Mécanisme de formation du revêtement galvanisé à chaud

La galvanisation à chaud est un processus de réaction métallurgique. D'un point de vue microscopique, le processus de galvanisation à chaud est à deux équilibres dynamiques : équilibre thermique et équilibre d'échange zinc-fer. Lorsque la pièce en fer et en acier est immergée dans une solution de zinc fondu à environ 450 ° C, la pièce à température ambiante absorbe la chaleur de la solution de zinc, et lorsqu'elle atteint plus de 200 ° C, l'interaction entre le zinc et le fer est progressivement évidente, et le zinc pénètre dans la surface de la pièce en fer.

Lorsque la température de la pièce se rapproche progressivement de la température du zinc fondu, des couches d'alliage avec différents rapports de zinc et de fer se forment à la surface de la pièce, formant une structure en couches du revêtement de zinc. Au fil du temps, différentes couches d'alliage dans le revêtement présentent des taux de croissance différents. D'un point de vue macroscopique, le processus ci-dessus montre que la pièce est immergée dans le liquide de zinc et que la surface du liquide de zinc bout. Lorsque la réaction zinc-fer s'équilibre progressivement, la surface liquide de zinc se calme progressivement. La pièce est soulevée du niveau de liquide de zinc et lorsque la température de la pièce descend progressivement en dessous de 200 ° C, la réaction zinc-fer s'arrête et le revêtement galvanisé à chaud est formé et l'épaisseur est déterminée.
Exigences d'épaisseur de revêtement galvanisé à chaud

Les principaux facteurs influant sur l'épaisseur du revêtement de zinc sont : la composition du métal de base, la rugosité de surface de l'acier, la teneur et la répartition des éléments actifs silicium et phosphore dans l'acier, la contrainte interne de l'acier, la géométrie la taille de la pièce et le processus de galvanisation à chaud.

Les normes internationales et chinoises actuelles de galvanisation à chaud sont divisées en sections en fonction de l'épaisseur de l'acier, et l'épaisseur à plat et l'épaisseur locale du revêtement de zinc doivent atteindre l'épaisseur correspondante pour déterminer la résistance à la corrosion du revêtement de zinc. Pour les pièces avec différentes épaisseurs d'acier, le temps nécessaire pour atteindre l'équilibre thermique et l'équilibre d'échange zinc-fer est différent, et l'épaisseur du revêtement formé est également différente. L'épaisseur moyenne du revêtement dans la norme est basée sur la valeur d'expérience de production industrielle du mécanisme de galvanisation mentionné ci-dessus, et l'épaisseur locale est la valeur empirique requise pour prendre en compte l'irrégularité de la distribution d'épaisseur du revêtement de zinc et la exigences de résistance à la corrosion du revêtement.

Par conséquent, la norme ISO, la norme américaine ASTM, la norme japonaise JIS et la norme chinoise ont des exigences légèrement différentes sur l'épaisseur du revêtement de zinc, qui sont similaires.

Ensuite, plusieurs caractéristiques différentes de galvanisation à chaud et de revêtement sont expliquées.
Tôle d'acier galvanisée à chaud (tôle GI)

À l'heure actuelle, 0.2% d'élément Al est ajouté à la solution de zinc utilisée dans la production de plaques GI. L'ajout d'AI a pour effet d'améliorer la fluidité de la solution de zinc. Les éléments aluminium et fer réagissent préférentiellement pour former une couche de phase d'alliage fer-aluminium, qui inhibe la réaction entre le zinc et le substrat en tôle d'acier, améliorant ainsi l'adhérence du revêtement.

En même temps, une petite quantité d'aluminium dans la solution de zinc est ajoutée au zinc. Le film d'oxyde d'aluminium se forme à la surface du liquide, ce qui empêche la réaction d'oxydation du zinc à la surface du liquide de zinc et réduit la consommation de zinc. À la surface du revêtement, l'aluminium peut d'abord réagir avec l'oxygène pour former un film protecteur d'oxyde d'aluminium, qui empêche la surface du revêtement de s'oxyder et augmente la brillance de la surface.

