گالوانیزه گرم چیست و چه مزایایی دارد؟

گالوانیزه گرم (Hot galvanizing) یکی از روش های گالوانیزاسیون است که به منظور جلوگیری از خوردگی و آسیب قطعات فلزی انجام می شود. گالوانیزه گرم با فرو بردن قطعات آهنی یا فولادی در یک وان مذاب روی با دمایی حدود ۴۶۰ درجه سانتی گراد جهت پوشش دهی قطعات صورت می گیرد.

سه مرحله اساسی در فرآیند گالوانیزه گرم شامل آماده سازی سطح ، گالوانیزه و بازرسی است. این روند ذاتاً ساده است و مزایای ویژه ای نسبت به سایر روشهای محافظت در برابر خوردگی دارد. در این روش آهن و فولاد به طور متالورژیکی با روی مذاب واکنش نشان می دهند تا یک پوشش آلیاژی محکم با مقاومت بالا در برابر خوردگی ایجاد کنند. در ادامه در نشریه جهان شیمی فیزیک در این رابطه توضیحات بیشتری ارائه می شود.

گالوانیزه کردن فلز به آن خاصیت ضد خوردگی می بخشد. بدون پوشش رویی محافظ  فلز در معرض آب و هوا باقی قرار گرفته و به طور بالقوه اکسید می شود و خیلی سریعتر از بین می رود. فولاد گالوانیزه گزینه ای مقرون به صرفه برای استفاده به جای موادی مانند فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم به منظور جلوگیری از خوردگی است.

ویژگی فرآیند گالوانیزه سازی گرم

فرآیند گالوانیزه غوطه وری گرم نسبتاً ساده است. این  فرآیند شامل تمیز کردن فولاد و غوطه ور کردن آن در روی مذاب برای به دست آوردن یک پوشش است.

گالوانیزه غوطه وری گرم فرآیند پوشاندن آهن یا فولاد با یک لایه روی با غوطه ور شدن فلز در یک وان روی مذاب در دمای حدود ۴۵۰ درجه سانتیگراد (۸۴۲ درجه فارنهایت) است. در طی فرآیند ، یک پوشش پیوند متالورژی تشکیل می شود که از فولاد در برابر محیط های سخت ، چه خارجی و چه داخلی محافظت می کند.

فولاد گالوانیزه به طور گسترده ای در کاربردهایی مورد استفاده قرار می گیرد که مقاومت در برابر خوردگی بدون هزینه فولاد ضد زنگ مورد نیاز است و می توان آن را با الگوی متبلور روی سطح (که اغلب “اسپنگل” نامیده می شود) شناسایی کرد. گالوانیزه سازی احتمالاً دوستانه ترین فرآیند موجود در محیط زیست برای جلوگیری از خوردگی است. گالوانیزه غوطه وری گرم یک فرآیند بسیار ساده است که محافظت طولانی مدت در برابر خوردگی را برای فولاد فراهم می کند.

تاریخچه گالوانیزه گرم

در سال ۱۷۴۲ ، شیمی دان فرانسوی ، پائول ژاک مالوئین ، طی سخنرانی در آکادمی رویال فرانسه ، روشی برای پوشش آهن با فرو بردن آن در روی مذاب توصیف کرد.

در سال ۱۷۷۲ ، لوئیجی گالوانی (ایتالیا) ، که از اصطلاح گالوانیزه را بکار برد طی آزمایش پاهای قورباغه ، فرایند الکتروشیمیایی که بین فلزات انجام می شود را کشف کرد. در سال ۱۸۰۱ ، آلساندرو ولتا با کشف الکترو پتانسیل بین دو فلز و ایجاد یک سلول خورنده تحقیقات مربوط به گالوانیزه را ادامه داد.

در سال ۱۸۳۶ شیمیدان فرانسوی استانیسلاساس سورل برای کشف روش پوشش آهن با روی حق ثبت اختراع را بدست آورد . در این روش پس از پاک کردن فلز  با اسید سولفوریک ۹٪ (H2SO4) قطعات با کلرید آمونیوم (NH4Cl) فلاکس زنی می شوند.

امروزه بیش از ۶۰۰۰۰۰ تن روی سالانه در آمریکای شمالی برای تولید فولاد گالوانیزه گرم و  ۲۰۰،۰۰۰ تن برای فرآیند پس از ساخت و ۴۰۰،۰۰۰ تن برای فرآیند گالوانیزه مداوم مصرف می شود. گالوانیزه تقریباً در هر برنامه کاربردی و صنعتی که آهن یا فولاد استفاده می شود، مورد استفاده قرار می گیرد.

