Lớp mạ kẽm là một yếu tố quan trọng quyết định chất lượng và độ bền của thép hộp mạ kẽm. Tuy nhiên, ít người thực sự hiểu rõ ảnh hưởng của lớp mạ kẽm đến tính chất cơ lý tính của thép hộp mạ kẽm một cách chính xác. Bài viết này Thép Mỹ Việt sẽ đi sâu vào phân tích và làm sáng tỏ mối liên hệ này, giúp bạn có cái nhìn toàn diện hơn về sản phẩm thép hộp mạ kẽm.

1. Khái quát về thép hộp mạ kẽm

Thép hộp mạ kẽm là sản phẩm thép được tạo ra bằng cách phủ một lớp kẽm nóng chảy lên bề mặt thép hộp thông thường đã xử lý bề mặt. Quy trình phổ biến nhất là mạ kẽm nhúng nóng, nơi thép hộp được làm sạch kỹ lưỡng, sau đó nhúng vào bể kẽm nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 450−460∘C. Tại nhiệt độ này, kẽm sẽ phản ứng với sắt trong thép, tạo thành một loạt các lớp hợp kim kẽm-sắt xen kẽ (gọi là lớp gamma, delta, zeta) và một lớp kẽm nguyên chất ở ngoài cùng (lớp eta). Cấu trúc nhiều lớp này là yếu tố then chốt quyết định nhiều đặc tính của sản phẩm cuối cùng

Cấu trúc của lớp mạ kẽm có thể được mô tả như sau:

Cấu trúc của lớp mạ kẽm phân loại dưới góc độ vi phân 

• Lớp hợp kim kẽm-sắt: Các lớp này hình thành tại giao diện giữa thép và kẽm nóng chảy. Chúng bao gồm các thành phần hợp kim kẽm-sắt khác nhau , phổ biến nhất là các lớp Gamma , Delta và Zeta , tiến dần từ thép ra ngoài.

+ Lớp gamma: Lớp gần thép nhất, có thành phần gồm khoảng 75% kẽm và 25% sắt. 

+ Lớp Delta: Lớp có khoảng 90% kẽm và 10% sắt. 

+ Lớp Zeta: Lớp gần nhất với lớp kẽm nguyên chất bên ngoài, có khoảng 94% kẽm và 6% sắt. 

• Lớp kẽm nguyên chất (lớp Eta): Lớp ngoài này chủ yếu được tạo thành từ kẽm nguyên chất và có tác dụng ngăn chặn sự ăn mòn. 

Sự tồn tại của các lớp hợp kim kẽm-sắt này, với độ cứng và độ giòn khác nhau, chính là khởi nguồn cho những thay đổi về tính chất cơ lý mà chúng ta sẽ khám phá.

>>> Tư vấn: Nên chọn thép hộp vuông đen hay thép hộp vuông mạ kẽm loại nào cho công trình?

2. Các tính chất cơ lý tính của thép hộp mạ kẽm

Trước khi tìm hiểu ảnh hưởng của lớp mạ kẽm, cần hiểu rõ tính chất cơ lý tính là gì.

• Tính chất cơ học (Cơ tính): Đây là những đặc tính thể hiện khả năng chịu lực, biến dạng của vật liệu. Bao gồm: Độ bền kéo thể hiện khả năng chịu kéo lớn nhất trước khi bị đứt, giới hạn chảy thể hiện điểm mà vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo vĩnh viễn, ngoài ra còn có độ cứng, độ dẻo, và độ bền va đập. 
• Tính chất vật lý (Lý tính): Đây là những đặc tính liên quan đến cấu trúc vật chất và tương tác với môi trường. Bao gồm: Khối lượng riêng (Khối lượng của vật liệu trên một đơn vị thể tích), độ dẫn điện/dẫn nhiệt, tính thẩm mỹ và bề mặt. 
• Khả năng chống ăn mòn: Tuy đôi khi xếp riêng, nhưng thực chất là kết quả của cả cơ tính và lý tính cộng hưởng với lớp bảo vệ bề mặt.

Kết quả của cả cơ tính và lý tính cộng hưởng với lớp bảo vệ bề mặt tạo cho thép ống mạ kẽm khả năng chống ăn mòn

3.  Các tính chất cơ lý tính của thép hộp mạ kẽm

Khi có thêm lớp mạ kẽm, các thông số liên quan đến tính chất cơ tính và lý tính sẽ có sự thay đổi nhất định. Những thay đổi này có thể là tích cực hoặc tiêu cực tùy thuộc vào ứng dụng.

3.1.  Ảnh hưởng đến cơ tính

Lớp mạ kẽm có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính cơ học của thép, đặc biệt là khi sản phẩm phải trải qua các quá trình gia công cơ khí tiếp theo như uốn, dập.

