گالوانیزه کردن 2

گالوانیزه کردن (Galvanization) و به خصوص گالوانیزه گرم قدیمی ترین و مهم ترین روش ایجاد پوشش روی است. سالانه بالغ بر ۲ میلیون تن روی بدین روش استفاده می شود، تا بر روی حدودا ۴۰ میلیون تن فولاد پوشش داده شود.تمامی انواع فولادهای معمولی و چدن ها را می توان بدین روش پوشش داد،اما نوع پوشش ایجاد شده به عناصرآلیاژی بستگی دارد. نزدیک به نیمی از فولاد تولید شده در دنیا به صورت ورق و یک چهارم به صورت قطعات ساخته شده و بقیه به صورت لوله یا سیم و … است. گالوانیزه هر یک از چهار نوع محصول، صنعت جداگانه ای را تشکیل داده است. به لحاظ متالورژیکی فرآیند های گالوانیزه کردن قطعات ساخته شده و لوله ها، مشابه یکدیگر است. اما در فرآیند مورد استفاده برای ورق ها، مقدار کمی مواد افزودنی به روی اضافه می شود تا پوشش حاصل دارای مقدار کمتری آلیاژ روی –آهن باشد و در نتیجه بسیار انعطاف پذیر بشود.
نکته مهم : سطح آهن یا فولاد باید قبل از انجام فرآیند گالوانیزه گرم به خوبی تمیز شود. به طوری که آهن بتواند به راحتی با مذاب روی واکنش دهد. آماده سازی نامناسب سطح معمولا مهم ترین عامل پیدایش عیب در قطعات گالوانیزه است.
 
 
تمیز کاری سطح برای گالوانیزه کردن
 
 
 
روغن ها، چربی ها و صابون هایی که در حین عملیات ماشین کاری یا شکل دادن روی سطح فلز چسبیده اند را باید با یک یا چند روش مانند چربی زدایی با بخار، تمیزکاری با حلال ها یا امولسیون ها و هم چنین محلول های چربی گیری از بین برد. پس از مرحله چربی گیری، برای از بین بردن رسوبات و اکسیدهای سطحی، قطعات وارد مرحله اسید شویی می شوند، بدین منظور از محلول های آبی اسید سولفوریک بااسید کلریدریک استفاده می شود. غلظت اسید کلریدریک مصرفی حدود ۱۰-۱۵ % است ولی درجه حرارت آن بین ۶۰ تا ۸۰ درجه سانتی گراد است. برای کوتاه کردن زمان اسید شویی می توان از روش الکتریکی استفاده کرد. در این صورت در حمام اسید سولفوریک از آندهای سربی به همراه ولتاژ کم و چگالی جریان زیاد استفاده می شود. استفاده از این روش علاوه بر آنکه زمان عمل را ۱۰-۲۰ درصد کاهش می دهد، میزان مصرف اسید سولفوریک را نیز کاهش می دهد.
برای از بین بردن سیلیکات ها از سطح چدن های خاکستری و مالیبل از محلول اسید فلوئوریدریک استفاده می شود. بعضی از قطعات مونتاژ شده، هم قطعات ریختگی در آن ها به کار رفته و هم قطعاتی که کار مکانیکی رویشان انجام شده است. این قطعات مونتاژ شده، قبل از گالوانیزه شدن به عملیات آماده سازی اضافی نیاز دارند. تمام قطعات چدنی و فولادی ریخته شده که با فولادهای کار شده مونتاژ می شوند، بعد از مونتاژ و قبل از اسید شویی باید ساچمه زنی شوند. برای به حداقل رساندن عملیات اسید شویی، بسیاری از قطعات دیگر را نیز می توان ساچمه زنی کرد.
 
 
روانسازی عمل گالوانیزاسیون
 
 
 
