Gegalvaniseerd staal: materiaaleigenschappen, processen en toepassingen

Gegalvaniseerd staal speelt een belangrijke rol op het gebied van materiaalkunde en techniek vanwege zijn unieke eigenschappen. Het heeft een breed scala aan toepassingen, vooral in de bouw, het huishouden en diverse auto-onderdelen. De bescherming van de zinklaag maakt het uniek ten opzichte van andere staalsoorten, die uiteindelijk de voorkeur geven aan een langere levensduur. In dit artikel kun je de eigenschappen van het materiaal, het productieproces en het grootschalige gebruik ervan in de industrie verkennen. Dus, ongeacht uw opleidingsachtergrond, bereid u voor op het uitrusten van kennis van dit veelzijdige materiaal.

Figuur 1: Gegalvaniseerd staal

Wat is gegalvaniseerd staal?

Een staalsoort die is voorzien van een zinklaag via een gerenommeerd galvanisatieproces. De betreffende coating wordt uitgevoerd door metallurgische binding van zink en staal met als enig doel de eigenschappen ervan, zoals corrosieweerstand en duurzaamheid, te vergroten. Daarom maakt deze beschermende laag het bestand tegen agressieve omgevingen. Bovendien verlengt het de levensduur van staal, waardoor het duurzaam en kosteneffectief is [3] [4].

Figuur 2: Gegalvaniseerde staalplaat

Waarom is gegalvaniseerd staal belangrijk?

Deze staalsoort heeft zijn belang vanwege zijn uitzonderlijke corrosieweerstand en lange levensduur. De beschermende laag van zink werkt als een blokkade die voorkomt dat zuurstof en lucht direct in contact komen met staal, waardoor uiteindelijk de kans op degradatie en roest wordt geminimaliseerd. Dit vermogen om verschillende omgevingsomstandigheden te weerstaan, maakt dit materiaal een perfecte keuze voor industriëlen om het te gebruiken in toepassingen zoals de bouw en infrastructuur. Bovendien vereist het relatief weinig onderhoud, waardoor het een kostenefficiënte keuze is.

Waar wordt gegalvaniseerd staal voor gebruikt?

Dit zinkbeschermde staal heeft vanwege zijn unieke eigenschappen een verscheidenheid aan toepassingen. Sommigen van hen staan ​​hieronder vermeld:

constructie

• Structurele balken
• Dakwerk
• Walling

Automobielsector

• Carrosserieën en onderdelen

Infrastructuur

• Bruggen,
• Vangrails
• Lichtmasten

Huishoudelijke apparaten

• Wasmachines
• Koelkasten

Landbouw

• Schermen
• Silos

Figuur 3: Toepassingen voor gegalvaniseerd staal

Voor- en nadelen van gegalvaniseerd staalmateriaal

Hieronder staan ​​enkele van de voor- en nadelen van gegalvaniseerd staal:

Figuur 4: Voor- en nadelen van gegalvaniseerd staal

Hoe wordt gegalvaniseerd staal gemaakt

Dit staal wordt gemaakt door middel van een galvanisatieproces waarbij het staal wordt ondergedompeld in gesmolten zink. Hieronder vindt u de korte beschrijving van het verzinken van staal:

Het galvanisatieproces

Het meest prominente galvanisatieproces dat goede corrosiebestendige eigenschappen garandeert, is thermisch verzinken, dat bestaat uit verschillende stappen die als volgt worden besproken:

Voorbereiding van het oppervlak

Eerst ondergaat het staal een oppervlaktevoorbereiding voordat het wordt verzinkt. Het kan in drie fasen worden uitgevoerd, die worden beschreven onder:

• Ontvetten en reinigen:Vuil, olie en andere soorten verontreinigingen worden verwijderd met behulp van een alkalische oplossing om ervoor te zorgen dat de zinklaag vrij is van defecten.
• beitsen:Zodra het is gereinigd, wordt het staal ondergedompeld in zwavelzuur of zoutzuur, waardoor oxide en eventuele roest op het staaloppervlak verder worden verwijderd.
• Fluxen:Daarna wordt het staal ondergedompeld in een vloeimiddeloplossing die bestaat uit zinkammoniumchloride, wat leidt tot de vorming van een beschermende laag die oxidatie vóór het galvaniseren verhindert. Dit proces helpt ook bij het vergroten van het hechtingsvermogen van zinklaag met staal.

