انواع گالوانیزه چیست؟ انواع روش های گالوانیزه کردن و مقایسه آنها

انواع گالوانیزه راه حل بشر برای بهبود مقاومت به خوردگی است. اثرات مخرب خوردگی بر روی فلزات قرن هاست که شناخته شده است و انسان‌ها دائماً به دنبال راه‌هایی برای بهبود طول عمر آن‌ها در محیط‌های خورنده بوده‌اند. یکی از پرکاربردترین فناوری‌ها برای محافظت از فلزات (عمدتاً فولادها و بیشتر از همه ورق گالوانیزه ) گالوانیزه کردن است.

در سال ۱۷۴۲، شیمیدانی به نام ملوئین دریافت که با فرو بردن آهن در مذاب روی، می توان «پوشش روی» را روی آهن اعمال کرد. این کشف موجی از تحقیقات را در سراسر جامعه علمی به راه انداخت و پایه و اساس گالوانیزه کردن را پی‌ریزی کرد.

در سال ۱۷۸۰، یک فیزیکدان ایتالیایی به نام لوئیجی گالوانی، فردی که این فرآیند به نام او نامگذاری شده است، مشاهده کرد که تماس بین دو فلز غیرمشابه منجر به جریان الکتریکی می شود. با گذشت زمان، کاربردهای انواع گالوانیزه به طور قابل توجهی بیشتر شد.

* کاربرد انواع گالوانیزه

فولاد گالوانیزه نقش اساسی در زندگی روزمره ما دارد. انواع فولاد گالوانیزه به طور گسترده‌ای در ساخت و ساز، حمل و نقل، کشاورزی و صنایع تولید برق استفاده می شود.

گالوانیزه گرم و گالوانیزه سرد دو روش اصلی گالوانیزه کردن فولاد هستند که در ادامه بررسی هر دو روش خواهیم پرداخت. در واقع گالوانیزه به اعمال پوشش روی بر روی سطح یک فلز (معمولاً فولاد یا آهن) اطلاق می‌شود. پوشش‌های گالوانیزه عمدتاً به عنوان یک اقدام محافظتی برای جلوگیری از خوردگی آهن و در نتیجه افزایش عمر مفید جزء فلزی محافظت شده استفاده می شود.

هنگامی که پوشش‌های روی به‌درستی روی سطح فولادی اعمال می‌شوند، دو نوع حفاظت اصلی را ارائه می‌دهند: حفاظت سد کنندگی و حفاظت گالوانیکی.

* صنایع بادی و خورشیدی

در صنایع بادی و خورشیدی، فولادهای گالوانیزه گرم در پروژه‌های تولید برق با انرژی خورشیدی به دلیل محافظت در برابر خوردگی و سازگاری با محیط زیست مورد استفاده قرار می‌گیرند و این امکان وجود دارد که چندین دهه بدون تعمیر و نگهداری در سرویس باشند.

* صنایع کشاورزی و خودروسازی

فولاد گالوانیزه اغلب در صنعت کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا تجهیزات به راحتی در معرض خوردگی هستند و تقاضا برای تجهیزات سخت تر و انعطاف پذیرتر را ایجاد می کند. 

در خودروسازی «بدنه سفید» یک خودرو حدود ۸۰ درصد از بدنه را تشکیل می دهد که همگی از جنس فولاد گالوانیزه است.

* صنایع ساخت و ساز و مخابرات

در صنعت ساخت و ساز چه برای مسکونی و چه برای تجاری، دوام فولاد گالوانیزه آن را برای بیش از یک قرن در صنعت ساخت و ساز محبوب کرده است. همچنین به دلیل زیبایی شناسی آن برای ساخت و ساز انتخاب شده و برای اقلامی مانند نرده ها، ناودان ها، ریل‌ها، لوله‌ها، میله ها و موارد دیگر استفاده می شود.

در صنعت مخابرات، کار تعمیر و نگهداری خطوط تلفن به آسانی نیست، زیرا اغلب دسترسی به آنها دشوار است. فولاد گالوانیزه گرم را می توان بر روی سیم کشی تلفن و جعبه تجهیزات استفاده کرد که خطر آسیب و نیاز به تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد.

