ورق گالوانیزه
ورق گالوانیزه، گالوانیزه به منظور محافظت سطح فولاد موجود بر قطعات آهنی و فولادی در برابر خوردگی می باشد.
فرایند گالوانیزه گرم نوع خاصی از روش گالوانیزه است که در آن پوشش محافظ روی با غوطه ور کردن قطعه فولادی در یک حمام مذاب روی بر سطح آن اعمال می گردد.
پوشش روی به صورت مانعی در برابر خوردگی از فولاد محافظت می کند.
این فرایند شامل چندین مرحله می باشد:
آماده سازی، تمیزکاری، اعمال فلاکس، گالوانیزه گرم، سرمایش و کنترل کیفیت.
هر مرحله از فرایند به گونه ای کنترل می شود که مجموعه ای از ضخامت پوشش مناسب، کیفیت، ظاهر و عملکرد بهینه مطابق با استاندارد بین المللی ASTM برخوردار باشد.
قطعات گالوانیزه شده به عنوان یک جایگزین مناسب و اقتصادی برای فولاد ضد زنگ محسوب شده و بخصوص برای کاربردهایی طراحی می شوند که نیاز به مقاومت خوردگی بالا و طولانی مدت مورد نیاز است.
الکترونگاتیویته بالاتر فلز روی نسبت به آهن سبب می شود که مقاومت به خوردگی سطح قطعه، حتی در صورت آسیب دیدن پوشش روی نیز ادامه پیدا کند.
این نوع محافظت در برابر خوردگی توسط پدیده اثر گالوانیکی یا خوردگی گالوانیکی انجام می گیرد که طی آن، روی با اکسیداسیون ترجیحی از آهن مجاور خود محافظت نموده و این محافظت تا تخلیه کامل روی ادامه می یابد.
هر چند که پوشش روی از فولاد گالوانیزه شده در برابر خوردگی محافظت می کند، اما به محض تماس قطعه گالوانیزه شده با سایر اجزای فلزی سازه، خطر خوردگی گالوانیکی با تشکیل یک زوج دوفلزی وجود خواهد داشت.
این زوج دوفلزی می تواند با تسریع خوردگی پوشش روی، فولاد گالوانیزه شده را تخریب کند.
جالب توجه است که آنچه خوردگی تخریبی را تعریف می کند، عمق خوردگی است و نه میزان سطح خورده شده.
شدت خوردگی دوفلزی تا حد زیادی به نوع و موقعیت فلز در تماس با فولاد گالوانیزه شده و به میزان کمتری نیز به مساحت سطح دو فلز در تماس با هم بستگی دارد.
یک سطح کاتدی بزرگ در تماس با یک سطح آندی کوچک می تواند خوردگی روی را تا عمق بیشتری پیش ببرد.
به عنوان مثال، چنانچه یک پیچ از جنس روی در تماس با یک صفحه فولادی قرار گیرد، به دلیل مساحت سطی بالای فولاد (کاتد) نسبت به روی (آند)، خوردگی گالوانیکی روی بسیار شدید خواهد بود.
مثال دیگری از این نوع، تماس مستقیم بین روی و مس است که می تواند سبب خوردگی سریع روی شود، زیرا مس نسبت به روی بی اثرتر است.
چنانچه یک تماس الکتریکی میان این دو فلز برقرار شود، خوردگی دوفلزی اجتناب ناپذیر خواهد بود.
حتی بدون تماس الکتریکی نیز اگر دو فلز در محیطی قرار گیرند که آب از فلز بی اثر به سمت روی جریان داشته باشد، همچنان خطر خوردگی وجود خواهد داشت.
در این حالت، فلز بی اثرتر، مانند مس، به صورت جزئی در آب حل شده و همراه با جریان آب به سمت روی حرکت می کند.
چنانچه تماس میان دو فلز از این نوع ضروری باشد، باید با ایزوله کردن اتصالات و تنظیم جریان آب از قطعه گالوانیزه شده به سمت فلز بی اثر، از برقراری تماس الکتریکی میان دو فلز جلوگیری نمود.
