Mạ kẽm là phương pháp phổ biến nhất để bảo vệ thép khỏi gỉ sét. Về cơ bản, đó là một quá trình...bể mạ kẽmBể mạ kẽm là một nồi lớn chứa kẽm nóng chảy được sử dụng để phủ lên các bộ phận kim loại. Khi thép sạch được nhúng vào bể này, kẽm sẽ nhanh chóng liên kết với bề mặt, tạo thành một lớp phủ chắc chắn, chống ăn mòn. Quá trình mạ kẽm đã tồn tại hơn 150 năm, nhưng nó vẫn hiệu quả đáng ngạc nhiên và thân thiện với môi trường. Trên thực tế, nó thường được coi là một trong những quy trình chống ăn mòn thân thiện với môi trường nhất hiện có. Kết quả là thép có thể tồn tại hàng chục năm ngoài trời với sự bảo dưỡng tối thiểu. Dưới đây, chúng tôi sẽ trình bày từng bước cách một bộ phận thép từ kim loại cũ bụi bặm trở thành lớp vỏ bọc kẽm, bên trong bể mạ kẽm.
Bể mạ kẽm là gì?
Bể mạ kẽm đơn giản chỉ là một thùng chứa kẽm nóng chảy được nung nóng đến khoảng 450°C (842°F). Các bộ phận bằng thép được nhúng vào lớp kẽm nóng này, trông giống như kim loại lỏng màu bạc. Trong quá trình nhúng, kẽm phản ứng với sắt trong thép, tạo ra liên kết luyện kim giữa kẽm và thép. Trên thực tế, các công ty thường gọi đây là...mạ kẽm nhúng nóngQuy trình – theo nghĩa đen là nhúng thép vào kẽm “nóng” (nóng chảy).
Phương pháp này rất hiệu quả. Dung dịch kẽm thường được giữ ở độ tinh khiết trên 98%, và hệ thống băng tải hoặc cần cẩu sẽ cẩn thận điều chỉnh góc độ các chi tiết thép để kẽm có thể bao phủ mọi ngóc ngách của sản phẩm. Ngay cả các hình dạng rỗng hoặc ống cũng được phủ đầy kẽm, vì vậy cả bên trong lẫn bên ngoài đều được phủ. Theo một tài liệu hướng dẫn trong ngành, mạ kẽm nhúng nóng là một quy trình "ngâm hoàn toàn" - thép được ngâm hoàn toàn và kẽm phủ lên bề mặt.tất cảbề mặt bên trong và bên ngoài. Thép được nâng lên vài phút sau đó với một lớp vỏ kim loại sáng bóng mới phủ lên.
Quy trình mạ kẽm nhúng nóng (Từ đầu đến cuối)
Quá trình mạ kẽm có một số giai đoạn quan trọng. Mỗi giai đoạn phải được thực hiện cẩn thận, vì kẽm chỉ bám dính vào bề mặt hoàn toàn sạch. Nhìn chung, các bước như sau:
Làm sạch (Tẩy dầu mỡ & Tẩy gỉ):Đầu tiên, thép được làm sạch kỹ lưỡng để loại bỏ dầu mỡ và gỉ sét bong tróc. Quá trình này thường sử dụng dung dịch kiềm nóng (dung dịch ăn da) để tẩy dầu mỡ cho thép. Tiếp theo, thép được đưa vào bể tẩy axit (thường là axit sulfuric hoặc axit clohidric loãng) để ăn mòn lớp vảy thép và gỉ sét. Sau khi tẩy axit, bất kỳ bụi bẩn, sơn hoặc xỉ cứng đầu nào cũng được loại bỏ bằng tay hoặc bằng phương pháp phun cát. Tóm lại, tất cả các chất gây ô nhiễm phải được loại bỏ, vì kẽm sẽ không liên kết với thép bẩn.
Biến đổi:Ngay trước khi mạ kẽm, thép sạch được nhúng vào dung dịch chất trợ dung, thường là hỗn hợp kẽm amoni clorua. Chất trợ dung làm sạch những vết oxit còn sót lại và ngăn ngừa quá trình oxy hóa mới trước khi nhúng. Ở một số nhà máy, một lớp "màng trợ dung" mỏng thậm chí còn nổi trên bề mặt bể kẽm để giúp tẩy dầu mỡ cho thép khi nó được đưa vào. Bước thêm chất trợ dung rất quan trọng: nó đảm bảo kẽm nóng chảy có thể...ướtthép được phân bố đều.
