Mạ kẽm là gì? HDG nhúng nóng ≥45μm và EZG mạ điện 5-25μm theo ISO 1461

Mạ kẽm là gì?

Mạ kẽm (zinc coating, galvanizing) là quy trình phủ một lớp kẽm nguyên chất hoặc hợp kim kẽm lên bề mặt thép (hoặc gang) nhằm bảo vệ kim loại nền khỏi ăn mòn. Kẽm bảo vệ thép theo hai cơ chế: barrier — lớp kẽm ngăn chất điện giải tiếp xúc thép; galvanic — khi lớp kẽm bị trầy xước, kẽm có điện thế điện cực âm hơn thép (Zn: –0.76 V so với Fe: –0.44 V so với điện cực hydro tiêu chuẩn) nên bị ăn mòn ưu tiên, bảo vệ thép xung quanh vết trầy. Đây là lý do lớp mạ kẽm vẫn bảo vệ thép ngay cả khi bề mặt bị tổn thương — khác với sơn thông thường chỉ có tác dụng barrier.

Hai kỹ thuật mạ kẽm chính

HDG — Hot-Dip Galvanizing (mạ kẽm nhúng nóng)

HDG là kỹ thuật mạ kẽm quan trọng nhất trong xây dựng: chi tiết thép sau khi làm sạch được nhúng vào bể kẽm lỏng 445–455°C, phản ứng luyện kim Fe-Zn hình thành loạt lớp hợp kim Fe-Zn (Gamma, Delta, Zeta) và lớp kẽm nguyên chất ngoài cùng (Eta). Liên kết luyện kim này bền hơn liên kết cơ học của sơn hay mạ điện nhiều lần. Tiêu chuẩn ISO 1461 quy định chiều dày tối thiểu theo độ dày nền thép:

• Thép ≥ 6 mm: ≥ 85 µm (610 g/m²)
• Thép 3–6 mm: ≥ 70 µm (505 g/m²)
• Thép 1.5–3 mm: ≥ 55 µm (395 g/m²)
• Thép < 1.5 mm và ống: ≥ 45 µm (325 g/m²)

Đặc điểm nhận dạng HDG

• Bề mặt thường có hoa kẽm (spangle) hoặc vết sần nhám hơn mạ điện.
• Màu xám bóng khi mới; chuyển xám mờ sau vài tháng tiếp xúc không khí.
• Độ dày 45–85 µm theo vị trí và độ dày nền; có thể đo bằng máy đo từ tính.
• Tuổi thọ ngoài trời C3: 25–30 năm; C4 (ven biển): 15–20 năm.

Quy trình HDG đầy đủ

1. Degreasing (tẩy dầu): Kiềm nóng hoặc dung môi để loại dầu mỡ và sơn.
2. Pickling (tẩy axit): HCl 10–15% hoặc H₂SO₄ ấm để hòa tan gỉ, oxit và vảy cán.
3. Rinsing: Rửa nước sạch nhiều lần.
4. Fluxing: Nhúng vào ZnCl₂/NH₄Cl để hoạt hóa bề mặt và ngăn tái oxy hóa trước khi nhúng kẽm.
5. Drying: Sấy khô 100–120°C.
6. Hot-dipping: Nhúng vào kẽm lỏng 445–455°C; thời gian nhúng 1–5 phút tùy khối lượng và độ dày.
7. Quenching/cooling: Làm nguội trong nước hoặc không khí.
8. Inspection: Đo chiều dày, kiểm tra bề mặt và sửa khuyết tật.

EZG — Electro-Zinc Galvanizing (mạ kẽm điện)

EZG là mạ kẽm qua điện phân: chi tiết thép (cathode) nhúng vào dung dịch muối kẽm (ZnSO₄ hoặc ZnCl₂), kẽm từ anode tan và lắng đọng lên cathode khi có dòng điện. Lớp mạ điện mịn và đồng đều hơn HDG, dung sai kích thước tốt hơn (quan trọng cho bu lông và chi tiết chính xác), nhưng độ dày chỉ đạt 5–25 µm và không có liên kết luyện kim — tuổi thọ ngoại thất thấp hơn HDG đáng kể.

Mạ kẽm liên tục (Continuous Galvanizing) cho tôn cuộn

Tôn kẽm (tôn mạ kẽm) được sản xuất bằng quy trình nhúng nóng liên tục (sendzimir process): dải thép chạy liên tục qua lò ủ rồi nhúng kẽm lỏng và được kiểm soát độ dày bằng dao khí (air knife). Ký hiệu độ phủ theo EN 10346: Z100 (100 g/m² cả hai mặt = 50 g/m²/mặt ≈ 7 µm/mặt), Z150, Z200, Z275 (275 g/m² ≈ 19 µm/mặt).

