EN
Độ Chống Ăn Mòn của Cuộn Thép Mạ Kẽm: Cơ Chế Hoạt Động và Tiêu Chuẩn
Kẽm như Một Lớp Bảo Vệ Hai Chức Năng: Chức Năng Cách Ly và Chức Năng Hy Sinh
Các cuộn thép được mạ kẽm chống gỉ theo hai cách chính. Lớp bảo vệ đầu tiên thực ra khá đơn giản: kẽm tạo thành một lớp dày bao phủ trực tiếp lên bề mặt thép, ngăn chặn nước, không khí và mọi loại chất gây hại lơ lửng trong khí quyển. Tuy nhiên, còn một cơ chế bảo vệ khác nữa. Khi lớp mạ kẽm bị trầy xước — điều này đôi khi hiển nhiên là xảy ra — kẽm vẫn tiếp tục bảo vệ lớp thép bên dưới. Cơ chế này hoạt động nhờ tính chất hóa học khác biệt của kẽm so với thép: thay vì để thép bị gỉ, kẽm sẽ ưu tiên phản ứng và 'chịu đòn' thay cho thép. Thật thông minh nếu bạn suy ngẫm kỹ về điều này. Các thử nghiệm công nghiệp do NACE International thực hiện năm ngoái cho thấy phương pháp bảo vệ kép này giúp thép mạ kẽm có tuổi thọ dài hơn đáng kể so với các loại lớp phủ thông thường. Các nhà máy sử dụng vật liệu này báo cáo thiết bị của họ duy trì trạng thái tốt trong thời gian dài hơn khoảng 40–50% trước khi cần thay thế, từ đó tiết kiệm chi phí về lâu dài.
Tuân thủ ASTM A653/A924: Khối lượng lớp phủ, độ dày và các tiêu chuẩn hiệu năng đối với cuộn thép mạ kẽm
ASTM A653 và A924 thiết lập các tiêu chuẩn chất lượng bắt buộc đối với cuộn thép mạ kẽm, quy định khối lượng lớp phủ kẽm tối thiểu—được biểu thị bằng ounce trên mỗi foot vuông (oz/ft²) hoặc gam trên mỗi mét vuông (g/m²)—mà trực tiếp quyết định khả năng chống ăn mòn và tuổi thọ sản phẩm:
| Ký hiệu lớp phủ | Khối lượng kẽm tối thiểu | Độ dày tương đương | Tuổi thọ dự kiến |
|---|---|---|---|
| G90 (ASTM A653) | 0,90 oz/ft² | ~20 µm | 15–20 năm (khu vực nông thôn) |
| Class 55 (ASTM A924) | — | ≥45 µm | trên 25 năm (khu vực ven biển) |
Các cuộn dây đáp ứng yêu cầu độ dày lớp mạ theo tiêu chuẩn Class 55 cho thấy mức độ gỉ đỏ giảm 30% sau hai thập kỷ lắp đặt tại các khu vực ven biển, dựa trên dữ liệu thực tế từ Hiệp hội Mạ Kẽm Hoa Kỳ. Cả hai tiêu chuẩn này cũng yêu cầu khả năng chống phun muối ít nhất 1.000 giờ mà không xuất hiện ăn mòn kim loại nền—điều này xác nhận hiệu năng của vật liệu trong điều kiện ăn mòn tăng tốc.
Độ bền thực tế của cuộn thép mạ kẽm trong các môi trường tiếp xúc khác nhau
Công nghiệp so với ven biển so với nông thôn: Tỷ lệ suy giảm và dự báo tuổi thọ phục vụ tương ứng
Độ bền của vật liệu thực tế phụ thuộc rất nhiều vào vị trí lắp đặt. Chẳng hạn như ở các khu vực ven biển: không khí mặn kết hợp với độ ẩm liên tục tại đây làm bào mòn lớp mạ kẽm nhanh hơn nhiều so với ở những vùng nông thôn điển hình. Một số nghiên cứu cho thấy tốc độ ăn mòn ở khu vực ven biển có thể cao gấp ba lần. Các nhà máy và khu công nghiệp lại đặt ra những thách thức hoàn toàn khác biệt: những nơi này thải ra nhiều loại chất axit, bao gồm cả lưu huỳnh đioxit, làm suy giảm dần bề mặt theo thời gian. Tuy nhiên, ở các khu vực nông thôn – nơi hàm lượng muối và ô nhiễm trong không khí thấp hơn – vật liệu thường có tuổi thọ dài hơn và ít biểu hiện dấu hiệu hao mòn. Khi đánh giá thời gian sử dụng trước khi cần thay thế, hai yếu tố chính cần xem xét là độ dày lớp phủ và loại môi trường mà sản phẩm phải đối mặt hàng ngày.
