Penggalvanan Baja: Perlindungan Oxidasi Kuat untuk Performa Tahan Lama

Mengapa memilih baja tergalvanis daripada stainless steel?

Kita bilang kita “tergalvanis” ketika sesuatu mendorong kita untuk bertindak. Jadi apa artinya ketika kita menggunakan istilah baja tergalvanis atau logam? 

Ternyata, semuanya tentang kejutan.

Logam ferrous mengandung besi dan mencakup 90% produksi logam dunia. Besi padat, kuat (saat dicampur dengan karbon untuk menjadi baja), melimpah, dan mudah diekstrak. Properti ini menjadikannya logam paling penting yang kita miliki untuk industri dan bangunan. 

Namun, besi dan banyak legasnya juga sangat rentan terhadap karat saat terekspos pada udara dan air. Melindungi dari korosi adalah bagian dari desain logam ferrous. Kadang-kadang, perlindungan ini dapat datang dari jenis legas; stainless steels, misalnya, memiliki chromium dan elemen lain untuk perlindungan kimia terhadap korosi. Namun tambahan ini dapat mengubah properti mekanis. Mereka juga dapat mahal. Kadang-kadang, sealant digunakan, seperti bubuk coating, cat, atau perawatan minyak. 

Baja tergalvanis bahkan lebih umum, tetapi kurang dipahami. Bagaimana cara membuat baja tergalvanis? Apakah itu mendorong logam ferrous untuk bertindak? Apakah baja tergalvanis karat? Kapan Anda menggunakan baja tergalvanis vs. aluminium vs. stainless steel?

Apa itu baja tergalvanis?

Penggalvanan adalah proses di mana lapisan seng diterapkan pada baja atau besi, menciptakan penghalang yang melindungi logam ferrous dari korosi. Lapisan seng bekerja secara fisik dengan mencegah air dan air mencapai permukaan baja, dan secara kimia dengan menawarkan perlindungan katodik. Perlindungan ini elektro-kimia … seperti metafora “penggalvanan” yang memicu kita untuk bertindak. Kata ini berasal dari nama ilwan abad ke-18 Luigi Galvani, yang merupakan pionir dalam bioelektromagnetik.

Penggalvanan biasanya dilakukan pada suhu tinggi. Meskipun lapisan seng dapat ditambahkan melalui pengecatan atau elektroplating, keduanya hanya membuat lapisan tipis - permukaan kilat hanya 3 mikron tebal. Aplikasi topikal seperti ini rentan dalam aplikasi outdoor di mana ketahanan korosi penting.

Penggalvanan yang benar terjadi pada suhu tinggi, dan bergantung pada interaksi kimia antara seng, oksigen, dan karbon dioksida. Ketiganya bereaksi pada suhu untuk menciptakan lapisan karbonat seng abu-abu gelap yang biasanya tebal 50 mikron dan jauh lebih awet di lokasi outdoor.

Apakah baja tergalvanis karat?

Anda mungkin bertanya pada diri sendiri, “apakah baja tergalvanis karat?” Jawabannya ya... hingga batas tertentu, dan berdasarkan pada kondisi. Seberapa jauh baja tergalvanis karat bergantung pada ketebalan lapisan pelindung seng (yang akan kita bahas lebih detail di bawah) dan jenis lingkungan korosif.

Kondisi apa yang menyebabkan baja tergalvanis karat? Yang paling umum termasuk kelembaban tinggi, lingkungan basah atau terendam, garam di udara atau air, lumut, dan asam. Namun, penggalvanan juga memberikan resistensi yang baik terhadap kontak dengan beton, mortir, timah, seng, dan aluminium. 

Penggalvanan membantu memperpanjang perjuangan terhadap penumpukan karat. Ia bergantung pada oksidasi seng untuk melindungi dari oksidasi baja atau besi. Dengan kondisi yang tepat, baja tergalvanis menahan karat hingga 50 tahun. Karat, atau oksidasi logam ferrous, terhenti. Namun oksidasi masih terjadi dalam seng (itu hanya tidak dikenal sebagai karat.) 

Ketika seng akhirnya semua dikonversi oleh oksidasi, ia tidak akan lagi melindungi dan baja akan dimakan.

