1. Jaki jest podstawowy mechanizm fizyczny oddzielania się warstwy cynku?
Warstwa cynku i podłoże stalowe nie są po prostu fizycznie sklejone, ale raczej silne wiązanie metalurgiczne uzyskuje się poprzez utworzenie warstwy stopu żelaza-cynku. Podczas zwykłego cynkowania ogniowego-, gdy czystą blachę stalową zanurza się w roztopionym cynku, atomy żelaza reagują z atomami cynku, tworząc kolejno gęstą warstwę stopu o fazach δ i ζ, przy czym warstwa cynku pokrywa najbardziej zewnętrzną warstwę.
Podstawowym mechanizmem odrywania jest rozpad tego wiązania metalurgicznego. To uszkodzenie może nastąpić w warstwie stopu (np. jeśli warstwa stopu jest zbyt gruba i krucha), na styku warstwy stopu z podłożem (np. z powodu zanieczyszczeń) lub pomiędzy warstwą stopu a warstwą czystego cynku. Gdy siła wiązania międzyfazowego nie wytrzyma naprężeń zginających, uderzeniowych lub korozyjnych podczas późniejszego przetwarzania lub użytkowania, warstwa cynku będzie się odklejać w postaci płatków lub proszku.
2. W jaki sposób pozostałości na powierzchni podłoża powodują złuszczanie się warstwy cynku?
Jest to najczęstsza przyczyna łuszczenia się na linii produkcyjnej. Jeśli resztki emulsji, oleju walcowniczego, proszku żelaza lub pyłu pozostaną na powierzchni-walcowanej na zimno taśmy i nie zostaną dokładnie usunięte przed wejściem do kąpieli cynkowej, zanieczyszczenia te działają jak „szron ekranujący”, uniemożliwiając bezpośredni kontakt stopionego cynku z żelaznym podłożem. Powoduje to powstawanie obszarów, w których nie może uformować się warstwa stopu lub w których utworzona warstwa stopu jest wyjątkowo cienka i nieciągła.
W takich obszarach warstwa cynku sprawia wrażenie powlekanej, ale w rzeczywistości jest jedynie mechanicznie owinięta wokół zanieczyszczeń, co zapewnia wyjątkowo słabą przyczepność. Podczas późniejszego prostowania, tłoczenia, a nawet prostych prób zginania, warstwa cynku będzie się odklejać plamami, odsłaniając szarą powierzchnię podłoża, powszechnie zwaną „odsłoniętym żelazem”. Dlatego też pełny proces-przedpowłokowego czyszczenia (mycie alkaliczne, czyszczenie elektrolityczne, szczotkowanie) stanowi pierwszą linię obrony przed złuszczaniem.
3. Jakie problemy pojawiają się, gdy powierzchnia podłoża jest nadmiernie reaktywna lub ma nienormalną zawartość krzemu?
Jeśli powierzchnia podłoża jest nadmiernie reaktywna lub skład chemiczny samej stali przekracza normalny zakres, może to prowadzić do kolejnego ekstremalnie-nadmiernego i nieuporządkowanego wzrostu warstwy stopu, tworząc-tzw. „efekt Sandelyna” lub ultra-grubą warstwę stopu.
W szczególności, gdy zawartość krzemu w stali wynosi od 0,05% do 0,15% lub gdy zawartość krzemu i fosforu osiąga określony zakres, reakcja żelaza-cynku staje się nienormalnie energiczna, tworząc gwałtownie rosnącą i luźną warstwę stopu w fazie δ-. Ta warstwa stopu jest wyjątkowo krucha, ma wiele wewnętrznych pustek, dużą ekspansję objętościową i bardzo niską wytrzymałość. Kiedy ocynkowana cewka ulega zginaniu lub uderzeniu, w tej kruchej warstwie stopu łatwo inicjują się i rozprzestrzeniają pęknięcia, ostatecznie powodując kruche oddzielenie całej warstwy cynku wraz z częścią warstwy stopu. Oderwanie to często charakteryzuje się warstwą szarych pozostałości stopu, która nadal pokrywa powierzchnię podłoża po odklejeniu się warstwy cynku.
4. W jaki sposób naprężenia podczas obróbki powodują odrywanie warstwy cynku?
Nawet przy doskonałym wiązaniu metalurgicznym oderwanie nastąpi, jeśli późniejsze odkształcenie mechaniczne przekroczy granicę plastyczności samej warstwy cynku. Warstwa ocynkowana jest zasadniczo powłoką metaliczną o pewnej ciągliwości, ale znacznie mniejszej niż podłoże stalowe.
Kiedy ocynkowane kręgi poddawane są-zginaniu pod małym promieniem, głębokiemu tłoczeniu lub silnemu prostowaniu, zewnętrzna powierzchnia blachy stalowej jest rozciągana, a wewnętrzna powierzchnia ściskana. Warstwa czystego cynku może się do pewnego stopnia odkształcać, ale krucha warstwa żelaza-cynku (zwłaszcza faza δ w pobliżu podłoża) prawie nie ma plastyczności. Gdy odkształcenie rozciągające lub ściskające przekroczy wartość krytyczną warstwy stopu (zwykle mniej niż 1%), w warstwie stopu pojawią się najpierw mikropęknięcia. W miarę nasilania się odkształcenia pęknięcia będą rozprzestrzeniać się wzdłuż powierzchni styku i ostatecznie spowodować odklejenie się całej warstwy cynku od krawędzi pęknięcia. Stopień odwarstwienia jest dodatnio skorelowany z grubością powłoki: im grubsza jest warstwa cynku, tym grubsza jest warstwa stopu i łatwiej jest ją oddzielić w trakcie obróbki.
5. W jaki sposób czynniki korozyjne w środowisku użytkowania prowadzą do-późnego odrywania się powłoki cynkowej?
Nawet jeśli przyczepność w fabryce jest zadowalająca, niekorzystne środowisko korozyjne podczas-długoterminowego przechowywania, transportu lub użytkowania może spowodować „oderwanie” powłoki cynkowej od krawędzi lub zlokalizowanych defektów.
Dzieje się tak głównie wskutek dwóch mechanizmów: awarii-wywołanej wodorem i odłączenia katodowego. Na przykład w wilgotnej atmosferze przemysłowej lub morskiej zawierającej siarczki media korozyjne mogą przedostać się na powierzchnię styku pomiędzy powłoką cynku a podłożem stalowym, tworząc mikro-komórki korozyjne. Podłoże stalowe, pełniące rolę anody, ulega powolnej korozji, a powstające ciśnienie wodoru gromadzi się na granicy faz, powodując „wybrzuszenie” powłoki cynkowej od podłoża, co ostatecznie prowadzi do-oddzielenia dużej powierzchni. Inny scenariusz zakłada, że powłoka cynkowa na krawędzi cięcia ocynkowanej cewki najpierw ulega korozji, a rozszerzone produkty korozji złuszczają sąsiadujące nienaruszone powłoki cynkowe, tworząc zjawisko „łuszczenia”. Dlatego też ochrona przed wilgocią podczas przechowywania i transportu oraz unikanie długotrwałej wysokiej wilgotności i dużego zanieczyszczenia w środowisku użytkowania mają kluczowe znaczenie dla utrzymania-długoterminowej przyczepności powłoki cynkowej.