۱) حفاظت ” سد کنندگی ” پوشش‌های گالوانیزه

هنگامی که پوشش روی بر روی سطح اعمال می شود، پس از مدت زمان معینی خشک شده و سخت می شود و یک لایه محافظ اکسید روی تشکیل می‌گردد که در برابر هوا و رطوبت غیرقابل نفوذ است. بدین ترتیب  الکترولیت  که یکی از اجزای مورد نیاز برای وقوع خوردگی است، از بین می رود. از آنجایی که زیرلایه یعنی سطح فلز پوشش داده شده، راهی برای تماس با هوا یا رطوبت خارجی ندارد، از خوردگی بیشتر جلوگیری می شود. به درک بیشتر به شکل زیر دقت کنید.

۲) حفاظت ” گالوانیکی ” پوشش‌های گالوانیزه

یکی از انواع روش های حفاظت با گالوانیزه کردن، حفاظت گالوانیکی است. گالوانیزه کردن بیشتر به دلیل روش حفاظتی هم‌نام خود شناخته شده است. حفاظت گالوانیکی که به عنوان حفاظت کاتدی نیز شناخته می‌شود، از لایه زیرین فولادی با خوردگی ترجیحی محافظت کرده و در واقع خود را در این فرآیند فدا می‌کند که به آن حفاظت فداشونده نیز گفته می‌شود.

این نوع حفاظت مخصوصاً برای مواقعی مفید است که فولاد محافظت شده ممکن است به دلیل خراش، بریدگی، فرورفتگی یا آسیب پوشش در معرض خوردگی قرار گیرد. از آنجایی که روی یک فلز بسیار واکنش‌پذیر و الکترونگاتیو است، نقش آند را بر عهده می‌گیرد، بنابراین در صورتی که فولاد مجاور محافظت نشده باشد، ابتدا روی خورده می‌شود. روی به محافظت گالوانیکی تا زمانی که پوشش به طور کامل مصرف شود، ادامه خواهد داد. در ادامه به بررسی انواع گالوانیزه خواهیم پرداخت.

– گالوانیزه گرم

گالوانیزه گرم (Hot-dip Galvanizing) یکی از رایج ترین شکل‌ها یا انواع گالوانیزه است. این فرآیند مستلزم پوشش‌ دادن یک جسم آهنی یا فولادی با غوطه‌ور کردن آن در حمام مذاب روی در دمای حدود ۸۴۰ درجه فارنهایت (۴۴۹ درجه سانتیگراد) است.

پس ازبیرون آوردن از حمام، پوشش روی قرار گرفته بر سطح آهن یا فولاد با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و اکسید روی (ZnO) را تشکیل می‌دهد. اکسید روی بیشتر با دی اکسید کربن واکنش داده و لایه محافظی به نام کربنات روی (ZnCO_۳) را تشکیل می دهد. این فیلم به زنگ مایل به خاکستری مات نسبتاً پایدار است و به سطح آهن یا فولاد می‌چسبد. برای مشاهده قیمت ورق گالوانیزه بر روی لینک کلیک کنید.

در گالوانیزه گرم، فلز روی از نظر شیمیایی با سطح زیر لایه پیوند تشکیل داده و بخشی از فولاد محافظت شده می شود. اگرچه مفهوم گالوانیزه گرم ممکن است ساده به نظر برسد اما این فرآیند از چندین مرحله تشکیل شده است.

• ابتدا فولاد سه مرحله مربوط به تمیز کردن سطح را طی می کند تا برای گالوانیزه کردن آماده شود. این مراحل شامل چربی زدایی، اسید شویی و روانسازی است. چربی زدایی برای از بین بردن خاک، روغن و سایر بقایای مواد آلی استفاده می‌شود.
• سپس در حمام اسیدی با غلظت ملایم یا زنگ زدای اسیدی، فولاد به اصطلاح حکاکی شده و لایه‌های باقی مانده یا اکسیدهای آهن از بین برده می‌شود. روانسازی نیز به از بین بردن بیشتر اکسیدهای تشکیل شده در حین تمیز کاری سطح کمک کرده و فولاد را با یک لایه محافظ می‌پوشاند که از تشکیل اکسیدهای بیشتر روی سطح فولاد قبل از گالوانیزه شدن جلوگیری می‌کند.
• هنگامی که فرآیند تمیز کردن کامل و قطعات خشک شدند، آماده غوطه ور شدن در حمام مذاب روی می‌شوند. مذاب روی داخل و اطراف قطعات آهنی یا فولادی را در بر می‌گیرد، به گونه‌ای که تمام سطوح را به طور کامل پوشش می‌دهد.
• سپس قطعات پوشش داده شده از حمام خارج شده و در هوا خشک می‌شوند.

