گالوانیزه چیست؛ انواع و فرآیند تولید آن

گالوانیزه به روشی گفته می‌شود که در آن قطعه‌ای از فولاد را در مخزنی از روی مذاب قرار می‌دهند تا لایه‌ای حفاظتی روی سطح آن ایجاد شود. این روش از 150 سال پیش تابحال به‌عنوان رایج‌ترین روش مقاومت دربرابر خوردگی مورداستقبال بازار آهن وفولاد قرار گرفته است. این پوشش حفاظتی که در اثر واکنش اکسیژن و دی اکسید کربن ایجاد می‌شود خواص بسیار ارزنده‌ا‌ی دارد که از مهمترین آن‌ها می‌توان به ضد زنگ بودن و مقاومت در برابر شزایط محیطی خورنده یا دارای رطوبت اشاره کرد. این مشکل به‌ویژه در محیط‌های مرطوب و صنعتی به شدت نمایان می‌شود و می‌تواند هزینه‌های بالایی برای تعمیر و نگهداری به همراه داشته باشد. در این میان، یکی از راهکارهای موثر برای مقابله با این مشکل، استفاده از فرآیند گالوانیزاسیون است. به همین دلیل ما این مقاله از وب سایت آهن آنلاین را به بررسی گالوانیزه، فرایند گالوانیزاسیون و انواع روش‌های آن اختصاص داده‌ایم. لطفا تا پایان با ما همراه باشید.

گالوانیزه چیست؟

در صنایع فلزی، یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای افزایش دوام آهن و فولاد، استفاده از پوشش محافظ گالوانیزه است که از محصولات دربرابر خوردگی و زنگ‌زدگی، محافظت می‌کند. در فرآیند گالوانیزاسیون، سطح فلز با لایه‌ای از روی (Zn) پوشانده می‌شود تا از تماس مستقیم آن با رطوبت، هوا و عوامل خورنده جلوگیری شود. پوشش گالوانیزه مانند یک سد محافظ عمل کرده و در افزایش طول عمر قطعات فلزی در شرایط محیطی نامساعد، نقش حیاتی ایفا می‌کند.

فرآیند گالوانیزاسیون در طیف گسترده‌ای از صنایع، از تولید لوازم خانگی و تجهیزات صنعتی گرفته تا ساخت اسکلت‌های فلزی، سازه‌های شهری و محیط‌های مرطوب یا دریایی کاربرد دارد. یکی از مزیت‌های مهم این پوشش، خاصیت فداشوندگی فلز روی است؛ به این معنا که حتی در صورت ایجاد خراش یا آسیب سطحی، لایه روی همچنان از فولاد زیرین محافظت می‌کند. در مورد ورق‌های گالوانیزه، ضخامت پوشش و ورق نقش تعیین‌کننده‌ای در کیفیت و دوام محصول دارد و هرچه این ضخامت بیشتر باشد، مقاومت در برابر خوردگی افزایش پیدا می‌کند. به همین دلیل، قیمت ورق گالوانیزه نیز معمولاً با توجه به ضخامت، وزن پوشش و استاندارد تولید متفاوت است.

استانداردهای گالوانیزه در آهن و فولاد

برای کنترل کیفیت این پوشش، استانداردهای معتبر بین‌المللی تدوین شده‌اند که مواردی مانند ضخامت، یکنواختی، وزن پوشش و چسبندگی را مشخص می‌کنند. مهم‌ترین این استانداردها عبارت‌اند از:

