Új utakon a folyamatos tűzi mártó szalaghorganyzás Miskolci Egyetem Kerpely Antal Anyagtudományok és Technológiák Doktori Iskola Konzulens: Dr. Török Tamás Társ konzulens: Dr. Gácsi Zoltán Fajger János I. évf. PhD hallgató
Tartalomjegyzék Bevezetés Tűzihorganyzás ismertetése Tűzihorganyzási eljárások Mártó és folyamatos eljárások Fejlesztési trendek Tűzihorgany bevonatok Zn-Al, Zn-Al-Si, Zn-Al-Mg Utókezelések Konklúzió
Bevezetés I. Az utóbbi évtizedek sok olyan változást és fejlesztést hoztak a folyamatos sorokon történő tűzi mártó szalaghorganyzás területén, melyek közül néhány már elégségesen kiforrott ahhoz, hogy ezekre a műszaki tudományok művelőinek a figyelmét felhívjuk.
Bevezetés II. Ennek szellemében kerül bemutatásra a hagyományos Sendzimir rendszerű szalaghorganyzás, bemutatjuk az alumíniummal nagyobb mértékben és alumíniummal és magnéziummal is ötvözött cinkolvadékokkal történő tűzihorganyzás jelentős korrózióvédelmi előnyét, röviden ismertetésre kerül a kétszeres (DoubleDip) mártással történő bevonásban rejlő új lehetőségek, és a hagyományos kromátos (króm(vi)- tartalmú vizes oldatos) utókezelés kiváltására irányuló kutatások fontosabb szempontjai és főbb tendenciáit.
Tűzihorganyzás bemutatása hordozófém adott hőmérsékletű Zn alapú horganyfürdőbe mártása, meghatározott technológiai paraméterek mellet vas és acélterméket korrózióvédelme hordozó vasalapú ötvözetek összetétele és felületállapota termodiffúziós kötés létrejön mártó vagy folyamatos tűzihorganyzás
Forrás: Antal Árpád: A Tűzihorganyzás technológiája I.TŰZIHORGANYZÁS szakfolyóirat I. évf. 1. szám 2002. dec.
Darabárú horganyzás Forrás: Antal Árpád: A Tűzihorganyzás technológiája I.TŰZIHORGANYZÁS szakfolyóirat I. évf. 1. szám 2002. dec.
Horganyréteg Darabárú horganyzás Ötvözetlen acél Tiszta Zn alapú fürdő Forrás: Antal Árpád: A Tűzihorganyzás technológiája I.TŰZIHORGANYZÁS szakfolyóirat I. évf. 1. szám 2002. dec.
Folyamatos Tűzihorganyzó sor bemutatása Forrás: Antal Árpád: A Tűzihorganyzás technológiája I.TŰZIHORGANYZÁS szakfolyóirat I. évf. 1. szám 2002. dec.
Double-dip folyamatos tűzihorganyzó sor sémája Forrás: www.agozal.de/e_index.htm (2002)
Double-dip folyamatos tűzihorganyzó sor bemutatása Forrás: www.agozal.de/e_index.htm (2002)
Folyamatos szalaghoganyzás kétszeri mártással Kétszeres mártással készült tűzihorgany bevonat (szubsztrát: acél; felette: hagyományos összetételű cinkréteg; legfelül: Zn+5%Al ötvözetbevonat /fehér nagy primér cinkben dús kristályokkal/) Forrás: www.agozal.de/e_index.htm (2002)
Fejlesztési trendek azaz a kialakult horganyfelülettel szemben támasztott követelmények Jól igazodjon a tovább-feldolgozási műveletekhez hidegalakítás, hegesztés, festés stb. Megfelelés a hosszú távú bevonat-technikai célnak korrózióállóság Galvántechnika Zn-Ni, Zn-Fe, Zn-Co, Zn-Sn, Zn-Ni-Fe, Zn-Co-Cr-SiO 2 Tűzihorganyzás Zn-Al, Zn-Al-Si, Zn-Al-Mg
Probléma Feketefoltosodás (AlCl 3 kiválás) Zsírtalanított és aktivvá tett (sósavas pácolás) felületre felvitt vékony flux réteg (ZnCl 2 + NH 4 sók keveréke) igen reakcióképes a cinkötvözet olvadékoknak nagyobb koncentrációban alkalmazott Al és Mg ötvözőivel.
