Die magnetohydrodynamische Verzinkung modernisiert den Korrosionsschutz für Stahlanwendungen

Jul 29, 2023

Eine magnetohydrodynamische Verzinkungsanlage zeigt im ausgeschalteten Zustand ein häufiges Problem bei der Verzinkung: überschüssiger Zinkabfluss (oben links). Wenn der Innenabstreifer eingeschaltet ist, läuft das System effizient und verhindert einen übermäßigen Zinkverbrauch (unten rechts).

Hin und wieder verkündet ein Forscher eine seltsame Entdeckung, die die Mitglieder der wissenschaftlichen Gemeinschaft in Aufruhr versetzt und den Rest von uns leicht verwirrt. Das Konzept, dass Zeit relativ ist, erscheint beispielsweise etwas seltsam: Eine Uhr, die sich schneller bewegt als eine Referenzuhr, läuft langsamer als die Referenzuhr. Ein weiterer Grund ist die enorme Schwerkraft von Schwarzen Löchern, die so groß ist, dass nichts entweicht, nicht einmal Licht. Das ist nicht leicht zu beweisen, da ein Schwarzes Loch nicht viel zu sehen ist, aber die Beweise dafür, dass es sie gibt, häufen sich seit Jahrzehnten.

Ein dritter betrifft den Magnetismus. Während Magnetismus normalerweise als Anziehungskraft angesehen wird, stößt er einige Elemente und Verbindungen ab, darunter Wismut, Kupfer, Blei, Silber, Quecksilber, Zink und Wasser.

Wenn solche Entdeckungen bekannt gegeben werden, sind sie im Allgemeinen kaum mehr als wissenschaftliche Kuriositäten, und für die meisten von uns ist damit Schluss. Es ist unwahrscheinlich, dass sich irgendjemand von uns wirklich für die Relativität der Zeit oder ein Gravitationsfeld interessiert, das so stark ist, dass es nicht gemessen werden kann, aber das dritte Problem, bekannt als Diamagnetismus, hat praktische Anwendungen.

Der Schlüssel zur Anwendung eines neuen oder ungewöhnlichen Konzepts in der Physik zur Lösung eines realen Problems liegt darin, die richtige Ausrüstung zu finden, damit es funktioniert. Diamagnetismus ist keine starke Kraft und benötigt daher ein starkes Magnetfeld, um ihn in eine nutzbare Kraft umzuwandeln.

Ein spezieller Elektromagnet, der Bitter-Magnet, ist sehr leistungsstark. Diese Art von Magnetspule wurde 1933 von Francis Bitter erfunden und erzeugt extrem starke kontinuierliche Magnetfelder. Da es sich um eine Spule handelt, übt es eine magnetische Kraft aus, die in der Mitte der Wicklungen konzentriert ist. Ein diamagnetischer Gegenstand, beispielsweise ein Stück Kupferdraht, der in der Mitte eines unter Spannung stehenden Bitter-Magnetventils platziert wird, wird aus allen Richtungen rund um den Umfang des Magnetventils abgestoßen und fängt es praktisch ein.

Das Magnetfeld eines Bitter-Magneten ist mehr als stark genug, um eine Menge Wasser einzufangen, einzuschließen und in der Schwebe zu halten. Die Mitarbeiter des Nijmegen High Field Magnet Laboratory in Nijmegen, Niederlande, demonstrierten diese Eigenschaft – und ihren kollektiven Sinn für Humor –, indem sie einen Frosch in einem Bitter-Magneten schweben ließen. Frösche bestehen größtenteils aus Wasser, und Wasser ist diamagnetisch, und eins führte zum anderen.

Für eine praktische Anwendung hat das Team von SunWyre Inc. ein System entwickelt, das geschmolzenes Zink auf die gleiche Weise auffängt und enthält. Anschließend wurden die notwendigen Geräte und ein Verfahren entwickelt, um Zink auf die Oberfläche von Stahlgegenständen aufzutragen, die durch das schwebende Zink geführt werden. Verzinken ist nichts Neues, aber dieser Prozess, der als magnetohydrodynamisches (MHD) Verzinken bezeichnet wird, bietet eine moderne Möglichkeit, Zink aufzutragen und seine Dicke zu steuern. MHD wurde vor fast 30 Jahren entwickelt, es handelt sich also nicht um eine neue Technologie, sondern um etwas Neues für die Rohr- und Leitungsindustrie.