– گالوانیزه سرد

گالوانیزه سرد به سادگی اعمال یک رنگ غنی از فلز روی بر سطح فولاد برای محافظت از آن در برابر خوردگی است. به این ترتیب، اصطلاح «گالوانیزه سرد» به عنوان یک نام اشتباه در میان برخی از متخصصان صنعت پوشش در نظر گرفته می‌شود. رنگ‌های روی را می‌توان با برس، غلتک، تفنگ اسپری و غیره اعمال کرد.

پوشش‌ها را می‌توان با روش الکتروگالوانیزه نیز اعمال کرد. رنگ‌های غنی از روی مورد استفاده در گالوانیزه سرد با پوشش‌های معمولی به دلیل وجود ترکیب پیوند دهنده متفاوت است. این چسب‌ها به روی اجازه می‌دهند تا به طور مکانیکی به فولاد بچسبد تا سطح حفاظتی مؤثری را ارائه دهد.

مانند گالوانیزه گرم، گالوانیزه سرد نیز می‌تواند حفاظت سد کنندگی و همچنین تا حدودی حفاظت کاتدی را فراهم کند. با این حال، روی موجود در رنگ یا پوشش باید غلظت بالایی داشته باشد تا هدایت الکتریکی بین فولاد و روی را افزایش دهد.

آماده سازی سطح مورد نیاز برای اعمال پوشش‌های غنی از فلز روی نسبت به تکنیک‌های گالوانیزه گرم کمتر مورد نیاز است. قبل از شروع عملیات پوشش دهی، سطح فولاد باید تمیز و خشک باشد. معمولاً ابتدا از یک برس سیمی برای از بین بردن زنگ زدگی یا سایر محصولات خوردگی که ممکن است وجود داشته باشد استفاده می شود. کثیفی، گریس، مواد شیمیایی و سایر ترکیبات آلی نیز باید بر این اساس حذف شوند. هنگامی که سطح آماده شد، پوشش روی به تعداد لایه هایی که لازم است روی سطح اعمال می شود.

** مقایسه انواع گالوانیزه گرم و سرد

اگرچه انواع گالوانیزه سرد و گرم هر دو اهداف مشابهی دارند اما روش کاربرد و عملکرد آنها به طور قابل توجهی متفاوت است. گالوانیزه سرد، متأسفانه، سطح حفاظتی را که در حالت گالوانیزه گرم وجود دارد، ارائه نمی دهد.

از آنجایی که گالوانیزه سرد صرفاً یک پوشش است، نمی تواند در سطح شیمیایی با فلز پیوند برقرار کند و به همین دلیل دوام، مقاومت در برابر سایش و قابلیت های حفاظت کاتدی هم چون گالوانیزه گرم را ندارد. در حالی که گالوانیزه سرد با عملکرد گالوانیزه گرم سازگار نیست، اما مزایای خود را دارد.

گالوانیزه سرد در میان انواع گالوانیزه کردن، برای کاربردهای مقرون به صرفه و سریع در سازه‌ها، قطعات و اجزای کوچکتر ایده آل است. فرآیندهای گالوانیزه گرم گران تر هستند و برای سازه‌های بزرگتر، معمولاً برای مصارف صنعتی سنگین، مناسب تر هستند. انتخاب روش گالوانیزه در نهایت به یافتن تعادل مناسب بین هزینه و عملکرد پوشش برای یک کاربرد معین خلاصه می شود.

– گالوانیزه به روش روی اندودی خشک

یکی دیگر از انواع گالوانیزه کردن، روش روی اندوی خشک است. روی اندودی خشک (Sherardizing) شامل حرارت دادن قطعات فولادی در یک درام چرخان بسته است که حاوی گرد و غبار فلزی روی و معمولاً یک پرکننده بی اثر مانند ماسه تا دمای تقریباً ۳۸۰ درجه سانتیگراد است.

