鋼の亜鉛メッキ：「衝撃的な」酸化保護
なぜステンレス鋼よりも亜鉛メッキ鋼を選ぶのですか？
何かが私たちを行動に駆り立てるとき、私たちは「電流を通された」と言います。では、亜鉛メッキ鋼という用語を使用するとはどういう意味ですか または金属？
結局のところ、それはすべてショックに関するものです。
鉄金属には鉄が含まれており、世界の金属製造の90％を占めています。鉄は密度が高く、丈夫で（炭素と混合して鋼になると）、豊富で、精製が容易です。これらの特性により、産業や建築物にとって最も重要な金属となっています。
ただし、鉄とその合金の多くは、空気や水にさらされると錆びやすくなります。腐食からの保護は、鉄金属の設計の一部です。時々、この保護は合金の種類から来ることができます。たとえば、ステンレス鋼には、腐食に対する化学的保護のためにクロムやその他の元素が含まれています。しかし、これらの追加は機械的特性を変える可能性があります。また、高価になる可能性があります。粉体塗装、塗料、オイル処理などのシーラントが使用されることもあります。
亜鉛メッキ鋼はさらに一般的ですが、あまり理解されていません。どのように亜鉛メッキ鋼を作りますか？それは鉄金属を行動に駆り立てますか？亜鉛メッキ鋼は錆びますか？亜鉛メッキ鋼、アルミニウム、ステンレス鋼はいつ使用しますか？
亜鉛メッキ鋼とは何ですか？
亜鉛メッキは、亜鉛コーティングが鋼または鉄に適用され、鉄金属を腐食から保護するバリアを作成するプロセスです。亜鉛の層は、水と空気が鋼の表面に到達するのをブロックすることによって物理的に機能し、陰極防食を提供することによって化学的に機能します。この保護は電気化学的です…私たちを行動に駆り立てる比喩的な「亜鉛メッキ」のようなものです。この言葉は、生体電磁気学のパイオニアであった18世紀の科学者ルイージガルヴァーニの名前に由来しています。
亜鉛メッキは通常、高熱で行われます。亜鉛層は塗装または電気めっきによって追加できますが、どちらも薄い層を作成するだけです。光沢のある表面はわずか3ミクロンの厚さです。このような局所塗布は、耐食性が重要な屋外用途では脆弱です。
真の亜鉛メッキは高熱で起こり、亜鉛、酸素、二酸化炭素の間の化学的相互作用に依存しています。 3つは温度で反応して、通常50ミクロンの厚さで、屋外の場所ではるかに耐久性のある濃い灰色の炭酸亜鉛層を作成します。
亜鉛メッキ鋼は錆びていますか？
「亜鉛メッキ鋼は錆びていますか？」と自問しているかもしれません。答えはイエスです...ある程度、そして条件に基づいています。亜鉛メッキ鋼の錆の程度は、保護亜鉛コーティングの厚さ（これについては以下で詳しく説明します）と腐食環境のタイプに基づいています。
亜鉛メッキ鋼はどのような条件で錆びますか？最も一般的なものには、高湿度、湿ったまたは浸した環境、空気または水中の塩分、コケ、および酸が含まれます。しかし、亜鉛メッキは、コンクリート、モルタル、鉛、スズ、亜鉛、およびアルミニウムとの接触に対する優れた耐性も提供します。
亜鉛メッキは、錆の蓄積との戦いを長引かせるのに役立ちます。それは、鋼や鉄の酸化から保護するために亜鉛の酸化に依存しています。適切な条件で、亜鉛メッキ鋼は最大50年間錆びにくいです。さび、または鉄金属の酸化が停止します。それでも、亜鉛ではまだ酸化が起こっています（これは錆として知られていないだけです）。
亜鉛が最終的にすべて酸化によって変換されると、亜鉛は保護されなくなり、鋼はつぶれます。
溶融亜鉛めっき
溶融亜鉛めっきは、亜鉛亜鉛めっきの最も一般的な形式です。この方法では、鋼または鉄の部品から破片とミルスケールを取り除き、840°F近くの温度の亜鉛または亜鉛合金浴に降ろします。鋼は同じ温度になるまで浴に残され、その後持ち上げられて冷却されます。この冷却は、最終製品の目的の外観に応じて、すばやくまたはゆっくりと行うことができます。
亜鉛めっきは、アルミニウムを添加した亜鉛浴で亜鉛めっきするプロセスです。金属がまだ熱いうちに、製品全体が熱処理され、亜鉛-鉄合金のいくつかの層が形成されます。アルミニウムの添加とその後の熱処理により、得られた鋼の溶接性が向上します。亜鉛メッキ鋼は一般に赤錆のような緑青を発生しますが、保護されていない鉄合金が腐食する方法を腐食することはありません。
乾式亜鉛メッキ
亜鉛亜鉛メッキのあまり一般的ではない方法は、乾式亜鉛メッキです。このプロセスは、この方法を開発した冶金学者Sherard Cowper-Colesにちなんで名付けられた、Sherardizingとしても知られています。この技術では、温度と転倒によって亜鉛が鋼の表面に化学的に融合するまで、小さな鋼部品が亜鉛粉と砂とともに閉じた回転ドラム内で加熱されます。その後、部品は焼入れされます。小さな部品や、ホットディップでは届かない内面のある部品によく使用されます。
スパンコール
亜鉛メッキ鋼の伝統的に認識できる特徴の1つは、その表面のスパンコールです。すべての金属は、一連の雪片が密に詰まっているように、結晶の形で凍結します。ほとんどの金属では、この結晶粒は小さすぎて見えないか、エッチングなしでは粒界がはっきりしません。亜鉛合金亜鉛メッキにより、金属の凍結中に形成される結晶化パターンを確認できます。