Ngâm trong dung dịch kẽm:Giờ đến phần quan trọng nhất của quy trình. Thép đã được chuẩn bị được từ từ hạ xuống (thường là ở một góc nghiêng) vào nồi kẽm nóng chảy, thường được giữ ở nhiệt độ khoảng 450°C. Hình ảnh bên dưới cho thấy các thanh thép được đưa vào bể kẽm nóng. Ngay khi thép tiếp xúc với kim loại lỏng, một phản ứng bắt đầu. Kẽm bắt đầu tạo hợp kim với bề mặt sắt, và kẽm lỏng chảy xung quanh toàn bộ chi tiết. Bên trong bể, kẽm và sắt tạo thành một số lớp hợp kim bằng phản ứng luyện kim. Trong thời gian này (thường là vài phút), lớp phủ được hình thành đến độ dày thích hợp. Một lớp củanóng chảyKẽm bám vào bề mặt thép rồi nguội đi tạo thành một lớp vỏ ngoài rắn chắc.
Hình minh họa: Các chi tiết thép được nhúng vào bể mạ kẽm nóng. Kẽm nóng chảy (bạc lỏng) nhanh chóng phủ lên bề mặt thép.
Các kỹ thuật viên vận hành nhà máy tính toán thời gian nhúng một cách cẩn thận. Đối với hầu hết các bộ phận, nhúng trong 4-5 phút là đủ. Các bộ phận lớn hơn hoặc được cách nhiệt có thể cần thời gian lâu hơn để đạt đến nhiệt độ tối đa. Sau khi được làm nóng hoàn toàn, bộ phận được từ từ nhấc lên. Khi nhấc lên, lượng kẽm dư thừa sẽ chảy ra ngoài – đôi khi được hỗ trợ bằng cách rung hoặc quay bộ phận đó. Lớp vỏ kẽm mỏng còn lại sẽ nguội và cứng lại, thường có lớp hoàn thiện màu bạc sáng bóng ở bên ngoài. Trên thực tế, thép mạ kẽm mới thường sáng bóng; các hoa văn đặc trưng giống như "lấp lánh" hoặc bông tuyết của kẽm kết tinh có thể xuất hiện trên bề mặt khi nó đông cứng lại.
Làm nguội (Thụ động hóa/Làm lạnh):Sau khi lấy ra khỏi khuôn, thép mạ kẽm được làm nguội. Việc này có thể được thực hiện bằng cách làm nguội bằng không khí đơn giản hoặc bằng cách làm nguội nhanh thép nóng trong nước hoặc bể thụ động hóa hóa học. Không cần quá trình xử lý đặc biệt nào – liên kết kẽm/thép đã cứng chắc. Bất kỳ lớp oxit kẽm mỏng nào (gỉ trắng) có thể hình thành thường được để nguyên hoặc xử lý nhẹ. Không giống như các bộ phận được sơn, thép mạ kẽm thường cần...không hoàn thành thêmĐể đảm bảo độ bền.
Điều tra:Bước cuối cùng là kiểm tra nhanh bằng mắt thường và kỹ thuật. Các thanh tra viên kiểm tra xem mọi khu vực đều được phủ lớp kẽm và đo độ dày. Vì kẽm chỉ liên kết với kim loại sạch, nên những điểm không đạt yêu cầu rất dễ nhận biết (thép trần trông sáng bóng). Các dụng cụ đo tiêu chuẩn sẽ đo độ dày lớp phủ để đảm bảo đáp ứng các thông số kỹ thuật. Tại thời điểm này, thép mạ kẽm đã sẵn sàng để sử dụng, được đảm bảo chống ăn mòn trong nhiều năm.
Bên trong phòng tắm: Luyện kim và bảo vệ
Điều thực sự xảy ra với thép bên trong kẽm nóng chảy là một quá trình hóa học phức tạp – và là một trong những ưu điểm đáng ngạc nhiên của phương pháp mạ kẽm. Khi thép nóng nằm trong bể, các nguyên tử kẽm khuếch tán vào sắt để tạo thành một số hợp chất liên kim loại. Hiệp hội Mạ kẽm Hoa Kỳ minh họa điều này bằng một mặt cắt ngang: có một lớp ngoài gần như kẽm nguyên chất (gọi là lớp eta) và bên dưới nó là 3 lớp hợp kim cứng (gọi là gamma, delta, zeta) ngay tại giao diện thép. Điều đáng chú ý là, các lớp hợp kim kẽm-sắt này...Cứng hơn thép mềmVí dụ, những vết xước nhỏ khó có thể xuyên qua lớp phủ nhiều lớp này. Trên thực tế, lớp phủ mạ kẽm cực kỳ bền chắc và có khả năng chống mài mòn cao.