• ISO 1461
• ASTM A123
• AS/NZS 4680
• CAN/CSA G164

انواع گالوانیزه

همان‌طور که اشاره شد، فولادها و آهن‌ها از جمله عناصری هستند که به راحتی دچار زنگ‌زدگی و خوردگی‌ می‌شوند؛ ازاین‌رو، صنعتگران روش‌ها و راهکارهای مختلفی را برای جلوگیری از بروز این مشکلات به کار می‌برند که یکی از این روش‌ها، گالوانیزه است؛ که از زنگ‌ زدگی آهن و فولاد و خوردگی محافظت کرده و دوام و استحکام آن را بالا می‌برد. همانطور که در بالا اشاره کردیم، برای این‌که یک ورقه فولادی را با استفاده از فلز روی پوشش داد، روش‎های مختلفی وجود دارند که به «روش‌های گالوانیزاسیون» معروف هستند. به طور کلی، این فرآیند به دو صورت گالوانیزه گرم یا سرد انجام می‌شود. البته دو روش دیگر به نام «پیش گالوانیزه» و «الکتروگالوانیزه» هم به منظور انجام این کار مورد استفاده قرار می‌گیرند.  بنابراین به طور کلی، 4 روش برای این فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرند، که در ادامه به صورت مختصر به هر کدام اشاره می‌کنیم:

• گالوانیزه گرم

فرآیند گالوانیزه گرم یکی از انواع این روش است که جهت ساخت بسیاری از محصولات فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این فرآیند، قطعه فولادی در فلز روی غوطه‌ور می‌شود؛ دمای روی در داخل وان نیز حدود 449 درجه سانتی‌گراد است. به‌طورکلی، از مراحل گالوانیزه گرم می‌توان به پاکسازی آلودگی‌های موجود در سطح فلز، پاکسازی مواد پاک‌کننده در مرحله قبل، پاکسازی لایه‌های اکسیدشده آهن با محلول اسیدی، پوشش‌دهی فولاد با روی (غوطه‌ور کردن فولاد در وان روی)، بیرون آوردن فولاد از وان و خشک کردن آن اشاره کرد. این روش بر پایه عملیات حرارتی اتجام شده و شامل فرو کردن ورق فولادی در استخر مذاب روی است.

• گالوانیزه سرد

برخلاف روش غوطه‌وری که در تولید گالوانیزه گرم استفاده می‌شود، این روش نیاز به دمای بالایی نداشته و به همین جهت، مقاومت نوع گرم را ندارد. این فرآیند، بر پایه الکترولیت انجام شده و در آن، فلز روی مانند یک رنگ تمامی سطح فولاد را می‌پوشاند. میزان پوشش و غلظت استفاده از فلز روی در این روش نسبت به گالوانیزه‌ گرم کمتر بوده و در نتیجه، از مقاومت پایین‌تری در برابر عوامل محیطی برخوردار است. استفاده از این نوع پوشش، به دلیل شکل زیبا و درخشانی که دارد، برای عملیاتی که ظاهر کار مهم است، یک گزینه عالی به‌ شمار می‌رود. در آن از روی غنی شده با غلظت حداقل 92 درصد استفاده می‌شود. برای پوشش‌دهی قطعات به‌وسیله گالوانیزه سرد ابزارهایی همچون قلم‌مو، اسپری یا پیستوله را به کار می‌گیرند و سطح فلز را با روی غنی شده پوشش‌دهی می‌کنند.

• پیش گالوانیزه

 پیش گالوانیزاسیون شامل نورد ورق فولادی از طریق فرآیندی مشابه فرآیند گالوانیزه گرم است و از استخر روی (Zinc) مذاب و مایع عبور داده می‌شود. سپس برای سرد شدن مقطع موردنظر، آهن گالوانیزه را از جایی در حال خود آویزان می‌کنند تا زمانی که کاملا خشک شود.

• گالوانیزه پیش پوشش

گالوانیزه پیش‌پوشش به روشی گفته می‌شود که در آن ورق فولادی پیش از فرم‌دهی و تولید محصول نهایی، به‌صورت پیوسته در خط تولید با لایه‌ای از فلز روی پوشش داده می‌شود. در این فرآیند، ورق به شکل کلاف وارد حمام روی مذاب شده و پس از خروج، یک لایه یکنواخت و کنترل‌شده روی سطح آن ایجاد می‌شود. این ورق سپس در تولید محصولاتی مانند پروفیل، کانال و قطعات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مزیت اصلی این روش، سرعت تولید بالا، یکنواختی پوشش و صرفه اقتصادی در تولید انبوه است. گالوانیزه پیش‌پوشش بیشتر در محصولاتی به‌کار می‌رود که در شرایط رطوبت متوسط قرار دارند و نیاز به مقاومت بسیار بالا دربرابر خوردگی ندارند. 

