Galvanoitu teräs: materiaalin ominaisuudet, prosessi ja käyttötarkoitukset

Galvanoidulla teräksellä on merkittävä rooli materiaalitieteen ja tekniikan alalla ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta. Sillä on laaja valikoima sovelluksia erityisesti rakentamisessa, kotitalouksissa ja erilaisissa autokomponenteissa. Sinkkipinnoitteen suojaus tekee siitä ainutlaatuisen muista terästyypeistä, mikä lopulta suosii sitä pidennetyssä käyttöiässä. Tässä artikkelissa voit tutustua materiaalin ominaisuuksiin, valmistusprosessiin ja sen laajaan käyttöön teollisuudessa. Joten koulutustaustastasi riippumatta, valmistaudu hankkimaan tietoa tästä monipuolisesta materiaalista.

Kuva 1: Galvanoitu teräs

Mikä on sinkitty teräs?

Terästyyppi, joka koostuu sinkitystä tunnetusta galvanointiprosessista. Vastaava pinnoite tehdään sinkin ja teräksen metallurgisella liittämisellä, jonka ainoana tarkoituksena on lisätä sen ominaisuuksia, kuten korroosionkestävyyttä ja kestävyyttä. Siksi tämä suojakerros kestää aggressiivista ympäristöä. Lisäksi se pidentää teräksen käyttöikää tehden siitä kestävän ja kustannustehokkaan [3] [4].

Kuva 2: Galvanoitu teräslevy

Miksi galvanoitu teräs on tärkeää?

Tällä terästyypillä on tärkeä merkitys sen poikkeuksellisen korroosionkestävyyden ja pitkän käyttöiän ansiosta. Sinkin suojaava pinnoite toimii sulkuna, joka estää hapen ja ilman pääsyn suoraan kosketukseen teräksen kanssa, mikä minimoi lopulta hajoamisen ja ruosteen mahdollisuudet. Tämä kyky kestää erilaisia ​​ympäristöolosuhteita tekee tästä materiaalista täydellisen valinnan teollisuusmiehille käyttää sitä sovelluksissa, kuten rakentamisessa ja infrastruktuurissa. Tämän lisäksi se vaatii vähän huoltoa, mikä tekee siitä kustannustehokkaan valinnan.

Mihin galvanoitua terästä käytetään?

Tällä sinkkisuojatulla teräksellä on useita sovelluksia ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta. Jotkut niistä on lueteltu alla:

rakentaminen

• Rakenteelliset palkit
• Kate
• Walling

Automotive

• Auton korit ja osat

Infrastruktuuri

• Sillat,
• kaiteet
• Valopylväät

Kodinkoneet

• Pesukoneet
• Jääkaapit

Maatalous

• Miekkailu
• siilot

Kuva 3: Sovellukset galvanoidulle teräkselle

Galvanoidun teräsmateriaalin edut ja haitat

Alla on joitain galvanoidun teräksen etuja ja haittoja:

Kuva 4: Galvanoidun teräksen edut ja haitat

Kuinka galvanoitu teräs valmistetaan

Tämä teräs valmistetaan galvanointiprosessilla, jossa teräs upotetaan sulaan sinkkiin. Alla on lyhyt kuvaus galvanoidusta teräksestä:

Galvanointiprosessi

Näkyvin galvanointiprosessi, joka varmistaa hyvän korroosionkestävyyden, on kuumasinkitys, joka koostuu useista vaiheista, joista keskustellaan seuraavasti:

Pinnan esikäsittely

Ensin teräs läpikäy pintakäsittelyn ennen kuin se sinkitään. Se voidaan tehdä kolmessa vaiheessa, jotka kuvataan alla:

• Rasvanpoisto ja puhdistus:Lika, öljy ja muut epäpuhtaudet poistetaan emäksisellä liuoksella varmistaakseen sinkkipinnoitteen virheettömyyden.
• Peittaus:Kun se on puhdistettu, teräs upotetaan joko rikki- tai kloorivetyhappoon, mikä edelleen poistaa teräksen pinnalla olevan oksidin tai ruosteen.
• Fluxing:Tämän jälkeen teräs upotetaan juoksuteliuokseen, joka koostuu sinkkiammoniumkloridista, joka muodostaa suojakerroksen, joka estää hapettumisen ennen galvanointia. Tämä prosessi auttaa myös lisäämään sinkkipinnoitteen tarttuvuutta teräksellä.

