Staalgalvanisatie:"schokkende" oxidatiebescherming

Waarom kiezen voor gegalvaniseerd staal in plaats van roestvrij staal?

We zeggen dat we 'gegalvaniseerd' zijn als iets ons tot actie aanzet. Dus wat betekent het als we de term gegalvaniseerd staal gebruiken? of metaal?

Het blijkt dat het allemaal om de schok gaat.

Ferrometalen bevatten ijzer en omvatten 90% van de metaalproductie in de wereld. IJzer is dicht, sterk (wanneer gemengd met koolstof om staal te worden), overvloedig en gemakkelijk te verfijnen. Deze eigenschappen maken het het belangrijkste metaal dat we hebben voor de industrie en de bouw.

IJzer en veel van zijn legeringen zijn echter ook zeer gevoelig voor roest wanneer ze worden blootgesteld aan lucht en water. Bescherming tegen corrosie is onderdeel van het ontwerpen van ferrometaal. Soms kan deze bescherming afkomstig zijn van het type legering; roestvast staal heeft bijvoorbeeld chroom en andere elementen voor chemische bescherming tegen corrosie. Toch kunnen deze toevoegingen de mechanische eigenschappen veranderen. Ze kunnen ook duur zijn. Soms wordt een kit gebruikt, zoals poedercoating, verf of oliebehandelingen.

Gegalvaniseerd staal komt nog vaker voor, maar wordt minder begrepen. Hoe maak je gegalvaniseerd staal? Zet het ferrometalen aan tot actie? Roest gegalvaniseerd staal? Wanneer gebruik je gegalvaniseerd staal versus aluminium versus roestvrij staal?

Wat is gegalvaniseerd staal?

Galvanisatie is een proces waarbij zinkcoatings worden aangebracht op staal of ijzer, waardoor een barrière ontstaat die het ferrometaal beschermt tegen corrosie. De zinklaag werkt fysiek door te voorkomen dat water en lucht het staaloppervlak bereiken, en chemisch door kathodische bescherming te bieden. Deze bescherming is elektrochemisch ... zoals de metaforische "galvanisatie" die ons tot actie aanzet. Het woord komt van de naam van de 18e-eeuwse wetenschapper Luigi Galvani, die een pionier was op het gebied van bio-elektromagnetische technologie.

Verzinken gebeurt meestal op hoog vuur. Hoewel een zinklaag kan worden toegevoegd door middel van schilderen of galvaniseren, creëren beide slechts een dunne laag - een glanzend oppervlak van slechts 3 micron dik. Een actuele toepassing als deze is kwetsbaar in buitentoepassingen waar corrosiebestendigheid belangrijk is.

Echte galvanisatie vindt plaats bij hoge temperaturen en is afhankelijk van de chemische interactie tussen zink, zuurstof en koolstofdioxide. De drie reageren bij temperatuur om een ​​donkergrijze zinkcarbonaatlaag te creëren die typisch 50 micron dik is en veel duurzamer is op buitenlocaties.

Roest gegalvaniseerd staal?

U vraagt ​​​​zich misschien af:"roest gegalvaniseerd staal?" Het antwoord is ja ... tot op zekere hoogte en op basis van de voorwaarden. De mate waarin gegalvaniseerd staal roest, is gebaseerd op de dikte van de beschermende zinklaag (waar we hieronder in meer detail over zullen praten) en het type corrosieve omgeving.

In welke omstandigheden roest gegalvaniseerd staal? De meest voorkomende zijn een hoge luchtvochtigheid, natte of doorweekte omgevingen, zout in de lucht of water, mos en zuren. Maar galvanisatie biedt ook een goede weerstand tegen contact met beton, mortel, lood, tin, zink en aluminium.

Galvanisatie helpt de strijd tegen roestvorming te verlengen. Het vertrouwt op de oxidatie van zink om te beschermen tegen de oxidatie van staal of ijzer. Onder de juiste omstandigheden is gegalvaniseerd staal tot 50 jaar bestand tegen roesten. Roest, of de oxidatie van ferrometalen, wordt gestopt. Toch vindt er nog steeds oxidatie plaats in het zink (dit staat alleen niet bekend als roest.)

Wanneer het zink uiteindelijk volledig is omgezet door de oxidatie, zal het niet langer beschermen en zal het staal verslijten.

