7.2 Zinkbadet - legeringsämnens inverkan

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "7.2 Zinkbadet - legeringsämnens inverkan"

Linnéa Åkesson
för 5 år sedan
Visningar:

7.2 Zinkbadet - legeringsämnens inverkan I det följande skall vi försöka sätta oss in i vad som händer och sker när ståldetaljer eller stålkonstruktioner sänks ned i zinkbad, som har tillsatser eller

1 7.2 Zinkbadet - legeringsämnens inverkan I det följande skall vi försöka sätta oss in i vad som händer och sker när ståldetaljer eller stålkonstruktioner sänks ned i zinkbad, som har tillsatser eller föroreningar av andra metaller. Nedanstående gäller endast lågtemperaturbad C Järn Järn är begränsat löslig i zink vid 450 grader Celsius och halter över 0,025 % medför att järn och zink bildar hårdzink. Sammansättningen är lika zetafasen men andra legeringselement i badet kan ändra sammansättningen något. I stort betyder det dock att 1 kg järn ger ca 25 kg hårdzink. Det är således ett mycket dyrt sätt att förstöra zink på. Nedan visas lösligheten av järn i smält zink. Vissa forskare anser att ett av järn omättat zinkbad utbildar mindre zetafas medan andra inte alls ser någon verkan av låg järnhalt. Bild. Järnets löslighet i zink vid olika temperaturer. Järnkällor som ger upphov till hårdzink är tappade detaljer, järnrik fluss eller fluss med lågt ph, vilket medför ökad järnkloridbildning på godset om det lagras före doppning i zinkbadet. Vid hårdzinktagning kan det vara en fördel att sänka temperaturen något eftersom då mer hårdzink faller ut. Överskott av järn bildar tillsammans med bl a aluminium och nickel ternära faser, som kan uppträda som flytande hårdzinkpartiklar i zinkbadet och ge godsytan ett oestetiskt utseende Bly Bly förekommer i termisk producerad zink eller som tillsats i zinken (Prime Western).

2 Bly i botten på zinkbadet underlättar hårdzinkupptagningen. Vid 450 C löser sig ca 1,4 % bly i zinkbadet. Blytillsats i zinkbadet ger bättre vätning av stålet och lägre ytspänning. Man har funnit att ökande blyhalt (från = 0,03 till 1,2%) ger en kraftig effekt på avrinningen av zink vid upptagning av godset. Bly medverkar också till att hårdzinken snabbare sjunker till botten dvs man får mindre flytande hårdzink. Bly klassas i många länder som giftigt och man vill på sikt eliminera blyet vid varmförzinkning. I Sverige har vi sedan många år tillbaka ej tillsatt bly till zinkbadet. Vid fosfatering av förzinkat gods säger bl. a Rautaruukki att blyet reducerar färgens vidhäftning. Bly koncentreras till korngränserna, vilket sänker den temperatur, som zinkskiktet på en detalj kan utsättas för. Metallen påverkar också kristallstrukturen i ytan Aluminium Aluminium används i zinkbadet av följande orsaker: - Man minskar oxidationshastigheten av zink och därmed zinkförbrukningen - Man ökar glansen i zinkskiktet - Man hämnar järnzinkreaktionen en viss tid - Man reducerar rosstorleken vid bly i zinkbadet. Haltnivåerna måste hållas nere i ett vanligt zinkbad eftersom den fluss vi använder inte kan klara av vilka aluminiumhalter som helst. Max.halten bör vara % annars kan det bli problem med svarta fläckar. En ren kraftig fluss klarar betydligt högre aluminiumhalter än en järnförorenad, svag dito. Den våta metoden klarar högre aluminiumhalt än den torra metoden. Skall man klara något högre aluminiumhalter måste en natrium-aluminium-fluorid (kryolit) tillsättas flussen (10 %) Aluminiumhalter mellan 0,1-0,3 % reducerar zetafasbildningen och används huvudsakligen vid tråd- och bandförzinkning. Över 0,2 % aluminium ökar tendensen till tår- och gardinbildning på godsytan beroende på samspelet mellan oxidfilmen och den stelnande metallen. Denna tendens har även setts i vanliga varmförzinkningsbad troligen beroende på lokalt högre aluminiumhalt. Den ternära Fe - Al - Zn -fasen (bildas vid för hög aluminiumhalt) kan innebära flytande hårdzink i zinkbadet. Denna fasbildning är mycket beroende av hur aluminium tillsätts i zinkbadet Nickel Nickel tillsätts i zinkbadet för att eliminera zetatillväxten i zinkskiktet hos stål med en kiselhalt mellan 0,03-0,14 % (Sandelinområdet). Det tillsatta nicklet har dålig löslighet i zetafasen och anrikas därför framför växande zetakristaller och bromsar tillväxten. Nickel har en bromsande effekt på zetatillväxten på stål upp till 0,22 % kiselhalt - över den kiselhalten fungerar skiktbildningen som i ett vanligt zinkbad. Nickelhalten i zinkbadet bör ligga mellan 0,04-0,07 %. För högt nickelinnehåll innebär att nickel bildar hårdzink och faller till botten av zinkbadet. Men det kan också bildas en trefasstruktur av Zn -Ni- Fe (> 0,06 % Ni), som bildar hårdzinkpärlor på godset. Normalt innehåller zetafasen < 1 % Ni medan den ternära gamma 2- fasen innehåller 2 till 3 % nickel. Detta betyder större nickelförbrukning vid högre nickelhalter i badet. För hög nickelhalt gör det svårt att nå standardens skikttjockleksvärden.