La plaque GI est un mécanisme de protection cathodique typique qui utilise une anode sacrificielle (zinc) pour protéger la matrice en acier de la corrosion, et la plaque GI est la plaque d'acier revêtue la plus courante et la plus largement utilisée. Il est utilisé dans la construction, les appareils électroménagers, les automobiles, les transports, l'agriculture et d'autres industries. De nombreuses applications.

On peut voir sur les figures 1a et 1b que la surface de revêtement de la plaque GI est composée de plateaux et de creux uniformes, et la morphologie est principalement formée par un rouleau lisse avec une certaine rugosité après galvanisation pour former une surface avec une rugosité d'environ 1 μm sur la surface du revêtement. Comme on peut le voir sur la figure 1c, la plaque GI est composée de la couche de zinc pur la plus externe, du substrat en acier et d'une fine couche inhibitrice au milieu, à savoir la couche de phase d'alliage fer-aluminium FeAl3 ou Fe2Al5. La phase d'alliage fer-aluminium empêche la diffusion du fer vers la couche de zinc. , pour éviter la formation d'une phase d'alliage zinc-fer relativement cassante dans le revêtement, assurant ainsi l'adhérence du revêtement.
Tôle d'acier revêtue d'un alliage galvanisé à chaud (tôle GA)

La plaque GA est une plaque d'acier plaquée avec une couche de phase d'alliage zinc-fer formée par traitement thermique à 500-550 ° C après galvanisation, de sorte que le fer et le zinc dans la matrice d'acier se diffusent, et la teneur en fer à la surface de la le revêtement est d'environ 10% (fraction massique).

La plaque GA doit être traitée thermiquement après la galvanisation pour rendre le zinc et le fer interdiffusés pour former une phase d'alliage zinc-fer. Par conséquent, afin de réduire le temps d'alliage et de réduire l'effet de blocage de la couche d'inhibition, la teneur en Al dans la solution de zinc sera supérieure à celle de la plaque GI. Il devrait être plus faible, généralement autour de 0.13 %. L'élément de fer dans le revêtement améliore le potentiel de corrosion global et la soudabilité du revêtement, mais la formation de la couche de phase d'alliage zinc-fer augmente la fragilité du revêtement, et le revêtement est sujet au poudrage ou au pelage pendant le processus de déformation, ce qui affecte la durée de vie de la matrice de moulage.

Le processus de formation de la couche de phase d'alliage zinc-fer augmente la rugosité de surface du revêtement, réduit la couleur et le lustre, et la surface du revêtement devient grise et assombrie. La plus grande rugosité augmente l'aptitude à la peinture du revêtement. Dans le même temps, la surface de revêtement avec une plus grande dureté et rugosité de surface a une meilleure résistance aux chocs de sable et de gravier. Par conséquent, le panneau GA a une meilleure résistance à la corrosion, des performances de soudage, des performances de revêtement et une meilleure résistance aux chocs de sable que le panneau GI, mais les performances de formage sont relativement médiocres et il n'est pas aussi brillant que le panneau GI.

Les plaques GA sont utilisées comme panneaux automobiles, principalement utilisées dans les voitures japonaises et coréennes. La production de plaques GA a des exigences de contrôle de production strictes pour la couche de phase d'alliage zinc-fer plaquée, de sorte que les exigences de contrôle de processus sont relativement élevées et que la production nationale est arrivée à maturité.

Comme le montre la figure 2a, la surface du revêtement de la plaque GA est composée d'une phase d'alliage zinc-fer rugueux δ1p et d'une petite quantité de phase ξ. Comme le montre la figure 2b, la couche la plus externe est un cristal colonnaire relativement lâche δ1p et une couche δ1k plus dense à proximité du substrat. Il existe une couche de phase Г d'environ 1 µm d'épaisseur à l'interface entre le revêtement et le substrat.

Tôle d'acier revêtue d'Al-Zn à chaud (tôle GL)

Le revêtement Al-Zn par immersion à chaud comprend généralement un revêtement Galfan ou GF contenant 5 % d'Al et un revêtement Galvalume ou GL contenant 55 % d'Al. À l'heure actuelle, le revêtement Al-Zn par immersion à chaud d'une bande continue se réfère généralement à une teneur en 55.0 % d'Al et 43.4 % de Zn. , 1.6% de plaque d'acier Si Galvalume est une plaque GL.