Thermisch verzinken

Het proces omvat het onderdompelen van het schone staal in een gesmolten zinkbad, gewoonlijk op een temperatuur van 450°C. Het proces omvat de volgende stappen:

• Staal onderdompelen in een gesmolten zinkbad:Deze onderdompeling leidt tot de reactie tussen zink en staal, wat resulteert in de vorming van zinklegeringslagen die ervoor zorgen dat het staal volledig met zink bedekt is.
• Vorming van zink-ijzerlegeringslagen:Deze vorming vindt plaats tijdens onderdompeling, waardoor een sterke hechting ontstaat en de corrosieweerstand toeneemt. Gemeenschappelijke lagen die tijdens onderdompeling worden gevormd, zijn gamma-, delta- en zeta-fase, wat de algehele duurzaamheid verbetert.
• Controle van de dikte van de zinkcoating:Dit kan worden gecontroleerd door bepaalde parameters aan te passen, waaronder de dompeltijd, de temperatuur van het bad en de snelheid waarmee het staal uit het bad wordt gehaald.

Na de behandeling

Nadat het staal is verzinkt, ondergaat het de volgende fasen voor nabehandeling:

• Afkoeling en stolling van de zinkcoating:Het verzinkte staal mag afkoelen in de lucht of via een bepaald koelproces zodra het uit het zinkbad wordt gehaald.
• Inspectie op defecten en coatinguniformiteit:Er wordt een visuele inspectie uitgevoerd om eventuele coatingfouten te controleren. Bovendien wordt de dikte en uniformiteit ook beoordeeld via gespecialiseerde instrumenten.
• Toepassing van aanvullende behandelingen:volgens de vereisten van de toepassing kan een extra proces worden uitgevoerd om staal te galvaniseren. Voor een betere hechting en oppervlaktehardheid wordt galvannealing uitgevoerd. Daarnaast zou een zinkfosfaatcoating kunnen worden uitgevoerd voor een betere corrosieweerstand.

Figuur 5: Stapsgewijs proces voor het verzinken van staal 

Materiaaleigenschappen van gegalvaniseerd staal

Gegalvaniseerd staal heeft een unieke reeks eigenschappen die hieronder worden toegelicht:

Corrosiebestendigheid

Dit staal heeft een uitstekende corrosieweerstand vanwege de zinklaag die als opofferingsbarrière fungeert. De verschijnselen achter dit opofferingsgedrag en de bescherming van staal tegen roest worden hieronder besproken:

De zinklaag als opofferingsbarrière

De zinklaag van gegalvaniseerd staal fungeert als een opofferingsbarrière die uiteindelijk weerstand biedt tegen corrosie onder agressieve omgevingsomstandigheden. Zink wordt in vergelijking met staal sterk aangetrokken door zuurstof en vocht in de omgeving. Daarom corrodeert zink eerst terwijl het de stalen component beschermt. Deze opofferingsactie verlengt de levensduur van staal.

Hoe zink staal beschermt tegen roest

De vorming van zinkoxide en zinkhydroxide vindt plaats zodra het zink corrosie ondergaat. Deze vorming van oxiden ontwikkelt een passieve laag over het oppervlak van de stalen component en vormt een fysieke barrière tegen zuurstof en vocht tegen direct contact met de stalen component. In sommige gevallen, als deze coating beschadigd raakt, bieden de zinkresten nog steeds bescherming aan het staal door opoffering.

Het elektrochemische proces van zinkcorrosie

Dit. Het elektrochemische proces leidt tot zodanige corrosie van zink dat de zinklaag als anode fungeert en het stalen onderdeel als kathode. De elektrolyt is in dit geval zuurstof of vocht dat helpt bij de elektronenstroom. Als gevolg hiervan vindt oxidatie plaats bij zink en reductie bij de kathode, wat uiteindelijk leidt tot een proces dat de vorming van roest op het stalen onderdeel voorkomt.