Một ưu điểm quan trọng khác là khả năng bảo vệ catốt (bảo vệ hy sinh). Kẽm hoạt động điện hóa mạnh hơn thép. Nói một cách đơn giản, nếu lớp phủ bị trầy xước đến lớp thép trần, lớp kẽm xung quanh sẽ bị ăn mòn trước, bảo vệ thép. Trên thực tế, mạ kẽm nhúng nóng nổi tiếng với đặc điểm này: một nguồn tin cho biết ngay cả khi lớp thép trần (lớn đến ¼ inch) bị lộ ra trong một vết xước, “sẽ không có sự ăn mòn nào bắt đầu cho đến khi toàn bộ lớp kẽm xung quanh bị ăn mòn”. Điều này có nghĩa là những vết xước nhỏ không cần phải sơn lại; kẽm sẽ tự hy sinh theo thời gian.
Qua nhiều năm tiếp xúc với không khí và mưa, kẽm biến đổi thành các sản phẩm phụ vô hại (oxit, hydroxit, cacbonat) – lớp gỉ màu xám mà bạn có thể thấy trên kim loại mạ kẽm cũ. lớp gỉ kẽm Lớp mạ kẽm từ từ hình thành một lớp vỏ bảo vệ bên ngoài, giúp làm chậm quá trình ăn mòn hơn nữa. Trên thực tế, thép mạ kẽm đã được xử lý nhiệt hoàn toàn sẽ bị ăn mòn chậm hơn khoảng 30 lần so với thép trần. Điều này có nghĩa là lớp mạ kẽm thường có tuổi thọ từ 50 đến 60 năm hoặc hơn mà không cần bảo dưỡng, tùy thuộc vào môi trường.
Những lợi ích bất ngờ củaMạ kẽm
Mạ kẽm mang lại một số yếu tố "ấn tượng" mà bạn có thể không ngờ tới từ một lớp phủ kim loại đơn giản:
1. Phạm vi bảo hiểm toàn diện:Vì quá trình mạ kẽm nhúng nóng nhúng toàn bộ chi tiết vào dung dịch, nó thậm chí còn phủ cả bên trong các phần rỗng và bên trong ống. Các ren và các góc khuất cũng được mạ kẽm, không giống như các loại sơn quét thông thường. Việc nhúng hoàn toàn này có nghĩa là rỉ sét không thể xâm nhập từ những vị trí không ngờ tới.
2. Độ bền vượt trội:Các lớp kẽm-sắt vốn dĩ rất cứng và có khả năng chống mài mòn. Trong một số thử nghiệm, lớp phủ của thép mạ kẽm đã vượt quá mức đó.mười lầnCó khả năng chống mài mòn tốt hơn so với các loại sơn thông thường. Lớp kẽm nguyên chất bên ngoài (eta) mềm hơn và dẻo hơn, giúp chống va đập, trong khi các lớp hợp kim bên trong cứng hơn thép. Liên kết nhiều lớp này giúp các bộ phận mạ kẽm chịu được sự va đập mạnh và mài mòn.
3. Bảo vệ tự phục hồi (bảo vệ catốt):Như đã đề cập, kẽm sẽ "tự hy sinh" để bảo vệ thép. Những vết xước nhỏ trên thép mạ kẽm sẽ không bị gỉ vì kẽm bị ăn mòn trước (còn gọi là bảo vệ catốt). Thậm chí còn có thuật ngữ "gỉ sét lan ngang" cho hiện tượng xảy ra với thép sơn (gỉ sét lan dưới lớp sơn) – và việc mạ kẽm về cơ bản ngăn chặn hiện tượng này.
4. Thời gian hoàn thành nhanh chóng:Mặc dù sử dụng thiết bị nặng nề, nhưng công đoạn mạ kẽm thực tế diễn ra rất nhanh. Treo một chi tiết và nhúng vào kẽm chỉ mất vài phút. Công đoạn chuẩn bị chủ yếu là làm sạch bằng hóa chất, và một nhà máy hoạt động tốt có thể hoàn thành một đơn hàng trong vài ngày. Trên thực tế, các xưởng mạ kẽm hiện đại còn cung cấp dịch vụ 24/24 giờ cho các đơn hàng nhỏ.
5. Tuổi thọ sử dụng lâu dài:Lớp mạ kẽm có thể bảo vệ thép trong nhiều thập kỷ mà không cần sơn lại. Trong điều kiện ngoài trời thông thường (công nghiệp hoặc nông thôn), tuổi thọ trung bình thường lên đến hơn 50 năm trước khi cần bảo dưỡng lần đầu. Tuổi thọ cao này thường làm cho việc mạ kẽm trở nên kinh tế hơn so với việc sơn lại định kỳ về lâu dài.
6. Thân thiện với môi trường:Quá trình mạ kẽm tương đối sạch. Kẽm đã qua sử dụng được tái chế, và không có dung môi hữu cơ dễ bay hơi như trong sơn. Thép mạ kẽm có thể tái chế 100% khi hết hạn sử dụng. Các hiệp hội trong ngành thậm chí còn nhận định mạ kẽm là phương pháp chống ăn mòn “có lẽ thân thiện với môi trường nhất” hiện có.
