Hỏi: Độ bền của cuộn mạ kẽm có ảnh hưởng đến lớp mạ kẽm không?
Đ: Vâng, đúng vậy. Độ dẻo dai của cuộn dây mạ kẽm-tức là khả năng hấp thụ năng lượng biến dạng dẻo trước khi gãy của vật liệu-không chỉ được xác định bởi nền thép. Sự hiện diện của lớp phủ kẽm làm thay đổi độ bền tổng thể của cuộn mạ kẽm theo nhiều cách. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng so với cùng một chất nền, các tấm thép mạ kẽm nhúng nóng-có độ bền kéo và khả năng biến dạng dẻo giảm. Sự giảm độ dẻo chủ yếu bắt nguồn từ các vết nứt nhỏ hình thành trên bề mặt nền trong quá trình mạ kẽm nhúng nóng-, trong khi độ bền giảm là do độ bền của lớp phủ kẽm bề mặt thấp hơn so với nền thép. Hơn nữa, các loại lớp phủ khác nhau (lớp phủ kẽm nguyên chất, lớp phủ hợp kim sắt-kẽm) có tác động khác nhau đáng kể đến độ bền. Vì vậy, khi đánh giá độ bền của cuộn mạ kẽm, lớp mạ kẽm phải được coi là yếu tố độc lập và không thể đơn giản đánh đồng với chỉ số độ bền của nền.
2. Ảnh hưởng của các hợp chất liên kim loại trong lớp phủ hợp kim sắt-kẽm đến độ bền là gì?
Đáp: Lớp phủ hợp kim sắt-kẽm bao gồm nhiều lớp hợp chất sắt{1}}kẽm mỏng, bao gồm pha Γ, pha Γ1, pha δ và pha ζ. Các hợp chất này chủ yếu cứng và giòn và là nguyên nhân chính làm giảm độ bền của cuộn mạ kẽm. Trong đó, pha Γ trong cùng, gần bề mặt nhất, là pha giòn và có ảnh hưởng lớn nhất đến độ bám dính của lớp phủ; pha Γ càng dày thì càng dễ nghiền thành bột và bóc vỏ. Pha Γ1 liền kề, mặc dù nó có thể ngăn cản sự lan truyền ngang của các vết nứt, nhưng bản thân nó hơi giòn. Lưới-như pha δ ở giữa có độ dẻo tốt và là một trong số ít các lớp góp phần tạo nên độ bền-trong lớp phủ. Pha ζ bên ngoài dễ bị nứt trong quá trình biến dạng và lan truyền dọc theo ranh giới pha. Sự khác biệt lớn về độ dẻo giữa các pha trong lớp phủ hợp kim gây ra ứng suất bên trong lớp phủ và tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp phủ/nền thép do mức độ biến dạng khác nhau trong quá trình dập, dẫn đến nứt lớp phủ sớm và làm giảm đáng kể độ bền của cuộn dây mạ kẽm trong quá trình uốn, kéo sâu và các quá trình xử lý khác.
3. Các vết nứt nhỏ hình thành trong quá trình mạ ảnh hưởng như thế nào đến độ bền?
Đáp: Bản thân quá trình mạ kẽm nhúng nóng-đã tạo ra các vết nứt nhỏ trên lớp kẽm và bề mặt nền. Những vết nứt này trở thành điểm tập trung ứng suất, tác động trực tiếp và tiêu cực đến độ dẻo dai. Nghiên cứu cho thấy một lộ trình gồm nhiều-giai đoạn cho sự hình thành và lan truyền vết nứt: Thứ nhất, do ứng suất dư, các vết nứt vi mô hình thành ở lớp FeZn10 có nhiệt độ-cao σ-; khi chịu ứng suất kéo bên ngoài, các vết nứt lan truyền lên trên dọc theo ranh giới hạt trong lớp này; sau đó, các vết nứt chuyển sang lớp ζ-FeZn13 và tiếp tục lan truyền dọc theo bề mặt pha FeZn13-Zn; cuối cùng, chúng lan truyền trở lại dọc theo các ranh giới hạt trên bề mặt lớp η-Zn cho đến khi lớp phủ bị nứt hoàn toàn. Chế độ lan truyền vết nứt nhiều giai đoạn này từ pha giòn bên trong ra bên ngoài có nghĩa là ngay cả trước khi ứng suất tổng thể đạt đến cường độ chảy của nền, các vết nứt lớp phủ đã hình thành và lan truyền. Đối với các cuộn dây mạ kẽm cần uốn cong nhiều lần hoặc kéo sâu, những vết nứt nhỏ này sẽ tăng tốc độ lan truyền khi có biến dạng lớn và thậm chí kéo dài vào lớp nền, làm suy yếu nghiêm trọng khả năng dự trữ độ dẻo dai của vật liệu trong quá trình sử dụng.
