19 May ตอนที่ 2 โครงสร้างในชิ้นงานที่ผ่านกระบวนการ galvanizing

รูปที่ 1Phase diagram Fe-Zn [Marder, 2000]

จากรูปที่1 Phase diagram ของ Fe-Zn ระหว่างกระบวนการ galvanizing จากการทดลองของ[Marder, 2000] พบว่าจะเกิดการฟอร์มเฟสขึ้นมาทำให้ได้ชั้นเคลือบที่แตกต่างกัน ได้แก่ zeta (ζ), delta (δ), gamma1 (Γ1) และ gamma (Γ)

1) Zeta (ζ) phase หรือ FeZn13 มีส่วนผสมทางเคมีของเหล็กอยู่ในช่วง 5-6 wt % เกิดจากการฟอร์มตัวโดยปฎิกิริยา peritectic ระหว่าง delta phase และ liquid zinc ที่อุณหภูมิ 530◦C ซึ่งเฟส zeta นี้จะอยู่ระหว่างชั้นของเฟสของ eta (η) หรือเป็นชั้นที่เป็น Zn-rich เฟสของ delta โดยที่เฟส Zeta จะมีโครงสร้างเป็น monoclinic

2) Delta (δ) phase หรือ FeZn10 มีส่วนผสมทางเคมีของเหล็กอยู่ในช่วง 7-11.5 wt % ฟอร์มตัวโดยปฎิกิริยา peritectic จาก Gamma phase + Liquid zinc ที่อุณหภูมิ 665 องศาเซลเซียส ได้เป็น Delta phase จะมีโครงสร้างเป็น hexagonalถูกพบอยู่ระหว่างชั้นของ Zeta phase กับ Gamma phase

3) Gamma1 (Γ1) phase หรือ Fe5Zn21 มีส่วนผสมทางเคมีของเหล็กอยู่ในช่วง 17-19.5 wt % ที่อุณหภูมิ 450◦C และมีโครงสร้างเป็น face centered cubic (FCC) ฟอร์มตัวโดยปฎิกิริยา peritectoid ระหว่าง Gamma phase(ของเเข็ง1) + Delta phase(ของเเข็ง2) ที่อุณหภูมิ 550 องศาเซลเซียส ได้เป็น Gamma1 phase (ของเเข็ง3) และสามารถเกิดเฟสนี้ได้โดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิไม่สูงมากเป็นเวลานาน จาก Table 1. พบว่า Gamma1 phase จะมีความแข็งสูงสุด

4) Gamma (Γ) phase หรือ Fe3Zn10 มีส่วนผสมทางเคมีของเหล็กอยู่ในช่วง 23.5-28 wt % ที่อุณหภูมิ 450◦C มีโครงสร้างเป็น body centered cubic (BCC) ฟอร์มตัวโดยปฎิกิริยา peritectic ระหว่าง α iron + Liquid zinc ที่อุณหภูมิ 782 องศาเซลเซียส ได้เป็น Gamma phase

ดังนั้นเมื่อนำไปส่องดู cross section ของเฟสเหล่านี้จะพบว่าเฟสต่างๆจะเรียงลำดับดังนี้ α iron, Gamma phase, Gamma1 phase, Delta phase, Zeta phase และ Eta phase ตามลำดับ โดยจะพบว่าลำดับในการเกิดของชั้นเฟสต่างๆนั้น ชั้นเฟสของ zeta จะเกิดขึ้นมาก่อนในเวลาแค่ไม่กี่วินาทีหลังจากการเริ่มชุบ จากนั้นจะเกิดเฟส delta ตามมา โดยจะมีโครงสร้างเกรนแบบ columnar เนื่องจากการโตมีทิศทางตั้งฉากกับระนาบ (0001) basal plane ในโครงสร้าง hexagonal หากยิ่งชุบนานก็จะทำให้ชั้นของ Zeta แยกเป็น Zeta1 และ Zeta2 เนื่องจากเกิดการ cracks จาก basal plane ของเฟส deta และจะโตเข้าไปในเฟสของ zeta ทำให้ zeta มีสองชั้น ขึ้นอยู่กับ supersaturation ของเหล็กในสังกะสีหลอมเหลว โดยชั้น zeta ที่อยู่ติดกับชั้น delta จะโตต่อในโครงสร้างเกรนแบบ columnar มากกว่าที่จะโตในรูปผลึกใหม่ของ zeta นอกจากจะมีเหล็กอิ่มตัวในสังกะสีที่เพียงพอในการเกิดนิวเคลียสของผลึก zetaใหม่ ซึ่งเฟส zeta และเฟส delta นี้จะเกิดขึ้นในขณะทำการชุบได้ 5 วินาที จาก (Metallurgical and Materials Transactions, 1986) พบว่าการแพร่ของ Zn เข้าไปยัง α-Fe ทำให้เกิดชั้นเฟสของ Gamma ซึ่งจะเกิดขึ้นหลังจากชุบนาน 30 วินาที ซึ่งสามารถดูได้จากภาพตัดขวางจาก SEM รูปที่2a

2a

2b

รูปที่ 2 a) Microstructure ของ Zn coating หลังทำการชุบ 300 s ที่อุณหภูมิ 450◦C, 0.00 wt% ใน Al bath บน ULC steel substrate. (1) gamma phase, (2) delta phase (3) zeta phase. b) ภาพจำลองที่แสดงให้เห็นถึงชั้นเฟสของ Fe-Zn โดย t0 คือเวลาเริ่มชุบ และ t1234 [Marder, 2000]
โดยชั้นความหนาที่เกิดขึ้นก็จะขึ้นอยู่กับเวลาในการชุบ หากใช้เวลาในการชุบนานชั้นความหนาก็จะเพิ่มขึ้น จากกราฟรูปที่4 เป็นการแสดงให้เห็นถึงชั้นความหนาที่เกิดขึ้นของแต่ละเฟสระหว่างการชุบที่ช่วงเวลาต่างๆ

รูปที่3 กราฟแสดงความหนาของชั้นเฟส gamma (Γ) phase, delta (δ) phase, และ zeta (ζ) phase layer ตามเวลาในการชุบที่เปลี่ยนไปด้วย ULC steel substrate ที่อุณหภูมิ 450^◦C ใน 0.00 wt% Al±Zn bath [Marder, 2000]

ค่าความแข็งในแต่ละชั้นของเฟสต่างๆหลังจากทำกระบวนการ Hot-dip แสดงไว้ในตารางที่1

ตารางที่1 แสดงตารางของการทดสอบค่าความแข็งในแต่ละชั้นของเฟสต่างๆหลังจากทำกระบวนการ Hot-dip  โดยใช้ค่าความแข็งเป็น Vicker Hardness [Marder, 2000]

ขอบคุณภาพและเนื้อหาจาก มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมวัสดุ