Un dels aspectes més freqüentment incompresos de la galvanització en calent és per què les seccions d'acer més gruixudes desenvolupen naturalment recobriments de zinc més gruixuts. A primera vista, aquests dos gruixos poden semblar no relacionats, però la cinètica de la reacció metal·lúrgica i el comportament de transferència de calor expliquen aquesta relació consistent i predictible.
Principi metal·lúrgic fonamental
La galvanització en calent és un procés controlat per difusió. Quan l'acer està submergit en zinc fos a aproximadament 840 a 850 graus F (449-454 graus), el ferro i el zinc reaccionen per formar una seqüència de capes d'aliatge intermetàl·lic zinc-ferro, unides metal·lúrgicament al substrat d'acer. El recobriment no és només un dipòsit superficial de zinc pur sinó una veritable transformació metal·lúrgica. El creixement del recobriment es regeix per la temperatura, la durada d'immersió, la química de l'acer, la velocitat de transferència de calor i la cinètica de difusió.
El paper de la massa tèrmica
El factor més crític que vincula el gruix de l'acer amb el gruix del recobriment és la massa tèrmica. Una secció d'acer gruixuda i pesada té una massa tèrmica significativament més gran que una de lleugera i fina. Quan es submergeix al bany de zinc fos:
- Les seccions més gruixudes retenen la calor durant un període més llarg
- La seva velocitat de refredament després de retirar-se del bany és molt més lenta
- Per tant, la reacció de creixement intermetàl·lic continua durant un temps efectiu prolongat
Per contra, el material de làmina prima o de calibre lleuger arriba a l'equilibri tèrmic ràpidament i es refreda ràpidament un cop retirat, limitant el temps disponible per a la reacció de difusió i normalment resultant en un creixement més lleuger del recobriment en seccions d'acer més primes.
Cinètica de difusió i desenvolupament de capes
A mesura que les seccions d'acer més gruixudes mantenen una temperatura elevada durant més temps, la difusió del ferro al zinc fos continua durant una major durada, el gruix de la capa intermetàl·lica augmenta i el gruix total del recobriment creix proporcionalment. El gruix de l'acer influeix indirectament en el gruix del recobriment afectant el temps de reacció disponible.
Normes de la indústria: ASTM A123 i ISO 1461
Tant l'ASTM A123 com la ISO 1461 reconeixen aquest comportament metal·lúrgic previsible mitjançant l'establiment de valors mínims de gruix de recobriment basats en els intervals de gruix d'acer. Segons ASTM A123, per a les formes i plaques estructurals, el gruix mínim de recobriment mitjà augmenta progressivament amb el gruix de l'acer:
| Gruix d'acer | Mitjana mínima Gruix del recobriment |
|---|---|
| < 1.6 mm | 45 μm |
| 1,6 – 3,2 mm | 65 μm |
| 3,2 – 4,8 mm | 75 μm |
| 4,8 – 6,4 mm | 85 μm |
| >6,4 mm | 100 μm |
Per a xapes d'acer prima de menys d'1,5 mm, el requisit és de 45 μm, mentre que una biga estructural gruixuda de més de 6 mm requereix almenys 85 μm. Tots els requisits de gruix del recobriment són mínims; no hi ha límits màxims.
Diferències de forma de producte
Per a xapes d'acer galvanitzades en línies contínues (com ara material de revestiment d'automòbils o edificis), els gruixos del recobriment solen oscil·lar entre uns 6 μm i 50 μm per costat, amb productes estàndard com la Classe G90 que produeixen aproximadament 18 μm per costat.
Implicacions pràctiques
Com que la vida útil del recobriment en entorns atmosfèrics és aproximadament proporcional al gruix del recobriment, els membres estructurals més gruixuts aconsegueixen naturalment una durabilitat estesa sense requerir modificacions addicionals del procés. La química de l'acer també és important: elements com el silici i el fòsfor influeixen en la reactivitat i poden accelerar la formació de la capa d'aliatge, i quan l'acer més gruixut també conté química reactiva, el gruix del recobriment pot augmentar encara més i desenvolupar un mat.
La relació entre el gruix del substrat d'acer i el gruix del recobriment de zinc galvanitzat no és arbitrària. Deriva directament del comportament metal·lúrgic del procés de galvanització per immersió en calent. La capacitat de mesurar i especificar el gruix del recobriment en funció del gruix de l'acer proporciona als enginyers un marc fiable i basat en la ciència per seleccionar productes d'acer galvanitzat que ofereixin la vida útil necessària en l'entorn de servei previst.