„SunWyre hat die Technologie zum Verzinken von Stangen und Drähten 1996 entwickelt“, sagte Präsident Victor Dorsten. „1995 reiste ich nach Frankreich, um MHD bei Bewehrungsstäben in Aktion zu sehen, und 1996 entwickelte das Unternehmen ein System zum Verzinken von Walzdraht.“ Die Walzdrahtanwendung unterschied sich nicht wesentlich von der ursprünglichen Anwendung, aber das Walzdrahtsystem wurde für Durchmesser von 7⁄32 bis ½ Zoll entwickelt, und das Bewehrungsstahlsystem ist für Durchmesser von 7⁄32 bis ½ Zoll ausgelegt.

„Das System wickelt den Walzdraht ab, bereitet die Oberfläche vor, verzinkt ihn und wickelt den Walzdraht wieder auf, damit er für den Versand oder die Weiterverarbeitung bereit ist“, sagte er.

Das Unternehmen installierte Systeme in ganz Amerika und im Nahen Osten und baute die weltweite Präsenz der Technologie weiter aus.

Eine von SunWyre für den magnetohydrodynamischen Verzinkungsprozess entwickelte Sweet-Spule entfernt effektiv überschüssiges Zink vom Außendurchmesser des Rohrs.

Einige Jahre später erkundigte sich ein Röhrenhersteller nach der Technologie.

„Im Jahr 2007 fragte ein Rohrhersteller in Australien nach einer kontinuierlichen Verzinkung seiner Produkte“, sagte Dorsten. „Die Anwendung erforderte die Verzinkung runder Rohre und die anschließende Umformung in eine rechteckige oder quadratische Form.“ SunWyre entwickelte ein System für diese Anwendung, und nach dem Einstieg in den Rohrmarkt war es nur eine Frage der Zeit, bis andere Rohr- und Rohranwendungen gefunden wurden.

„Ein gängiges verzinktes Produkt in der Automobilindustrie ist Galfan®“, sagte Dorsten. Das Verfahren wurde in den 1980er Jahren entwickelt und ist nach der Verzinkung mit fantastischen Eigenschaften benannt. Laut Branchenliteratur werden bei dem Verfahren etwa 95 Prozent Zink, 5 Prozent Aluminium und einige Seltenerdmetalle verwendet, um eine Beschichtung bereitzustellen, die haltbarer und korrosionsbeständiger ist als 100 Prozent Zink . Galfan wird mit der gleichen Schichtdicke wie Zink aufgetragen und bietet einen länger anhaltenden Schutz; Alternativ kann die Galfan-Dicke reduziert werden, um einen ähnlichen Schutz wie reines Zink zu erreichen.

„Bei vielen Automobilanwendungen beträgt die Schichtdicke 9 oder 10 Mikrometer“, sagte Dorsten. „Einige der Automobilzulieferer wollten eine dickere Beschichtung, und wir haben etwa ein Jahr gebraucht, um sie zu perfektionieren, aber wir haben sie bei gleichmäßiger Anwendung auf bis zu 24 Mikrometer gebracht“, sagte er. Eine dickere Beschichtung führe zu einer längeren Lebensdauer, daher habe das neue Produkt den Spitznamen Super-Galfan erhalten, sagte Dorsten. Nachfolgende Anwendungen umfassen Baustahl, Leitungen und Bewehrungsstäbe.

Bewehrungsstäbe werden auf zwei Arten verzinkt. Am gebräuchlichsten sind Knüppel aus kohlenstoffarmem Stahl mit einer Größe von 41⁄4 x 41⁄2 Zoll, die warmgewalzt werden, um die Größe auf einen Durchmesser von 0,375 bis 2 Zoll zu reduzieren. Durch die Warmwalzprozesse entsteht auch das Rippenmuster. Größen von 3⁄8 bis ½ Zoll Durchmesser. kann durch Abwickeln, Verzinken und Aufwickeln verzinkt werden. Größere Durchmesser werden in geraden Längen verzinkt.