Thermisch verzinken

Thermisch verzinken is de meest voorkomende vorm van verzinken. Bij deze methode worden stalen of ijzeren onderdelen ontdaan van puin en walshuid en vervolgens in een zink- of zinklegeringsbad neergelaten bij een temperatuur van bijna 840 ° F. Het staal blijft in het bad totdat het op dezelfde temperatuur komt, waarna het wordt opgetild en afgekoeld. Deze koeling kan snel of langzaam gebeuren, afhankelijk van het beoogde uiterlijk van het eindproduct.

Galvannealing is het proces van verzinken in een zinkbad waaraan aluminium is toegevoegd. Terwijl het metaal nog heet is, wordt het hele product met warmte behandeld, waardoor verschillende lagen zink-ijzerlegeringen ontstaan. De toevoeging van aluminium en de warmtebehandeling daarna geeft het resulterende staal een betere lasbaarheid. Gegalvaniseerd staal zal over het algemeen een roodachtig roestachtig patina ontwikkelen, maar zal niet corroderen zoals onbeschermde ferrolegeringen corroderen.

Droog verzinken

Een minder gebruikelijke methode voor verzinken is droog verzinken. Dit proces staat ook bekend als Sherardizing, genoemd naar de metallurg Sherard Cowper-Coles, die de methode ontwikkelde. Bij deze techniek worden kleine stalen onderdelen verwarmd in een gesloten roterende trommel, samen met zinkstof en zand, totdat de temperatuur en het tuimelen ervoor zorgen dat het zink chemisch samensmelt met het oppervlak van het staal. Het onderdeel wordt dan afgeschrikt. Het wordt vaak gebruikt voor kleine onderdelen en onderdelen met binnenoppervlakken die mogelijk onbereikbaar zijn door hot-dip.

Pangle

Een van de traditioneel herkenbare kenmerken van gegalvaniseerd staal is het lovertje op het oppervlak. Al het metaal bevriest in kristallijne vormen, als een reeks sneeuwvlokken die stevig op elkaar zijn gepakt. Voor de meeste metalen is deze kristallijne korrel te klein om te zien, of de korrelgrenzen zijn niet duidelijk zonder etsen. Door galvanisatie met zinklegering kunnen mensen het kristallisatiepatroon zien dat ontstaat tijdens het bevriezen van het metaal.

De vorm en grootte van lovertjes kunnen een hint geven over de koelcondities na thermisch verzinken. Hoe langzamer het oppervlak bevriest, hoe groter de kristalkorrels, vaak zichtbaar als veer- of bladachtige vormen. Een snelle afkoeling tot koudere temperaturen kan leiden tot kleinere, meer regelmatige of boxier graan.

Veel van de meest in het oog springende lovertjes worden vaak gemaakt met kleine hoeveelheden lood of tin in de zinklegering. Deze toevoegingen maken de dendrietachtige creatie van de korrels mogelijk - het proces van bevriezing dat veerachtige vormen aanmoedigt die zich over het oppervlak uitstrekken. De ontwikkeling van loodvrije galvanisatie heeft geleid tot zinkcoatings die van het staal naar boven bevriezen. Deze loodvrije legeringen kunnen rondere lovertjes creëren die kleiner kunnen zijn dan 0,5 mm. Het samenspel tussen legering en vriescondities betekent dat een ervaren verzinker de grootte en vorm van lovertjes in het eindproduct kan beïnvloeden.

Galvanische corrosie en opofferingsanodes

Het galvanisatieproces is niet alleen een kwestie van een zinkmantel rond het metaal creëren om een ​​fysieke barrière te creëren. Als dat zo was, zouden andere metalen kunnen worden gebruikt. In plaats daarvan beschermt zink via een chemisch proces dat 'kathodische bescherming' wordt genoemd.

Wanneer twee metalen met zeer verschillende elektrische potentialen bij elkaar in een elektrolytbad worden geplaatst, beginnen ze te werken als anode en kathode in een elektrochemische reactie, waardoor een stroom ontstaat. De meest "actieve" van de twee metalen, de anode, zal sneller corroderen dan wanneer het alleen zou zijn, omdat het elektronen aanbiedt. De van elektronen ontdane moleculen in deze anode zijn chemisch onstabiel en proberen stabiele moleculen te vormen met chemicaliën in de omgeving, waarbij oxiden en andere corrosieproducten worden geproduceerd. Batterijen gebruiken deze vorm van galvanische corrosie om stroom te genereren.

