Mạ Điện Là Gì?
Mạ kẽm hoặc mạ điện là quá trình phủ một lớp kẽm bảo vệ lên thép hoặc sắt để chống gỉ. Phương pháp phổ biến nhất là mạ kẽm nhúng nóng, trong đó các bộ phận được ngâm trong bể kẽm nóng chảy.
Mạ kẽm là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn. Một lớp kẽm mỏng hơn được phủ lên kim loại cơ bản dày hơn để bảo vệ nó khỏi môi trường.
Lần tới khi bạn ngồi trong ô tô, hãy kiểm tra các biển báo và cột đèn bạn đi ngang qua. Nhiều người trong số họ câm lặng, có màu bạc. “Bạc” này thực chất là lớp mạ kẽm.
Ví dụ, những người ủng hộ thép mạ kẽm, có thể được sử dụng để xây dựng hoặc sửa chữa kết cấu thép, được hưởng lợi từ chi phí bảo trì và sửa chữa thấp hơn do tính chất đặc biệt của nó.
Nếu không được bảo vệ, thép sẽ bị rỉ sét theo thời gian do điều kiện khí quyển. Mức độ rỉ sét phụ thuộc vào môi trường đặt sản phẩm. Rỉ sét là một oxit sắt (thường là oxit đỏ) được tạo ra bởi phản ứng khử và oxy hóa của sắt và oxy khi có nước hoặc độ ẩm.
Có những phương pháp bảo vệ như sơn hoặc phủ nhựa, nhưng những phương pháp này đều có nhược điểm. Nếu bị hư hỏng, các bộ phận của thép sẽ bị rỉ sét và lớp bảo vệ sẽ bong ra, khiến các loại bảo vệ này không tồn tại lâu dài và không đáng tin cậy.
Một trong những cách tốt hơn để bảo vệ vật liệu thép khỏi bị ăn mòn là mạ kẽm nhúng nóng. Trong mạ kẽm nhúng nóng, tất cả các bề mặt của vật liệu được nhúng vào kẽm nóng chảy và được phủ hoàn toàn. Sự ăn mòn của kẽm rất chậm, giúp nó có tuổi thọ cao hơn đồng thời bảo vệ kim loại cơ bản.
Mạ Điện Bảo Vệ Kim Loại Cơ Bản Bên Dưới Như Thế Nào?
- Lớp phủ kẽm ngăn chặn các chất ăn mòn như axit (ví dụ như mưa axit) tiếp cận kim loại bên dưới.
- Mạ kẽm bảo vệ chống gỉ. Nếu lớp phủ bị trầy xước, kẽm vẫn dễ bị “hy sinh” cực dương của nó hơn so với kim loại cơ bản, giúp bảo vệ nó khỏi rỉ sét.
- Kẽm bảo vệ kim loại bằng cách ăn mòn nhanh hơn kim loại cơ bản. Đôi khi một thành phần đặc biệt gọi là “cromat” được thêm vào kim loại mạ kẽm, khiến nó bị ăn mòn nhanh hơn. Nghe có vẻ như đây không phải là điều bạn mong muốn, nhưng hãy nhớ rằng kẽm sẽ ăn mòn kim loại, điều này sẽ bảo vệ kim loại bên dưới khỏi rỉ sét.
Tại Sao Phải Mạ Kẽm?
Mạ kẽm chỉ mang lại cho nó đặc tính chống ăn mòn. Nếu không có lớp phủ kẽm bảo vệ, kim loại sẽ tiếp xúc với các yếu tố bên ngoài và có khả năng bị oxy hóa, ăn mòn nhanh hơn nhiều. Thép mạ kẽm là sự thay thế rẻ tiền cho các vật liệu như thép không gỉ austenit hoặc nhôm để chống ăn mòn.
Mạ Điện Hoạt Động Như Thế Nào?
Mạ kẽm có thể bảo vệ kim loại theo một số cách. Đầu tiên, một lớp phủ bảo vệ được tạo ra để bảo vệ kim loại khỏi môi trường.
Lớp kẽm ngăn nước và hơi ẩm cũng như các yếu tố khác trong không khí tấn công lớp thép bên dưới. Nếu lớp mạ kẽm bị trầy xước đủ sâu, kim loại sẽ lộ ra ngoài và dễ bị ăn mòn.
