Principio e processo della zincatura a caldo

La zincatura a caldo, nota anche come zincatura a caldo, è un metodo per ottenere un rivestimento metallico immergendo i componenti in acciaio nello zinco fuso.

Negli ultimi anni, con il rapido sviluppo dei settori della trasmissione di energia ad alta tensione, dei trasporti e delle comunicazioni, è aumentata la richiesta di protezione dei componenti in acciaio, con conseguente costante aumento della domanda di zincatura a caldo.

I. Prestazioni protettive dello strato zincato a caldo

In genere, lo spessore di uno strato di zinco galvanizzato varia da 5 a 15μm, mentre lo spessore di uno strato galvanizzato a caldo è generalmente superiore a 65μm e può raggiungere anche i 100μm. La zincatura a caldo garantisce una buona copertura, il rivestimento è compatto e privo di impurità organiche.

È ampiamente noto che il meccanismo di resistenza dello zinco alla corrosione atmosferica prevede una protezione sia meccanica che elettrochimica.

In condizioni di corrosione atmosferica, la superficie dello strato di zinco presenta una pellicola protettiva composta da ZnO, Zn(OH)2 e carbonato basico di zinco.

Ciò rallenta in una certa misura la corrosione dello zinco. Questa pellicola protettiva (nota anche come ruggine bianca) formerà un nuovo strato se danneggiata. Quando lo strato di zinco è gravemente danneggiato, mettendo in pericolo la base di ferro, lo zinco fornisce una protezione elettrochimica alla base.

Con un potenziale standard dello zinco di -0,76 V e del ferro di -0,44 V, quando lo zinco e il ferro formano una microcella, lo zinco agisce come anodo e si dissolve, mentre il ferro, come catodo, è protetto.

Chiaramente, la zincatura a caldo offre una resistenza superiore alla corrosione atmosferica del metallo ferroso sottostante rispetto alla galvanizzazione con zinco.

II. Processo di formazione dello strato zincato a caldo

Il processo di formazione di uno strato zincato a caldo prevede la formazione di una lega ferro-zinco tra il substrato di ferro e lo strato di zinco puro più esterno.

Durante la zincatura a caldo, la superficie del pezzo forma uno strato di lega di ferro e zinco che consente un'eccellente adesione tra il ferro e lo strato di zinco puro.

Questo processo può essere descritto semplicemente come segue: quando il pezzo di ferro viene immerso nello zinco fuso, all'interfaccia si forma una soluzione solida di zinco e ferro α (a corpo centrato).

Si tratta di un cristallo formato dalla dissoluzione degli atomi di zinco nel metallo base del ferro allo stato solido. Gli atomi di entrambi i metalli sono fusi insieme con forze atomiche relativamente deboli.

Pertanto, quando si raggiunge la saturazione dello zinco nella soluzione solida, gli atomi di zinco e ferro iniziano a diffondersi. Gli atomi di zinco che si diffondono (o si infiltrano) nel substrato di ferro migrano all'interno del reticolo del metallo di base, formando gradualmente una lega con il ferro.

Il ferro che si diffonde nello zinco fuso forma un composto intermetallico con lo zinco, FeZn13, che affonda sul fondo della pentola di zincatura a caldo, diventando scoria di zinco.

Quando il pezzo viene rimosso dal liquido di immersione dello zinco, sulla superficie si forma uno strato di zinco puro, un cristallo esagonale. Il contenuto di ferro non supera lo 0,003%.

III. Processo di zincatura a caldo e relative descrizioni

1. Flusso del processo

Pezzo → Sgrassaggio → Lavaggio → Decapaggio → Lavaggio → Pre-placcatura ad immersione → Asciugatura e preriscaldamento → Zincatura a caldo → Finitura → Raffreddamento → Passivazione → Risciacquo → Asciugatura → Ispezione

2. Spiegazione del flusso di processo

(1) Sgrassaggio

Per rimuovere l'olio si può utilizzare uno sgrassatore chimico o un detergente per lo sgrassaggio dei metalli a base d'acqua, fino a quando il pezzo non è completamente bagnato dall'acqua.

(2) Decapaggio

Per il decapaggio si possono utilizzare H2SO4 15%, tiourea 0,1%, 40～60℃ o HCl 20%, esametilentetramina 1～3g/L, 20～40℃. L'aggiunta di un inibitore di corrosione può prevenire la corrosione eccessiva del substrato e ridurre la quantità di idrogeno assorbita dal substrato di ferro.