Kuumasinkitys

Prosessi sisältää puhtaan teräksen kastamisen sulaan sinkkihauteeseen, jota pidetään yleensä 450 °C:n lämpötilassa. Prosessi sisältää seuraavat vaiheet:

• Teräksen upottaminen sulaan sinkkikylpyyn:Tämä upotus johtaa sinkin ja teräksen väliseen reaktioon, mikä johtaa sinkkiseoskerrosten muodostumiseen varmistaen, että teräs on kokonaan pinnoitettu sinkillä.
• Sinkki-rautaseoskerrosten muodostus:Tämä muodostuminen tapahtuu upotuksen aikana, mikä tarjoaa vahvan sidoksen ja lisää korroosionkestävyyttä. Yleinen upotuksen aikana muodostuva kerros ovat gamma-, delta- ja zeta-faasi, jotka lisäävät yleistä kestävyyttä.
• Sinkkipinnoitteen paksuuden säätely:Tätä voidaan ohjata säätämällä tiettyjä parametreja, kuten upotusaikaa, kylvyn lämpötilaa ja nopeutta, jolla teräs poistetaan kylvystä.

Jälkikäsittely

Kun teräs on galvanoitu, se käy läpi seuraavat vaiheet jälkikäsittelyä varten:

• Sinkkipinnoitteen jäähtyminen ja jähmettyminen:Sinkkipinnoitetun teräksen annetaan jäähtyä ilmassa tai tietyn jäähdytysprosessin kautta, kun se on otettu sinkkikylvystä.
• Vikojen ja pinnoitteen tasaisuuden tarkastus:Silmämääräinen tarkastus tehdään mahdollisten pinnoitevirheiden tarkistamiseksi. Lisäksi paksuus ja tasaisuus arvioidaan myös erikoisinstrumenteilla.
• Lisähoitojen soveltaminen:hakemuksen vaatimuksen mukaisesti teräksen galvanointiin voidaan tehdä lisäprosessi. Tarttuvuuden ja pinnan kovuuden parantamiseksi tehdään galvanointi. Tämän lisäksi voidaan tehdä sinkkifosfaattipinnoitus korroosionkestävyyden parantamiseksi.

Kuva 5: Vaiheittainen prosessi teräksen galvanointiin 

Galvanoidun teräksen materiaaliominaisuudet

Galvanoidulla teräksellä on ainutlaatuiset ominaisuudet, jotka on kuvattu alla:

Korroosionkestävyys

Tällä teräksellä on erinomainen korroosionkestävyys sinkkipinnoitteen ansiosta, joka toimii uhrautuvana esteenä. Tämän uhrautuvan käyttäytymisen ja teräksen ruosteensuojauksen taustalla olevia ilmiöitä käsitellään alla:

Sinkkikerros uhrautuvana esteenä

Galvanoidun teräksen sinkkikerros toimii uhrautuvana esteenä, joka lopulta tarjoaa korroosionkestävyyden aggressiivisissa ympäristöolosuhteissa. Sinkki vetää puoleensa voimakkaasti ympäristön happi ja kosteus verrattuna teräkseen, joten sinkki syöpyy ensin ja suojaa teräskomponenttia. Tämä uhraustoiminta pidentää teräksen käyttöikää.

Kuinka sinkki suojaa terästä ruosteelta

Sinkkioksidin ja sinkkihydroksidin muodostuminen tapahtuu, kun sinkki käy läpi korroosion. Tämä oksidien muodostus kehittää passiivisen kerroksen teräskomponentin pinnalle ja muodostaa fyysisen esteen happea ja kosteutta vastaan ​​joutumasta suoraan kosketukseen teräskomponentin kanssa. Joissakin tapauksissa, jos tämä pinnoite on vaurioitunut, sinkkijäännökset suojaavat terästä uhrautuvilla toimilla.

Sinkkikorroosion sähkökemiallinen prosessi

Tämä. Sähkökemiallinen prosessi johtaa sinkin korroosioon siten, että sinkkipinnoite toimii anodina, kun taas teräskomponentti toimii katodina. Elektrolyytti tässä tapauksessa on happea tai kosteutta, joka auttaa elektronien virtausta. Tämän hapettumisen seurauksena sinkissä tapahtuu pelkistys katodilla, mikä lopulta johtaa prosessiin, joka estää ruosteen muodostumisen teräskomponenttiin.