میزان پیشروی خوردگی به محیط نیز بستگی دارد.
به عنوان مثال، خطر خوردگی یک فولاد گالوانیزه گرم شده در تماس با فلز آلومینیم و آلیاژهای آن در یک محیط اتمسفری معمولی بسیار کم است. اما اگر چنین سازه ای در آب تازه قرار گیرد، خوردگی متوسط رخ خواهد داد.
غوطه وری همین سازه در آب دریا سبب خوردگی شدید پوشش روی و قطعه فولادی شده و در نتیجه چنین سازه ای در آب دریا باید قابل استفاده نیست.
کادمیم، منیزیم و آلیاژهای آن از جمله فلزاتی هستند که یک زوج دوفلزی مناسب با فولاد گالوانیزه شده تشکیل می دهند و در هوا، آب تازه، و حتی آب دریا، بدون خطر خوردگی قابل توجه پوشش روی و قطعه گالوانیزه شده قابل استفاده اند.
گالوانیزه پیوسته
گالوانیزه پیوسته، نوعی گالوانیزه گرم است به طور خاص جهت پوشش دهی ورق ها، نوارها و سیم های فولادی بکار برده می شود.
در این فرایند، ورق فولادی مانند یک روبان پیوسته از حمام تمیزکاری/گالوانیزه عبور می کند.
مراحل گالوانیزه پیوسته با روش معمول گالوانیزه گرم کمی متفاوت است؛ به این ترتیب که ابتدا ورق توسط یک محلول قلیایی، تمیز شده و پس از شستشو و خشک شدن، به داخل یک کوره آنیل با اتمسفر احیایی هدایت می شود تا به استحکام و شکل پذیری مناسب برسد.
عملیات حرارتی آنیل در دمای ۶۵۰oC یا بالاتر انجام شده و طی آن اکسیدها و آلودگی های بجامانده از ورق حذف می گردند.
سپس ورق با عبور از یک محفظه خلأ وارد حمام مذاب روی می شود تا از آلودگی و اکسیداسیون مجدد آن جلوگیری بعمل آید.
دمای ورق هنگام ورود به مذاب، حدود ۴۷۰ تا ۴۹۰oC است و دمای حمام مذاب نیز عموماً حدود ۴۶۵oC نگه داشته می شود.
بر خلاف فرایند معمول گالوانیزه گرم، زمان غوطه وری در گالوانیزه پیوسته بسیار کوتاه است (گاهی ۲ ثانیه) و نفوذ میان اتم های آهن و روی در همین زمان کوتاه رخ می دهد.
محصول این نفوذ، چندین لایه ترکیبات بین فلزی آهن-روی است که یک چسبندگی عالی میان سطح فلز و پوشش روی ایجاد می کند.
بیرونی ترین لایه این پوشش، همان روی خالص است که در نتیجه تنش های سطحی بین مذاب و قطعه تشکیل می گردد.
یک پوشش عاری از آلومینیم ترکیبات بین فلزی آهن- روی میان سطح فولاد و لایه بیرونی روی خالص تشکیل می دهد.
تشکیل این فازها یک چسبندگی قوی بین پوشش و فلز پایه برقرار می کند. اما ترکیبات بین فلزی آهن- روی بسیار ترد هستند و در حین شکل دهی ورق فولادی دچار ترک های برشی می شوند.
بروز و رشد این ترک ها عامل اصلی پوسته ای شدن پوشش گالوانیزه است که نوعی عیب رایج در محصولات گالوانیزه شده بحساب می آید.
به منظور رفع تردی پوشش های گالوانیزه، درصد کمی آلومینیم به مذاب روی اضافه می شود.
افزودن آلومینیم به حمام گالوانیزه، با به تأخیر انداختن واکنش دهی میان روی و آهن از رشد سریع ترکیبات بین فلزی آهن- روی جلوگیری می کند.