Weniger verbreitet ist ein Prozess, bei dem 3⁄8- bis ½-Zoll-Durchmesser verwendet werden. Walzdraht aus kohlenstoffarmem Stahl wird von Spule zu Spule verzinkt und anschließend durch Einprägungswalzen kaltgewalzt, um das Rippenmuster zu erzeugen.

Die Ausrüstung für MHD umfasst eine Induktionsheizung, um das Werkstück auf die erforderliche Temperatur von 850 Grad F zu bringen; ein Ofen, der mit einem Kessel ausgestattet ist, der das Zink speichert; und eine Sweet-Spule, ein von SunWyre entwickeltes Gerät, das den Außendurchmesser des Rohrs abwischt und so überschüssiges Verzinkungsmaterial in der Verzinkungskammer hält. Da die Induktionserwärmung schnell ist und gängige Rohrgrößen in nur etwa einer halben Sekunde auf die Verzinkungstemperatur gebracht werden, sind Liniengeschwindigkeiten von bis zu 300 Fuß pro Minute möglich.

Neben der Möglichkeit, die Korrosionsschutzmasse in einer gleichmäßigen Dicke auf Vollkörper und Hohlräume aufzutragen, verfügt die MHD-Technologie über vier Variablen, die es dem Benutzer ermöglichen, die Auftragsdicke zu variieren, sagte Dorsten.

Die erste Frage ist eine Frage der Gerätekonfiguration: Die Größe der Bohrung, durch die das Rohr oder Rohr verläuft. Die anderen sind Betriebsparameter – der dem Magnetventil zugeführte Strom, die Liniengeschwindigkeit und die Zinktemperatur. Um die Beschichtungsdicke zu erhöhen, kann der Benutzer die Kammerbohrung vergrößern, den dem Magnetventil zugeführten Strom verringern, die Liniengeschwindigkeit verringern oder die Temperatur der Zinkverbindung verringern.

Zwar produziert MHD einige Abfälle, die sich in Form von Krätze oder Mousse ansammeln, doch Dorsten sagte, dass der Prozess den Abfall um fast 90 Prozent reduziert.

„Sie müssen die Töpfe abschöpfen, aber normalerweise nur einmal pro Schicht und nicht einmal pro Stunde“, sagte Dorsten.

Auch wenn bei dem Verfahren Stickstoff verwendet wird, verbraucht es etwa 5 Prozent des Stickstoffs, der beim herkömmlichen Verzinken verbraucht wird.

Bei Automobilrohranwendungen, die typischerweise Durchmesser von 3⁄16 bis 7⁄8 Zoll und Wandstärken von 0,024 bis 0,065 Zoll haben, kann MHD 13,9 Gramm pro Quadratfuß (GSF) Zink auf der Oberfläche abscheiden, bzw. 150 Gramm pro Quadratfuß Quadratmeter (GSM), bei einer Geschwindigkeit von 400 Fuß pro Minute (FPM). Für Strukturrohre mit einem Durchmesser von 1 bis 1,75 Zoll. Bei einer Wandstärke von 0,039 bis 0,118 Zoll beträgt die Abscheidungsrate 28 GSF (305 GSM) für Liniengeschwindigkeiten von bis zu 328 FPM. Schneiden Sie Rohrlängen mit Durchmessern von ½ bis 1½ Zoll und Wandstärken von 0,098 bis 0,127 Zoll. Die Abscheidungsrate beträgt 28 GSF (305 GSM) für Liniengeschwindigkeiten von 90 bis 200 FPM.

Die aktuellen Arbeiten des Unternehmens umfassen Schnittlängen mit Durchmessern von 2 bis 6 Zoll und Wandstärken von 0,135 bis 0,252 sowie einer Abscheidungsrate von 28 GSF (305 GSM). Laut Dorsten liegen die angestrebten Liniengeschwindigkeiten bei 60 bis 90 FPM.

SunWyre, www.sunwyre.com