Chọn cách xử lý bề mặt cho chi tiết thép là cân giữa bốn thứ: chi tiết sống ở môi trường nào, lớp phủ dày bao nhiêu và có ảnh hưởng lắp ghép không, bề mặt có chịu mài mòn không, và chi tiết có phải thép cường độ cao hay không. Mạ kẽm điện phân hợp với chi tiết nhỏ trong nhà và ngoài trời nhẹ; mạ kẽm nhúng nóng cho kết cấu ngoài trời lâu năm; nhuộm đen cho chi tiết máy trong nhà cần giữ kích thước; phốt phát làm lớp lót sơn hoặc giữ dầu; sơn tĩnh điện cho vỏ, khung cần màu và chống gỉ tốt; mạ crôm cứng cho bề mặt chịu mài mòn.
Người làm gia công thường không tự mạ hay sơn, nhưng phải chọn đúng, ghi đúng lên phiếu, chừa đúng lượng dư cho ren và lỗ lắp, rồi kiểm hàng về. Sai ở bước này dẫn đến bu lông không vặn vào được sau mạ, chi tiết gỉ sau vài tháng, hay tệ hơn là bu lông cường độ cao gãy giòn vì không được khử hydro. Bài này đi qua từng phương pháp và cách dùng AI để soát lựa chọn.
Vì sao lớp phủ bảo vệ được thép, và vì sao kẽm khác sơn
Có hai cơ chế bảo vệ chính. Cơ chế rào chắn: lớp phủ ngăn nước và ô-xy tiếp xúc với thép, như sơn, lớp nhựa, lớp dầu. Chỉ cần một vết xước sâu đến thép, chỗ đó bắt đầu gỉ, và gỉ có thể bò vào dưới lớp sơn xung quanh. Cơ chế hy sinh: kẽm có điện thế hoạt động mạnh hơn sắt, nên khi có nước, kẽm bị ăn mòn trước để bảo vệ thép, kể cả ở vết xước nhỏ lộ thép gần đó.
Đó là lý do mạ kẽm, nhất là lớp kẽm dày nhúng nóng, chịu được trầy xước và va chạm khi lắp dựng tốt hơn sơn. Ngược lại, lớp kẽm cũng bị tiêu hao dần theo thời gian, nhanh hơn trong môi trường muối hay công nghiệp ô nhiễm; tuổi thọ tỷ lệ với độ dày lớp kẽm. Hệ sơn phủ lên lớp kẽm, gọi là hệ kép, kết hợp được cả hai cơ chế cho công trình ngoài trời yêu cầu cao.
Nhuộm đen và phốt phát thì gần như không tự bảo vệ được bao nhiêu: lớp rất mỏng, xốp, vai trò chính là giữ dầu, giữ sáp hoặc làm nền bám cho sơn. Chi tiết nhuộm đen để khô không dầu trong môi trường ẩm sẽ gỉ khá nhanh. Hiểu cơ chế giúp bạn không đặt kỳ vọng sai vào một lớp phủ.
Các phương pháp thường gặp đặt cạnh nhau
Bảng dưới so sánh tương đối, độ dày lớp chỉ là bậc độ lớn để hình dung ảnh hưởng tới lắp ghép. Yêu cầu cụ thể nên ghi theo tiêu chuẩn tương ứng và xác nhận với cơ sở xử lý bề mặt.
| Phương pháp | Độ dày lớp, bậc độ lớn | Chống gỉ | Ảnh hưởng lắp ghép | Hợp với |
|---|---|---|---|---|
| Mạ kẽm điện phân kèm thụ động | Vài micromet đến vài chục micromet | Khá trong nhà, vừa ngoài trời | Nhỏ, ren chính xác vẫn cần tính | Bu lông, chi tiết nhỏ, khung trong nhà |
| Mạ kẽm nhúng nóng | Vài chục đến hơn một trăm micromet | Tốt ngoài trời lâu năm | Lớn, ren phải xử lý riêng | Kết cấu thép, cột, lan can, giá đỡ ngoài trời |
| Nhuộm đen (ô-xít đen) | Khoảng một micromet | Thấp, phụ thuộc dầu, sáp phủ | Gần như không | Chi tiết máy trong nhà, dụng cụ, đồ gá |
| Phốt phát hoá | Vài micromet | Thấp nếu không có sơn hoặc dầu | Nhỏ | Nền sơn, chi tiết cần giữ dầu, chống kẹt khi chạy rà |
| Mạ crôm cứng | Vài micromet đến hàng trăm micromet, thường mài sau | Khá | Lớn, thường mạ dư rồi mài | Cần piston, trục chịu mài mòn, con lăn |
| Sơn tĩnh điện | Vài chục đến hơn một trăm micromet | Tốt nếu xử lý nền tốt | Lớn, cần che ren và mặt lắp | Vỏ tủ, khung máy, bàn ghế kim loại |
Ngoài ra còn mạ niken, mạ niken hoá học, mạ đồng, thấm kẽm và nhiều lớp phủ đặc thù khác. Mỗi lớp có ưu điểm riêng; khi bản vẽ ghi một lớp lạ, hãy tra tiêu chuẩn được dẫn chiếu thay vì đoán theo tên gọi.