4. Lớp phủ kẽm có gây ra hiện tượng giòn hydro trong cuộn mạ kẽm không?
Đ: Vâng. Sự giòn do hydro là một cơ chế quan trọng khác mà độ bền của cuộn mạ kẽm bị ảnh hưởng bởi lớp phủ kẽm, đặc biệt là trong khí quyển biển hoặc môi trường ẩm ướt. Nếu lớp phủ kẽm bị hư hỏng trong quá trình sử dụng, nó sẽ cung cấp lớp bảo vệ catốt cho nền thép. Tuy nhiên, tiềm năng bảo vệ tiêu cực quá mức có thể dẫn đến sự phát triển hydro trên bề mặt thép. Các nguyên tử hydro xâm nhập vào mạng ma trận, khiến độ dẻo dai của vật liệu giảm mạnh. Các nghiên cứu cho thấy rằng sự thẩm thấu hydro trong nước biển làm giảm đáng kể độ giãn dài sau đứt gãy và mật độ năng lượng của thép mạ kẽm nhúng nóng-, thay đổi chế độ đứt gãy của nó từ đứt gãy dẻo sang đứt gãy gần như giòn phân tách. Khi thời gian sử dụng tăng lên, hàm lượng hydro trong vật liệu liên tục tăng lên và độ nhạy giòn của hydro cũng tăng lên. Đây là lý do tại sao các vòng đệm lò xo, ốc vít, v.v. có độ bền cao thường yêu cầu xử lý nhiệt loại bỏ hydro đặc biệt sau khi mạ điện (thường được giữ ở nhiệt độ 190~230 độ trong 6~8 giờ) để giảm nguy cơ gãy giòn.
5. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ bền của cuộn mạ kẽm là gì? Làm thế nào họ có thể tránh được?
Trả lời: Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của cuộn mạ kẽm có thể được phân loại chủ yếu như sau: Thứ nhất, độ dày và loại lớp phủ-lớp kẽm càng dày thì nguy cơ bắt đầu và lan truyền vết nứt càng lớn; Lớp phủ hợp kim, do có các hợp chất liên kim loại cứng và giòn, thường có độ bền thấp hơn lớp phủ kẽm nguyên chất. Thứ hai, thành phần chất nền-hàm lượng và tỷ lệ các nguyên tố như silicon và mangan trong chất nền ảnh hưởng đến hành vi oxy hóa chọn lọc trong quá trình ủ. Khi pha ζ giòn hình thành tại bề mặt, bề mặt dễ bị nứt trong quá trình kiểm tra độ bền kéo và các vết nứt lan truyền vào bề mặt, dẫn đến độ bền giảm. Thứ ba, quy trình sản xuất-nhiệt độ mạ kẽm nhúng nóng-, thời gian ngâm và quy trình tạo hợp kim đều ảnh hưởng đến độ dày và sự phân bố của từng pha trong lớp phủ, do đó làm thay đổi hiệu suất độ bền. Để tránh suy giảm độ bền, nên thực hiện các biện pháp sau: chọn loại lớp phủ thích hợp theo yêu cầu xử lý (ưu tiên lớp phủ kẽm nguyên chất hơn lớp phủ hợp kim cho các bộ phận có rãnh sâu); kiểm soát chặt chẽ độ dày lớp kẽm để tránh vượt quá quy cách thiết kế; tối ưu hóa thành phần cơ chất để ngăn chặn sự hình thành các pha giòn bề mặt không thuận lợi; và đối với các bộ phận được mạ kẽm có độ bền-cao, hãy thêm quy trình xử lý nhiệt loại bỏ hydro để ngăn chặn hiện tượng giòn{10}}do hydro gây ra.