Korroosionkestävyyteen vaikuttavat tekijät

Tärkeimmät korroosionkestävyyteen vaikuttavat tekijät ovat:

Sinkkipinnoitteen paksuus

Sinkkipinnoitteen paksuudella on voimakas vaikutus korroosionkestävyyteen. Pinnoitteilla, joissa on riittävä paksuus, on parempi korroosionkestävyys verrattuna ohuisiin pinnoitteisiin.

Sinkkipinnoitteen tyyppi (sinkitty vs. galvanoitu)

Galvanoitu pinnoite tarjoaa paremman kestävyyden verrattuna galvanoituihin pinnoitteisiin, koska se koostuu paksummasta kerroksesta ja sillä on kyky kestää aggressiivisia olosuhteita. Toisaalta galvanoidut pinnoitteet soveltuvat lieviin ympäristöolosuhteisiin.

Ympäristöolosuhteet (kosteus, lämpötila, epäpuhtaudet)

Ympäristön luonteella, jota teräskomponentin on kestettävä, on suuri vaikutus sen kykyyn vastustaa korroosiota. Aggressiiviset olosuhteet, joihin liittyy kosteus, kohonnut lämpötila ja muut epäpuhtaudet, voivat nopeuttaa korroosiota.

Galvanoidun teräksen kemiallinen koostumus

Alla on galvanoidun teräksen kemiallinen koostumus:

Taulukko 1: Galvanoidun teräksen kemiallinen koostumus

Galvanoidun teräksen mekaaniset ominaisuudet

Alla on lyhyesti kuvattu galvanoidun teräksen mekaaniset ominaisuudet [21] [22] [23]:

Galvanoidun teräksen tiheys

Sinkityn teräksen tiheys on 7.85–8.15 g/cm³.

Kestävyys

Sillä on poikkeuksellinen kestävyys alla mainituista tekijöistä johtuen:

Kestää ankaria ympäristöjä

Sen kestävyys aggressiivisia ympäristöolosuhteita vastaan, jotka sisältävät saasteita, kosteutta ja päinvastoin sinkkipinnoitteen uhrautuvan toiminnan ansiosta.

Suojaus säätä ja UV-säteilyä vastaan

Sinkkipinnoite antaa hyvän suojan UV-säteilyä vastaan ​​sekä pidentää teräsosien käyttöikää.

Kestää äärimmäisiä lämpötiloja

Se kestää äärimmäisiä lämpötiloja aiheuttamatta minkäänlaista materiaalikomponentin hajoamista.

Kosteutta ja kemikaaleja läpäisemätön

Galvanoidun teräksen kyky kestää aggressiivisia olosuhteita suojapinnoitteen ansiosta tekee niistä riittävän soveltuvia vaativiin sovelluksiin.

Vahvuus

Galvanoitu teräs säilyttää teräksen luonnollisen lujuuden ja lisää samalla useita mekaanisia ominaisuuksia:

Vetolujuus ja myötölujuus

• Galvanoitu teräs pitää kiinni korkeasta vetolujuudestaan ​​ja myötölujuudestaan, jotka ovat tärkeitä rakenneosien kannalta.

Taipuisuus ja iskunkestävyys

• Siinä on pätevä taipuisuus ja iskunkestävyys, jonka ansiosta se kestää äkillisiä iskuja rikkoutumatta.

Kovuus ja kulutuskestävyys

• Sinkkipinnoite parantaa tämän teräksen pinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä, mikä pakottaa sen sopimaan riittävän hyvin kulutuskestävyyttä vaativiin sovelluksiin.

Joustavuuden moduuli

Tämän materiaalin kimmokerroin on noin 200 GPa, mikä osoittaa sen kyvyn vastustaa kuormitusta ilman, että se muuttaa muotoaan plastisesti.

Bulkkimoduuli

Galvanoitu teräs koostuu 160 GPa:n bulkkimoduulista.

poissonin luku

Samoin galvanoidun teräksen myrkkysuhde on 0.3.

Leikkauskerroin

Sinkityn teräksen leikkausmoduuli on 80 GPa, mikä osoittaa sen kyvyn kestää leikkausvoimia.