Hot-dip galvanization

Hot-dip galvanization adalah bentuk paling umum dari penggalvanan seng. Dalam metode ini, bagian baja atau besi dibersihkan dari puing dan skala pabrik kemudian diturunkan ke dalam mandi seng atau legas seng pada suhu dekat 840°F. Baja dibiarkan dalam mandi sampai mencapai suhu yang sama, setelahnya diangkat dan didinginkan. Pendinginan ini dapat dilakukan dengan cepat atau lambat, tergantung pada tampilan yang diinginkan dari produk akhir.

Galvannealing adalah proses penggalvanan dalam mandi seng yang memiliki tambahan aluminium. Sementara logam masih panas, seluruh produk dioleh panas, menyebabkan terbentuknya beberapa stratus legas seng-besi. Penambahan aluminium dan perlakuan panas setelahnya memberikan baja yang dihasilkan weldability yang lebih baik. Baja yang di-galvannealed secara umum akan mengembangkan patina seperti karat merah-abu-abu tetapi tidak akan korosi seperti legas ferrous yang tidak dilindungi.

Dry galvanizing

Metode yang kurang umum untuk penggalvanan seng adalah dry galvanizing. Proses ini juga dikenal sebagai Sherardizing, bernama untuk ahli metalurgi Sherard Cowper-Coles, yang mengembangkan metode ini. Dalam teknik ini, bagian baja kecil dipanaskan dalam tabung rotasi tertutup, bersama dengan debu seng dan pasir, sampai suhu dan tumble menyebabkan seng bereaksi secara kimia dengan permukaan baja. Bagian kemudian di-quench. Ini sering digunakan untuk bagian kecil dan yang memiliki permukaan dalam yang mungkin tidak tercapai oleh hot-dip.

Spangle

Salah satu fitur yang traditioneel dapat dikenali dari baja tergalvanis adalah spangle di permukaannya. Semua logam membeku dalam bentuk kristal, seperti serangkaian bunga salju yang dipadatkan erat. Untuk sebagian besar logam, butir kristal ini terlalu kecil untuk terlihat, atau batas butir tidak jelas tanpa etching. Penggalvanan legas seng memungkinkan orang untuk melihat pola kristalisasi yang terbentuk selama pembekuan logam.

Bentuk dan ukuran spangle dapat memberikan petunjuk tentang kondisi pendinginan setelah hot-dip galvanizing. Semakin lambat permukaan membeku, semakin besar butir kristal, seringkali terlihat sebagai bentuk seperti bulir atau daun. Pendinginan cepat ke suhu yang lebih dingin dapat mengarah pada butir yang lebih kecil, lebih teratur, atau berbentuk kotak.

Sebagian besar spangle yang paling mencolok seringkali dibuat dengan jumlah kecil timah atau seng dalam legas seng. Penambahan ini memungkinkan pembuatan butir seperti dendrite—proses pembekuan yang mendorong bentuk bulir seperti bulir melintasi permukaan. Pengembangan penggalvanan bebas timah telah menciptakan lapisan seng yang membeku dari baja ke atas. Legas bebas timah ini mungkin menciptakan spangle yang lebih bulat yang dapat lebih kecil dari .5mm. Interaksi antara legas dan kondisi pembekuan berarti bahwa seorang penggalvan yang terampil dapat mempengaruhi ukuran dan bentuk spangle dalam produk akhir.

Korosi galvanis dan anoda pengorbanan

Proses penggalvanan bukan hanya masalah menciptakan cangkang seng di sekitar logam untuk menciptakan penghalang fisik. Jika demikian, logam lain mungkin digunakan. Sebaliknya, seng melindungi melalui proses kimia yang disebut “perlindungan katodik.”

Ketika dua logam dengan potensi listrik yang sangat berbeda ditempatkan bersama dalam kolam elektrolit, mereka mulai bertindak sebagai anoda dan katoda dalam reaksi elektrokimia, menciptakan arus. Logam yang paling “aktif” dari keduanya, anoda, akan korosi lebih cepat daripada jika ia sendiri, karena ia melepaskan elektron. Molekul yang telah diambil elektronnya dalam anoda ini secara kimia tidak stabil, dan mencari untuk membentuk molekul yang stabil dengan kimia di lingkungan, menghasilkan oksida dan produk korosi lainnya. Baterai menggunakan bentuk korosi galvanis ini untuk menghasilkan arus.

