Kształtowanie powłoki ochronnej w procesie cynkowania

Dr hab. inŜ. Dariusz Kopyciński Akademia
Górniczo - Hutnicza Wydział Odlewnictwa
30-059 Kraków, ul Reymonta 23 tel. 012617-27-37
e-mail: [email protected]
Kształtowanie powłoki ochronnej w procesie cynkowania ogniowego wyrobów ze
stopów Ŝelaza z węglem
Streszczenie
Powszechnie uwaŜa się, Ŝe podczas procesu metalizacji, cząstkowe warstwy poszczególnych
faz międzymetalicznych zarodkują i wzrastają w wyniku procesu dyfuzyjnego, zwanego dyfuzją
reakcyjną. W referacie zaprezentowano nowe podejście do teoretycznego rozwiązania zagadnienia
kształtowania się struktury powłoki na powierzchni wyrobu podczas cynkowania ogniowego.
Opisano proces krystalizacji izotermicznej zgodnej z technologią cynkowania przy uŜyciu modelu,
uwzględniającego ścieŜkę krystalizacji ulokowaną na linii likwidus. W tym celu zaadaptowano
model segregacji składnika z uwzględnieniem dyfuzji w fazie stałej podczas wzrostu kryształu z
cieczy.
Przedstawiono mechanizm kształtowania się struktury powłoki podczas cynkowania
ogniowego. Natychmiast po zanurzeniu wyrobu w ciekłym cynku tworzy się na jego powierzchni,
w pierwszej kolejności warstwa namroŜonego cynku. Warstwa ta roztapia się po pewnym czasie.
Ten etap cynkowania nazwano "cieplnym". Następnie kształtuje się warstwa stopowa powłoki,
składająca się z cząstkowych warstw faz Fe-Zn. W początkowym okresie wzrostu warstwy
stopowej na powierzchni wyrobu wprowadzonego do ciekłego cynku powstaje warstwa
przechłodzonej cieczy o grubości dx i stęŜeniu nominalnym No. W wyniku reakcji perytektycznych
w warunkach metastabilnych kształtują się poszczególne fazy, tworząc podwarstwy faz w
oczekiwanej kolejności: Γ1, δ oraz ζ. W etapie końcowym narastania powłoki cynkowej, podczas
operacji wynurzania wyrobu z kąpieli krystalizuje warstwa fazy η(Zn). W cynku resztkowym,
pozostałym na powierzchni warstwy stopowej w przypadkowych miejscach zarodkują dendryty
cynku, które swoim wyglądem przypominają kwiat (ang. spangle).
W referacie wykazano ponadto, Ŝe skład chemiczny podłoŜa istotnie wpływa na kinetykę
wzrostu i budowę warstwy Fe-Zn. Ocenę powyŜszego wpływu przeprowadzono przy
wykorzystaniu równowaŜnika krzemu E = Si+2SP. Sterowanie strukturą powłoki cynkowej na
wyrobach o niekorzystnym współczynniku E stanowi interesujące zagadnienie, które wymaga
prostego i praktycznego rozwiązania. Dlatego teŜ w referacie podjęto próbę wyjaśnienia
mechanizmu wzrostu powłoki na wyrobach z róŜnych gatunków stali oraz z Ŝeliwa sferoidalnego
(charakteryzujących się duŜą wartością równowaŜnika krzemu E). TakŜe wskazano moŜliwości
sterowania budową powłoki cynkowej przez prostą zmianę składu chemicznego kąpieli cynkowej
lub jej temperatury oraz na duŜy wpływ zabiegu topnikowania w technologii cynkowania
ogniowego. Wykazano to w opracowaniu teoretycznym. W modelu własnym ujęto wpływ zabiegu
topnikowania na sekwencję wzrostu podwarstw faz z układu równowagi fazowej stopów Fe-Zn.
MoŜe to sugerować, Ŝe modyfikacja zabiegu pokrywania powierzchni wyrobu roztworem soli
topnika jest najprostszą metodą Gak dotąd niedocenianą) sterowania grubością powłoki, która jest
w prostej zaleŜności z osiągnięciem korzystnego efektu ekonomicznego w zakładzie
cynkowniczym.