- Coastal : 15–25 năm (yêu cầu lớp mạ kẽm ≥45 µm)
- Công nghiệp : 25–40 năm
- Nông thôn : trên 50 năm
Tỷ lệ hao hụt kẽm được đo lường phản ánh độ dốc này: lên đến 7,5 µm/năm trong môi trường biển so với chỉ 1,2 µm/năm ở khu vực nội địa. Việc phân loại môi trường một cách chính xác trong giai đoạn lập đặc tả là điều thiết yếu nhằm tránh hư hỏng sớm.
Xác thực dài hạn: Dữ liệu thực địa trong 25 năm từ các ứng dụng mặt cầu theo tiêu chuẩn ASTM C1658
Hiệu suất dài hạn trong thực tế cho thấy độ tin cậy thực sự của cuộn thép mạ kẽm khi được sử dụng trong các dự án cơ sở hạ tầng khắc nghiệt. Chẳng hạn như mặt cầu: những cấu kiện này đã được kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM C1658 ngay tại các khu vực ven biển cực kỳ ăn mòn, nơi nước biển liên tục tấn công vật liệu. Sau trọn vẹn hai mươi lăm năm chịu tác động của hơi nước biển bắn tung và được xử lý bằng muối làm tan băng trên đường vào mùa đông, các cấu trúc này vẫn chỉ bị hao mòn kim loại thực tế chưa đến nửa milimét. Điều này thật ấn tượng nếu xét đến những điều kiện khắc nghiệt mà chúng phải đối mặt! Đồng thời, tính toàn vẹn kết cấu của chúng cũng được duy trì hoàn toàn vững chắc trong suốt khoảng thời gian này. Điều tuyệt vời hơn nữa là tốc độ ăn mòn thực tế đã giảm gần chín mươi phần trăm so với thép thông thường không có lớp bảo vệ phủ. Toàn bộ bằng chứng thực tiễn này đều rõ ràng chỉ về một điều: việc tuân thủ hướng dẫn ASTM A653 liên quan đến độ dày lớp phủ chính là yếu tố quyết định để đảm bảo các tòa nhà và cầu có thể tồn tại lâu dài hơn hàng chục năm — đúng tại những vị trí mà chúng cần đứng vững và mạnh mẽ.
Các chế độ hỏng nghiêm trọng và các thực hành tốt nhất cho việc lắp đặt cuộn thép mạ kẽm
Rủi ro ăn mòn điện hóa: Bu-lông inox, tiếp xúc với nhôm và các chiến lược giảm thiểu
Tiếp xúc với các kim loại khác nhau—đặc biệt là bu-lông inox hoặc các bộ phận nhôm—gây ra hiện tượng ăn mòn điện hóa, làm gia tốc quá trình hao mòn lớp kẽm. Trong các mối ghép như vậy, kẽm trở thành cực anôt và bị ăn mòn nhanh chóng nhằm bảo vệ cực catôt có tính quý hơn. Theo tiêu chuẩn ASTM G82, tốc độ ăn mòn có thể tăng lên gấp mười lần trong các tình huống không được giảm thiểu. Các biện pháp phòng ngừa hiệu quả bao gồm:
- Cách ly điện giữa các kim loại bằng gioăng hoặc vòng đệm cách điện
- Bịt kín các mối nối bằng chất trám chống ẩm để cắt đứt các đường dẫn điện phân
- Lựa chọn bu-lông mạ kẽm phù hợp với cấp độ mạ kẽm của cuộn thép
Các biện pháp này giúp duy trì độ nguyên vẹn của lớp phủ và ngăn ngừa hư hỏng cục bộ trong các cụm lắp ghép kim loại hỗn hợp.
Ngưỡng độ nguyên vẹn lớp phủ: Vì sao lớp kẽm ≥45 µm là yếu tố thiết yếu đối với điều kiện tiếp xúc ở mức trung bình đến khắc nghiệt
Lớp phủ kẽm tối thiểu 45 µm không chỉ được khuyến nghị—mà còn là yêu cầu thiết yếu về mặt chức năng để đảm bảo hiệu suất đáng tin cậy trong môi trường ven biển hoặc công nghiệp. Ngưỡng này đảm bảo:
- Phủ kín toàn bộ bề mặt vật liệu nền trong quá trình cán định hình và gia công
- Dự trữ kẽm đủ lớn để tự phục hồi các vết xước và chống lại hiện tượng ăn mòn lỗ kim (pinhole corrosion)
- Tuân thủ tiêu chuẩn ASTM A123/A123M đối với các ứng dụng kết cấu
Dưới 45 µm, sự hao mòn kẽm có thể làm lộ lớp thép trần trong vòng 5–7 năm dưới điều kiện khắc nghiệt; trong khi các lớp phủ đạt tiêu chuẩn có thể duy trì hiệu quả trên 25 năm. Các lớp phủ mỏng hơn có nguy cơ suy giảm sớm do mài mòn, mỏng đi ở mép hoặc độ phủ không đồng đều—làm suy giảm cả chức năng bảo vệ rào cản lẫn chức năng hy sinh.