7. Lớp hoàn thiện dễ nhận biết:Thép mạ kẽm thường có đặc điểm riêng.lấp lánhhoặc các hoa văn giống như bông tuyết trên bề mặt. Những tinh thể màu bạc này là các hạt kẽm đang đông đặc lại, và chúng tạo cho bề mặt mạ kẽm một vẻ ngoài đặc trưng. Đó là một dấu hiệu trực quan cho thấy lớp phủ nhúng nóng chính hãng đang hiện diện.
Thiết bị chất lượng cao: Nhà máy mạ kẽm ống của Bonan Tech
Các xưởng mạ kẽm quy mô lớn sử dụng máy móc hạng nặng để vận hành các quy trình này liên tục. Ví dụ, Công ty TNHH Công nghệ Bonan, một nhà sản xuất thiết bị, nhấn mạnh vào...“Nhà máy mạ kẽm ống thép chất lượng cao”Được chế tạo từ thép và các linh kiện chất lượng cao. Dây chuyền tự động của họ xử lý mọi thứ: giá đỡ ống, bể tẩy dầu mỡ bằng kiềm, bể ngâm axit, trạm trợ dung, băng tải xuyên qua nồi kẽm và bể làm nguội. Bonan lưu ý rằng các nhà máy mạ kẽm ống của họ được thiết kế để sản xuất liên tục trên mọi đường kính ống.
Hình: Dây chuyền mạ kẽm ống liên tục đang hoạt động. Các nhà máy tự động như vậy di chuyển các đoạn ống qua các công đoạn làm sạch, xử lý chất trợ dung và nhúng vào bể kẽm nóng chảy.
Tại dây chuyền sản xuất của Bonan Tech, mỗi bước đều được kiểm soát chặt chẽ. Trên thực tế, quá trình mạ kẽm ống thường tuân theo các giai đoạn cụ thể sau:
Vệ sinh bằng chất ăn mòn:Các đường ống được đưa vào bể natri hydroxit nóng để loại bỏ dầu và cặn bám trong quá trình cán thép.
Ngâm chua bằng axit:Tiếp theo, chúng được đưa qua bể axit (thường là HCl hoặc H₂SO₄) để hòa tan gỉ sét và các oxit còn lại.
Rửa sạch và làm loãng keo:Sau khi rửa sạch, các ống được nhúng vào dung dịch trợ dung kẽm-amoni clorua, đảm bảo thép không bị oxy hóa trước khi mạ kẽm.
Sấy khô:Mọi hơi ẩm trên thép sẽ được thổi bay hoặc làm bay hơi bằng máy sấy khí.
Ngâm (tắm kẽm):Các ống được đưa vào nồi kẽm nóng chảy. Quá trình nhúng nóng sẽ phủ kín chúng bằng một lớp kẽm.
Làm nguội:Cuối cùng, các ống mạ kẽm nóng được làm nguội nhanh chóng trong nước hoặc bể làm nguội để cố định lớp phủ.
Mọi đường ống hiện nay đều được phủ một lớp kẽm đồng nhất để ngăn ngừa ăn mòn. Theo mô tả của Bonan, chúng...“Máy mạ kẽm tự động cho ống”có khả năng xử lý "toàn bộ các loại ống cần mạ kẽm", đảm bảo ngay cả những ống rất lớn hoặc rất nhỏ cũng được phủ lớp kẽm đúng cách.
Phần kết luận
Bể mạ kẽm không chỉ đơn thuần là một nồi kim loại – nó là trung tâm của một quy trình đã được chứng minh, dựa trên khoa học, giúp thép có một lớp bảo vệ gần như tự phục hồi. Từ các giai đoạn làm sạch đến việc nhúng kẽm nóng, mỗi bước đều được tối ưu hóa để tạo ra một lớp phủ bền chắc, liên kết luyện kim tốt. Chúng ta đã thấy thép mạ kẽm không chỉ chống gỉ mà còn chống gỉ rất hiệu quả – với các hợp kim nhiều lớp, độ bền cực cao và tuổi thọ hàng chục năm.
Cho dù bạn là kỹ sư thiết kế cầu hay chủ nhà chọn cột hàng rào, việc hiểu quy trình mạ kẽm sẽ giúp giải thích tại sao thép mạ kẽm lại hiệu quả đến vậy. Nói tóm lại, bên trong bể kẽm nóng chảy khiêm tốn đó ẩn chứa một hệ thống bảo vệ mạnh mẽ và tinh vi đến bất ngờ – một hệ thống sẽ giữ cho các công trình thép an toàn trong nhiều thế hệ.
Thời gian đăng bài: 21 tháng 5 năm 2025