプロセスは、亜鉛原子が鉄マトリックスに浸透し、ζ（ゼータ）、δ（デルタ）、Γ（ガンマ）相などの一連の亜鉛-鉄間化合物を形成する相互拡散反応を含みます。これらの相は、コーティングの特性に影響を与える特定の原子配列と組成によって特徴付けられます。合金層の微細構造は、亜鉛と鉄の細かい冶金的に結合された混合物であり、厚さと組成はプロセスパラメータに依存します。

マイクロまたはナノスケールでは、ガルバニールコーティングは層状構造を示します：鋼基材に直接結合された薄く密な合金層の上に、プロセス条件に応じて部分的に合金化されたり非合金化されたりする亜鉛豊富な外層があります。コーティングと基材の間の界面は冶金的に結合されており、優れた接着性と耐久性を確保しています。

コーティングの組成と構造

結果として得られるガルバニール表面は、主にζ（ゼータ、FeZn13）、δ（デルタ、FeZn10）、Γ（ガンマ、Fe3Zn10）相などの間化合物相からなる亜鉛-鉄合金層で構成されています。正確な相の分布は、冷却速度、合金化温度、および亜鉛コーティングの厚さに依存します。

合金層の微細構造は通常、細かい粒状で接着性があり、標準的な用途では約5〜20マイクロメートルの厚さです。耐食性を強化するために、最大30マイクロメートルの厚いコーティングが重負荷用途に使用されます。最外層には、特に薄いコーティングでは残留の非合金化亜鉛が含まれている場合があり、これが耐食性と溶接性に影響を与えます。

合金層の微細構造は、マットまたは鈍い外観を付与し、しばしばわずかに粗い表面テクスチャを持ち、後処理プロセスを通じて修正可能です。サービス条件下での合金層の微細構造の安定性は、耐食性と機械的完全性を維持するために重要です。

プロセス分類

ガルバニール処理は、熱浸漬表面コーティングのカテゴリー内で熱拡散および合金化プロセスとして分類されます。これは、亜鉛のみのコーティングを生成する標準的な熱浸漬メッキや、電気化学的方法で亜鉛を堆積させる電気メッキとは異なります。

熱浸漬メッキと比較して、ガルバニール処理は、亜鉛コーティングを亜鉛-鉄合金に変換する追加のアニーリングステップを含み、接着性と溶接性が向上します。ガルバニールコーティングのバリエーションには、異なる合金化温度、冷却速度、および亜鉛コーティングの厚さが含まれ、特定の用途に合わせてコーティングの特性を調整します。

いくつかのサブカテゴリーには以下が含まれます：

• 標準ガルバニール：均一な合金層を生成するための制御されたアニーリングを伴う典型的なプロセス。
• プレミアムガルバニール：耐食性を強化するための最適化されたプロセスパラメータを含む。
• カスタマイズされた合金層：特別な性能要件に合わせた調整された相組成。

適用方法と設備

プロセス設備

ガルバニール処理に使用される主な設備は、制御されたアニーリング炉と統合された連続熱浸漬メッキラインです。プロセスは、鋼ストリップの巻き取り、洗浄、フラックス処理から始まり、次に溶融亜鉛浴に浸漬されます。コーティングされたストリップは、その後、アニーリング炉に入る前に一連の乾燥および冷却ゾーンを通過します。

アニーリング炉は通常、均一な加熱と正確な温度制御を提供するために設計されたローラーハーストまたはウォーキングビームタイプです。高度なシステムは、プログラム可能な温度プロファイル、不活性ガス雰囲気（窒素や形成ガスなど）、および合金層形成を最適化するための制御冷却ゾーンを組み込んでいます。

専門的な機能には以下が含まれます：

• 拡散動力学を制御するための正確な温度調整システム。
• 酸化や汚染を防ぐための雰囲気制御。
• 相の発展と微細構造に影響を与えるための迅速冷却セクション。
• 品質管理のためのインライン検査およびコーティング厚さ測定装置。

適用技術

ガルバニールプロセスは主に連続的で、鋼の生産ラインに統合されています。主要なステップには以下が含まれます：

• 表面清掃：脱脂、酸洗浄、または研磨清掃による油、酸化物、汚染物質の除去。