Factoren die de corrosieweerstand beïnvloeden

Belangrijke factoren die de weerstand tegen corrosie beïnvloeden zijn:

Dikte van de zinkcoating

De dikte van de zinklaag heeft een sterke invloed op de corrosieweerstand. Coatings met voldoende dikte bieden een grotere weerstand tegen corrosie in vergelijking met dunne coatings.

Type zinkcoating (gegalvaniseerd versus gegalvaniseerd)

Gegalvaniseerde coating biedt een grotere superieure weerstand in vergelijking met gegalvaniseerde coatings, omdat deze uit een dikkere laag bestaat en bestand is tegen agressieve omstandigheden. Aan de andere kant zijn gegalvaniseerde coatings geschikt voor milde omgevingsomstandigheden.

Omgevingsomstandigheden (vochtigheid, temperatuur, verontreinigende stoffen)

De aard van de omgeving waar het stalen onderdeel aan moet weerstaan, heeft een grote invloed op het vermogen om corrosie te weerstaan. Agressieve omstandigheden waarbij vochtigheid, hoge temperaturen en andere verontreinigende stoffen betrokken zijn, kunnen corrosie versnellen.

Chemische samenstelling van gegalvaniseerd staal

Hieronder vindt u de chemische samenstelling van gegalvaniseerd staal:

Tabel 1: Chemische samenstelling van gegalvaniseerd staal

Gegalvaniseerd staal Mechanische eigenschappen

Hieronder staan ​​kort de mechanische eigenschappen beschreven van gegalvaniseerd staal [21] [22] [23]:

Dichtheid van gegalvaniseerd staal

Gegalvaniseerd staal heeft een dichtheid die tussen de 7.85 en 8.15 g/cm³ ligt.

Duurzaam

Het heeft een uitzonderlijke duurzaamheid vanwege de onderstaande factoren:

Weerstand tegen ruwe omgevingen

De weerstand tegen agressieve omgevingsomstandigheden, waaronder verontreinigende stoffen, vocht en omgekeerd, dankzij de opofferende werking van de zinklaag.

Bescherming tegen verwering en UV-straling

De zinkcoating biedt een goede bescherming tegen UV-straling en verwering, waardoor de levensduur van stalen onderdelen wordt verlengd.

Bestand tegen extreme temperaturen

Het is bestand tegen extreme temperaturen zonder enige vorm van degradatie van de materiaalcomponent te veroorzaken.

Ongevoelig voor vocht en chemicaliën

Het vermogen van gegalvaniseerd staal om agressieve omstandigheden te verdragen dankzij de beschermende coating, maakt het geschikt genoeg voor veeleisende toepassingen.

Sterkte

Gegalvaniseerd staal behoudt de natuurlijke sterkte van staal en verhoogt tegelijkertijd verschillende mechanische eigenschappen:

Treksterkte en vloeigrens

• Gegalvaniseerd staal behoudt zijn hoge treksterkte en vloeigrens, die essentieel zijn voor structurele componenten.

Ductiliteit en slagvastheid

• Het vertoont een competente ductiliteit en slagvastheid, waardoor het abrupte schokken kan doorstaan ​​zonder te breken.

Hardheid en slijtvastheid

• De zinklaag verbetert zowel de oppervlaktehardheid als de slijtvastheid van dit staal, waardoor het geschikt genoeg is voor toepassingen die slijtvastheid vereisen.

Elasticiteitsmodulus

Dit materiaal heeft een elasticiteitsmodulus van ongeveer 200 GPa, wat aantoont dat het bestand is tegen belasting zonder plastisch te vervormen.

Bulk modulus

Gegalvaniseerd staal heeft een bulkmodulus van 160 GPa.

Poisson's verhouding

Op dezelfde manier is de gifverhouding voor gegalvaniseerd staal 0.3.

Afschuifmodulus

Het verzinkte staal heeft een afschuifmodulus van 80 GPa, wat aantoont dat het bestand is tegen schuifkrachten.

