22. Jaką rolę w procesie tworzenia powłoki odgrywa rozpuszczony w stali wodór?

Wodór rozpuszczony w stali, który wydziela się przy podgrzaniu, znacząco wpływa na powstawanie powłoki w procesie cynkowania ogniowego w temperaturze od 435°C do 490°C. Jego oddziaływanie wiąże się z zawartością krzemu, która określa szybkość dyfuzji wodoru w stali.

Dokładnie rzecz ujmując należy zacząć od tego, że stal po procesie trawienia w kwasie solnym jest przynajmniej w strefie brzegowej nasycona wodorem. Następnie przy zanurzaniu elementu stalowego w kąpieli cynkowej wydzielający się pod wpływem temperatury wodór wpływa na proces tworzenia powłoki, zarówno odnośnie grubości powłoki, jak też jej budowy.

Stal niskokrzemowa

W tej stali szybkość dyfuzji wodoru a poprzez to skłonność do efuzji wodoru przy podgrzaniu jest szczególnie duża z powodu niskiej zawartości krzemu. Poza tym występuje w tej stali albo z natury uboga w gaz warstwa brzegowa żelaza α (w przypadku stali nieuspokojonych zwana też warstwą smalcową „Speckschicht”) albo z punktu widzenia techniki cynkowania quasi-warstwa smalcowa w wyniku sprzyjającego efuzji oddziaływania aluminium (w przypadku stali uspokojonych aluminium). Obie warstwy brzegowe wykazują podobną dużą reaktywność względem cynku, tak że stosunkowo szybko dochodzi do utworzenia bezpośrednio na stali zwartej fazy δ1, przez którą nie przenika wydzielający się cząsteczkowy wodór i poprzez to w wyniku wytworzonego ciśnienia odrywa częściowo tę warstwę od stali (tworzenie szczelin między stalą i powłoką cynkową). Następstwem zwartej fazy δ1 i tego częściowego podziału materiału przez tworzenie szczeliny jest wzrost powłoki przebiegający według parabolicznego równania kinetycznego.

Stal Sandelina

Ten typ stali słabo uspokojonej krzemem od początku nie zawiera ubogiej w gaz warstwy brzegowej żelaza α, tak że zarówno na początku procesu cynkowania, jak też w czasie jego trwania nie powstaje zwarta faza δ1. W efekcie nie powstaje także szczelina między stalą i powłoką cynkową, lecz kąpiel cynkowa ma swobodny dostęp do powierzchni stali w ciągu całego czasu reakcji. Poza tym wydzielający się wodór stale odpycha powstałe kryształy FeZn od powierzchni stali, tak że nowy cynk ciągle ma możliwość reagowania ze stalą. Przez tak zakłócany proces wzrostu kryształów FeZn pozostają one małe i oddzielone od siebie.

W ten sposób powstają grube powłoki o charakterystycznej strukturze, których grubość rośnie liniowo wraz z czasem reakcji.

Stal Sebisty

W stali Sebisty podwyższona zawartość krzemu zmniejsza efuzję wodoru. Przy temperaturze cynkowania powyżej 450°C efuzja wodoru z powierzchni jest jednak silniejsza niż jego dyfuzja z wnętrza stali, tak że krótko przed i podczas zanurzania elementu w kąpieli cynkowej dochodzi do powstania strefy brzegowej ubogiej w wodór, co prowadzi do utworzenia fazy δ1. Skutkiem tego jest cynkowanie według parabolicznego równania kinetycznego oraz cienkie powłoki.

Poniżej 450°C efekt ten nie występuje. Brak zarówno szczeliny, jak też zwartej/grubej fazy δ1. Grubość powłoki jest wyraźnie większa niż powyżej 450°C.

Stal wysokokrzemowa

W stali wysokokrzemowej efuzja wodoru nie odgrywa żadnej roli ze względu na wysoką zawartość krzemu i wiążące się z tym utrudnienie dyfuzji wodoru. Reakcję cynkowania charakteryzuje wzbogacenie w krzem powierzchni granicznej żelazo-cynk, co może się uwidocznić w przebiegu reakcji. Nagromadzenie krzemu zmniejsza na powierzchni granicznej reakcji podaż żelaza, co utrudnia powstawanie zwartej fazy δ1. Zamiast czystej fazy δ1 tworzy się faza mieszana z fazy δ1 i stopu cynkowego, czym tłumaczy się silny wzrost powłoki według liniowego równania kinetycznego reakcji.

Powrót do góry

Firmy zrzeszone w PTC

Członek PTC zajmujący się procesem Cynkowania ogniowego

Członek PTC nie zajmujący się procesem Cynkowania ogniowego