فرآيندهای شيميايی ، خمير و کاغذ ، اتومبيل و صنايع حمل و نقل تنها معدودی از برنامه هایی هستند که در طول تاریخ برای كنترل خوردگی از گالوانیزه استفاده كرده و می کنند. گالوانیزه گرم نیز دارای سابقه طولانی و اثبات شده رو به رشد و موفق در برنامه های مختلف در سراسر جهان است.

مراحل گالوانیزه گرم

آماده سازی سطح

هنگامیکه قطعات فولادی یا آهنی به تأسیسات گالوانیزه می رسد آنها را به سیم آویزان کرده یا در سیستم رکاب قرار می دهند که با استفاده از جرثقیل بتوان آنها را جابجا کرد. سپس قطعات فلزی از یک سری مراحل تمیزکاری عبور می کنند مثلا چربی زدایی باعث حذف خاک ، روغن و باقیمانده های آلی می شود ، در حالی که حمام اسیدی اکسید آهن  و پوسته ها را از بین می برد.

مرحله آماده سازی نهایی شامل فلاکس زنی است که باعث می شود اکسیدهای باقیمانده برداشته شود و فولاد و آهن را با یک لایه محافظ بپوشاند تا از تشکیل اکسید بیشتر قبل از گالوانیزه جلوگیری کند. آماده سازی مناسب سطح قطعات بسیار مهم است  زیرا روی با قطعات کثیف واکنش نشان نمی دهد.

گالوانیزه کردن

پس از آماده سازی سطح ، فولاد و آهن در حمام مذاب روی فرو می روند. این قطعات  با زاویه ای درون حمام فرو می روند که باعث می شود روی  در کل قطعه جریان یابد. در حالی که قطعات در روی غوطه ور هستند آهن و فولاد به طور متالورژیکی با روی واکنش نشان می دهد تا یک سری لایه های میان فلزی روی در سطح آنها تشکیل شود.

بازرسی

مرحله آخر بازرسی پوشش است. با استفاده از یک بازرسی بصری می توان به صورت دقیق  کیفیت پوشش را مشخص کرد. علاوه بر این ، می توان از یک ضخامت سنج مغناطیسی برای تأیید ضخامت پوشش مطابق با الزامات استاندارد استفاده کرد.

مراحل فرآیند گالوانیزه گرم

مراحل اصلی در فرآیند گالوانیزه عبارتند از:

• چرخه تمیز کردن – کاهش و تمیز کردن مواد شیمیایی
• شار – کمک می کند تا سطح فولاد خیس شود
• گالوانیزه – غوطه وری فولاد در وان روی ذوب شده روی
• تیمار (مرحله اختیاری)

چرخه تمیز کردن

واکنش گالوانیزه شدن فقط در یک سطح تمیز شیمیایی رخ خواهد داد. به طور مشترک در اکثر فرآیندهای پوشش روی ، راز دستیابی به یک پوشش با کیفیت خوب سطح تمیز است.

ضروری است که ماده مورد استفاده قبل از گالوانیزه سازی عاری از چربی ، کثیفی و یا هرچیز دیگری باشد. این نوع آلودگی ها با فرآیندهای مختلف برطرف می شود و روش معمول برای چربی زدایی این است که ابتدا با استفاده از محلول قلیایی یا اسیدی  که ماده در آن غوطه ور می شود، چربی زدایی انجام می گیرد. سپس ماده گالوانیزه شده را در آب سرد شستشو می دهند تا از  بقیه آلودگی های پاک شود.

سپس آن را در اسید کلریدریک در دمای محیط غوطه ور می کنند تا زنگ زدگی ها از بین برود. سرباره های جوشکاری ، رنگ و چربی های سنگین با این مراحل تمیز کردن برطرف نمی شوند و باید قبل از ارسال کار به محیط گالوانیزه توسط سازنده برداشته شوند.

روش شار

این روش معمولاً با غوطه ور کردن فلز در محلول شار – معمولاً حدود ۳۰٪ کلرید آمونیوم روی در حدود ۶۵-۸۰ درجه سانتی گراد اعمال می شود. عملیات شار آخرین آثار اکسید از سطح را از بین می برد و به روی مذاب اجازه می دهد تا فولاد را کاملا خیس کند.