Mạ kẽm cũng có thể bảo vệ kim loại thông qua một quá trình được gọi là “ăn mòn điện”. Ăn mòn điện hóa xảy ra khi hai kim loại có thành phần điện hóa khác nhau tiếp xúc với nhau bằng chất điện phân hiện có như nước muối.
Tùy thuộc vào cấu trúc nguyên tử của hai kim loại, một kim loại là cực dương và kim loại kia là cực âm.
Cực dương ăn mòn nhanh hơn chính nó và cực âm ăn mòn chậm hơn chính nó. Kẽm được dùng trong mạ điện vì nó có ái lực với cực dương khi tiếp xúc với nhiều loại kim loại khác nhau .
Vì lớp mạ kẽm tiếp xúc với kim loại cơ bản thường là cực dương nên nó làm chậm quá trình ăn mòn kim loại cơ bản hoặc cực âm.
Các Phương Pháp Mạ Khác Nhau
Có một số quy trình khác nhau để mạ kim loại:
1. Mạ Kẽm Nhúng Nóng
Mạ kẽm nhúng nóng liên quan đến việc nhúng sắt hoặc thép vào bể kẽm nóng chảy để tạo ra lớp phủ nhiều lớp chống ăn mòn của hợp kim kẽm-sắt và kim loại kẽm. Khi thép được nhúng vào kẽm, một phản ứng luyện kim xảy ra giữa sắt trong thép và kẽm nóng chảy.
Phản ứng này là một quá trình khuếch tán sao cho lớp phủ hình thành vuông góc với tất cả các bề mặt và tạo ra độ dày đồng đều trên toàn bộ chi tiết.
Quy trình mạ kẽm nhúng nóng đã được sử dụng từ năm 1742 và mang lại khả năng chống ăn mòn lâu dài, không cần bảo trì với mức giá hợp lý trong nhiều thập kỷ. Mặc dù mạ kẽm nhúng nóng đã được sử dụng để bảo vệ thép qua nhiều thế hệ nhưng quy trình mạ vẫn không ngừng phát triển với các công nghệ mới và các hóa chất sáng tạo.
Ba bước chính của quy trình mạ kẽm nhúng nóng là chuẩn bị bề mặt, mạ kẽm và xử lý sau, mỗi bước đều được thảo luận chi tiết. Quá trình này vốn đơn giản, đây là lợi thế quyết định so với các phương pháp chống ăn mòn khác.
Rỉ sét và ăn mòn gây tốn kém cho chủ sở hữu tài sản và người nộp thuế. Các tòa nhà, đường, cầu, v.v. bị hư hỏng rất tốn kém để sửa chữa và nếu không có biện pháp bảo vệ chống ăn mòn đầy đủ thì việc bảo trì thường diễn ra hoặc trong trường hợp xấu nhất là cấu trúc phải được xây dựng lại.
Trước mục tiêu theo đuổi sự phát triển bền vững, việc xác định các kết cấu bền vững, ít cần bảo trì theo thời gian sẽ mang lại cả lợi ích về môi trường và kinh tế.
2. Mạ Kẽm Trước
Quá trình này rất giống với mạ kẽm nhúng nóng, nhưng nó được thực hiện trong nhà máy thép, thường là trên các vật liệu đã có hình dạng nhất định. Trong quá trình mạ kẽm trước, tấm kim loại được cuộn theo quy trình làm sạch tương tự như mạ kẽm nhúng nóng. Kim loại sau đó được đưa qua một bể kẽm lỏng, nóng và sau đó được rút ra.
Một lợi thế của quá trình này là so với mạ kẽm nhúng nóng, các cuộn thép tấm lớn có thể được mạ kẽm nhanh chóng với lớp phủ đều hơn. Nhược điểm là sau khi bắt đầu sản xuất kim loại mạ kẽm trước, có những khu vực lộ ra ngoài, không được phủ.
Điều này có nghĩa là khi một cuộn kim loại tấm dài được cắt thành các kích thước nhỏ hơn, các cạnh nơi kim loại bị cắt vẫn còn tự do.