• گالوانیزه حرارتی

برای افزایش دوام و مقاومت سازه‌های فلزی در برابر عوامل خورنده، روش‌های مختلفی برای پوشش‌دهی استفاده می‌شود که در میان آن‌ها گالوانیزه حرارتی جایگاه ویژه‌ای دارد. در این روش، قطعه فولادی پس از آماده‌سازی سطح، در وان روی مذاب با دمای حدود 450 درجه سانتی‌گراد غوطه‌ور می‌شود و طی واکنش متالورژیکی، لایه‌ای مقاوم از آلیاژ آهن و روی روی سطح آن شکل می‌گیرد.

این پوشش علاوه‌بر ایجاد یک لایه محافظ ضخیم و یکنواخت، خاصیت حفاظت کاتدی نیز دارد؛ به این صورت که در صورت آسیب‌دیدگی سطح، فلز روی به جای فولاد دچار خوردگی می‌شود. همین ویژگی باعث شده گالوانیزه حرارتی برای استفاده در محیط‌های مرطوب، صنعتی و ساحلی، همچنین در سازه‌هایی مانند دکل‌ها، گاردریل‌ها و تجهیزات سنگین گزینه‌ای بسیار کاربردی باشد. طول عمر بالا و کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری از مهم‌ترین مزایای این روش است، هرچند هزینه اجرای آن نسبت به سایر روش‌ها بیشتر است.

آهن گالوانیزه چیست؟

برای کاربردهایی که دوام بالا و مقاومت دربرابر رطوبت اهمیت دارد، استفاده از مقاطع پوشش‌داری مثل آهن گالوانیزه، یک ضرورت به‌شمار می‌رود. این مقطع با بهره‌گیری از پوشش روی، از سطح فلز در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی محافظت نموده و سبب افزایش طول عمر قطعات می‌شود. از آهن گالوانیزه برای مواردی مانند ساخت سازه‌های سبک، تجهیزات شهری، تأسیسات ساختمانی و محیط‌های در معرض رطوبت، استفاده می‌شود. همچنین این محصول در مقایسه با آهن معمولی، نیاز کمتری به تعمیر و نگهداری دارد. یکنواختی پوشش و عملکرد قابل‌اعتماد در شرایط محیطی مختلف، از دلایلی است که این مقطع را به یکی از گزینه‌های پرکاربرد بازار آهن تبدیل کرده است.

تفاوت گالوانیزه گرم و سرد

• اولین تفاوتی که برای این دو روش می‌توان نام برد، روش تولید آن‌ها است. در روش تولید گالوانیزه گرم، فولاد را در حوضچه‌هایی که حاوی فلز روی مذاب شده است، می‌اندازند و به اصطلاح، آن را غوطه‌ور می‌کنند؛ اما در فرآیند سرد از روش آبکاری استفاده می‌شود؛ به این صورت که از یک جریان الکتریسیته در یک محلول نمکی که حاوی آند روی و کاتد فولاد است، استفاده می‌کنند.
• دومین تفاوت، قیمت آن‌ها است. به لحاظ اقتصادی استفاده کردن از گالوانیزه گرم که با روش غوطه‌وری به دست می‌آید، بسیار مقرون به‌صرفه‌تر از نوع سرد است.
• تفاوت در ظاهر و ضخامت از دیگر وجوه تمایز این دو نوع فرآیند به‌شمار می‌رود. در روش غوطه‌وری گالوانیزه گرم، فولاد از ضخامت و استحکام بالایی برخوردار بوده ولی به لحاظ ظاهری، سطح کدر و زبری دارد؛ اما در فرآیند گالوانیزه سرد، ما شاهد ضخامت بالایی از پوشش‌دهی فلز روی نیستیم و به دنبال آن، فولاد از مقاومت کمتری برخوردار است؛ اما در مقابل، این فرآیند، ظاهر براق و درخشانی دارد.
• در روش غوطه‌وری و تولید گالوانیزه گرم، یک واکنش شیمیایی میان فولاد و فلز روی رخ می‌دهد که سبب تثبیت پوشش‌دهی می‌شود. این اتفاق باعث شده است تا فلز روی به راحتی و با خراش از سطح فولاد جدا نشود و به دنبال آن، طول عمر بیشتری داشته باشد؛ اما در فرآیند گالوانیزه سرد، چنین واکنش شیمیایی رخ نداده و پوشش روی ممکن است که با خراشی از بین برود؛ به همین سبب، عمر کمتری خواهد داشت.

