เหล็กชุบสังกะสีเคลือบด้วยชั้นของสังกะสีเพื่อป้องกันการกัดกร่อน สังกะสีถูกใช้ครั้งแรกในการก่อสร้างในช่วงที่เมืองปอมเปอีถูกทำลาย แต่ถูกใช้ครั้งแรกในการชุบเหล็ก (จริงๆ แล้วคือเหล็ก) ในปี ค.ศ. 1742 และกระบวนการนี้ได้รับการจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2380 เหล็กชุบสังกะสีใช้ทำแผ่นโลหะวาบ รางน้ำ และรางน้ำ รวมไปถึงเล็บภายนอกด้วย มีหลายกระบวนการที่สามารถใช้ในการชุบเหล็กได้: การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน การชุบด้วยไฟฟ้า การชุบด้วยไฟฟ้า และการพ่นด้วยโลหะ
ขั้นตอน
วิธีที่ 1 จาก 4: การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน
ขั้นตอนที่ 1. ทำความสะอาดพื้นผิวที่ปนเปื้อน
ก่อนดำเนินการขั้นตอนอื่นใด ผิวเหล็กต้องทำความสะอาดอย่างทั่วถึง วิธีการทำเช่นนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งที่ต้องทำความสะอาด
- คราบสกปรก จารบี น้ำมัน หรือสี ต้องใช้กรดอ่อน ด่างร้อน หรือสารทำความสะอาดทางชีวภาพ
- ต้องทำความสะอาดแอสฟัลต์ อีพ็อกซี่ ไวนิล หรือตะกรันจากการเชื่อมด้วยการพ่นทรายหรือด้วยสารกัดกร่อนอื่นๆ
ขั้นตอนที่ 2. ดองสนิมออก
การดองทำด้วยกรดไฮโดรคลอริกหรือกรดซัลฟิวริกร้อน มันกำจัดทั้งสนิมและสะเก็ดของโรงสี
ในบางกรณี การทำความสะอาดด้วยสารกัดกร่อนอาจเพียงพอที่จะขจัดสนิมได้ หรืออาจจำเป็นต้องใช้ทั้งสารละลายดองและสารกัดกร่อน ในบางกรณี สารกัดกร่อนที่มีขนาดใหญ่กว่า เช่น บัคช็อต จะถูกพ่นด้วยอากาศบนเหล็ก
ขั้นตอนที่ 3 ใส่โลหะในฟลักซ์
ในกรณีนี้ “ฟลักซ์” คือสารละลายของซิงค์แอมโมเนียมคลอไรด์ที่ขจัดสนิมและตะกรันที่เหลืออยู่ และป้องกันเหล็กจากการขึ้นสนิมจนกว่าจะมีการชุบสังกะสีจริง
ขั้นตอนที่ 4 จุ่มเหล็กลงในสังกะสีหลอมเหลว
อ่างสังกะสีหลอมเหลวควรมีสังกะสีอย่างน้อย 98 เปอร์เซ็นต์และคงไว้ที่อุณหภูมิ 815 ถึง 850 องศาฟาเรนไฮต์ (435 ถึง 455 องศาเซลเซียส)
ในขณะที่เหล็กแช่อยู่ในอ่างสังกะสี เหล็กของเหล็กจะทำปฏิกิริยากับสังกะสีเพื่อสร้างชั้นโลหะผสมและชั้นนอกของสังกะสีบริสุทธิ์
ขั้นตอนที่ 5. นำเหล็กอาบสังกะสีออกจากอ่างสังกะสีอย่างช้าๆ
สังกะสีส่วนเกินส่วนใหญ่จะระบายออก สิ่งที่ไม่ระบายออกสามารถสั่นสะเทือนหรือปั่นแยกในเครื่องหมุนเหวี่ยง
ขั้นตอนที่ 6 ทำให้เหล็กชุบสังกะสีเย็นลง