3. Mạ Điện
Không giống như các phương pháp trước đây, mạ điện không sử dụng bể kẽm nóng chảy. Thay vào đó, quá trình này sử dụng dòng điện trong dung dịch điện phân để chuyển các ion kẽm sang kim loại cơ bản. Trong quá trình này, các ion kẽm tích điện dương bị khử điện thành kim loại kẽm, sau đó kim loại này được lắng đọng trên vật liệu tích điện dương.
Hạt mịn hơn cũng có thể được thêm vào để đảm bảo lớp mạ kẽm mịn trên thép. Tương tự như mạ trước, mạ điện thường được áp dụng liên tục vào một cuộn kim loại tấm.
Một số ưu điểm của quá trình này là lớp phủ đồng đều và độ dày lớp chính xác. Tuy nhiên, lớp phủ thường mỏng hơn lớp phủ kẽm thu được bằng cách mạ kẽm nhúng nóng, điều này có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn.
Mạ Kẽm Nhúng Nóng Là Gì? Chi Tiết
Mạ kẽm nhúng nóng (HDG) là quá trình phủ thép bằng cách ngâm nó trong bể kẽm nóng chảy. Có ba bước cơ bản liên quan đến mạ kẽm nhúng nóng; Chuẩn bị bề mặt, mạ kẽm và kiểm tra.
Mạ kẽm nhúng nóng là một hình thức mạ điện. Đó là quá trình phủ kẽm và thép bằng kẽm khi kim loại được ngâm trong bể kẽm nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 450°C (842°F), hợp kim với bề mặt của kim loại cơ bản.
Trong khí quyển, kẽm nguyên chất (Zn) phản ứng với oxy (O2) tạo thành oxit kẽm (ZnO), chất này phản ứng tiếp với carbon dioxide (CO2) để tạo thành kẽm cacbonat (ZnCO3), một loại vật liệu có màu xám xỉn, khá bền. lên thép bên dưới nhiều lớp Bảo vệ chống ăn mòn thêm.
Thép mạ kẽm được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng cần có khả năng chống ăn mòn mà không tốn kém thép không gỉ và được coi là vượt trội về chi phí và tuổi thọ. Nó có thể được xác định bằng mô hình kết tinh trên bề mặt.
1. Chuẩn Bị Bề Mặt
Khi thép chế tạo đến nhà máy mạ, nó được treo trên dây hoặc đặt trên hệ thống giá đỡ có thể nâng lên và di chuyển trong toàn bộ quy trình bằng cần cẩu trên cao. Sau đó, thép sẽ trải qua một loạt ba bước làm sạch; Tẩy dầu mỡ, tẩy chua và thông lượng.
Tẩy dầu mỡ sẽ loại bỏ bụi bẩn, dầu và cặn hữu cơ, trong khi dung dịch tẩy rửa có tính axit sẽ loại bỏ cặn nhà máy và oxit sắt. Bước cuối cùng trong quá trình chuẩn bị bề mặt, chất trợ dung, loại bỏ mọi oxit còn lại và phủ lên thép một lớp bảo vệ để ngăn chặn sự hình thành oxit tiếp theo trước khi mạ.
Việc chuẩn bị bề mặt thích hợp là rất quan trọng vì kẽm không phản ứng với thép bị ô nhiễm.
2. Mạ Kẽm
Sau khi chuẩn bị bề mặt, thép được ngâm trong bể nóng chảy (830 F) chứa ít nhất 98% kẽm. Thép được hạ xuống ấm theo một góc để không khí có thể thoát ra khỏi các hình ống hoặc các túi khác và kẽm có thể chảy vào, qua và xuyên qua toàn bộ mảnh.
Khi ngâm trong ấm, sắt trong thép phản ứng luyện kim với kẽm tạo thành một loạt các lớp liên kim loại kẽm-sắt và một lớp kẽm nguyên chất bên ngoài.
3. Kiểm Tra
Bước cuối cùng là xem xét lớp phủ. Có thể xác định rất chính xác chất lượng lớp phủ thông qua kiểm tra trực quan vì kẽm không phản ứng với thép không sạch, điều này sẽ để lại một vùng không được phủ trên bộ phận đó. Ngoài ra, có thể sử dụng máy đo độ dày từ tính để kiểm tra xem độ dày lớp phủ có đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật hay không.
