گالوانیزه کردن چیست؟ از سیر تا پیاز گالوانیزاسیون

تاریخچه کامل گالوانیزاسیون

تاریخچه گالوانیزاسیون به بیش از 300 سال پیش باز میگردد، زمانی که یک کیمیاگر و شیمی دان با غوطه ور شدن آهن تمیز در روی مذاب، در کمال حیرت خود دید که یک پوشش نقره ای براق روی آهن ایجاد شده است. این اولین گام در پیدایش فرآیند گالوانیزه شدن بود.

در سال 1742، یک شیمی دان به نام ملوین (Melouin) مقاله ای را به آکادمی سلطنتی فرانسه ارائه داد که در آن توضیح داد چگونه می توان با فرو بردن ورق آهنی در روی مذاب، ورقی با پوشش مناسب به دست آورد. علاقه به کشف ملوین به سرعت در محافل علمی گسترش یافت و اولین استفاده از روی مذاب به عنوان یک پوشش محافظ ارزان برای ظروف خانگی بود. این محصولات در نیمه دوم قرن هجدهم در مناطقی از فرانسه کاملاً شناخته شده بودند.

8 سال بعد، یک ایتالیایی به نام لوئیجی گالوانی، پدیده الکتریکی انقباض عضلات پای قورباغه را هنگام تماس با دو فلز مس و آهن کشف کرد. گالوانی به نادرست نتیجه گرفت که منبع برق در پاهای قورباغه است. اصطلاح “گالوانیزه” در فرهنگ لغت نیز به اسم این دانشمند مربوط میشود.

در سال 1836 و پس از آشکار شدن قدرت جریان الکتریکی و پوشش دهی زینک، سورل در فرانسه اولین حق ثبت اختراع برای فرآیند پوشش دهی فولاد با فرو بردن آن در روی ذوب شده را گرفت. علاوه بر حق اختراع سورل در سال 1836، حق ثبت اختراعی در انگلیس برای فرآیندی مشابه در سال 1837 به ویلیام کرافورد اعطا شد.

گالوانیزه کردن چیست؟

گالوانیزه کردن نوعی فرآیند پوشاندن آهن یا فولاد با لایه محافظ روی (زینک) به منظور حفاظت بیشتر در برابر خوردگی (زنگ زدن) پایه آهن یا فولاد است. روند ساختاری ورق گالوانیزه به طور همزمان در فرانسه و انگلیس در سال 1837 توسعه داده شد. هر دو این روشها از فرآیند “گالوانیزاسیون گرم” برای پوشش دادن ورق آهن با فلز روی (زینک) استفاده کردند. امروزه تقریباً اکثر آهن و فولاد، بصورت ورق گالوانیزه و آبکاری شده اند.

 دفعه بعد که سوار اتومبیل خود شدید نگاهی به تیر های فلزی خیابان و چراغ راهنمایی که از آن عبور می کنید بیندازید. تعداد زیادی از آنها بی رنگ یا نقره ای رنگ هستند. این رنگ نقره ای در واقع پوشش زینک (روی) است.

گالوانیزه چیست؟

به زبان ساده گالوانیزه کردن یک فلز به آن خواص ضد خوردگی می دهد. بدون پوشش محافظ روی، فلز در معرض رطوبت قرار گرفته و به طور بالقوه اکسید تشکیل میدهد و اصطلاحا زنگ میزند. فولاد گالوانیزه گزینه ای مقرون به صرفه برای استفاده بجای موادی مانند آلومینیوم به منظور جلوگیری از خوردگی است.

زنگ زدگی چیست؟

بیشتر ما زنگ زدگی را به عنوان یک لایه پوسته پوسته قهوه ای مایل به قرمز بر روی فلز می شناسیم. با این وجود زنگ زدگی اصطلاحی است که معمولاً برای خوردگی و اکسیداسیون آهن و آلیاژهای آن مانند فولاد استفاده می شود. زنگ زدن یا خوردگی از نوع اکسید آهن هیدراته (III) است که به آن اکسید آهن (Fe²O³) نیز گفته می شود، زیرا هنگام واکنش آهن با اکسیژن و آب ایجاد می شود.

این واکنش به عنوان اکسید کننده شناخته می شود. اگر یک قطعه آهن به میزان طولانی، در معرض آب و اکسیژن باقی بماند، زنگ زدن آن قابل مشاهده است. بسته به شرایط قرار گیری فلز آهنی و آب و هوای محیطی زنگ زدن ممکن است از 1 روز تا چند ماه طول بکشد.

