ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ЦИНКОВОГО ПОКРЫТИЯ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В РАСПЛАВЕ ТЕХНИГАЛЬВА

При горячем цинковании так называемых «реактивных» сталей, содержащих около 0,1 % (по массе) кремния, наблюдается образование цинкового покрытия разной толщины и оттенка. Для контроля толщины цинкового покрытия на сталях широко используется технология Технигальва, представляющая собой микролегирование расплава цинка никелем в количестве 0,05 % (по массе). Несмотря на популярность рассматриваемой технологии, в некоторых случаях на поверхности покрытия образуются дефекты в виде налипших «крупинок». Целью настоящей работы было исследование структуры и фазового состава дефектов покрытия, образующихся в расплаве цинка с микродобавками никеля, а также анализ причин возникновения и поиск способов предотвращения их образования. Микроструктуру покрытия в области дефектов исследовали с помощью сканирующей электронной микроскопии. Показано, что качественное покрытие состоит из стандартных интерметаллических Г-, δ- и ζ-фаз, покрытых твердым раствором цинка η-фазой. В области дефекта в η-фазе наблюдаются включения правильной геометрической формы, расположение и размеры которых говорят о том, что они налипают на покрытие в момент извлечения изделия из расплава. Идентификацию фазового состава включений проводили с помощью EDS (energy-dispersive X-ray spectroscopy) и EBSD (Electron backscatter diffraction) анализов. Установлено, что включения представляют собой ζ-фазу (изоморфную FeZn₁₃), содержащую около 0,8 % (по массе) никеля. Показано, что основными причинами образования дефекта «крупинки» является появление в расплаве плавающих частиц отхода-дросса, вызванных загрязнением расплава цинка железом, а также локальное превышение рекомендуемой концентрации никеля. Предложены способы предотвращения дефектов рассматриваемого вида при горячем цинковании.

1. Che C. et al. Role of silicon in steels on galvanized coatings. Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2009;22(2):138–145.

2. https://doi.org/10.1016/S1006-7191(08)60081-2

3. Tang N.-Y. Control of Silicon Reactivity in General Galvanizing. J. Phs Eqil and Diff. 2008;29(4):337–344. https://doi.org/10.1007/s11669-008-9321-0

4. Kong G. et al. Review on progress of techni-galva. Chinese Journal of Chemical Physics. 2001;13:223–225.

5. Kania H. et al. Development of Bath Chemical Composition for Batch Hot-Dip Galvanizing ‒ A Review. Materials. 2020;13(18):4168. https://doi.org/10.3390/ma13184168

6. Lewis G.P., Pedersen J.G. Optimizing The Nickel-Zinc Process for Hot Dip Galvanizing. 2000:8.

7. He Z.-R. et al. Comparative on micro-structure and properties of Zn and Zn-0.05Ni alloy coatings by hot-tip galvanizing. Cailiao Rechuli Xuebao/Transactions of Materials and Heat Treatment. 2013;34:152–156.

8. Shibli S.M.A., Manu R., Dilimon V.S. Effect of nickel-rich barrier layer on improvement of hot-dip zinc coating. Applied Surface Science. 2005;245(1-4):179–185. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2004.10.007

9. Lee H.-J., Kim J.-S. Effect of Ni addition in zinc bath on formation of inhibition layer during galvannealing of hot-dip galvanized sheet steels. Journal of Materials Science Letters. 2001;20(10):955–957. https://doi.org/10.1023/A:1010953505679

10. Bondareva O.S., Rosenstein E.O., Dobychina O.S. Effect of a 0.05 % Nickel Addition to Zinc Melt on the Mutual Diffusion Coefficient of Iron and Zinc in the Formation of a Zinc Coating. J. Surf. Investig. 2023;17(6):1282–1286. https://doi.org/10.1134/S102745102306006X

11. Chen Z.W. et al. Technigalva and other developments in batch hot-dip galvanizing. JOM. 1992;44(1):22–26. https://doi.org/10.1007/BF03222746

12. Chen W. Dross Phases Formed in Gal-vanizing Baths Containing (0-0.1 wt’/, Nickel at 450’C. ISIJ International. 1993;33:307‒312.