3 Nickel kan tillsättas som zink-nickeltackor med varierande halt (0,5 eller 2,0 % nickel) eller direktlegering med en patenterad process från Cominco. Den senare metoden kostar endast hälften av de andra genom bättre utnyttjande av nicklet. Vid tillsats med tackor bör man inte ta hårdzink för snabbt eftersom nicklet behöver tid för att lösa sig. Med nickel i badet minskar zinkupptaget och askbildning medan däremot hårdzinkbildningen ökar. Nickel i zinkbadet ger zinkskiktet en glansigare yta. Figuren ovan visar den kritiska gränsen för flytande hårdzinkpartiklar i nickellegerat zinkbad. Nickelhalten får således inte var över 0,060 % vid 450 graders zinkbadstemperatur Koppar Koppar förekommer i zinkbadet som en förorening och påverkar järnzinkfasens tillväxt. En ternär fas kan bildas, som kan modifiera zetafasen, vilket kan innebära att fasens hållfasthet minskar. För hög kopparhalt minskar grytans livslängd genom att accelerera korrosionen av ferriten. Koppar kan tillföras zinkgrytan genom Prime Western-zink eller av det doppade stålet Magnesium En halt av 0,03% magnesium påstås ge en förbättrad korrosionshärdighet för zinkskiktet. Dock används inte magnesium ensamt som legeringsmaterial i zinkbad utan tillsammans med t ex aluminium Vanadin - Titan Utförda prov visar att ett zinkbad innehållande 0.04 % V % Ti håller tillbaka zetabildningen på stål innehållande upp till 1 % kisel. Deltaskiktet blev mer diffust med ökande kiselhalt över 0,3 %. Zinkskikten blev blanka utan gråa inslag. Vidhäftningen är bra och skikten jämna. Försöken tyder på att zinkupptaget minskar betydligt medan askbildningen ökar kraftigt (50 %) jämfört med vanlig varmförzinkning. Kostnaden verkar stiga med 25 % men detta tjänar man in på mindre zinkåtgång. Enbart titan- eller vanadintillsatser håller också tillbaka zetareaktionen men endast till kiselhalten når ca 0, 25-0,30 %.

4 Då metoden ligger på provningsstadiet och ännu ej använts kommersiellt föreligger inga föreskrifter om hur man tillsätter legeringselementen Vismut Eftersom bly troligen kommer att förbjudas i zinkbad har man provat om vismut kan ersätta blyet. Vismut rapporteras fungera lika bra som bly och vismut - bly fungerar ännu bättre beträffande avrinning vid förzinkning av komplexa konstruktioner. Vid en tillsats av 0,1 0,2 % Bi erhölls en god avrinning från godset (lika bra som med 1 % Pb) och alla andra egenskaper jämfört med vanlig varmförzinkning påverkades ej. Man kunde heller inte påvisa någon ökad attack på grytväggarna. Vismuttillsatsen ger blanka zinkskikt med kristallint mönster. Zinkupptaget och hårdzinkbildning minskade medan askbildning verkar öka. Vismuthalten i hårdzink är 0,5-1,0 av halten i zinkbadet och askan har ungefär samma halt som i zinkbadet. Vismuttillsats (0,15 0,20 %) i högtemperaturbad ger väsentligt bättre vidhäftning Vismut finns liksom bly främst i etafasen (renzinken) varför åtgången inte är proportionell mot innehållet i zinkbadet. Det är viktigt att vismuten fördelas bra i zinkbadet så att hela smältan har samma halt. Vismutlegerade zink-nickelbad. Nickellegerade zinkbad används för att kunna varmförzinka Sandelinstål. Effekten av nickel ( %) upphör vid en kiselhalt av >0.20 % i stålet. För att också få en bättre avrinning vid varmförzinkning i blyfria bad tillsattes vismut. Nickeltillsats i zinkbadet minskar zinkförbrukningen d v s zinkskiktet ganska radikalt. Minskningen är sådan att man får problem att nå de lägsta föreskrivna standardvärdena enligt EN ISO Vismuttillsats medförde: Ingen påverkan på skikttjockleken Gråare zinkskikt vid kiselhalter > 0.15 % och ökande nickelhalter (> 0.06%) Avrinningseffekten är störst på mer komplicerade detaljer med hål Tenn Vid en halt av 2,5-5,0 % tenn hölls zetatillväxten effektivt nere vid varmförzinkning av reaktiva stål. Effekten är till och med bättre än för nickelinnehållande bad då tenn tillsätts ett sådant bad. Liksom nickel hindrar tenn zetatillväxten. En tennfilm hindrar diffusionen av järn och zink och därmed zetabildningen. Zinkskiktet blir vitare (ej så blankt) och jämnare med rosmönster. Det är också lättare att varmförzinka gjutjärn. Askbildningen minskade liksom zinkkonsumtionen. Hårdzinkbildningen ökade men mycket kom från grytväggarna.

5 En nackdel är att zinkbad med tenn fräter på grytväggarna, vilket nedsätter grytans livslängd betydligt (3 gånger snabbare korrosion). Detta betyder att keramisk gryta behöver användas (men se upp för läckage genom tennets lägre smältpunkt?). Mer tester behöver utföras för att verifiera metoden.

Relevanta dokument

7.4 Avvikelser vid varmförzinkning

7.4 Avvikelser vid varmförzinkning Nedan beskrivs några av de vanligaste avvikelserna vid varmförzinkning. Vill du veta mer kan du studera Nordisk Förzinkningsförenings häfte Avvikelser vid varmförzinkning