فرآیند گالوانیزه سازی

هنگامی که اجزای آهن یا فولاد کاملا تمیز شده در  فلز روی ذوب شده (که معمولاً در حدود ۴۵۰ درجه سانتیگراد است) فرو می روند ، یک سری از لایه های آلیاژ روی و آهن با واکنش متالورژی بین آهن و روی تشکیل می شوند. سرعت واکنش بین فولاد و روی به طور معمول نسبت به زمان پارابولیک (Parabolic) است و بنابراین سرعت واکنش اولیه بسیار سریع است و تحرک قابل توجهی در حمام روی مشاهده می شود.

ضخامت اصلی پوشش در این دوره تشکیل می شود. پس از آن ، سرعت واکنش کاهش می یابد و ضخامت پوشش حتی اگر ماده برای مدت زمان طولانی در حمام باشد ، به طور قابل توجهی افزایش نمی یابد.

تیمار

فرآیند پس از گالوانیزه می تواند شامل خنک سازی در آب یا خنک کننده هوا باشد. شرایط موجود در کارخانه گالوانیزه مانند دما ، رطوبت و کیفیت هوا بر کیفیت پوشش گالوانیزه تأثیر نمی گذارد.

در مقابل ، این روش ها برای نقاشی با کیفیت خوب بسیار مهم هستند. برای تیمار محصولات گالوانیزه می توان از رنگ یا پوشش های پودر برای زیبایی یا محافظت بیشتر در مواردی که محیط بسیار تهاجمی است استفاده کرد. برای به حداقل رساندن وقوع لکه ذخیره سازی مرطوب ، ممکن است از پوشش های شیمیایی و سیستم های سد کننده دیگر نیز استفاده شود.

فرآیند گالوانیزه چه مدت طول می کشد؟

یک زمان معمول و استاندارد برای غوطه وری حدود چهار یا پنج دقیقه است اما برای مواد سنگین که اینرسی حرارتی بالایی دارند یا جایی که روی برای نفوذ به فضاهای داخلی لازم است ، می تواند بیشتر باشد. پس از برداشت از حمام گالوانیزه ، یک لایه روی مذاب در بالای لایه آلیاژ خارج می شود. غالباً این امر برای نمایش ظاهر درخشان فلز صورت می گیردکه سبب افزایش قیمت ورق گالوانیزه میشود .

چگونه گالوانیزه از آلیاژ محافظت می کند؟

گالوانیزه محافظتی مانع بین تمام سطوح داخلی و خارجی فولاد و محیط آنها ایجاد می کند. روی نسبت به فولاد  دچار خوردگی می شود و خود را برای محافظت از فولاد فدا می کند ، از این رو گالوانیزه غوطه وری این محافظت را برای فولاد فراهم می کند.

مزایای گالوانیزه گرم

گالوانیزه گرم مزایای بسیاری برای قطعات فولادی فراهم می کند. لایه های آلیاژ روی- آهن متالورژی نه تنها مانعی بین فولاد و محیط ایجاد می کنند  بلکه از نظر کاتدی نیز از فولاد محافظت می کند. حافظت کاتدی ارائه شده توسط روی به معنای پوشش گالوانیزه است که خود را برای محافظت از فولاد زیرین در برابر خوردگی قربانی می کند.

روکش محکم چسبنده ایجاد شده استحکامی حدود ۳،۶۰۰ psi دارد و در برابر سایش بسیار مقاوم است ، زیرا لایه های بین فلزی سخت تر از فولاد پایه هستند. بنابراین حتی اگر این پوشش آسیب دیده باشد ، پوشش روی قربانی باعث می شود تا فولاد در معرض تا ۴/۱ اینچ محافظت نشود.

علاوه بر محافظت کاتدی که توسط گالوانیزه گرم ارائه می شود  چند ویژگی دیگر این پوشش باعث افزایش ماندگاری قطعات فلزی می شود. واکنش آبکاری گالوانیزه یک فرایند انتشاری است ، به این معنی که پوشش به صورت عمودی بر روی سطح ایجاد می شود  و اطمینان حاصل می کند که همه گوشه ها و لبه ها دارای حداقل ضخامتی برابر با سطوح مسطح هستند. علاوه بر این ، غوطه وری کامل در حمام روی ، پوشش کامل فولاد و آهن از جمله فضای داخلی سازه های توخالی را نیز فراهم می کند.