اگرچه عملیات چربی زدایی، اسید شویی، شست و شوی با آب و سایر روش های تمیزکاری، بخش اعظم مواد آلوده کننده سطحی و رسوبات را از سطح آهن و فولاد می زدایند، اما مقادیر ناچیزی ناخالصی به صورت اکسیدها، کلریدها، سولفات ها و سولفورها در سطح باقی می مانند که اگر تمیز نشوند در فعل و انفعال ترکیب آهن با روی در حمام مذاب اخلال می کنند. در این قسمت سه روش اصلی وجود دارد که در صنایع گالوانیزه به کار می روند. روش خشک قدیمی، خشک و خیس.
در موارد خاصی مانند برخی فرآیندهای گالوانیزه مداوم یا خودکار، از این روش ها به صورت تغییر شکل یافته یا مخلوط شده استفاده می شود. در روش خشک قدیمی، قطعات را پس از اسید شویی در داخل محلول اسید کلریدریک، خشک می کنند که در نتیجه نمک های ناشی از عمل اسیدشویی روی سطح مانده و به هنگام ورود قطعه به داخل مذاب، به صورت روانساز عمل می کند.
اما در روش دیگر، پس از عمل اسیدشویی، قطعات را شسته و سپس وارد حمام روانساز می کنند و پس از آن قطعه را از روانساز خارج و در یک سیستم خشک کن، خشک می کنند (روش خشک) یا اینکه قطعات را پس از شست و شو، مستقیما به حمام مذابی که سطح آن را یک لایه روانساز مذاب پوشانده است وارد می کنند (روش تر).
برای حمام روانساز از محلول کلرید آمونیم روی (ZnCl2,3Na4Cl) با غلظت ۳۰ درصد تا دمای ۸۰ درجه سانتی گراد استفاده می شود. یک ماده تر کننده نیز معمولا به این محلول افزوده می شود. در مورد روش تر نیز برای لایه روانساز مذاب، یا همین کلرید آمونیوم روی مصرف می شود یا اینکه از کلرید آمونیوم روی به همراه یک ماده کفی مانند گلیسیرین، پیه آب کرده یا خاک اره استفاده می شود. این مواد کفی علاوه بر ضخیم تر کردن ضخامت اولیه شناور، باعث کاهش دمای سطحی نیز می شوند که در نتیجه از تبخیر کلرید آمونیوم و دود حاصل کاسته می شود.
می توان برای بهره وری از مزایایی هر دو روش، ابتدا ماده روانساز را روی سطح قطعه اعمال کرد و سپس قطعه خیس را در داخل حمام مذابی که در سطح آن روانساز وجود دارد، فرو برد. در این حالت در عین استفاده از خاصیت روانسازی، از اکسیداسیون حمام مذاب هم جلوگیری می شود. در روش خشک، برای خشک کردن روانساز یا از سیستم حرارتی کوره یا از سیستم صفحه داغ استفاده می شود. برای گرم کردن این سیستم ها معمولا از گاز متصاعد شده از حمام گالوانیزه استفاده می شود. دمای سیستم خشک کن نباید از ۱۵۰ درجه سانتی گراد بیشتر شود زیرا در غیر این صورت روانساز شروع به تجزیه شدن می کند.
 
 
عمل گالوانیزه
 
 
 
با فروبردن قطعه فولادی یا آهنی تمیز درون مذاب روی، ابتدا روی در اطراف قطعه منجمد می شود، آنگاه با گرم شدن قطعه کار بر اثر انتقال حرارت مذاب به آن، این روی منجمد، مجددا ذوب شده و بر اثر واکنش روی مذاب با سطح قطعه ، آلیاژهایی از آهن و روی در سطح قطعه ایجاد می شوند و با خروج قطعه از داخل مذاب، مقداری از روی مذاب که به آن چسبیده از حمام خارج شده و یک لایه تقریبا خالص روی را در سطح خارجی پوشش ایجاد می کند.
در دمای معمولی حمام گالوانیزه، واکنش بین آهن و روی نسبت به زمان به صورت سهموی است یعنی سرعت انجام واکنش ابتدا سریع است، ولی با گذشت زمان به صورت سهموی است یعنی سرعت انجام واکنش ابتدا سریع است، ولی با گذشت زمان این سرعت کاهش می یابد و اگر قطعه مدت طولانی تری درون مذاب قرار گیرد، ضخامت پوشش افزایش زیادی نخواهد یافت. در دامنه حرارتی ۴۸۰-۵۲۰ درجه سانتی گراد و یا در مورد برخی فولادهای ویژه (خصوصا فولادهای پرسیلیس) در دمای نرمال گالوانیزه (۴۵۰-۴۶۰ درجه سانتی گراد) واکنش بین آهن و روی نسبت به زمان به صورت خطی می باشد، یعنی ضخامت لایه های آلیاژی با افزایش زمان غوطه وری درون مذاب، افزایش می یابد و واکنش ها تقریبا با همان سرعت اولیه ادامه می یابند. در این حالت کنترل پوشش مشکل تر است.
عمل گالوانیزه کردن در دمای ۵۳۰ تا ۵۶۰ نیز مرسوم است که در این حالت پوشش نازکی کاملا آلیاژی به رنگ خاکستری فلزی ایجاد می شود. کاربرد این دما، بشتر برای قطعات کار شده، مرسوم است. یکی از نکات بسیار مهم در عمل گالوانیزه، افزایش مینیمم وزن پوشش، با افزایش ضخامت قطعه فولادی است. این امر ناشی از تاثیرات زمان گرم شدن قطعه است.
ترکیب حمام گالوانیزاسیون
 