Những lưu ý kỹ thuật dễ bị bỏ quên
Ren và lỗ lắp ghép. Lớp mạ dày lên ở cả ren ngoài lẫn ren trong, mà trên ren, độ dày lớp ảnh hưởng tới đường kính trung bình gấp nhiều lần. Bu lông mạ nhúng nóng phải dùng đai ốc được taro rộng theo tiêu chuẩn tương ứng. Với ren chính xác mạ điện phân, cần gia công ren theo miền dung sai có tính đến lớp mạ.
Giòn hydro. Tẩy gỉ bằng axit và mạ điện phân có thể làm hydro thấm vào thép. Với thép cường độ cao, như bu lông cấp bền cao, lò xo, chi tiết đã hoá cứng, hydro có thể gây gãy giòn chậm sau khi lắp, khi chịu tải. Biện pháp quen thuộc là sấy khử hydro ngay sau mạ trong thời hạn quy định; tiêu chuẩn mạ cho chi tiết ghép nối như ISO 4042 có hướng dẫn về vấn đề này. Hãy ghi rõ yêu cầu khử hydro trên phiếu khi gửi mạ chi tiết cứng.
Mặt tiếp đất điện và mặt lắp ghép. Sơn tĩnh điện cách điện, nên mặt bắt dây tiếp địa phải được che trước khi sơn. Mặt lắp ghép chính xác, lỗ chốt định vị cũng cần che, nếu không phải gia công lại sau sơn.
Kết cấu rỗng khi nhúng nóng. Ống, hộp kín phải có lỗ thoát khí và lỗ thoát kẽm theo hướng dẫn của cơ sở mạ. Hộp kín không có lỗ thoát có thể phồng, nổ khi nhúng vào bể kẽm nóng, rất nguy hiểm. Đây là việc người thiết kế và người gia công phải làm từ trước.
Tấm mỏng khi nhúng nóng. Nhiệt độ bể kẽm có thể làm tấm mỏng, kết cấu hàn không đối xứng bị cong vênh. Cần hỏi cơ sở mạ về giới hạn kích thước và cách bố trí.
Ăn mòn điện hoá: khi hai kim loại gặp nhau
Một chi tiết được bảo vệ tốt vẫn có thể bị ăn mòn nhanh nếu lắp sai cặp vật liệu. Hiện tượng xảy ra khi hai kim loại có điện thế khác nhau tiếp xúc trực tiếp và cùng nằm trong một chất điện ly, như nước mưa, hơi nước có muối, dung dịch trơn nguội. Những điểm cần nhớ:
- Kim loại hoạt động hơn sẽ bị ăn mòn nhanh hơn: nhôm và kẽm bị ăn khi tiếp xúc với inox hoặc đồng trong môi trường ẩm.
- Tỷ lệ diện tích quan trọng: bu lông nhỏ bằng vật liệu kém quý hơn bắt trên tấm lớn quý hơn sẽ bị ăn rất nhanh; trường hợp ngược lại đỡ nghiêm trọng hơn.
- Cách điện giữa hai kim loại bằng long đen, ống lót nhựa, hoặc sơn phủ giúp cắt đường dòng điện.
- Giữ khô vùng tiếp xúc: không có chất điện ly thì không có ăn mòn điện hoá. Thiết kế tránh khe đọng nước có ích hơn bất kỳ lớp phủ nào.
- Khe hở hẹp giữa hai bề mặt, kể cả cùng loại kim loại, dễ bị ăn mòn khe do thiếu ô-xy ở đáy khe.
Khi nhờ AI soát thiết kế, hãy liệt kê đủ vật liệu của từng chi tiết trong mối ghép, kể cả bu lông và long đen, rồi hỏi cặp nào có nguy cơ ăn mòn điện hoá trong môi trường cụ thể. AI làm việc này khá tốt nếu bạn đưa đủ dữ liệu.
Dùng AI chọn và ghi yêu cầu xử lý bề mặt
Phiếu yêu cầu xử lý bề mặt càng rõ, hàng về càng ít tranh cãi. AI giúp soạn và soát. Quy trình gợi ý:
- Mô tả chi tiết và môi trường làm việc, đã bỏ tên khách. Câu lệnh mẫu: "Giá đỡ thép tấm dày 3, hàn, lắp ngoài trời ở khu công nghiệp gần biển, có bốn lỗ ren lắp bu lông, không cần màu đặc biệt. So sánh mạ kẽm nhúng nóng, mạ kẽm điện phân cộng sơn, và sơn tĩnh điện theo độ bền, ảnh hưởng tới ren, nguy cơ cong vênh. Không nêu giá."
- Yêu cầu AI liệt kê những thông tin còn thiếu, như chi tiết có phải thép cường độ cao không, có mặt tiếp đất không, kết cấu có hộp kín không.
