1. Каков фундаментальный физический механизм отрыва слоя цинка?
Слой цинка и стальная подложка не просто физически сцеплены, а, скорее, прочная металлургическая связь достигается за счет образования слоя железо-цинкового сплава. При обычном горячем-цинковании погружением, когда чистый стальной лист погружается в расплавленный цинк, атомы железа вступают в реакцию с атомами цинка, последовательно образуя плотный слой сплава из фаз δ и ζ, причем слой цинка покрывает самый внешний слой.
Фундаментальным механизмом отделения является разрыв этой металлургической связи. Этот пробой может произойти внутри слоя сплава (например, если слой сплава слишком толстый и хрупкий), на границе раздела между слоем сплава и подложкой (например, из-за примесей) или между слоем сплава и слоем чистого цинка. Как только сила межфазного соединения не сможет выдержать изгибающие, ударные или коррозионные напряжения во время последующей обработки или использования, слой цинка отслаивается в виде хлопьев или порошка.
2. Как остатки на поверхности подложки вызывают отслаивание слоя цинка?
Это наиболее распространенная причина отслоений на производственной линии. Если остатки эмульсии, прокатного масла, железного порошка или пыли остаются на поверхности холоднокатаной полосы и не удаляются полностью перед входом в ванну цинкования, эти загрязнения действуют как «защитный иней», предотвращая прямой контакт между расплавленным цинком и железной подложкой. Это приводит к появлению областей, где слой сплава не может образоваться или где сформированный слой сплава является чрезвычайно тонким и прерывистым.
В таких местах слой цинка выглядит как гальванопокрытие, но на самом деле он просто механически обернут вокруг загрязнений с крайне плохой адгезией. Во время последующих испытаний на выпрямление, штамповку или даже простой изгиб слой цинка будет отслаиваться участками, обнажая серую поверхность подложки, широко известную как «обнаженное железо». Таким образом, полная пред-очистка покрытия (щелочная промывка, электролитическая очистка, чистка щеткой) является первой линией защиты от отслаивания.
3. Какие проблемы возникают, когда поверхность подложки слишком реактивна или имеет аномальное содержание кремния?
Если поверхность подложки слишком реактивна или химический состав самой стали выходит за пределы нормального диапазона, это может привести к еще одному чрезвычайному-чрезмерному и неупорядоченному росту слоя сплава, образуя так-так называемый "эффект Санделина" или сверх-толстый слой сплава.
В частности, когда содержание кремния в стали составляет от 0,05% до 0,15% или когда содержание кремния + фосфора достигает определенного диапазона, реакция железа-цинка становится аномально активной, образуя бурно растущий и рыхлый слой сплава δ-фазы. Этот слой сплава чрезвычайно хрупок, имеет множество внутренних пустот, большое объемное расширение и очень низкую прочность. Когда оцинкованная катушка подвергается изгибу или удару, в этом хрупком слое сплава легко возникают и распространяются трещины, в конечном итоге вызывая хрупкое отделение всего слоя цинка вместе с частью слоя сплава. Это отслоение часто характеризуется слоем остатков серого сплава, который все еще покрывает поверхность подложки после отслаивания слоя цинка.
4. Как напряжение во время механической обработки приводит к отслоению слоя цинка?
Даже при идеальной металлургической связи отслоение произойдет, если последующая механическая деформация превысит предел пластичности самого слоя цинка. Оцинкованный слой по сути представляет собой металлическое покрытие с некоторой пластичностью, но гораздо меньшей, чем у стальной основы.
Когда оцинкованные рулоны подвергаются изгибу небольшого-радиуса, глубокой вытяжке или резкому выпрямлению, внешняя поверхность стального листа растягивается, а внутренняя поверхность сжимается. Слой чистого цинка может в определенной степени деформироваться, но хрупкий слой сплава железа-цинка (особенно δ-фаза вблизи подложки) практически не обладает пластичностью. Как только деформация растяжения или сжатия превысит критическое значение слоя сплава (обычно менее 1%), в слое сплава сначала появятся микротрещины. По мере усиления деформации трещины будут распространяться вдоль границы раздела и в конечном итоге приведут к отслаиванию всего слоя цинка от краев трещины. Степень отслоения положительно коррелирует с толщиной покрытия: чем толще слой цинка, тем толще становится слой сплава и тем легче его отсоединить во время обработки.
5. Как коррозионные факторы в среде эксплуатации приводят к отслоению цинкового покрытия на поздней- стадии?
Даже если на заводе адгезия удовлетворительная, неблагоприятная коррозионная среда при длительном-хранении, транспортировке или использовании может "отодрать" цинковое покрытие от краев или локализованных дефектов.
В основном это связано с двумя механизмами: разрушением, вызванным водородом-и катодным отслоением. Например, во влажной промышленной или морской атмосфере, содержащей сульфиды, коррозионные среды могут проникать до границы раздела между цинковым покрытием и стальной подложкой, образуя микроячейки коррозии. Стальная подложка, действующая как анод, медленно корродирует, и возникающее в результате давление водорода накапливается на границе раздела, вызывая «выпучивание» цинкового покрытия от подложки, что в конечном итоге приводит к отслоению большой-площади. Другой сценарий заключается в том, что цинковое покрытие на обрезанной кромке оцинкованного рулона корродирует первым, а расширенные продукты коррозии отслаивают соседние неповрежденные цинковые покрытия, создавая явление «отслаивания». Таким образом, защита от влаги во время хранения и транспортировки, а также предотвращение длительной высокой влажности и сильного загрязнения окружающей среды имеют решающее значение для поддержания долгосрочной-адгезии цинкового покрытия.