Lợi Ích Của Mạ Kẽm Nhúng Nóng
Mạ kẽm nhúng nóng mang lại một số lợi thế cho thép mà nó bảo vệ. Các lớp hợp kim kẽm-sắt liên kết luyện kim không chỉ tạo thành rào cản giữa thép và môi trường mà còn bảo vệ thép một cách công giáo.
Do khả năng bảo vệ catốt mà kẽm mang lại, lớp mạ kẽm hy sinh bản thân để bảo vệ thép bên dưới khỏi bị ăn mòn.
Lớp phủ bám dính chắc chắn với độ bền liên kết khoảng 3.600 psi cũng có khả năng chống mài mòn cực cao vì các lớp liên kim loại cứng hơn thép cơ bản. Nhưng ngay cả khi lớp phủ bị hư hỏng, tác dụng hy sinh của kẽm sẽ bảo vệ thép lộ ra cách xa tới ¼ inch.
Ngoài khả năng bảo vệ ca-tốt mà mạ kẽm nhúng nóng mang lại, lớp phủ còn có một số đặc tính khác đảm bảo tuổi thọ lâu dài.
Đầu tiên, phản ứng trong ấm mạ kẽm là một quá trình khuếch tán; điều đó có nghĩa là lớp phủ phát triển vuông góc với bề mặt và đảm bảo rằng tất cả các góc và cạnh ít nhất có độ dày bằng bề mặt phẳng. Ngoài ra, việc ngâm hoàn toàn trong bể kẽm giúp bao phủ hoàn toàn thép, bao gồm cả phần bên trong của các kết cấu rỗng.
Cuối cùng, lớp phủ kẽm tự nhiên tạo thành một lớp sản phẩm ăn mòn không thấm nước trên bề mặt, được gọi là lớp gỉ kẽm. Lớp gỉ, lớp bảo vệ cathode, lớp phủ hoàn chỉnh và tất cả các đặc tính khác giúp thép mạ kẽm nhúng nóng có tuổi thọ sử dụng lâu dài mà không cần bảo trì.
Quá Trình Mạ Kẽm Mất Bao Lâu?
Thời gian ngâm thông thường là khoảng bốn hoặc năm phút, nhưng có thể lâu hơn đối với các vật nặng có quán tính nhiệt cao hoặc nếu kẽm cần xuyên qua trong nhà.
Sau khi lấy ra khỏi bể mạ, một lớp kẽm nóng chảy sẽ được loại bỏ khỏi lớp hợp kim. Thông thường, chất này nguội đi để lộ vẻ ngoài sáng bóng của các sản phẩm mạ kẽm.
Sau Mạ
Xử lý sau quá trình mạ có thể bao gồm làm nguội bằng nước hoặc làm mát bằng không khí. Các điều kiện trong nhà máy mạ như nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí không ảnh hưởng đến chất lượng của lớp mạ kẽm.
Ngược lại, những điều này rất quan trọng để có chất lượng sơn tốt. Không cần xử lý sau đối với các mặt hàng mạ kẽm và có thể sơn hoặc sơn tĩnh điện để cải thiện tính thẩm mỹ hoặc để bảo vệ bổ sung trong môi trường cực kỳ khắc nghiệt. Lớp phủ chuyển hóa hóa học và các hệ thống rào cản khác có thể được sử dụng để giảm thiểu sự xuất hiện của các vết bẩn khi bảo quản ướt.
Bạn Có Thể Sử Dụng Kim Loại Mạ Kẽm Như Thế Nào?
Kim loại mạ kẽm được sử dụng ở mọi nơi!
Thân ô tô và nhiều xe đạp được làm từ kim loại mạ kẽm. Một số ống nước uống vẫn được làm từ thép mạ kẽm. Tấm kim loại cán nguội cũng thường được mạ kẽm.
Các loại đai ốc, bu lông, dụng cụ và dây điện hiện nay đều được mạ kẽm vì đây là một quy trình rẻ tiền và chắc chắn giúp tăng tuổi thọ của kim loại!
