Processo de formação de camada galvanizada: metalurgia de revestimentos de zinco por{0}imersão a quente

Visão geral da reação de galvanização

O processo de-galvanização por imersão a quente forma um revestimento de zinco ligado metalurgicamente ao aço por meio de uma série de reações de difusão entre o ferro e o zinco fundido. Quando a peça de aço é imersa em zinco fundido a cerca de 450 graus, o zinco primeiro umedece a superfície limpa do aço e dissolve uma pequena quantidade de ferro, então o ferro e o zinco se interdifundem para desenvolver uma sequência de camadas intermetálicas de ferro-zinco. Acima deles cresce a camada externa de zinco quase puro que dá aos produtos galvanizados sua aparência característica.

Estágio 1: Formação da solução sólida de ferro-zinco

No momento da imersão, os átomos de zinco se dissolvem na superfície do aço, formando uma solução sólida de ferro alfa-na qual o zinco é dissolvido na rede de ferro cúbica-centrada no corpo. Esta fina camada é a base do revestimento: a fusão entre os dois metais não é uma simples ligação mecânica, mas uma verdadeira ligação metalúrgica, razão pela qual o revestimento adere tão fortemente e sobrevive à flexão e ao impacto.

Estágio 2: Crescimento das Fases Intermetálicas

Uma vez que a solução sólida esteja saturada com zinco, a reação prossegue por difusão. Os átomos de zinco migram para a rede de ferro enquanto os átomos de ferro se difundem para fora do zinco fundido e uma série de compostos intermetálicos se forma na interface. Em um revestimento normal-por imersão a quente, a estrutura consiste nas fases gama e delta próximas ao aço (ricas em ferro) e na fase zeta mais distante, cada uma com dureza e composição características. A camada intermetálica geral é dura e{4}}resistente ao desgaste, enquanto a camada externa permanece macia e dúctil.

Etapa 3: Formação da Camada de Zinco Puro

Quando a peça de trabalho é retirada do banho, ela carrega uma camada de zinco fundido que se solidifica na fase eta externa: uma estrutura hexagonal-compactada de zinco quase puro com um teor de ferro não superior a 0,003%. A camada eta é a superfície refletiva visível do revestimento. Sua espessura é controlada pela velocidade de retirada e pela limpeza do gás em linhas contínuas; na galvanização descontínua é governado pelo tempo de imersão, pela temperatura do banho e pela química do aço.

Formação de Escória de Zinco

Nem todo o ferro que se dissolve no banho atinge a superfície da peça. Uma porção reage com o zinco no fundido para formar partículas intermetálicas que são mais densas que o zinco fundido e afundam no fundo do recipiente de galvanização, onde se acumulam como escória de fundo. A escória superior é formada por oxidação na superfície do banho. Ambas as formas removem o zinco da circulação útil, portanto o gerenciamento do banho, incluindo controle de temperatura, adição de alumínio e desnatação regular, é essencial para manter a qualidade do revestimento estável e o consumo de zinco econômico.

Efeito da Química do Aço e Variáveis ​​de Processo

A taxa de reação depende fortemente do teor de silício e fósforo do aço, pois esses elementos aceleram a interdifusão do ferro-zinco. A prática moderna adiciona uma pequena quantidade de alumínio ao banho, normalmente 0,1-0,3% para trabalhos em lote, o que forma uma fina camada inibidora que retarda a reação ferro-zinco e produz um revestimento mais fino e dúctil. A temperatura do banho, o tempo de imersão, a velocidade de retirada e a rugosidade da superfície do aço influenciam a espessura e a estrutura do revestimento final.

Estrutura e propriedades do revestimento

O revestimento completo é, portanto, um composto em camadas: uma solução sólida fina de ferro alfa-, uma região intermetálica dura (fases gama, delta e zeta) que fornece adesão e resistência ao desgaste e uma camada eta de zinco-puro e macio que fornece proteção contra corrosão e aparência. Este compósito se comporta de maneira diferente de um revestimento-monofásico: as camadas intermetálicas são duras e quebradiças, enquanto a camada eta dobra e deforma com o aço. Para produtos em chapa, é preferido um revestimento fino com uma pequena fração intermetálica para moldabilidade; para seções estruturais, um revestimento espesso é escolhido para máxima resistência à corrosão.

Padrões e Verificação

A espessura e a massa do revestimento são verificadas em relação aos padrões do produto: ISO 1461 para revestimentos galvanizados-por imersão a quente em artigos fabricados de ferro e aço, GB/T 13912 como equivalente chinês e EN 10346 ou ISO 3575 para chapas galvanizadas contínuas. A espessura do revestimento é medida por medidores magnéticos ou pelo método gravimétrico, e a adesão é avaliada por testes de flexão e impacto. A estrutura em camadas pode ser examinada metalograficamente para confirmar que todas as fases estão presentes nas proporções corretas.

Perguntas frequentes

Por que o aço galvanizado apresenta uma aparência lantejoulas?

A flor se forma quando a camada de zinco fundido se solidifica e os cristais de zinco crescem para fora dos pontos de nucleação. O tamanho das lantejoulas depende da composição do banho, da taxa de resfriamento e da presença de elementos-promotores de lantejoulas em banhos tradicionais.

Qual é a diferença entre a camada eta e as camadas de liga?

A camada eta é de zinco quase puro, macia e dúctil. As camadas de liga abaixo são fases intermetálicas de ferro{1}}zinco que são mais duras e quebradiças e fornecem a ligação metalúrgica ao aço.

Por que o alumínio é adicionado ao banho de galvanização?

O alumínio forma uma fina camada inibidora na superfície do aço que retarda a reação do ferro-zinco, produzindo um revestimento mais fino, mais uniforme e mais dúctil. Isso é essencial para chapas galvanizadas que precisam ser perfiladas-ou estampadas-profundamente.

Como a escória de zinco é removida da panela?

A escória inferior é removida periodicamente por uma operação de escumação ou bombeamento quando o pote passa por manutenção, e a escória superior é escumada regularmente durante a produção. Um bom controle de temperatura reduz a formação de escória.

A espessura do revestimento galvanizado pode ser especificada pelo cliente?

Sim. Os padrões do produto definem as classes de revestimento por massa por metro quadrado, e o cliente especifica a classe apropriada ao ambiente e à vida útil, por exemplo Z275 para uso geral em edifícios externos.

Por que o revestimento no aço galvanizado-em lote parece mais espesso do que na chapa?

A galvanização em lote de artigos fabricados utiliza tempos de imersão mais longos sem limpeza, de modo que as camadas intermetálicas e eta ficam mais espessas. Linhas contínuas de chapa controlam a espessura com precisão com facas de ar, proporcionando um revestimento mais fino e uniforme.