• Độ bền kéo, giới hạn chảy và độ dẻo: Vấn đề lớn nằm ở lớp hợp kim kẽm-sắt. Các lớp hợp kim Zeta, Delta, Gamma có độ cứng rất cao nhưng lại khá giòn. Khi thép hộp mạ kẽm được uốn cong hoặc biến dạng, lớp kẽm bên ngoài (lớp Eta mềm) có thể co dãn, nhưng các lớp hợp kim giòn bên dưới dễ bị nứt, tạo ra các vết rạn trên bề mặt lớp mạ. Vì vậy, nếu lớp mạ bên ngoài quá dày hoặc xử lý không đều, có thể dễ dàng gặp phải hiện tượng nứt lớp mạ khi uốn ở góc quá hẹp, góc phức tạp.

Ở góc độ cơ tính, do cấu tạo của lớp mạ kẽm gồm nhiều lớp hợp kim - sắt có độ cứng trong khi lớp ngoài cùng là lớp kẽm nguyên chất nên nếu mạ không kỹ hay quá mỏng rất dễ bị nứt

• Độ cứng: Đây là một trong những ảnh hưởng tích cực rõ rệt nhất. Độ cứng bề mặt của thép hộp mạ kẽm cao hơn hẳn so với thép hộp đen. Lớp hợp kim kẽm-sắt có độ cứng vượt trội so với cả thép nền và lớp kẽm tinh khiết bên ngoài. Nhờ đó, sản phẩm mạ kẽm có khả năng chống trầy xước và mài mòn bề mặt tốt hơn, kéo dài tuổi thọ trong môi trường có ma sát.
• Độ bền va đập: Đây là một nhược điểm tiềm tàng của thép mạ kẽm nhúng nóng. Do các lớp hợp kim kẽm-sắt cứng và giòn có thể làm giảm độ bền va đập của thép, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp.Tuy nhiên, ảnh hưởng này thường chỉ đáng kể khi sử dụng các loại thép có hàm lượng cacbon cao hoặc trong điều kiện môi trường quá khắc nghiệt.

Ảnh hưởng của lớp mạ kẽm đến yếu tố cơ tính là tích cực hơn nhiều so với tiêu cực, tuy nhiên còn tùy vào dây chuyền mạ của từng nhà sản xuất (có thể khiến lớp mạ không đều), và ứng dụng vào môi trường (với những môi trường quá khắc nghiệt thì cũng khó đảm bảo).

3.2. Ảnh hưởng đến lý tính 

Ngoài cơ tính, lớp mạ kẽm cũng thay đổi các tính chất vật lý của thép, điều này có ý nghĩa quan trọng trong một số ứng dụng chuyên biệt.

• Khối lượng riêng: Kẽm có khối lượng riêng (7.14g/cm3) thấp hơn thép (7.85g/cm3). Do đó, việc phủ một lớp mạ kẽm lên bề mặt thép sẽ làm thay đổi tổng trọng lượng của sản phẩm. Tuy nhiên, sự thay đổi này là rất nhỏ và thường được tính toán theo độ dày lớp mạ.
• Độ dẫn điện và dẫn nhiệt: Kẽm có độ dẫn điện và dẫn nhiệt khác với thép. Độ dẫn điện của kẽm cao hơn thép, do đó thép hộp mạ kẽm có khả năng dẫn điện tốt hơn thép hộp đen, một yếu tố quan trọng trong các ứng dụng làm vật liệu tiếp địa hoặc vỏ bọc thiết bị điện. Ngược lại, độ dẫn nhiệt của kẽm cao hơn thép, giúp sản phẩm tản nhiệt hiệu quả hơn một chút.
• Tính thẩm mỹ và bề mặt: Thép hộp mạ kẽm có bề mặt sáng bóng, đặc trưng với những hoa văn tinh thể kẽm (gọi là spangle). Kích thước và hình dạng của các "hoa kẽm" này phụ thuộc vào tốc độ làm nguội và thành phần hóa học của bể mạ. Nhờ vẻ ngoài này, thép mạ kẽm có thể được sử dụng cho các ứng dụng có yêu cầu về mặt thẩm mỹ mà không cần phải sơn phủ.

Điểm đặc biệt ở thép hộp mạ kẽm khác thép hộp thông thường là lớp bề mặt thẩm mỹ sáng bóng ứng dụng được ở nhiều kiểu hạng mục, công trình

3.3. Khả năng chống ăn mòn

Đây là mục đích chính của việc mạ kẽm và là ảnh hưởng quan trọng nhất. Khả năng chống ăn mòn của thép hộp mạ kẽm được tạo ra từ hai cơ chế chính:

• Bảo vệ rào chắn (Barrier Protection): Lớp kẽm đóng vai trò như một lớp áo giáp vật lý, ngăn cách hoàn toàn thép nền với môi trường bên ngoài (ẩm ướt, hóa chất, muối, axit,...) . Chừng nào lớp mạ còn nguyên vẹn, thép bên trong sẽ được bảo vệ tuyệt đối.
• Bảo vệ hy sinh (Sacrificial Protection): Đây là cơ chế đặc biệt và hiệu quả nhất. Khi lớp mạ bị trầy xước, tạo ra một vết hở trên bề mặt, kẽm sẽ tự động đóng vai trò là "anode" và bị ăn mòn trước để bảo vệ sắt (cathode) xung quanh. Quá trình này tiếp tục diễn ra cho đến khi lớp kẽm xung quanh vết xước bị ăn mòn hết, đảm bảo thép nền không bị gỉ sét.