Đặc biệt, thép mạ kẽm thường được sử dụng trong các tòa nhà “khung thép” hiện đại. Thép mạ kẽm cũng được sử dụng để tạo ra các cấu trúc như ban công, hiên, cầu thang, thang, lối đi, v.v.
Kim loại mạ kẽm là một lựa chọn tuyệt vời nếu dự án của bạn sẽ ở bên ngoài sau khi hoàn thành. Hàng rào, mái nhà, lối đi ngoài trời đều là những lựa chọn tuyệt vời cho kim loại mạ kẽm!
Lợi Ích Của Việc Mạ Kim Loại
- Chi phí ban đầu thấp nhất: Mạ kẽm có chi phí ban đầu thấp hơn so với nhiều lớp phủ bảo vệ thông thường khác dành cho thép. Chi phí ứng dụng các lớp phủ sử dụng nhiều lao động như sơn đã tăng cao hơn nhiều so với chi phí vận hành nhà máy như mạ kẽm.
- Ít bảo trì hơn/Chi phí dài hạn thấp nhất: Ngay cả trong trường hợp chi phí mạ ban đầu cao hơn các lớp phủ thay thế, thì việc mạ kẽm hầu như luôn rẻ nhất về lâu dài (vì nó tồn tại lâu hơn và cần ít bảo trì hơn). Và, việc bảo trì gây ra các vấn đề và làm tăng thêm chi phí khi các công trình được đặt ở vùng sâu vùng xa và khi nhà máy ngừng hoạt động hoặc gián đoạn sản xuất.
- Tuổi thọ: Tuổi thọ của lớp phủ mạ kẽm trên các bộ phận kết cấu điển hình là hơn 50 năm ở hầu hết các môi trường nông thôn và từ 20 đến 25 năm trở lên, ngay cả ở những khu vực đô thị và ven biển khắc nghiệt.
- Độ tin cậy: Việc mạ kẽm được thực hiện theo Tiêu chuẩn 4680 của Úc/New Zealand và độ dày lớp phủ tối thiểu tiêu chuẩn được áp dụng. Tuổi thọ và hiệu suất của lớp phủ là đáng tin cậy và có thể dự đoán được.
- Lớp phủ cứng nhất: Lớp phủ mạ kẽm có cấu trúc luyện kim độc đáo mang lại khả năng chống chịu hư hỏng cơ học vượt trội trong quá trình vận chuyển, lắp dựng và dịch vụ.
- Tự động bảo vệ các khu vực bị hư hỏng: Lớp phủ mạ kẽm ăn mòn tốt hơn thép, cung cấp sự bảo vệ ca-tốt hoặc hy sinh cho những vùng nhỏ thép bị lộ ra do hư hỏng. Không giống như lớp phủ hữu cơ, những khu vực bị hư hỏng nhỏ không cần phải sửa chữa.
- Bảo vệ hoàn toàn: Mọi bộ phận của sản phẩm mạ kẽm đều được bảo vệ, thậm chí cả những ngóc ngách, góc nhọn và những khu vực khó tiếp cận. Không có lớp phủ nào được áp dụng cho kết cấu hoặc chế tạo sau khi hoàn thành có thể mang lại sự bảo vệ tương tự.
- Dễ dàng kiểm tra: Lớp phủ mạ kẽm được đánh giá dễ dàng bằng mắt và có thể sử dụng các phương pháp kiểm tra độ dày không phá hủy đơn giản. Quá trình mạ kẽm sao cho nếu lớp phủ trông ổn định và liên tục thì chúng cũng ổn định và liên tục.
- Thời gian cương cứng nhanh hơn: Khi các thành phần thép mạ kẽm được tiếp nhận, chúng đã sẵn sàng để sử dụng. Không mất thời gian tại chỗ trong việc chuẩn bị bề mặt, sơn và kiểm tra. Khi việc lắp ráp kết cấu hoàn tất, nó sẽ ngay lập tức sẵn sàng để sử dụng hoặc cho giai đoạn xây dựng tiếp theo.
- Lớp phủ bảo vệ đầy đủ có thể được thi công trong vài phút: Quá trình mạ không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết