溶融亜鉛めっき

溶融亜鉛めっきは、亜鉛めっきの一種です。これは、鉄や鋼を亜鉛でコーティングするプロセスです。約 450 °C (842 °F) の温度の溶融亜鉛浴に金属を浸すと、亜鉛がベース金属の表面と合金になります。大気にさらされると、純粋な亜鉛 (Zn) は酸素 ( O ₂ ) と反応して酸化亜鉛 ( ZnO )を形成し、さらに二酸化炭素 ( CO ₂ ) と反応して炭酸亜鉛 ( ZnCO ₃ )を形成します。炭酸亜鉛は通常、鈍い灰色で、かなり強い材料で、多くの場合、その下の鋼をそれ以上の腐食から保護します。亜鉛めっき鋼は、ステンレス鋼ほどのコストをかけずに耐腐食性が求められる用途で広く使用されており、コストとライフサイクルの点で優れていると考えられています。亜鉛めっき鋼は、表面の結晶化パターン (「スパングル」と呼ばれることが多い)によって識別できます。 ^[1]

亜鉛メッキ鋼は溶接できますが、発生する有毒な亜鉛煙には注意が必要です。亜鉛メッキ金属が一定の温度に達すると、亜鉛メッキ煙が放出されます。この温度は、使用される亜鉛メッキ工程によって異なります。アメリカ亜鉛メッキ協会によると、長期間の連続暴露の場合、溶融亜鉛メッキ鋼の推奨最高温度は 200 °C (392 °F) です。この温度を超える温度で亜鉛メッキ鋼を使用すると、金属間層で亜鉛が剥離します^[要出典]。電気亜鉛 メッキ鋼板は、自動車製造において外装パネルの耐腐食性を高めるためによく使用されますが、これは亜鉛のコーティング厚を薄くする傾向がある完全に異なる工程です。

他の腐食防止システムと同様に、亜鉛メッキは鋼と大気の間のバリアとして機能して鋼を保護します。ただし、亜鉛は鋼に比べて電気陽性（活性）な金属です。これは亜鉛メッキのユニークな特性で、亜鉛メッキコーティングが損傷して鋼が大気にさらされても、亜鉛はガルバニック腐食（通常は 5 mm の環状領域内で、これを超えると電子伝達率が低下します）を通じて鋼を保護し続けることができます。

溶融亜鉛めっきのプロセスにより、一連の異なる鉄亜鉛合金で亜鉛と鋼鉄の間に冶金結合が起こります。結果として得られるコーティングされた鋼鉄は、コーティングされていない鋼鉄とほぼ同じように使用できます。

典型的な溶融亜鉛めっきラインは次のように動作します。^[2]

• 鋼は苛性溶液を使用して洗浄されます。これにより、油/グリース、汚れ、塗料が除去されます。
• 苛性洗浄液を洗い流します。
• 鋼はスケールを除去するために酸性溶液に漬けられます。
• 漬け汁を洗い流します。
• 洗浄した表面が空気にさらされて酸化するのを防ぐため、フラックス（通常は塩化亜鉛アンモニウム）を鋼に塗布します。フラックスは鋼の上で乾燥し、液体亜鉛が鋼を濡らして付着するプロセスを促進します。
• 鋼は溶融亜鉛浴に浸され、鋼の温度が浴の温度と平衡になるまでそこに保持されます。
• 鋼は急冷タンクで冷却され、温度が下がり、新しく形成されたコーティングと大気との望ましくない反応が抑制されます。

鉛は、溶融亜鉛浴の流動性を改善し（排水性が改善され、浸漬された製品上の過剰な亜鉛を制限し）、浮遊ドロスを防ぎ、ドロスのリサイクルを容易にし、バーナーからの不均一な熱分布から釜を保護するために、溶融亜鉛浴に添加されることが多い。米国の環境規制では、釜浴への鉛の使用は認められていない。鉛は、一次Z1グレードの亜鉛に添加されるか、使用済みの二次亜鉛にすでに含まれている。3番目の、より少ない方法は、低Z5グレードの亜鉛を使用することである。^[3]

鋼帯は、連続ラインで溶融亜鉛めっきすることができます。溶融亜鉛めっき鋼帯（亜鉛めっき鉄とも呼ばれる）は、屋根や壁、安全柵、手すり、家電製品、自動車のボディ部品など、鋼の強度と亜鉛の耐腐食性を組み合わせた用途に広く使用されています。一般的な用途の 1 つは、金属製のバケツです。亜鉛めっき鋼は、建物のほとんどの暖房および冷房ダクト システムにも使用されています。

鋼鉄の桁や錬鉄製の門などの個々の金属製品は、バッチ亜鉛メッキと呼ばれるプロセスによって溶融亜鉛メッキすることができます。この種の用途では、溶融亜鉛メッキは他の最新技術に大きく置き換えられています。これには電気亜鉛メッキが含まれます。電気亜鉛メッキでは、水性電解質から電気メッキによって亜鉛の層を堆積させ、より薄く、はるかに強力な結合を形成します。

場合によっては、金属の一部を亜鉛メッキしないよう指定することが望ましい場合があります。これは、亜鉛メッキ後に金属を溶接する場合によく必要になります。これを実現するために、亜鉛メッキ業者は通常、溶融亜鉛メッキ処理中に亜鉛メッキしない領域をコーティングするためにマスキング化合物を使用します。

1742年、フランスの化学者ポール・ジャック・マロアンは、フランス王立アカデミーでの発表の中で、 鉄を溶融亜鉛に浸してコーティングする方法を説明しました。

1772年、亜鉛メッキの名前の由来となったルイージ・ガルヴァーニは、カエルの足を使った実験中に金属間で起こる電気化学プロセスを発見しました。

1801 年、アレッサンドロ・ボルタは2 つの金属間の電位差を発見し、腐食セルを作り出して、亜鉛メッキの研究をさらに進めました。

1836年、フランスの化学者スタニスラス・ソレルは、鉄をまず9%硫酸（H ₂ SO ₄）で洗浄し、塩化アンモニウム（NH ₄ Cl ）でフラックス処理した後、亜鉛でコーティングする方法の特許を取得しました。

溶融亜鉛めっきコーティングは、同等の腐食防止性能を持つ有機塗料コーティングよりも、比較的簡単に、かつ安価に指定できます。溶融亜鉛めっきの英国、欧州、および国際規格は BS EN ISO 1461 であり、鋼材の断面の厚さに応じて鋼材に塗布する最小コーティング厚さを規定しています。たとえば、断面サイズが 6 mm を超える鋼材は、最小の亜鉛めっき厚さが 85  μmである必要があります。

亜鉛メッキの性能と設計に関する詳細は、BS EN ISO 14713-1 および BS EN ISO 14713-2 に記載されています。亜鉛メッキコーティングの耐久性は、それが置かれている環境の腐食速度によってのみ決まります。さまざまな環境の腐食速度は、BS EN ISO 14713-1 に記載されており、鋼が使用される環境の説明とともに、一般的な腐食速度が示されています。

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