Un trattamento di sgrassaggio e decapaggio inadeguato può provocare una scarsa adesione del rivestimento, l'impossibilità di placcare lo zinco o la delaminazione dello strato di zinco.

(3) Immersione pre-placcatura

Conosciuto anche come legante, può mantenere una certa attività del pezzo prima della placcatura a immersione per migliorare l'adesione tra il rivestimento e il substrato. NH4Cl 15%～25%, ZnCl2 2,5%～3,5%, 55～65℃, 5～10min. La glicerina può essere aggiunta in modo appropriato per ridurre la volatilizzazione di NH4Cl.

(4) Asciugatura e preriscaldamento

Per evitare che il pezzo si deformi a causa del drastico aumento di temperatura durante la placcatura a immersione e per rimuovere l'umidità residua al fine di evitare l'esplosione dello zinco e gli schizzi di liquido di zinco, il preriscaldamento avviene generalmente a 120～180℃.

(5) Zincatura a caldo

È necessario controllare la temperatura del liquido di zinco, il tempo di immersione e la velocità di rimozione del pezzo dal liquido di zinco. Se la temperatura è troppo bassa, il liquido di zinco ha una scarsa fluidità, il rivestimento è spesso e irregolare e tende a gocciolare, con conseguente scarsa qualità estetica.

Se la temperatura è elevata, il liquido di zinco ha una buona fluidità ed è facile che il liquido di zinco si separi dal pezzo, riducendo il gocciolamento e le grinze, la forte adesione, il rivestimento sottile, il buon aspetto e l'elevata efficienza produttiva.

Tuttavia, se la temperatura è troppo alta, la perdita di ferro del pezzo e del vaso di zinco è grave, si genera una grande quantità di scorie di zinco, che influisce sulla qualità dello strato di zinco, il consumo di zinco è elevato e può persino essere impossibile da placcare.

A parità di temperatura, più lungo è il tempo di immersione, più spesso è il rivestimento. A temperature diverse, più alta è la temperatura, più lungo è il tempo di immersione necessario per ottenere lo stesso spessore.

In generale, i produttori utilizzano 450~470℃, 0,5～1,5min per evitare la deformazione del pezzo ad alta temperatura e ridurre le scorie di zinco causate dalla perdita di ferro.

Alcune fabbriche utilizzano temperature più elevate per i pezzi di grandi dimensioni e per i pezzi in ghisa, ma dovrebbero evitare l'intervallo di temperatura in cui si registrano picchi elevati di perdita di ferro.

Per migliorare la fluidità della soluzione di zincatura a caldo a una temperatura inferiore, evitare che il rivestimento sia troppo spesso e migliorare l'aspetto del rivestimento, spesso si aggiungono 0,01%～0,02% di alluminio puro. L'alluminio deve essere aggiunto in piccole quantità più volte.

(6) Finitura

Dopo la zincatura, il pezzo viene rifinito principalmente per rimuovere lo zinco in eccesso e i noduli di zinco sulla superficie, operazione che può essere eseguita con metodi a vibrazione o manuali.

(7) Passivazione

Lo scopo è quello di migliorare la resistenza della superficie del pezzo alla corrosione atmosferica, ridurre o ritardare la comparsa di ruggine bianca e mantenere un buon aspetto del rivestimento.

Si utilizza la passivazione del cromato, come Na2Cr2O7 80～100g/L, acido solforico 3～4ml/L.

(8) Raffreddamento

In genere si utilizza il raffreddamento ad acqua, ma la temperatura non deve essere troppo bassa per evitare che i pezzi, soprattutto le fusioni, si rompano a causa del ritiro provocato dalla tempra.

(9) Ispezione

Il rivestimento deve essere lucido, fine, senza gocciolamenti o grinze. Lo spessore del rivestimento può essere misurato con un misuratore di spessore del rivestimento, relativamente semplice.

Lo spessore del rivestimento può essere ottenuto anche calcolando la quantità di zinco aderente.

La forza di adesione può essere testata mediante piegatura con una macchina a pressione, piegando il campione di 90～180°; non devono esserci crepe o cadute del rivestimento. Per l'ispezione si può utilizzare anche la martellatura.