 
 
 
درجه خلوص روی مورد مصرف در حمام مذاب اهمیت زیادی ندارد و بدون مشکل می توان از شمش های روی با درجه خلوص کمتر (روی ۹۸-۹۸٫۵ درصد) نیز استفاده کرد. این شمش ها حدودا دارای ۱ درصد سرب و مقادیر کمی کادمیم، قلع، مس و آهن می باشند، برخی از ناخالصی ها ممکن است بر روی ضخامت و ساختار پوشش و به دنبال آن در مقاومت به خوردگی پوشش تاثیر بگذارند.
 
حد انحلال سرب در مذاب روی حدود ۱ درصد می باشد، اما میزان سرب موجود در شمش های روی کمی بیش از این مقدار است. اگر از این نوع شمش ها در حمام گالوانیزه استفاده شود، سرب اضافی آن در کف حمام جمع می شود و موجب می شود تا تفاله های ناخالصی به کف حمام نچسبند و در نتیجه جمع آوری دوره ای این تفاله های را آسان می کند. شمش های روی دارای مقادیر بسیار جزئی آهن و آلومنیم می باشند. معمولا حدود ۱ درصد نیکل به مذاب روی می افزایند. حضور این نیکل واکنش میان فولاد با مذاب را کاهش می دهد، خصوصا در مورد فولادهایی که دارای ۰٫۰۴ – ۰٫۱۲ سیلیسیم اند.
 
 
 
سانتریفیوژ کردن پس از گالوانیزاسیون
 
 
 
قطعات کوچکی که ممکن است روی اضافی موجود در سطح پوشش، موجب چسبیدن آن ها به یکدیگر یا اختلال در کارایی آن ها به هنگام سرویس شود، در سبدهای مخصوص گالوانیزه می شوند و بلافاصله بعد از خروج از مذاب به داخل دستگاه سانتریفیوژ منتقل و چرخانده می شوند. به این روش گالوانیزه چرخشی نیز گفته می شود. بر طرف شدن روی موجود در سطح قطعه، موجب نازک شدن پوشش باقی مانده روی سطح، نسبت به حالت عادی می شود که این نازک شدن می تواند روی بسیاری از مشخصات پوشش تاثیر بگذارد.
 
 
 
عملیات نهایی گالوانیزه کردن
 
 
 
می توان قطعات را در هوا تا دمای اتاق سرد کرد، اما معمولا قطعات را پس از گالوانیزه شدن درون آب سرد می کنند، تا از لک شدن سطح پوشش بر اثر روانساز اضافه ای که به آن چسبیده است جلوگیری شود. این روانساز اضافی به هنگام خروج قطعه از میان لایه روانساز موجود در روی سطح مذاب، به آن می چسبد. این عمل سرد کردن در آب هم موجب سرد شدن سریع پوشش و جلوگیری از ادامه رشد لایه های آلیاژی بر روی فولاد می شود و هم حمل سریعتر قطعات را ممکن می سازد. برای جلوگیری از ادامه رشد لایه های آلیاژی بر روی فولاد می شود و هم حمل سریعتر قطعات را ممکن می سازد. برای جلوگیری از ایجاد زنگ سفید یا همان لک ناشی از جمع شدن رطوبت، که پس از عمل سرد کردن در آب ممکن است ایجاد شود، می توان به آب مورد استفاده، اسید کرومیک یا نمک های کرومات افزود. برای کاهش واکنش های اولیه ای که به هنگام قرار گرفتن میلگرد در بتن انجام می گیرد، توصیه می شود میل گردها کروماته شوند. بر روی قطعات گالوانیزه ای که قرار است بعدا رنگ شوند، معمولا عملیات فسفاته صورت می گیرد.
اطلاعات بیشتر