در دماهای بالاتر از ۳۰۰ درجه سانتیگراد، روی تبخیر می شود و در زیرلایه فولادی پخش می شود و فازهای Zn-Fe با پیوند نفوذی را تشکیل می‌دهد. فرآیند نفوذ حرارتی معمولاً با پرکننده کمتر و در محدوده دمایی ۳۲۰ درجه سانتیگراد تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد عمل می کند.

روی اندودی خشک و نفوذ حرارتی برای قطعات کوچک مؤثرتر است؛ معمولاً برای قطعاتی که دارای رزوه های ظریف هستند، این روش از انواع گالوانیزه مناسب تر است. این فرآیند همچنین از تردی هیدروژنی جلوگیری می کند و بنابراین می توان آن را با خیال راحت برای فولادهای با استحکام بسیار بالا برای مثال بالای ۱۰۰۰ مگاپاسکال استفاده کرد. ضخامت پوشش از ۲۰ تا ۱۲۰ میکرومتر متغیر است، اگرچه معمولاً در محدوده ۲۰ تا ۵۰ میکرومتر پوشش داده می شود. ضخامت پوشش معمولاً به زمان حضور در درام دوار و در دسترس بودن روی بستگی دارد.

فرآیند گالوانیزه کردن پیوسته (گالوانیزه کردن خطی)

یکی دیگر از انواع گالوانیزه کردن، روش پیوسته یا خطی است. ورق، لوله و سیم فولادی را می توان به طور پیوسته در فرآیندهای گالوانیزه توسعه یافته گالوانیزه کرد. این فرآیندها به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند و معمولاً امکان کنترل دقیق ضخامت پوشش، شکل‌پذیری و سایر ویژگی‌های پوشش روی را فراهم می‌کنند و طیف وسیعی از محصولات را متناسب با نیازهای مختلف، عملیات تولیدی بعدی و استفاده نهایی تولید می‌کنند.

این محصولات را نباید با محصولات گالوانیزه گرم اشتباه گرفت. محصولات گالوانیزه خطی (In Line Galvanizing)  همیشه پوشش‌های نازک‌تری نسبت به گالوانیزه گرم برای همان ضخامت فولاد تولید می‌کنند و بنابراین هنگام قرار گرفتن در معرض همان محیط، محافظت کمتری در برابر خوردگی دارند. محصولات گالوانیزه پیوسته در مقایسه با دیگر انواع گالوانیزه کردن معمولاً می‌توانند با خمش یا شکل‌دهی رول، بدون آسیب رساندن به پوشش، پردازش شوند. علاوه بر این، مقاطع توخالی جوش داده شده از نوارهای پیش گالوانیزه استفاده گسترده ای دارند.

– انواع گالوانیزه به روش پاشش حرارتی

یکی دیگر از انواع گالونیزه کردن، روش پاشش حرارتی است. اسپری حرارتی یا متالیزاسیون فرآیند پاشیدن روی نیمه مذاب، سایر فلزات یا آلیاژهای آنها بر روی قطعات ساخته شده با استفاده از سیم یا پودر گرم شده توسط شعله، اسپری قوس الکتریکی یا منبع حرارت پلاسما است.

اسپری روی این مزیت را دارد که پوشش‌های روی تا ضخامت ۲۵۰ میکرومتر معادل ۱۵۰۰ گرم بر متر مربع را می‌توان به دو روش دستی یا مکانیزه اعمال کرد و فرآیند را می‌توان در کارخانه یا در محل استقرار سازه انجام داد. سطح فولاد باید با گریت بلاست آماده شود و پوشش به طور معمول نمی تواند به سطوح داخلی نفوذ پیدا کند.

علاوه بر این در لبه های تیز، گوشه های تنگ، سوراخ ها و آماده سازی ضعیف سطح این روش بسیار آسیب پذیر است. پوشش روی به‌دست‌آمده، هم مانند پوشش گالوانیزه، سد کنندگی و محافظت کاتدی برای فولاد زیرین را ارائه می‌دهد. در اغلب موارد اسپری حرارتی گرانتر از گالوانیزه گرم است، اما این فرآیندها مکمل هستند و در سازه‌های بزرگ به صورت پشت سر هم استفاده می شوند.