Metalen worden geclassificeerd op basis van hun reactiviteit in een anodische index. Goud, het meest inerte of passieve van de metalen, wordt als referentiemateriaal gebruikt. Alle andere metalen krijgen een getal dat hun spanning weergeeft in een elektrolytbad met goud. Deze index is de basis voor de galvanische schaal, die metalen sorteert van meest passief naar meest actief:

Bij galvanisatie bedekt zink, een anodisch metaal, staal of ijzer. Het werkt als een afdichtmiddel, maar als er gaatjes in de bekleding zitten, betekent het elektrochemische opoffering van zink dat het eerst zal corroderen, als de meest actieve van de twee metalen. Deze eigenschap van een meer anodisch metaal dat een meer kathodische beschermt, wordt doelbewust gebruikt op scheepsrompen, die, ondergedompeld in zeewater, het risico lopen op corrosie. Deze opofferingsanodes, ook wel gewoon zink genoemd, worden meestal vastgeschroefd aan een romp. Vaak worden zinkdelen verwerkt in een ontwerp van een propeller of ander apparaat.

Zink offert snel op, maar niet te snel, in aanwezigheid van ijzer. Kijkend naar de galvanische schaal, is het duidelijk dat aluminium, magnesium en beryllium ook "actiever" en daarom beschermend kunnen zijn. Aluminium is echter moeilijker te hechten aan staal, duurder en ligt te dicht bij de anodische index om even goed te kunnen functioneren als een opofferingsanode. Aan de andere kant zou magnesium veel sneller oplossen en bovendien in veel omgevingen reactiever zijn. Zink heeft ook het voordeel dat het beschermt tegen organische of bacteriële afbraak. Beryllium is zeldzaam, duur en erg onstabiel.

Afwerking gegalvaniseerd staal

Op gegalvaniseerd staal kan zich witte roest vormen als het zink wordt afgebroken tot zinkhydroxide. Deze "roest" is inderdaad het product van zinkcorrosie, maar onder normale omstandigheden gebeurt dit veel langzamer dan onbeschermd staal oxideert. Om dit proces nog verder te vertragen, wordt het gegalvaniseerde metaal soms geolied of soms gepassiveerd met chroom om een ​​definitieve afdichtingslaag te creëren. Dit olieachtige of gepassiveerde metaal kan niet worden geverfd of anderszins worden afgewerkt, maar zal er in veel klimaten tientallen jaren goed uitzien en structureel nog langer gezond blijven. Gegalvaniseerd staal is handig voor geoliede werkende onderdelen die de verf snel kunnen zien wegslijten.

In toepassingen waar de esthetiek van verf of poedercoating de voorkeur heeft, kan gegalvaniseerd staal ongecoat blijven. Maar meestal is een item ofwel gegalvaniseerd of geverfd, niet beide, om de kostenbesparingen van elke benadering te behouden.

Gegalvaniseerd staal versus aluminium versus roestvrij staal

Verzinken is een kosteneffectieve manier om metaal te beschermen dat wordt blootgesteld aan mogelijk corrosieve elementen. Aluminium en roestvrij staal worden ook gebruikt voor toepassingen die sterk, corrosiebestendig metaal nodig hebben. Het zijn betere keuzes voor kookgerei, gebruiksvoorwerpen en gezondheidszorg, omdat te veel zink giftig kan zijn en zowel zuren als hitte het zink kunnen mobiliseren. Op plaatsen waar de doffe grijze lovertjes van gegalvaniseerd staal niet ideaal zijn, geven ze een glanzendere, meer aanpasbare esthetiek.

Aluminium en roestvrij staal kosten elk meer, en hun mechanische eigenschappen zijn niet identiek aan die van staal. Voor toepassingen waar mechanische eigenschappen, esthetiek of metaalgewicht belangrijk zijn, kunnen duurdere materialen de optimale keuze zijn. Op andere plaatsen waar de functionaliteit van standaard staal gewenst is, is het galvanisatieproces ideaal voor weersbestendigheid tegen lage kosten.