Các biến thể mạ kẽm khác

• Galfan (ZA — Zn+5%Al): Hợp kim Zn-Al tăng kháng ăn mòn ven biển lên 2–3 lần so với kẽm nguyên chất; dùng cho tôn lợp mái C4–C5.
• Galvalume / Zincalume (AZ — Zn+55%Al+1.6%Si): AZ150 (150 g/m²) kháng ăn mòn tốt hơn Z275 trong nhiều môi trường; bề mặt có hoa spangle ánh kim; phổ biến cho mái tôn dân dụng và công nghiệp.
• Thermal spray zinc (phun kẽm nhiệt): Phun dây kẽm/bột kẽm nóng chảy lên bề mặt thép tại chỗ; cho kết cấu lớn không tháo lắp được hoặc sửa chữa vết hàn HDG.
• Sherardizing: Ủ chi tiết thép trong bột kẽm 320–500°C tạo lớp Fe-Zn khuếch tán 15–30 µm; cho bu lông nhỏ và chi tiết ren phức tạp.
• Zinc-rich paint (sơn giàu kẽm): Primer chứa 80–90% bột kẽm cho bảo vệ galvanic tại chỗ; dùng sửa chữa vết cắt, hàn và khuyết tật HDG; inorganic zinc silicate cho C4–C5.

Tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng mạ kẽm

Câu hỏi thường gặp

HDG và EZG khác nhau ở điểm nào quan trọng nhất?

HDG tạo liên kết luyện kim Fe-Zn bền, độ dày 45–85 µm, bảo vệ galvanic mạnh kể cả khi trầy; EZG chỉ liên kết cơ học, mỏng 5–25 µm, tuổi thọ ngoại thất thấp hơn HDG 3–5 lần.

Tôn Z100 và Z275 khác nhau như thế nào?

Z100: 100 g/m² tổng = ~7 µm/mặt, tuổi thọ C3 khoảng 10–15 năm; Z275: 275 g/m² tổng = ~19 µm/mặt, tuổi thọ C3 25–30 năm; nên chọn Z150 trở lên cho công trình dân dụng có tuổi thọ ≥ 20 năm.

Hàn thép HDG có nguy hiểm không?

Có — hàn thép đã mạ kẽm tạo khói ZnO gây sốt kim loại (metal fume fever); phải thông gió tốt, đeo mặt nạ lọc khói và làm sạch lớp kẽm tại vùng hàn trước khi hàn; sau hàn sơn lại vùng bị ảnh hưởng bằng zinc-rich paint.

Galvalume/AZ bảo vệ tốt hơn Galvanize/Z ở đâu?

AZ bảo vệ barrier tốt hơn Z trong môi trường C3–C4 ven biển nhờ lớp Al₂O₃ bền; tuy nhiên AZ không có tính năng galvanic tốt tại vết trầy (Al thụ động hơn Zn nguyên chất) — Z275 vẫn tốt hơn AZ150 tại vết cắt cạnh.

Có thể sơn lên bề mặt HDG không?

Có — tạo hệ duplex (HDG + sơn) bền hơn cả hai riêng lẻ; cần chuẩn bị bề mặt đúng: để HDG weathering 6 tháng (hoặc sweep blast nhẹ) rồi sơn epoxy primer; hoặc dùng wash primer (T-wash) cho HDG mới.

Sherardizing phù hợp chi tiết nào?

Sherardizing phù hợp bu lông, vít, lò xo và chi tiết ren nhỏ phức tạp cần chiều dày mỏng (15–30 µm) nhưng đồng đều toàn bộ bề mặt kể cả trong ren, khe hẹp — HDG quá dày sẽ bịt ren.

Kẽm mạ có tác dụng kháng khuẩn không?

Kẽm có tính kháng khuẩn nhẹ do ion Zn²⁺ ức chế một số vi khuẩn; tuy nhiên lớp kẽm carbonat hóa ngoài trời giảm giải phóng Zn²⁺, không thể thay thế biện pháp kháng khuẩn chuyên dụng.

Mạ kẽm có thể áp dụng cho inox không?

Không khuyến nghị — mạ kẽm lên inox tạo cặp galvanic bất lợi (Zn âm hơn inox, kẽm bị ăn mòn nhanh) và không cần thiết vì inox đã có kháng ăn mòn tốt.

Chiều dày mạ kẽm đo bằng cách nào?

Đo bằng máy đo chiều dày từ tính (magnetic induction) không phá hủy theo ISO 2808 hoặc ISO 1461 Annex A; đo tối thiểu 5 điểm/bề mặt tham chiếu; hoặc cân trước/sau mạ để tính khối lượng phủ g/m².