ホットディップ亜鉛メッキ：鋼の保護と耐腐食技術
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定義と基本概念
ホットディップ亜鉛メッキは、鋼または鉄の部品を溶融亜鉛に浸して保護コーティングを形成する冶金的表面処理プロセスです。その主な目的は、耐腐食性を提供することで、環境劣化から基材の鋼を保護する耐久性のある犠牲バリアを作成することです。
このプロセスは、電気亜鉛メッキ、亜鉛スプレー、及び有機コーティングと並ぶ鋼表面仕上げ技術の広範なスペクトルの中で広く採用されている方法です。電気亜鉛メッキが電流を使用して亜鉛を堆積させるのに対し、ホットディップ亜鉛メッキは鋼を溶融亜鉛に浸すことで、優れた耐久性と耐腐食性を提供する冶金的結合を形成します。
基本的な概念は、鋼の表面に密着する亜鉛コーティングを作成し、界面での拡散と合金化を通じて冶金的結合を形成することに依存しています。このコーティングは犠牲アノードとして機能し、鋼基材よりも優先的に腐食し、厳しい環境にさらされた鋼構造物のサービス寿命を延ばします。
物理的性質とプロセス原理
表面改質メカニズム
ホットディップ亜鉛メッキ中、鋼部品は通常440°Cから460°Cの範囲で維持される溶融亜鉛の浴に沈められます。この温度では、亜鉛は液体状態を示し、鋼の表面との密接な接触を促進します。
浸漬すると、界面でいくつかの反応が発生します。亜鉛原子は鋼の表面に拡散し、冶金的結合を通じて亜鉛-鉄合金層を形成します。同時に、亜鉛は鋼の表面に存在する酸素や水分と反応し、亜鉛酸化物や水酸化物を形成し、これらはその後コーティング内に還元または埋め込まれます。
このプロセスは、外側の亜鉛豊富な層、合金層、および拡散ゾーンからなる多層コーティング構造を作成することによって、マイクロおよびナノスケールで鋼の表面を改質します。これらの層は、コーティングの機械的および腐食特性に影響を与える異なる亜鉛と鉄の含有量を特徴としています。
界面特性は、冶金的に融合した冶金的結合によって定義され、優れた接着性と剥がれや剥離に対する抵抗を確保します。結合の強度は、表面の清浄度、浸漬時間、温度管理などの要因に依存します。
コーティングの組成と構造
得られたコーティングは主に亜鉛で構成され、亜鉛と鉄の合金によって形成された金属間層を含みます。最外層は主に亜鉛であり、犠牲的な腐食保護を提供しますが、下層の合金層は異なる割合の亜鉛と鉄を含んでいます。
微細構造的には、コーティングは特徴的な「羽毛状」の外観を示し、層状構造を持っています：薄くて密な外側の亜鉛層、その後に金属間合金層、そして最後に鋼基材があります。合金層は通常、ガンマ（Γ）、デルタ（δ）、およびゼータ（ζ）などの相で構成され、それぞれ異なる亜鉛-鉄組成を持っています。
ホットディップ亜鉛メッキコーティングの典型的な厚さは、用途の要件に応じて約50から150マイクロメートルの範囲です。攻撃的な環境における構造用鋼の場合、より厚いコーティング（最大200マイクロメートル）が一般的ですが、装飾的または要求の少ない用途には薄いコーティングが使用されます。
プロセス分類
ホットディップ亜鉛メッキは、ホットディップ金属コーティングのカテゴリー内で冶金的コーティングプロセスとして分類されます。電気亜鉛メッキ（電解によって亜鉛を堆積させる）や亜鉛スプレーまたは熱スプレー法とは区別されます。
ホットディップ亜鉛メッキのバリエーションには、シート鋼の高生産ラインで使用される連続亜鉛メッキや、大きなまたは不規則な形状の部品に適したバッチ亜鉛メッキが含まれます。特別なバリエーションには、特定の特性を向上させるためにアルミニウムやニッケルなどの合金元素を使用した亜鉛メッキが含まれます。
このプロセスは、低炭素鋼、高強度鋼、または亜鉛メッキされた鉄筋など、異なる鋼の種類に適応することもでき、プロセスパラメータはそれに応じて調整されます。
適用方法と設備
プロセス設備
ホットディップ亜鉛メッキの核心設備は、通常、溶融亜鉛で満たされた大きな耐火ライニングタンクである亜鉛メッキ浴です。この浴は一定の温度で維持され、均一性を確保するための精密制御システムがあります。
前処理タンクはラインに統合されており、鋼の表面をコーティング接着のために準備するための洗浄、脱脂、酸洗い、フラックス処理ステーションが含まれています。亜鉛メッキラインには、浸漬カート、コンベヤーシステム、または生産規模に応じたバッチ浸漬タンクが含まれる場合があります。
専門的な設備の特徴には：
- 温度調整と亜鉛循環システムを備えたトラフ。
- 連続またはバッチ処理用のレールまたはトロリーシステム。
- 余分な亜鉛と水分を除去するための洗浄および乾燥ステーション。
- 腐食抵抗を高めるためのパッシベーションやクロメートコーティングアプリケーターなどの後処理ステーション。
適用技術
標準的なホットディップ亜鉛メッキは、いくつかの連続的なステップを含みます：
- 表面準備：油、汚れ、錆、ミルスケールを除去するための洗浄、通常は脱脂、酸溶液での酸洗い、亜鉛塩化物または塩化アンモニウム溶液でのフラックス処理を通じて行います。
- 浸漬：鋼部品は垂直または水平に溶融亜鉛浴に浸され、完全なカバレッジを確保します。
- 滞留時間：部品は、サイズとコーティング厚さの要件に応じて、通常数秒