การหล่อเย็นโลหะจะหยุดปฏิกิริยาการชุบสังกะสี ซึ่งจะคงอยู่ต่อไปตราบใดที่เหล็กยังมีอุณหภูมิเท่าเดิมขณะแช่ในอ่างสังกะสี การทำความเย็นสามารถทำได้หลายวิธี:
- จุ่มเหล็กลงในสารละลายทู่ เช่น โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์
- จุ่มเหล็กลงในน้ำ
- ปล่อยให้เหล็กเย็นในที่โล่ง
ขั้นตอนที่ 7 ตรวจสอบเหล็กชุบสังกะสี
เมื่อเหล็กอาบสังกะสีเย็นตัวลงแล้ว ให้ตรวจดูให้แน่ใจว่าเคลือบสังกะสีดูดี ยึดเกาะกับเหล็ก และมีความหนาเพียงพอ มีการทดสอบหลายอย่างที่สามารถทำได้เพื่อให้แน่ใจว่าการชุบสังกะสีสำเร็จ
องค์กรต่างๆ เช่น American Society for Testing and Materials (ปัจจุบันเรียกว่า ASTM International), International Standards Organization (ISO), Canadian Standards Association (CSA) และ American Standards Association ได้กำหนดมาตรฐานสำหรับการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนและการตรวจสอบผลลัพธ์ สมาคมเจ้าหน้าที่ทางหลวงและการขนส่งของรัฐ (AASHTO):
วิธีที่ 2 จาก 4: การชุบด้วยไฟฟ้า
ขั้นตอนที่ 1. เตรียมเหล็กสำหรับชุบกัลวาไนซ์แบบจุ่มร้อน
เหล็กต้องทำความสะอาดและขจัดสนิมก่อนจึงจะเกิดไฟฟ้ากัลวาไนซ์ได้
ขั้นตอนที่ 2 เตรียมสารละลายสังกะสีอิเล็กโทรไลต์
ปกติจะใช้ซิงค์ซัลเฟตหรือซิงค์ไซยาไนด์สำหรับอิเล็กโทรไลต์
ขั้นตอนที่ 3 จุ่มเหล็กลงในอิเล็กโทรไลต์
สารละลายจะทำปฏิกิริยากับเหล็กเพื่อทำให้สังกะสีตกตะกอนบนเหล็กเคลือบมัน ยิ่งเหล็กเหลืออยู่ในอิเล็กโทรไลต์นานเท่าใด การเคลือบก็จะยิ่งหนาขึ้นเท่านั้น
แม้ว่าวิธีนี้จะควบคุมความหนาของชั้นเคลือบสังกะสีได้ดีกว่าการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน แต่โดยปกติแล้วจะไม่ยอมให้ชั้นหนาขึ้น
วิธีที่ 3 จาก 4: Sherardizing
ขั้นตอนที่ 1. เตรียมเหล็กเช่นเดียวกับวิธีการชุบกัลวาไนซ์แบบอื่นๆ
ขจัดสิ่งสกปรกด้วยกรดหรือพ่นทรายตามความจำเป็นและขจัดสนิมออก
ขั้นตอนที่ 2 วางเหล็กในกล่องปิดสุญญากาศ
ขั้นตอนที่ 3 ล้อมรอบเหล็กด้วยสังกะสีผง
ขั้นตอนที่ 4. อุ่นเหล็ก
วิธีนี้จะทำให้สังกะสีที่เป็นผงหลอมเหลวกลายเป็นของเหลวที่เคลือบโลหะผสมบาง ๆ เมื่อถูกทำให้เย็นลง
Sherardizing เหมาะที่สุดสำหรับชิ้นเหล็กที่มีรูปร่าง เนื่องจากการเคลือบผิวด้วยกัลวานิกจะเป็นไปตามรูปแบบของเหล็กที่อยู่ด้านล่าง ควรใช้กับวัตถุโลหะที่ค่อนข้างเล็ก
วิธีที่ 4 จาก 4: การพ่นด้วยโลหะ
