Phương pháp mạ kẽm nhúng nóng là gì?

Mạ kẽm là quá trình tạo một lớp bảo vệ bề mặt kim loại khỏi sự oxy hóa và mài mòn; từ đó giúp kim loại bền hơn và có tuổi thọ lâu hơn. Trong 03 phương pháp mạ kẽm được sử dụng rộng rãi là mạ kẽm nhúng nóng, mạ kẽm điện phân và mạ kẽm lạnh; phương pháp mạ kẽm kim loại bằng nhúng nóng là phương pháp phổ biến nhất. 

Để mạ kẽm kim loại bằng phương pháp nhúng nóng, ta nhúng kim loại cần xi mạ vào bể dung dịch kẽm nóng chảy. Phương pháp này khiến lớp bên ngoài của kim loại sẽ được nấu chảy thành hợp kim với kẽm. Điều này không chỉ giúp phủ đều kẽm lên bề mặt kim loại mà còn khiến lớp kẽm khó bị bong tróc, giúp bảo vệ bề mặt kim loại nền hiệu quả.

Lịch sử của phương pháp mạ kẽm nhúng nóng

Phương pháp mạ kẽm kim loại bằng nhúng nóng bắt đầu xuất hiện vào năm 1742, khi nhà hóa học người Pháp P. J. Melouin trình bày đề tài bảo vệ bề mặt chi tiết thép bằng cách nhúng vào bể kẽm nóng chảy tại viện Hàn lâm Pháp. Tiếp nối đề tài này, vào năm 1836, một nhà hóa học người Pháp khác là Stanislas Sorel đã chính thức được cấp bằng sáng chế cho công trình mạ kẽm nhúng nóng. Ông đã sử dụng axit sulfuric để loại bỏ những cặn bẩn và dầu loang trên bề mặt kim loại, giúp lớp mạ kẽm bám dính kim loại tốt hơn, tạo ra lớp bảo vệ chắc chắn hơn. 

Năm 1850, quy trình mạ kẽm bằng phương pháp nhúng nóng đã được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sắt, thép của Anh. Tính riêng trong năm 1850, ngành công nghiệp sắt thép của nước này đã sử dụng khoảng 10,000 tấn kẽm để mạ thép. Từ đó cho tới nay, phương pháp mạ kẽm nhúng nóng dần trở nên phổ biến và chiếm ưu thế so với các phương pháp xi mạ khác. Khối lượng kẽm được sử dụng cũng đã tăng nhiều lần, lên tới 600,000 tấn kẽm được sử dụng hàng năm chỉ riêng ở khu vực Bắc Mỹ, theo số liệu của American Galvanizers Association (AGA – Hiệp hội Mạ kẽm Hoa Kỳ) cung cấp.

Quy trình mạ kẽm nhúng nóng trải qua những bước nào?

Quy trình mạ kẽm nhúng nóng trải qua thời gian có thể có đôi chút khác biệt, tuy nhiên đều cần đảm bảo thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM (hoặc các tiêu chuẩn tương đương khác như CAN/CSA G164, ISO 1461) và bao gồm các bước cơ bản dưới đây:

Làm sạch bề mặt kim loại trước xi mạ

Sản phẩm kim loại sau khi được chế tạo có thể dính một lớp dầu cũng như có bụi bẩn trong quá trình lưu kho, vận chuyển. Vì kẽm không ‘bám’ được vào bề mặt kim loại không sạch, công đoạn làm sạch bề mặt là bước chuẩn bị vô cùng quan trọng. Việc làm sạch bề mặt kim loại bao gồm việc loại bỏ lớp dầu mỡ, loại bỏ lớp sơn cũ và tẩy rửa các cặn bẩn khác.

Để tẩy sạch dầu mỡ, kim loại có thể được ngâm trong bể tẩy dầu mỡ hoặc dung dịch xút để loại bỏ các chất hữu cơ, bụi bẩn, dầu mỡ bám trên bề mặt. Sau khi tẩy dầu mỡ, kim loại được rửa sạch bằng nước. Kim loại cũng có thể được ngâm trong dung dịch axit hydrochloric loãng để loại bỏ các oxit và cặn bẩn khác. Ngoài ra, việc sử dụng phương pháp điện phân để loại bỏ carbon bám trên bề mặt cũng khá phổ biến. 

Nhúng trợ dung

Sau khi bề mặt kim loại đã được làm sạch, người ta tiến hành nhúng kim loại vào chất trợ dung để loại bỏ hoàn toàn lớp oxit đã hình thành trên bề mặt kim loại. Công đoạn này cũng giúp tạo ra lớp phủ bảo vệ ngăn ngừa quá trình oxy hóa. Sau đó, kim loại được sấy khô để chuẩn bị cho quá trình mạ.