Logam diklasifikasikan berdasarkan reaktivitasnya dalam indeks anoda. Emas, logam yang paling pasif atau inersia, digunakan sebagai bahan referensi. Semua logam lain diberikan angka yang mewakili voltase saat dalam kolam elektrolit dengan emas. Indeks ini adalah dasar untuk skala galvanis, yang mengurutkan logam dari paling pasif hingga paling aktif:

Dalam penggalvanan, seng, logam anoda, melapisi baja atau besi. Ia bekerja sebagai seal, namun jika ada lubang pin-hole dalam pelapisnya, pengorbanan elektrokimia seng berarti ia akan korosi terlebih dahulu, sebagai yang lebih aktif dari kedua logam. Properti logam yang lebih anoda melindungi logam yang lebih katodik digunakan secara sengaja pada badan kapal, yang, terendam dalam air laut, berisiko korosi. Anoda pengorbanan ini, juga disebut seng, biasanya di-bolting ke badan. Seringkali, bagian seng dimasukkan dalam desain propeller atau perangkat lain.

Seng pengorban dengan cepat, tetapi tidak terlalu cepat, dalam kehadiran besi. Melihat skala galvanis, jelas aluminium, magnesium, dan beryllium mungkin juga “lebih aktif” dan oleh karena itu melindungi. Namun, aluminium lebih sulit untuk dipasang pada baja, lebih mahal, dan terlalu dekat pada indeks anoda untuk berfungsi sebagaimana anoda pengorbanan. Di sisi lain, magnesium akan larut jauh lebih cepat, dan tambahan lagi mungkin lebih reaktif dalam banyak lingkungan. Seng juga memiliki manfaat melindungi dari pembusukan organik atau bakteri. Beryllium jarang, mahal, dan sangat tidak stabil.

Finishing baja tergalvanis

White-rust dapat terbentuk pada baja tergalvanis saat seng hancur menjadi hidroksida seng. “Karat” ini memang adalah produk korosi seng, namun dalam kondisi normal hal ini terjadi pada tingkat yang jauh lebih lambat dibandingkan baja yang tidak dilindungi mengoksidasi. Untuk membantu memperlambat proses ini lebih lanjut, terkadang logam tergalvanis di-minyak, atau kadang-kadang di-passivasi chromium, untuk menciptakan lapisan pelapis akhir. Logam yang berminyak atau di-passivasi ini tidak dapat dicat atau diselesaikan dengan cara lain, tetapi dalam banyak iklim akan terlihat baik selama bertahun-tahun dan tetap struktural sehat untuk lebih lama lagi. Baja tergalvanis berguna untuk bagian kerja yang di-minyak yang mungkin catnya cepat aus.

Dalam aplikasi di mana estetika cat atau bubuk-coat lebih disukai, baja tergalvanis dapat dibiarkan tanpa lapisan. Namun, paling sering sebuah item baik di-galvanis atau dicat, tidak keduanya, untuk menjaga hemat biaya dari setiap pendekatan.

Baja tergalvanis vs aluminium vs stainless steel

Penggalvanan adalah cara hemat biaya untuk membantu melindungi logam yang akan terekspos pada elemen yang berpotensi korosif. Aluminium dan stainless steel juga digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan logam yang kuat dan tahan korosi. Mereka adalah pilihan yang lebih baik untuk peralatan dapur, alat makan, dan perawatan kesehatan, karena terlalu banyak seng dapat beracun, dan asam serta panas dapat menggerakkan seng. Di tempat di mana spangle abu-abu kusam baja tergalvanis tidak ideal, mereka menampilkan estetika yang lebih kilat dan lebih dapat disesuaikan.

Aluminium dan stainless masing-masing lebih mahal, dan properti mekanisnya tidak identik dengan baja. Untuk aplikasi di mana properti mekanis, estetika, atau berat logam penting, bahan yang lebih mahal mungkin merupakan pilihan optimal. Di tempat lain, di mana fungsionalitas baja standar diinginkan, proses penggalvanan ideal untuk weatherproofing dengan biaya rendah.