4. Thử nghiệm và đánh giá thực tế

Để đảm bảo chất lượng, thép hộp mạ kẽm thường được kiểm tra theo các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM (Hoa Kỳ) hoặc JIS (Nhật Bản). Một trong những phương pháp phổ biến là ASTM B117 (Salt Spray Test) – phun sương muối để đánh giá khả năng chống ăn mòn trong môi trường khắc nghiệt.

Ngoài ra, các nhà sản xuất thép còn thực hiện:

• Kiểm tra độ bám của lớp mạ thông qua thử nghiệm uốn hoặc va đập.
• Đo chiều dày lớp mạ bằng thiết bị đo từ tính chuyên dụng để đảm bảo độ đồng đều và đạt chuẩn kỹ thuật.

Nếu thép hộp khi thử nghiệm đạt các tiêu chí mà tiêu chuẩn đưa ra sẽ được cấp chứng nhận về chất lượng như ASTM, JIS,.. 

Kết quả thực tế cho thấy, lớp mạ kẽm nhúng nóng dày khoảng 65–100 µm có thể kéo dài tuổi thọ của thép gấp 3–5 lần so với thép đen.

5. Ứng dụng và lựa chọn lớp mạ kẽm phù hợp cho thép hộp mạ kẽm

Thép hộp mạ kẽm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như xây dựng nhà xưởng, kết cấu mái, hệ thống giàn giáo, hàng rào, khung cửa, nội thất, và các công trình ngoài trời. Mỗi môi trường sử dụng sẽ yêu cầu lớp mạ kẽm khác nhau để đảm bảo độ bền và khả năng chống ăn mòn tối ưu.

• Xây dựng dân dụng và công nghiệp: Thép hộp mạ kẽm được dùng làm khung nhà xưởng, giàn mái, lan can, cửa cổng… Đối với môi trường trong nhà hoặc ít tiếp xúc trực tiếp với mưa nắng, lớp mạ trung bình (Z120 – Z180) thường đáp ứng tốt.
• Ngành cơ khí – chế tạo: Sản xuất khung máy, giá đỡ, kệ chứa hàng… thường yêu cầu độ bền cơ học cao nhưng không luôn cần lớp mạ quá dày nếu được bảo vệ bổ sung bằng sơn tĩnh điện.
• Hạ tầng ngoài trời và vùng biển: Cột đèn, biển báo giao thông, khung cầu cảng hoặc hệ thống đường ống dẫn ở vùng ven biển đòi hỏi lớp mạ kẽm dày (Z275 trở lên) để chịu được tác động của muối biển và độ ẩm cao.
• Nông nghiệp và chăn nuôi: Khung nhà kính, chuồng trại, hệ thống tưới nước… thường tiếp xúc lâu dài với hơi ẩm, phân bón, hóa chất, nên cần lớp mạ dày hơn mức tiêu chuẩn thông thường.

Với thép hộp mạ kẽm Vitek của Nhà máy Thép Mỹ Việt, khách hàng được đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn JIS G3466:2015, độ bền kéo ≥ 350 N/mm², lớp mạ kẽm đa dạng Z80–Z450, công nghệ sản xuất NOF (Non-Oxidizing Furnace) giúp lớp mạ bám chắc và bề mặt sáng bóng. Ngoài ra, sản phẩm có đặc tính cơ lý G350–G550, kích thước đa dạng 14x14mm đến 100x100mm, đáp ứng linh hoạt cho mọi nhu cầu công trình từ dân dụng đến công nghiệp nặng.

Thương hiệu Vitek - dòng thép hộp mạ kẽm chuẩn chứng nhận JIS Nhật Bản và chứng nhận Thương hiệu quốc gia mà bạn có thể tin tưởng 

Quý khách quan tâm thép Vitek có thể liên hệ tới Hotline 0243 733 0886 (số máy 02), hoặc đặt mua dễ dàng tại Web Store trực tuyến của Mỹ Việt. Để trải nghiệm sản phẩm thực tế, vui lòng đến những đại lý chính thức của Vitek để đảm bảo chuẩn hàng chính hãng!

Qua bài viết, chúng ta đã cùng nhau khám phá một cách toàn diện về ảnh hưởng của lớp mạ kẽm đến tính chất cơ lý tính của thép hộp mạ kẽm. Việc thấu hiểu những thay đổi này chính là chìa khóa để lựa chọn đúng loại vật liệu, tối ưu hóa hiệu suất và kéo dài tuổi thọ cho mọi công trình