Yhteenveto galvanoidun teräksen mekaanisista ominaisuuksista

Taulukko 2: Galvanoidun teräksen mekaaniset ominaisuudet

Muovattavuus

Galvanoitu voi muodostaa erilaisia ​​muotoja ilman, että sen mekaaniset ominaisuudet kärsivät:

Kylmämuovausprosessit

Se voi läpikäydä useita kylmämuovausprosesseja, mukaan lukien taivutus, valssaus ja meistäminen, mikä osoittaa sen taipumusta saavuttaa erilaisia ​​muotoja ja on helposti saatavilla erilaisiin sovelluksiin vaarantamatta sen rakenteellista eheyttä.

Valmistustekniikat

Tälle sinkitylle teräkselle voidaan tehdä erilaisia ​​valmistustekniikoita, kuten hitsaus, leikkaus ja poraus sovellusten vaatimuksista riippuen. Kaikkia tekniikoita suoritettaessa tulee kuitenkin olla varovainen, jotta vältytään vahingoittamasta sinkkipinnoitetta.

Koneistuskyky

Tällä materiaalilla on kyky työstää, mikä mahdollistaa sen, että teollisuusmies voi lopulta suorittaa erilaisia ​​​​toimintoja, kuten sorvausta, porausta tai jyrsimistä sovelluksen tarpeen mukaan.

Galvanoidun teräksen viimeistelyt

Galvanoitu teräs saa hyvän pintakäsittelyn. Sen tärkeimmät pintaominaisuudet on mainittu alla:

Pinnan ominaisuudet

• Niillä on hyvä sileys, mikä tekee teräskomponentista houkuttelevan esteettisen ulkonäön kannalta.
• Sinkkipinnoite edistää pinnoitteiden ja maalin poikkeuksellista tarttumista pitkäkestoisesti.
• Niillä on hyvä painettavuus, mikä tekee niistä riittävän joustavia erilaisten arkkitehtonisten sovellusten viimeistelyyn.

Kustannustehokkuus

Galvanoidun teräksen alkukustannukset ovat korkeammat johtuen teräksen sinkkipinnoitteen levittämisestä. Siksi se on kallista verrattuna moniin muihin materiaaleihin, mutta jos olemme huolissamme pitkäaikaisesta säästämisestä, tämä materiaali on paljon hyödyllisempi, koska se vaatii vähän huoltoa, kestää aggressiivista ympäristöä ja päinvastoin.

Vaihtoehtoja galvanoidulle teräkselle

Jos olemme huolissamme vaihtoehdoista galvanoidulle teräkselle, harkitse tekijöitä, kuten hintaa, sen kestäviä ympäristöolosuhteita, mekaanisia ominaisuuksia ja päinvastoin. Seuraavat ovat kuitenkin parhaita vaihtoehtoisia materiaaleja, joita kannattaa harkita:

• Ruostumaton teräs
• Alumiini
• Pinnoitettu hiiliteräs
• Muovit
• komposiitit

Galvanoidun teräksen CNC-työstöosien edut valmistuksessa

CNC-työstö on yksi uusimmista teknologioista tietyn materiaalin työstämiseksi tiettyyn muotoon tai kokoon riippuen sovelluksen luonteesta ja tarpeesta. Ero perinteisen ja CNC-koneistuksen välillä on tarkkuus ja tarkkuus. Kuten kaikki muutkin materiaalit, myös galvanoidulla teräksellä on hyvä CNC-työstökyky sen muovauskyvyn ansiosta mekaanisista ominaisuuksista tinkimättä. Galvanoidun teräksen CNC-työstöosien valmistuksessa on monia etuja. Jotkut niistä mainitaan alla olevassa kuvassa:

Kuva 6: Galvanoidun teräksen CNC-työstöosien edut

Yhteenveto

Yhteenvetona voidaan todeta, että galvanoitu teräs on yksi monipuolisimmista materiaaleista, joka soveltuu laajalti useisiin sovelluksiin, olitpa sitten valinnut sen valmistukseen, rakentamiseen tai mille tahansa muulle alalle. Lisäksi sinkkipinnoite tai sanoisin suojapinnoite, joka antaa teräkselle valtavan suojan aggressiivisia olosuhteita vastaan, tekee siitä suositun valinnan sovelluksissa, jotka vaativat kestävyyttä erittäin syövyttävää ympäristöä vastaan. Lopuksi sen työstöominaisuudet tekevät tästä materiaalista hyvän ehdokkaan kohteisiin, joissa vaaditaan teräskomponenttien suurta tarkkuutta ja tarkkuutta. Tästä syystä tästä materiaalista on hyötyä valmistuskäytännöissä.