13. Perrot P., Reumont G. Thermodynamic de-scription of dross formation when galvanizing silicon steels in zinc-nickel baths. JPE. 1994;15(5):479–482. https://doi.org/10.1007/BF02649398

14. Tang N.-Y. An alternative description of dross formation when galvanizing silicon steels in zinc-nickel baths. JPE. 1995;16(2):110–112. https://doi.org/10.1007/BF02664847

15. Tang N.-Y., Su X., Toguri J.M. Experimental study and thermodynamic assessment of the Zn ‒ Fe ‒ Ni system. Calphad. 2001;25(2):267–277. https://doi.org/10.1016/S0364-5916(01)00048-7

16. Bochvar N., Rokhlin L. Iron ‒ Nickel ‒ Zinc. Springer Materials. 2009;337–351.

17. https://doi.org/10.1007/978-3-540-70890-2_17

18. Xuping Su et al. The zinc-rich corner of the Zn-Fe-Ni-Si quaternary system at 450 °C. Journal of Phase Equilibria. 2002;23(5):424–431. https://doi.org/10.1361/105497102770331370

19. Khaliq A. et al. Iron Intermetallic Com-pounds (IMCs) Formation Mechanism in the Molten Aluminium Zinc (Al-Zn) Coating Alloy. Teh. vjesn. 2024;31(2):460‒465.

20. https://doi.org/10.17559/TV-20230523000660

21. Konishi T. et al. Structural and Mechanical Characterizations of Top Dross in a Molten Zinc Bath. ISIJ Int. 2021;61(3):937–944. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-487

22. Chu R. et al. Fundamental research on recovering metals from hot-dip Zn – Al – Mg dross by supergravity separation. J. Iron Steel Res. Int. 2023;30(7):1324–1333. https://doi.org/10.1007/s42243-023-00989-3

23. Liu Q. et al. Hot-Dip Galvanizing Process and the Influence of Metallic Elements on Composite Coatings. J. Compos. Sci. 2024;8(5):160. https://doi.org/10.3390/jcs8050160

24. Bellini C. et al. Bath chemical composition influence on intermetallic phases damage in hot dip galvanizing. Procedia Structural Integrity. 2022;39:574–581. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.03.131

25. Reumont G., Perrot P., Foct J. Fractal evaluation of liquidus in the Fe-Zn-Ni system at 450 C. J Mater Sci Lett. 1992;11(23):1611–1613. https://doi.org/10.1007/BF00740849

26. Marder A.R., Goodwin F.E. Defect identification and remediation in zinc coated steel sheet. The Metallurgy of Zinc Coated Steels. Elsevier. 2023:507–541. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-99984-7.00001-4

27. Пат. 2647066 C1 USA Таблетка для горячего цинкования металлических изделий (варианты) испособ ее подготовки / Я.М. Туровский, А.М. Туровский; опубл. 13.03.2018; бюл. № 8.

28. Bondareva O.S., Turovsky A.M., Turovsky Y.M. Application of Nickel Tablets in Hot-Dip Galvanizing for Silicon and Phosphorus Steel Reactivity Control. MSF. 2020;992:689–694. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.992.689

29. Ånes H. Characterizing minor phases in engineering alloys with averaging and dictionary indexing of EBSD patterns. In: Proceedings of the European Microscopy Congress 2020. Royal Microscopical Society. 2021. https://doi.org/10.22443/rms.emc2020.1441

30. Han K. et al. Experimental determination of phase diagram in the Zn ‒ Fe binary system. Journal of Alloys and Compounds. 2018;737:490–504. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.11.320

31. Reumont G., Perrot P., Foct J. Thermo-dynamic study of the galvanizing process in a Zn – 0.1 % Ni bath. Journal of materials science. 1998;33:4759‒4768.

32. Reumont G., De Figueiredo R.S., Foct J. Structural comparison between the Γ2-FeZn4 compound obtained by mechanical alloying and the Γ2 ‒ Fe6Ni5Zn89 galvanizing dross. Journal of Materials Science Letters. 1999;18(22):1879–1882. https://doi.org/10.1023/A:1006628112732

33. Bondareva O.S. et al. EDS + EBSD Phase Analysis of the Zinc Coating Formed on Steel in a Melt with Nickel Microadditives. J. Surf. Investig. 2022;16(6):1069–1073. https://doi.org/10.1134/S1027451022060064

34. Su X., Tang N.-Y., Toguri J.M. Thermody-namic evaluation of the Fe – Zn system. Journal of Alloys and Compounds. 2001;325 (1-2):129–136. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(01)01273-7