بدین ترتیب، لایه بین فلزی نهایی بسیار نازک تر از پوشش عاری از آلومینیم بوده و داکتیتلیته پوشش نیز افزایش خواهد یافت. در نتیجه ورق گالوانیزه شده را می توان بدون خطر جدایش پوشش یا تشکیل ترک های برشی به انواع شکل های پیچیده شکل دهی نمود.
درصد آلومینیم حمام های گالوانیزه پیوسته عموماً در حد ۰/۱۵ تا ۰/۱۹% نگهداشته می شود، اما برخی از گالوانیزه کنندگان از مقادیر بالاتر آلومینیم (۰/۲۰ تا ۰/۲۵ درصد) نیز استفاده می کنند.
هر چند که افزودن آلومینیم سبب بهبود شکل پذیری
ورق گالوانیزه شده می گردد، اما تأثیر آن بر سایر خواص محصول چندان چشمگیر نیست.
به عنوان مثال، مقاومت به خوردگی حجمی ماده تحت تأثیر قرار نگرفته و با وجود اینکه سایر خواص، مانند لحیم کاری، جوشکاری نقطه ای، و مقاومت به زنگ سفید تا حدی تحت تأثیر قرار می گیرند، اما بهبود شکل پذیری ورق گالوانیزه شده از نظر تولیدکنندگان همچنان به عنوان یک ویژگی بسیار مطلوب بر سایر خواص ماده برتری دارد و با توجه به کاربرد این ورق ها، افت نسبی سایر خواص قابل چشمپوشی است.
بدون حضور آلومینیم، ترکیب بین فلزی FeZn۷ پایدارترین فازی است که بلافاصله بعد از تماس آهن و روی تشکیل می شود. اما با توجه به اینکه آلومینیم، در مقایسه با روی، تمایل بسیار بیشتری به واکنش دهی با آهن دارد، یک لایه بین فلزی آهن- آلومینیم Fe۲Al۵ به طور ترجیحی ساخته می شود.
این لایه بسیار نازک، مانند یک مانع عمل کرده و واکنش دهی بین آهن و روی را به تأخیر می اندازد. در همان زمان کوتاه ۲ تا ۴ ثانیه ای که فلز در مذاب روی غوطه ور است، یک لایه نازک از آلیاژ Fe۲Al۵-xZnx روی این لایه مانع تشکیل می گردد که حاوی حدود ۴۵% آلومینیم، ۳۵% آهن، و ۲۰ تا ۳۵% روی است. نرخ رشد این لایه به خواص نفوذی روی از لایه مانع بستگی دارد. در نتیجه، رشداین لایه نسبت به یک سیستم عاری از آلومینیم بسیار کندتر است. ریزساختار این لایه آلیاژی سه تایی آهن- روی- آلومینیم که با حضور آلومینیم در مذاب روی به وجود می آید در شکل ۲(b) نشان داده شده است.
نکته جالب توجه که در حین آنالیز پوشش
گالوانیزه شده حاوی آلومینیم دیده می شود این است که درصد این عنصر در پوشش بین ۰/۲۵ تا ۰/۴% بوده و این مقدار بسیار بالاتر از غلظت کلی آلومینیم در حمام مذاب است.
به نظر می رسد که آلومینیم با ورود آهن به داخل مذاب، روی سطح آن انباتشه می شود. تمایل شدید آلومینیم به آهن باعث خروج مقدار زیادی از آلومینیم همراه با ورق و به صورت یک لایه مانع با ترکیب Fe۲O۵ می گردد. با توجه به اینکه ضخامت این لایه به جرم ورق بستگی ندارد، یک پوشش نازک تر حاوی غلظت بیشتری از عنصر آلومینیم خواهد بود. بنابراین، یک ورق سبک با مساحت سطحی بالا نسبت به یک قطعه فولادی بزرگ حاوی پوشش ضخیم تر، آلومینیم بیشتری دارد.