スパンコールの形状とサイズは、溶融亜鉛めっき後の冷却条件にヒントを与えることができます。表面の凍結が遅いほど、結晶粒が大きくなり、羽や葉のような形をすることがよくあります。低温への急速な焼入れは、より小さく、より規則的な、またはより箱型の粒子につながる可能性があります。
最も目を引くスパンコールの多くは、亜鉛合金に少量の鉛またはスズを使用して作成されることがよくあります。これらの追加により、樹状突起のような粒子の作成が可能になります。これは、羽のような形状が表面全体に広がることを促進する凍結プロセスです。鉛フリー亜鉛メッキの開発により、鋼から凍結する亜鉛コーティングが作成されました。これらの鉛フリー合金は、直径0.5mmよりも小さい丸いスパンコールを作成する場合があります。合金と凍結条件の相互作用は、熟練したガルバナイザーが最終製品のスパンコールのサイズと形状に影響を与える可能性があることを意味します。
亜鉛メッキプロセスは、物理的な障壁を作成するために金属の周りに亜鉛のシェルを作成するだけの問題ではありません。もしそうなら、他の金属が使用される可能性があります。むしろ、亜鉛は「陰極防食法」と呼ばれる化学プロセスによって保護します。
電位が非常に異なる2つの金属を電解液浴に一緒に入れると、電気化学反応でアノードとカソードとして機能し始め、電流が発生します。 2つの金属の中で最も「アクティブ」なアノードは、電子を提供するため、単独の場合よりも速く腐食します。このアノード内の電子除去分子は化学的に不安定であり、環境内の化学物質と安定した分子を形成しようとし、酸化物やその他の腐食生成物を生成します。バッテリーは、この形態のガルバニック腐食を使用して電流を生成します。
金属は、陽極指数での反応性によって分類されます。金属の中で最も不活性または不活性な金が参照材料として使用されます。他のすべての金属には、金の電解浴にあるときの電圧を表す番号が付けられています。このインデックスは、金属を最も受動的なものから最も能動的なものに分類するガルバニックスケールの基礎です：
亜鉛メッキでは、陽極酸化金属である亜鉛が鋼または鉄を覆います。それはシーラントとして機能しますが、カバーにピンホールがある場合、亜鉛の電気化学的犠牲は、2つの金属の中でより活性が高いため、最初に腐食することを意味します。より陰極性の金属を保護するより陽極性の金属のこの特性は、海水に沈められて腐食の危険性があるボートの船体に意図的に使用されます。これらの犠牲陽極は、亜鉛とも呼ばれ、通常、船体にボルトで固定されています。多くの場合、亜鉛部品はプロペラやその他のデバイスの設計に含まれています。
亜鉛は、鉄の存在下ですぐに犠牲になりますが、それほど速くはありません。ガルバニックスケールを見ると、アルミニウム、マグネシウム、ベリリウムも「より活性が高く」、したがって保護的である可能性があることは明らかです。ただし、アルミニウムは鋼に結合するのが難しく、高価であり、犠牲陽極と同様に機能するには陽極指数に近すぎます。反対に、マグネシウムははるかに速く溶解し、さらに多くの環境でより反応性が高くなる可能性があります。亜鉛には、有機物やバクテリアの分解を防ぐという利点もあります。ベリリウムはまれで、高価で、非常に不安定です。
亜鉛メッキ鋼の仕上げ
亜鉛が水酸化亜鉛に分解すると、亜鉛メッキ鋼に白錆が発生する可能性があります。この「錆」は確かに亜鉛腐食の産物ですが、通常の状態では、保護されていない鋼が酸化するよりもはるかに遅い速度で発生します。このプロセスをさらに遅くするために、亜鉛メッキされた金属に油を塗ったり、場合によってはクロムを不動態化して、最終的なシーリング層を作成することがあります。この油性または不動態化された金属は、塗装やその他の方法で仕上げることはできませんが、多くの気候では、何十年も見栄えがよく、構造的にさらに長く健全な状態を保ちます。亜鉛メッキ鋼は、塗料がすぐに摩耗する可能性のある油を塗った作業部品に役立ちます。
塗料または粉体塗装の美観が好まれる用途では、亜鉛メッキ鋼をコーティングせずに残すことができます。しかし、ほとんどの場合、各アプローチのコスト削減を維持するために、アイテムは亜鉛メッキまたは塗装のいずれかであり、両方ではありません。
亜鉛メッキ鋼vsアルミニウムvsステンレス鋼
亜鉛メッキは、潜在的に腐食性の元素にさらされる金属を保護するのに役立つ費用効果の高い方法です。アルミニウムとステンレス鋼は、強力で耐食性のある金属を必要とする用途にも使用されます。亜鉛が多すぎると有毒になる可能性があり、酸と熱の両方が亜鉛を動員する可能性があるため、調理器具、調理器具、およびヘルスケアに適しています。亜鉛メッキ鋼の鈍い灰色のスパンコールが理想的ではない場所では、それらはより光沢があり、より適応性のある美的感覚を示します。
アルミニウムとステンレスはそれぞれコストが高く、それらの機械的特性は鋼と同じではありません。機械的特性、美観、または金属重量が重要なアプリケーションでは、より高価な材料が最適な選択となる場合があります。標準的な鋼の機能が望まれる他の場所では、亜鉛メッキプロセスは低コストでの耐候性に理想的です。
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