En raison de la teneur élevée en aluminium dans le revêtement de la plaque GL, le revêtement a la résistance à la corrosion et la résistance à l'oxydation à haute température de l'aluminium, et la présence de zinc confère au revêtement des propriétés de protection cathodique. À l'heure actuelle, les panneaux GL sont généralement utilisés comme panneaux revêtus de couleur dans la construction, l'automobile, les appareils électroménagers, l'agriculture et d'autres industries, et sont directement utilisés dans les silencieux, les tuyaux d'échappement, les fonds de panier de réfrigérateurs, les fours à micro-ondes électroniques, les échangeurs de chaleur, etc.

Le diamètre de la paillette sur la surface du revêtement GL est généralement de 1 à 3 mm. En raison des nombreux facteurs affectant la taille du fleurage, avec la différence de teneur en éléments d'alliage dans la solution de zinc ou la vitesse de refroidissement après placage, le fleurage du revêtement aura également une large gamme de changements. , D'une manière générale, la taille de fleurage est également autorisée dans une plage plus large de 0.2 à 5.0 mm.

On peut voir sur la figure 3 que le revêtement GL est composé de deux couches, et la couche externe est une couche d'alliage aluminium-zinc, qui est composée d'une solution solide riche en aluminium de dendrites et d'une phase riche en zinc entre les dendrites. La couche interne est une couche de composé intermétallique aluminium-zinc-fer, qui est située entre la couche d'alliage aluminium-zinc et le substrat en acier. De structure similaire au revêtement GI, la couche intérieure de composé intermétallique aluminium-zinc-fer du revêtement GL empêche le fer de pénétrer dans l'alliage aluminium-zinc. et augmenter l'adhérence du revêtement, tandis que l'ajout de silicium limite la croissance de la couche intermétallique cassante Al-Zn-Fe.

Tôle d'acier revêtue d'aluminium-magnésium galvanisée à chaud (tôle ZnAlMg)

Le panneau ZnAlMg est originaire du Japon. En raison du climat marin du pays insulaire et de nombreux typhons et tremblements de terre, une résistance élevée et une résistance élevée à la corrosion de l'acier sont requises. Dans le même temps, les ressources du Japon s'épuisent et l'offre et la demande de matières premières pour la production sont tendues. Par conséquent, le panneau ZnAlMg a été développé, ce qui améliore la résistance à la corrosion et est efficace. Utiliser les ressources pour réduire les coûts et protéger l'environnement.

En raison des différentes compositions d'aluminium et de magnésium dans les feuilles de ZnAlMg développées par différentes sociétés, de nombreuses feuilles de ZnAlMg avec différents rapports de composition sont apparues. Par exemple, Nissin Steel a développé des produits ZAM (Zn-6 % Al-3 % Mg), un produit de plaque SuperDyma (Zn-11 % Al-3 % Mg), le produit Thyssen ZnMgEcoprotect (Zn-1 % Al-1 % Mg) , le produit Corrender de voestalpine (Zn-2 % Al-2 % Mg), les produits Magnelis d'ArcelorMittal (Zn-3.7 % Al-3.0 % Mg), etc.

Le revêtement de la plaque ZAM est composé de la couche externe et de la couche d'alliage à l'interface entre la couche externe et le substrat. La couche externe du revêtement est composée d'une phase riche en aluminium et d'une phase eutectique ternaire Zn/Al/Zn2Mg, comme le montrent la figure 4a et la figure 4b. La résistance à la corrosion du revêtement ZnAlMg est grandement améliorée par rapport à celle du revêtement GI. Par exemple, la résistance à la corrosion du revêtement de plaque ZAM peut même atteindre 16 fois celle du revêtement GI.

Dans le revêtement ZnAlMg, Mg2Zn11 ou MgZn2 est distribué dans la limite cristalline et l'espace de dendrite, ce qui joue un rôle clé dans l'amélioration de la résistance à la corrosion. Il a une bonne résistance à la corrosion des bords et une bonne aptitude au traitement, et convient aux matériaux de construction. En raison de la dureté élevée de sa surface extérieure, il peut également résister à l'usure de surface pendant le processus de formage, ce qui est avantageux à utiliser comme produit en acier revêtu respectueux de l'environnement et économe en ressources.

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