مزیت اصلی فرایند گالوانیزاسیون نیز همین مورد است که از فلز در مقابل تخریب و زنگ زدن حفاظت میکند.

نحوه تشخیص ورق گالوانیزه

یکی از مسائلی که همواره هنگام خرید صنایع مفتولی گالوانیزه پیش می آید، نحوه تشخیص ورق گالوانیزه است. برای بسیاری محصولات مانند توری مرغی، توری حصاری، توری فرنگی و … گالوانیزه شدن بصورت گرم بسیار اهمیت دارد. بطور کلی ورق های گالوانیزه سطحی براق و شفاف تر نسبت به ورق های آهنی ساده دارند.

اصلی ترین روش های گالوانیزه کردن چیست؟

موارد زیر از جمله متداول ترین روش ها برای استفاده از پوشش محافظ روی (زینک) برای آهن و فولاد است:

گالوانیزه گرم

در این روش، پس از تمیز کردن کامل سطح فلز مورد نظر، آن را در روی ذوب شده (حمام روی) غوطه ور میکنند. این فرایند پوششی نسبتا ضخیم و بلوری مانند به سطح ورق گالوانیزه میدهد. در طی این فرآیند، یک ساختار چند لایه از آلیاژهای آهن-روی یا فولاد-روی بین سطح داخلی پوشش زینک و آهن یا فولاد ایجاد می شود.

این لایه های میانی تمایل به سختی و شکنندگی دارند و در صورت خم شدن ورق آهن یا فولاد ممکن است پوسته پوسته شوند. از جمله مزایای این روش میتوان به اقتصادی بودن آن اشاره کرد.

پیش گالوانیزه

این روش بسیار شبیه به گالوانیزه گرم است اما معمولا در کارخانه فولاد انجام می شود. پیش گالوانیزه کردم ورق، روی موادی انجام میشود که از قبل شکل خاصی دارند. پیش گالوانیزه شامل نورد ورق آهن یا فولاد از طریق یک فرآیند تمیز کاری مشابه فرآیند گالوانیزه گرم است. سپس فلز از داخل استخر روی مایع عبور داده می شود و پس از آن مجدداً سرد میشود.

الکتروگالوانیزاسیون (گالوانیزه سرد)

بر خلاف فرآیند گالوانیزه گرم، در الکتروگالوانیزاسیون یا گالوانیزه سرد از یک حمام روی ذوب شده استفاده نمی شود. در این فرایند از جریان الکتریکی موجود در محلول الکترولیت برای انتقال یون روی به فلز پایه (آهن یا فولاد) استفاده می کند. این فرایند شامل کاهش الکتریکی یون زینک با بار مثبت به فلز است که سپس بر روی ماده دارای بار مثبت رسوب می کند. مشابه فرآیند پیش گالوانیزه، الکتروگالوانیزه (نورد سرد) معمولاً به طور مداوم روی رول ورق فلز اعمال می شود.

مزایای گالوانیزه کردن چیست؟

1. هزینه مناسب

گالوانیزه کردن نسبت به بسیاری از پوشش های محافظتی از جمله رنگ کردن که برای فولاد معمولاً استفاده میشود، از لحاظ قیمتی کمتر است.

2. اقتصادی ترین در دراز مدت

حتی در مواردی که هزینه اولیه گالوانیزاسیون بالاتر از پوشش های جایگزین باشد، در طولانی مدت گالوانیزه کردن ارزان تر تمام میشود. (زیرا ماندگاری بیشتری داشته و نیاز به نگهداری کمتری دارد.)

3. عمر و دوام طولانی مدت

میزان دوام پوشش های گالوانیزه در اکثر محیط های روستایی بیش از 50 سال بوده و این ماندگاری در محیط های شهری و ساحلی سخت تا 20 – 25 سال نیز میرسد.

4. قابلیت اطمینان

گالوانیزاسیون مطایق با استاندارد های جهانی انجام میگیرد و عمر حدودی هر ورق گالوانیزه قابل تشخیص و تخمین است.

5. پوشش بسیار مستحکم

 پوشش گالوانیزه دارای ساختار متالورژیکی منحصر به فردی است که مقاومت فوق العاده ای برابر آسیب مکانیکی از جمله در حمل و نقل، نصب و سرویس می دهد.