ขั้นตอนที่ 1. เตรียมเหล็กเช่นเดียวกับวิธีอื่นๆ
ขจัดสิ่งสกปรกทั้งหมดและขจัดสนิมเพื่อให้พร้อมฉีดพ่น
ขั้นตอนที่ 2. ฉีดสเปรย์ลงบนผิวเคลือบสังกะสีที่หลอมละลายอย่างดี
ขั้นตอนที่ 3 อุ่นเหล็กเคลือบเพื่อให้แน่ใจว่ามีการยึดเกาะที่เหมาะสม
สารเคลือบกัลวานิกที่ผลิตด้วยวิธีนี้มีความเปราะบางน้อยกว่าและมีแนวโน้มที่จะหลุดลอกและหลุดลอกน้อยลง แต่ให้การป้องกันสนิมสำหรับเหล็กที่อยู่ด้านล่างน้อยกว่า
เคล็ดลับ
- เหล็กกัลวาไนซ์สามารถป้องกันการกัดกร่อนเพิ่มเติมได้ด้วยการทาสีด้วยสีฝุ่นสังกะสี ไม่สามารถใช้สีสังกะสีแทนการชุบสังกะสีได้
- เมื่อทาสี เหล็กอาบสังกะสีอาจมีลักษณะเป็นแพรวพราว
- เหล็กกัลวาไนซ์ทนต่อการสึกกร่อนจากการสัมผัสกับคอนกรีต ปูน อลูมิเนียม ตะกั่ว ดีบุก และแน่นอน สังกะสี
- การกัลวาไนซ์เป็นรูปแบบหนึ่งของสิ่งที่เรียกว่าการป้องกันแคโทดิก โดยที่โลหะที่ได้รับการป้องกันทำหน้าที่เป็นแคโทดในปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า และโลหะป้องกันทำหน้าที่เป็นแอโนด หรือโดยเฉพาะอย่างยิ่ง แอโนดบูชายัญที่กัดกร่อนแทนที่โลหะที่ได้รับการป้องกัน โลหะที่เคลือบด้วยโลหะแอโนดบูชายัญบางครั้งเรียกว่าโลหะอโนไดซ์
คำเตือน
- การเคลือบสังกะสีจากเหล็กชุบสังกะสีมีความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนจากกรดและด่าง (ด่าง) โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีความเสี่ยงต่อกรดกำมะถันและกำมะถันซึ่งสามารถผลิตได้โดยการผสมไฮโดรเจนซัลไฟด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์กับน้ำฝน (ฝนกรด) จะทำให้แย่ลงหากฝนตกจากงูสวัดไม้หรือตะไคร่น้ำ น้ำฝนอาจทำปฏิกิริยากับการเคลือบสังกะสีเพื่อสร้างสังกะสีคาร์บอเนต เมื่อเวลาผ่านไป ซิงค์คาร์บอเนตจะเปราะและในที่สุดจะทำให้โลหะผสมสังกะสีหรือแม้แต่โลหะฐานอยู่ภายใต้การกัดกร่อน
- เหล็กกัลวาไนซ์จะทาสียากกว่าเหล็กที่ไม่เคลือบสังกะสี
- เหล็กกัลวาไนซ์มีความต้านทานการกัดกร่อนเพียงเล็กน้อยเมื่อสัมผัสกับโลหะอื่นๆ ที่ไม่ใช่อะลูมิเนียม ตะกั่ว ดีบุก หรือสังกะสี มีแนวโน้มเป็นพิเศษที่จะเกิดการกัดกร่อนรอบๆ เหล็ก เหล็กกล้า และทองแดง เช่นเดียวกับซีเมนต์ที่มีคลอไรด์หรือซัลเฟต
- การเคลือบสังกะสีในเหล็กอาบสังกะสีนั้นมีความเสี่ยงต่อความล้าของโลหะเช่นกัน เนื่องจากสังกะสีมีแนวโน้มที่จะขยายตัวเมื่อถูกความร้อนและหดตัวเมื่อเย็นลง