Mạ kẽm nhúng nóng

Phản ứng mạ kẽm xảy a khi nhiệt độ đạt ở khoảng giữa 454°C & 465°C. Tiến hành nhúng hoàn toàn kim loại đã được chuẩn bị bề mặt và sấy khô vào bể mạ kẽm. Kẽm nóng chảy sẽ làm ướt về mặt kim loại và phản ứng mạ kẽm sẽ xảy ra, tạo thành các lớp hợp kim kẽm. Khi nhiệt độ trong bể mạ kẽm đạt tới mức nóng chảy (nhiệt độ tiêu chuẩn là 454°C), phản ứng mạ kẽm hoàn thành. Tiến hành gạt xỉ trên bề mặt nóng chảy và kết hợp rung để loại bỏ kèm thừa; sau đó nhúng sản phẩm vào dung dịch cromate để tạo lớp bảo vệ cho bề mặt. 

Trong quá trình mạ kẽm, cần lưu ý nhúng hoàn toàn kim loại vào bể để có lớp mạ đồng đều. Ngoài ra, tùy độ dày mong muốn của lớp mạ kẽm mà cần căn chỉnh thời gian nhúng tương ứng. Tránh nhúng quá lâu khiến lớp mạ quá dày, giảm độ bám dính và không đảm bảo về mặt thẩm mỹ. 

Làm nguội & Kiểm tra thành phẩm

Tiến hành làm nguội kim loại bằng bể nước tràn để thành phẩm được bóng và đẹp nhất. Cuối cùng, quan sát bề mặt và kiểm tra độ dày của lớp mạ kẽm để chắc chắn thành phẩm đạt yêu cầu và đáp ứng tiêu chuẩn ASTM, AS/NZS…

Những lưu ý cho quy trình mạ kẽm nhúng nóng

Để thành phẩm sau khi mạ kẽm đạt được các tiêu chuẩn kỹ thuật, cần đảm bảo quá trình mạ kẽm phải diễn ra theo đúng quy trình, đúng kỹ thuật (về thời gian, nhiệt độ, lượng dung dịch hỗ trợ…). Ngoài ra, cần lưu ý một số những điểm sau:

• Quy trình mạ kẽm nhúng nóng cho phép kim loại tiếp xúc toàn bộ với bề mặt bên ngoài của sản phẩm, từ đó đảm bảo khả năng chống ăn mòn tối ưu nhất. Với những sản phẩm có cấu tạo phức tạp, nhiều chi tiết, lớp mạ có thể sẽ không đồng đều.
• Với một số sản phẩm có chi tiết ren như ty ren treo xà gồ, ty ren treo thang hay máng cáp có bước ren nhỏ thì không nên sử dụng phương pháp mạ kẽm nhúng nóng. Lớp mạ kẽm hình thành sau quá trình mạ kẽm có thể sẽ lấp đầy các bước ren.
• Ngoài ra, quy trình mạ kẽm nhúng nóng cũng có chi phí khá cao, cần tính toán dựa theo điều kiện thi công, vật liệu để cân nhắc lựa chọn phương pháp mạ phù hợp và hiệu quả nhất. 
•  

Ứng dụng của mạ kẽm nhúng nóng

Mạ kẽm nói chung và phương pháp mạ kẽm nhúng nóng nói riêng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất hiện nay. Có tới 600.000 tấn kẽm được tiêu thụ hàng năm ở Bắc Mỹ để sản xuất thép mạ kẽm, trong đó có 200.000 tấn cho quá trình chế tạo và 400.000 tấn cho quá trình mạ kẽm liên tục. Các lĩnh vực ứng dụng phương pháp mạ kẽm nhúng nóng có thể kể đến như công nghiệp hóa chất, bột giấy và giấy, chế tạo ô tô, thông tin liên lạc, chiếu sáng và vận tải…, chứ không được sử dụng nhiều tại các nhà máy sản xuất thép. Hầu hết những ngành nghề ứng dụng phương pháp này đều sử dụng lượng sắt, thép lớn nhưng thường bị rỉ sét do quá trình oxy hóa dưới tác động của môi trường. Phương pháp mạ kẽm nhúng nóng được ứng dụng đã giúp kiểm soát ăn mòn tốt hơn, kéo dài tuổi thọ của vật dụng, công trình. 

Là một phương pháp mạ kẽm phổ biến, mạ kẽm nhúng nóng là một bước ngoặt của lịch sử. Hiệu quả mang lại của phương pháp này đã góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và có giá trị ứng dụng trong nhiều ngành nghề cho tới ngày nay.