6. محافظت خودکار از مناطق آسیب دیده سطح

در پوشش گالوانیزه، هنگامی که ناحیه ای خورده می شود، فولاد مورد استفاده باعث محافظت کاتدی در مناطق کوچک و در معرض آسیب بیشتر می شوند. برخلاف پوشش های آلی، مناطق آسیب دیده کوچک نیازی به تعمیر مجدد ندارند.

7. تمیز کردن آسان سطح

سطوح پوشیده شده توسط گالوانیزه، به راحتی تمیز میشوند.

8. سهولت در بازرسی

پوشش های گالوانیزه به راحتی توسط چشم مورد بازرسی قرار میگیرند و می توان از روش های ساده آزمایش غیرمخرب، ضخامت خورده شده یا سالم را اندازه گرفت.

9. محافظت کامل

در ورق های پوشش دهی شده با روی، این فلز حتی از گوشه ها و لبه های تیز نیز محافظت میکند که در بسیاری از صنایع این مزیت بسیار حائز اهمیت است.

مصارف معمول ورق گالوانیزه

مصارف معمول برای ورق های گالوانیزه عبارتند از:

• قرنیز و سایر تزئینات دیواری
• سایه بان های در و پنجره
• سقف های شیروانی و ناودان
• از توری های گالوانیزه مانند فنس باغی برای فنس کشی اطراف باغ، ویلا یا زمین های زراعی استفاده میشود.
• در صنایع مختلف مانند تاسیسات، کشاورزی، ساخت و ساز و …

کاربرد ورق گالوانیزه در صنایع مختلف

از ورق های گالوانیزه تقریبا در هر جایی استفاده میشود. بدنه اتومبیل ها و بسیاری از دوچرخه ها از فلزات گالوانیزه شده ساخته شده اند. هنوز هم در ایران برخی از لوله های انتقال آب آشامیدنی از فولاد گالوانیزه ساخته می شوند. مهره ها، پیچ ها، ابزارآلات و انواع سیم ها اکنون گالوانیزه شده اند زیرا این فرآیند ارزان است و به افزایش طول عمر فلزات کمک می کند.

به ویژه از فولاد گالوانیزه اغلب در ساختمان هایی با اسکلت فلزی استفاده می شود. از فولاد گالوانیزه همچنین برای ایجاد سازه هایی مانند بالکن، ایوان، راه پله، نردبان، راهرو و … استفاده می شود. نرده، سقف، مسیرهای پیاده روی در فضای باز، اینها همه گزینه های عالی برای گالوانیزه شدن هستند.

• صنایع بادی و خورشیدی

پروژه های پنل خورشیدی پس از نصب باید دارای گردش کار مداوم باشند و هرگونه تعمیر و نگهداری منجر به اختلال در سرویس و بالطبع از دست دادن درآمد می شود. این بدان معنی است که ورق های گالوانیزه گرم در پروژه های خورشیدی به دلیل محافظت در برابر خوردگی الزامی هستند.

همچنین استفاده از ورق های گالوانیزه به دلیل سازگاری با محیط زیست بسیار محبوب است چرا که بدون تولید گازهای مضر و گلخانه ای میتواند دهه ها ماندگاری را تضمین کند.

• صنعت کشاورزی

از طرف دیگر، ورق های گالوانیزه اغلب در صنایع کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند؛ زیرا تجهیزات کشاورزی در معرض خوردگی قرار داشته و نیاز به تجهیزات مقاوم دارند. فولاد گالوانیزه گرم محافظت عالی در برابر خوردگی ایجاد می کند که می تواند اغلب چند دهه طول بکشد، حتی اگر در معرض شرایط سخت آب و هوایی قرار گیرد.

• صنعت خودرو و اتوموبیل سازی

استفاده از ورق های گالوانیزه گرچه تا دهه 80 میلادی فقط در مدل های لوکس استفاده می شد، اما امروزه استفاده از بدنه گالوانیزه برای اتومبیل در صنعت خودروسازی امری عادی است. مقاومت در برابر زنگ زدگی فولاد گالوانیزه همچنین ابزار بازاریابی خوبی برای صنعت خودروسازی است؛ زیرا می تواند ضمانت ضد زنگ بودن را به مشتریان ارائه دهد.

• صنعت ساخت و ساز

چه از نظر ساخت و ساز مسکونی و چه تجاری، دوام فولاد گالوانیزه باعث محبوبیت بیش از یک قرن در این صنعت شده است. همچنین درخششی که فولاد گالوانیزه به ساختار های معماری میدهد، گزینه زیبایی شناسی مطلوبی را به هنرمندان و معماران معاصر ارائه میکند. همچنین همانطور که اشاره شد، استفاده از گالوانیزاسیون در بسیاری از توری ها مانند فنس یا توری پرسی متداول است.