Samenvatting van mechanische eigenschappen Tabel van gegalvaniseerd staal

Tabel 2: Mechanische eigenschappen van gegalvaniseerd staal

Vormbaarheid

Gegalvaniseerd kan verschillende vormen aannemen zonder de mechanische eigenschappen te ondermijnen:

Koudvormprocessen

Het kan verschillende koudvervormingsprocessen ondergaan, waaronder buigen, walsen en stampen, wat de neiging toont om verschillende vormen te verkrijgen en direct beschikbaar is voor verschillende toepassingen zonder de structurele integriteit ervan in gevaar te brengen.

Fabricage technieken

Dit verzinkte staal kan verschillende fabricagetechnieken ondergaan, zoals lassen, snijden en boren, afhankelijk van de vraag van de toepassingen. Bij het uitvoeren van elke techniek moet echter voorzichtigheid worden betracht om schade aan de zinklaag te voorkomen.

Bewerkingsmogelijkheden

Dit materiaal heeft de mogelijkheid om te worden bewerkt, waardoor de industrieel uiteindelijk verschillende bewerkingen kan uitvoeren, zoals draaien, boren of frezen, afhankelijk van de behoefte en vereisten van de toepassing.

Gegalvaniseerde stalen afwerkingen

Gegalvaniseerd staal krijgt een goede oppervlakteafwerking. De belangrijkste oppervlakte-eigenschappen die het bezit, worden hieronder vermeld:

Oppervlakte-eigenschappen

• Hebben een goede gladheid, wat het stalen onderdeel aantrekkelijk maakt in termen van esthetische uitstraling.
• De zinkcoating bevordert een uitzonderlijke hechting van coatings en verf met langdurige zekerheid.
• Heeft een goede bedrukbaarheid waardoor ze flexibel genoeg zijn wat betreft het afwerken van diverse architecturale toepassingen.

Kosten effectiviteit

Gegalvaniseerd staal heeft hogere initiële kosten vanwege het proces waarbij zinklaag op staal wordt aangebracht. Daarom is het duur in vergelijking met verschillende andere materialen, maar als we ons zorgen maken over besparingen op de lange termijn, dan is dit materiaal veel voordeliger omdat het weinig onderhoud vereist, bestand is tegen agressieve omgevingen en omgekeerd.

Alternatieven voor gegalvaniseerd staal

Als we ons zorgen maken over een alternatief voor gegalvaniseerd staal, houd dan rekening met factoren als de kosten, de omgevingsomstandigheden die het kan verdragen, de mechanische eigenschappen en omgekeerd. Hieronder volgen echter de beste alternatieve materialen die u kunt overwegen:

• RVS
• Aluminium
• Gecoat koolstofstaal
• Kunststoffen
• Composites

Voordelen van CNC-bewerkingsonderdelen van gegalvaniseerd staal in de productie

CNC-bewerking is een van de nieuwste technologieën om een ​​bepaald materiaal in een bepaalde vorm of maat te bewerken, afhankelijk van de aard en de vraag van de toepassing. Het verschil tussen traditionele en CNC-bewerking ligt in nauwkeurigheid en precisie. Net als alle andere materialen kan gegalvaniseerd staal goed CNC-gefreesd worden vanwege het vormvermogen zonder de mechanische eigenschappen in gevaar te brengen. Er zijn veel voordelen van gegalvaniseerde stalen CNC-bewerkingsonderdelen in de productie. Sommigen van hen worden vermeld in de onderstaande figuur:

Figuur 6: Voordelen van CNC-bewerkingsonderdelen van gegalvaniseerd staal

Conclusie

Kortom, gegalvaniseerd staal is een van de meest veelzijdige materialen die algemeen aanvaardbaar zijn voor tal van toepassingen, of u het nu kiest voor de productie, de bouw of welke andere sector dan ook. Bovendien maakt de zinklaag, of beter gezegd de beschermende coating, die het staal een enorme hoeveelheid bescherming biedt tegen agressieve omstandigheden, het tot een populaire keuze onder de toepassingen die weerstand vereisen tegen zeer corrosieve omgevingen. Ten slotte maken de bewerkingsmogelijkheden dit materiaal tot een goede kandidaat waar hoge precisie en nauwkeurigheid van de stalen componenten vereist is. Daarom kan dit materiaal een waardevolle bijdrage leveren aan de productiepraktijken.