Megoldás Feketefoltosodás (AlCl 3 kiválás) Közbenső réteg alkalmazása a felületre felvitt vékony flux réteg és cinkolvadékban nagyobb koncentrációban lévő Al és Mg ötvözők között. Double-Dip (kétszeri mártás) technológia Első réteg Zn, második réteg Zn-Al
Növel Al-tartalmú bevonatok Zn-Al Közel eutektoidos Zn-Al ötvözet 5 % (m/m) Al tartalom 2x-es korrózióállóság Eutoktoidos szerkezet Zn oxidációja során megnő az fémbevonat felületi Al tartalma, passzívabbá válik A Zn-Al oxidos hidroxidos korróziós termék kisebb porozitással rendelkezik, mint a Zn oxidos hidroxidos korróziós terméke
Növel Al-tartalmú bevonatok Zn-Al A Galfan (Zn+5%Al) bevonat jellegzetes lamellás mikroszerkezete a bevonattal párhuzamosan készült mikroszkópos csiszolati képen. Nagyítás~1000 x Forrás: A.R. Marder: The metallurgy of zinc-coated steel, Progress in Materials Science 45 (2000) 191-271
Al- és Si-tartalmú bevonatok Zn-Al-Si Intermetallikus határfelületi réteg AlZnFeSi Akár 55% Al tartalom is elérhető Kiváló korrózióállóság Magas Al tartalom Jó abráziós kopásállóság Levegőn spontán kialakuló felületi vékony és transzparens alumínium-oxidos film
Mg- és Al-tartalmú bevonatok Zn-Al-Mg Eutektoidos ötvözet MgZn 2 -Zn, MgZn 2 -Zn-Al 4x-es korrózióállóság Zn bevonattal szemben 2x-es korrózióállóság a Zn-(5%)Al bevonattal szemben Kisebb leválás (dilatáció) Kisebb él korrózió
Mg- és Al-tartalmú bevonatok Zn-Al-Mg
Mg- és Al-tartalmú bevonatok Zn-Al-Mg Pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) felvételek a hagyományos (a) tűzihorgany bevonattal (Z), illetve a cink- alumínium- magnézium ötvözet bevonattal (ZM) (b) horganyzott acéltermékek keresztmetszeti csiszolatairól. Nagyítás: ~3000 x Forrás: S. Schürz, G.H. Luckeneder, M. Fleischanderl, P. Mack, H. Gsaller, A.c. Kneissl, G. Mori: Chemistry of corrosion products on Zn-Al- Mg alloy coated steel, Corrosion Science 52 (2010) 3271-3279
6%Al 3%Mg ötvözésű horganybevonat A jelölt összetételű Zn-Al-Mg ötvözet bevonat felszíne nagyítva. Nagyítás~2500 x A jelölt összetételű Zn-Al-Mg bevonat keresztmetszeti szövetképe nagyítva. Nagyítás~2500 x Forrás: Tsujimura, A. Komatsu, A. Andoh: Influence of Mg Content In Coating Layer and Coating Structure On Corrosion Resistance of Hot-Dip Zn-Al-Mg Alloy Coated Steel Sheet, Galvatech 2001, Brüsszel
Élkorrózió Hagyományos tűzihorganyzott acéllemez vágott élén nedves levegőn (vízcsepp alatt) a cink rozsda is megjelent korróziós termékei (fehér) mellett a vörös Magnéziummal is ötvözött horgany bevonatos acéllemez vágott élén nedves levegőn (vízcsepp alatt) kialakult passziváló hatású korróziós termék (fehér) alakul ki. (Katód foly.) Forrás: J. Schulz, O. Bendick, B. Werner, R. Wittowski : Zn-Mg Coatings Innovation for Coil Coated Steel Sheets, Galvatech 2011, Genova
Utókezelés Az alumíniummal legfeljebb csak < 0,3%-os mértékben ötvözött cinkolvadékból képzett tűzihorgany bevonatok egyik kellemetlen hibajelensége az ún. fehérrozsda (nagyon laza szerkezetű) Zn(OH) 2 -os korróziós termék
Utókezelés Híg krómsavas vizes oldatos Cr(VI) tartalom Foszfátok, ritkaföldfém sók Amorf védőréteg, vizes oldatos Molibdátos, cirkonátos, manganátos Szervetlen vegyületek Olajos Szerves vagy hibrid
Konklúzió Az autóipari, építőipari és sok más egyéb célra is nagy mennyiségben gyártott acélszalag- és lemeztermékek egyik legkorszerűbb korrózióvédelmi eljárása a folyamatos sorokon történő tűzi mártó szalaghorganyzás. A folyamatosan növekvő igényeknek való megfelelés érdekében nélkülözhetetlen a folyamatos fejlesztés. Különböző ötvözök használata néha kihívást jelent. Fontos kérdés még a Cr(VI) mentes utókezelések fejlesztése, kutatása.
Új lehetőségek a double-dip Fehérrozsda, frissen horganyzott (aktiv) felületet azonnal védeni (innovatív).
Köszönöm a megtisztelő figyelmet! A tanulmány/kutató munka a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0008 jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.