• صنعت ارتباطات

تعمیر و نگهداری سیستم های خطوط تلفن کار آسانی نیست. دکل های مخابراتی اغلب بلند هستند و دسترسی به آنها دشوار است. به همین دلیل از فولاد گالوانیزه گرم می توان در سیم کشی تلفن و جعبه تجهیزات استفاده کرد که خطر آسیب و نیاز به تعمیر و نگهداری را به طور کلی کاهش داد.

از سایر صنایعی که از این ورق ها استفاده فراوان میکنند میتوان به موارد زیر اشاره داشت:

• تولیدات لوازم خانگی
• ساندویچ پانل ها
• سیلو های گالوانیزه صنعتی
• رابیتس و سیم آویز
• صنایع لوله سازی
• و …

فرایند گالوانیزه کردن چگونه است؟

طبق استاندارد های ISO 1461 پروسه گالوانیزه کردن شامل غوطه وری قطعات فولادی در یک وان از روی مذاب (حدود 460 درجه سانتی گراد) برای تولید پوششی محافظ در برابر زنگ زدگی است. این فرایند هم از سطح فلز محافظت میکند و هم در برابر جایگزینی خود به خود روی برای حفاظت از آهن جلوگیری میکند و سطح را یکنواخت حفظ میکند. فرایند گالوانیزاسیون طی چند مرحله به شرح زیر صورت میگیرد:

1. آماده سازی سطح قبل از غوطه وری قطعات در حمام روی. این مرحله خود شامل چربی زدایی (Degreasing)، دفع (stripping)، شستشو (اسید شویی)، روانسازی (Fluxing) و خشک کردن (Drying) است.
2. غوطه وری در وان مملو از فلز روی مذاب
3. غیر فعال سازی سطح یا Passivation

مرحله اول فرایند گالوانیزه کردن

هدف از آماده سازی سطح، مهیا کردن شرایط برای واکنش متالورژی بین فولاد و روی (زینک) است.

• چربی زدایی (Degreasing)

این اولین مرحله از آماده کردن سطح میباشد. چربی زدایی شامل از بین بردن چربی و هر گونه آلودگی که از تماس محلول روی و سطح قطعات جلوگیری می کند، میشود.

• دفع (Stripping)

دفع شیمیایی، تمامی زنگ زدگی های آهن که برای تمیز کردن سطح قطعه در آماده سازی نیاز است، را از بین می برد. اسید موجود در این حمام با اکسیدها واکنش داده و آنها را به نمک های محلول تبدیل می کنند.

• شستشو (اسید شویی)

شستشوی اسیدی به منظور محدود کردن هر گونه آلودگی با انتقال مایعات از حمام به سطح دیگری است.

• روانسازی (Fluxing)

عملیات روانسازی عملکرد سه گانه ای در تصفیه قطعات گالوانیزه دارد:

• مرطوب بودن سطح را تضمین میکند.
• واکنش متالورژی بین آهن و روی را در هنگام غوطه ور شدن قطعه تقویت می کند.
• قبل از ورود به وان روی از اکسیداسیون مجدد قطعه جلوگیری می کند.

مرحله دوم فرایند گالوانیزاسیون

مرحله دوم مربوط به مرحله غوطه وری قطعه در حمام روی است. بسته به نوع قطعه (ابعاد ، ضخامت پوشش و …)، زمان غوطه ور شدن قطعه می تواند به طور متوسط از 2 تا 15 دقیقه متقاوت باشد. سپس یک لایه بین فلز فولاد و روی مذاب تشکیل و چسبندگی عالی روی پوشش ایجاد می شود. علاوه بر این، در صورت آسیب احتمالی و تصادفی، پوشش گالوانیزه محافظت کاتدی از فولاد را فراهم می کند.

مرحله سوم فرایند گالوانیزاسیون

مرحله غیر فعال سازی سطح بلافاصله پس از خروج قطعات از وان روی شروع میشود. برای این کار ابتدا قطعات چند لحظه پس از خروج از وان روی خنک می شوند و سپس در یک وان پسیو غوطه ور می شوند. مرحله خنک سازی علاوه بر استحکام بیشتر، سبب جلوه و روشنی بهتر ورق گالوانیزه میشود.