- Chọn phương án, rồi tự tra tiêu chuẩn tương ứng cho độ dày lớp và yêu cầu kiểm tra; hỏi cơ sở xử lý bề mặt về năng lực và giới hạn kích thước.
- Soạn phiếu yêu cầu gồm phương pháp, tiêu chuẩn dẫn chiếu, độ dày lớp, màu và loại thụ động hoá nếu có, vùng phải che, yêu cầu khử hydro, cách kiểm tra khi nhận. Nhờ AI kiểm phiếu có thiếu mục nào không.
- Khi nhận hàng, đo độ dày lớp bằng máy đo phù hợp, kiểm ren bằng calip, xem bề mặt, ghi kết quả vào hồ sơ.
Phép thử phun sương muối hay được dẫn ra để so sánh lớp phủ, nhưng kết quả số giờ trong buồng thử không quy đổi trực tiếp ra số năm ngoài trời. Khi AI hay nhà cung cấp quy đổi kiểu đó, hãy hỏi lại căn cứ.
An toàn và môi trường trong khâu xử lý bề mặt
Các dây chuyền mạ dùng axit, kiềm, muối kim loại; một số quy trình cũ dùng hợp chất crôm hoá trị sáu rất độc. Xu hướng hiện nay là chuyển sang thụ động hoá crôm hoá trị ba và các quy trình ít độc hơn, nhất là với hàng xuất khẩu phải đáp ứng các quy định hạn chế chất độc hại. Khi đặt hàng xuất khẩu, hỏi rõ yêu cầu của khách về lớp thụ động và giấy tờ đi kèm.
Xưởng gia công không nên tự mạ hay tẩy gỉ bằng axit trong khu vực không được thiết kế cho việc này. Hơi axit ăn mòn máy móc xung quanh, nước thải chứa kim loại nặng không được xả trực tiếp ra môi trường, và người làm cần bảo hộ hô hấp, mắt, da phù hợp. Gửi cơ sở có giấy phép môi trường là lựa chọn đúng cả về chất lượng lẫn trách nhiệm.
Với sơn tĩnh điện, bụi sơn có nguy cơ cháy nổ trong buồng phun nếu thông gió và tiếp đất không đạt; đây là việc của cơ sở sơn. Phần của bạn là chuẩn bị chi tiết sạch dầu, không còn xỉ hàn, bavia, và đánh dấu rõ vùng cần che.
Câu hỏi thường gặp
Bu lông mạ kẽm và bu lông nhuộm đen khác nhau thế nào khi dùng?
Bu lông mạ kẽm chống gỉ tốt hơn, hợp môi trường ẩm và ngoài trời nhẹ. Bu lông nhuộm đen thường là bu lông cường độ cao dùng trong máy, chống gỉ nhờ lớp dầu, hợp môi trường khô trong nhà. Lựa chọn còn phụ thuộc cấp bền và yêu cầu ma sát khi siết.
Mạ kẽm nhúng nóng có làm hỏng ren không?
Lớp kẽm dày làm ren không vặn vào nhau được nếu không xử lý. Thường bu lông được mạ rồi ly tâm gạt kẽm thừa, còn đai ốc được taro rộng sau mạ theo tiêu chuẩn. Lỗ ren trên kết cấu nên che lại hoặc taro lại sau khi mạ.
Sơn tĩnh điện trực tiếp lên thép có bền không?
Độ bền phụ thuộc nhiều vào xử lý nền: tẩy dầu, tẩy gỉ, phốt phát hoặc lớp chuyển hoá thay thế. Sơn lên thép chưa xử lý tốt dễ bong và gỉ lan dưới màng sơn. Với môi trường ngoài trời khắc nghiệt, mạ kẽm rồi sơn tĩnh điện cho kết quả tốt hơn.
Có cần khử hydro cho mọi chi tiết sau mạ điện phân không?
Không phải mọi chi tiết. Nguy cơ giòn hydro chủ yếu đáng kể với thép cường độ cao, chi tiết đã hoá cứng, lò xo. Tiêu chuẩn mạ cho chi tiết ghép nối nêu ngưỡng và điều kiện cần khử hydro; nên kiểm theo đúng chi tiết của bạn.
Nhuộm đen có làm thay đổi kích thước không?
Gần như không, vì lớp ô-xít đen rất mỏng. Đây là lý do nhuộm đen được dùng cho chi tiết máy và đồ gá cần giữ dung sai. Đổi lại khả năng chống gỉ thấp, chi tiết cần được tra dầu hoặc phủ sáp và dùng trong môi trường khô.
Làm sao kiểm độ dày lớp mạ khi nhận hàng?
Máy đo độ dày lớp phủ dùng nguyên lý từ tính đo được lớp không từ tính như kẽm, sơn trên nền thép. Cần hiệu chỉnh máy trên mẫu chuẩn và đo nhiều điểm theo hướng dẫn tiêu chuẩn. Với tranh chấp, có thể cắt mẫu đo trên mặt cắt ở phòng thử nghiệm.