دلیل نام‌گذاری ورق گالوانیزه گرم نیز تولید آن در دمای بالا و غوطه‌وری در روی مذاب است. این ورق‌ها معمولاً سطحی مات، طوسی و کدر دارند و بیشتر در بخش‌هایی به‌کار می‌روند که مقاومت دربرابر خوردگی اهمیت بیشتری نسبت به ظاهر دارد. در مقابل، گالوانیزه سرد بر پایه پوشش‌های غنی از روی اجرا می‌شود و آماده‌سازی سطح، حذف کالامین و آلودگی‌ها پیش از اعمال پوشش از مراحل مهم آن است. رنگ‌های Zinc یا روی می‌توانند با قلمو، غلتک، اسپری و تجهیزات مشابه روی سطح فلز اعمال شوند.

در بررسی تفاوت‌های ورق گالوانیزه سرد و گرم باید توجه داشت که روش گرم یک پوشش متالورژیکی ضخیم‌تر و بادوام‌تر ایجاد می‌کند، در حالی که روش سرد بیشتر به‌عنوان پوشش محافظ سطحی و راهکاری سریع‌تر برای ترمیم یا حفاظت موضعی شناخته می‌شود. همین تفاوت در نحوه تشکیل پوشش، باعث اختلاف در دوام، مقاومت خوردگی و کاربرد نهایی این دو روش می‌شود.

فولاد ساختمانی گالوانیزه

فولاد گالوانیزه به عنوان مهم‌ترین و متداول‌ترین فلز گالوانیزه شناخته می‌شود. در طول سال، صدها هزار تن محصول فولادی در اقصی نقاط دنیا تحت عملیات گالوانیزاسیون قرار می‌گیرند. شهرهای بزرگ و توسعه یافته نیز معمولا چندین کارخانه گالوانیزاسیون دارند و بسیاری از اقلام و تجهیزات فولادی را جهت طول عمر بیشتر گالوانیزه می‌کنند. از این اقلام می‌توان به راه‌پله، نردبان، نیمکت‌ها، چارچوب ساختمان و... اشاره کرد. فولاد گالوانیزه گرم هم جهت تولید قاب‌های فولادی برای اسکلت فلزی ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. می‌توان گفت که فولاد ساختمانی گالوانیزه یکی از مهم‌ترین مصالح ساختمانی در دنیای ساخت‌وساز است.

فواید گالوانیزاسیون

علاوه بر افزایش مقاومت ورقه‌های فولادی در برابر زنگ زدگی و خوردگی که اصلی‌ترین فایده گالوانیزه کردن است، گالوانیزاسیون (Galvanization) فواید و مزایای دیگری هم دارد که برخی از آن‌ها عبارتند از:

• هزینه آن‌ از ضد زنگ پایین‌تر است.
• هزینه‌های ماندگاری را در طول زمان کاهش می‌دهد.
• در طولانی مدت، عمر و ماندگاری مناسبی دارد.
• از نواحی کوچک فولاد که در معرض آسیب هستند به خوبی محافظت می‌کند.
• عملکرد آن قابل اعتماد است.
• برای آماده‌سازی آن وقت زیادی گرفته نمی‌شود.

قبل از انجام گالوانیزاسیون چه اقداماتی باید صورت گیرد؟

چه در گالوانیزه سرد و چه در گالوانیزه گرم، قبل از شروع فرآیند اصلی، باید اقدامات زیر صورت بگیرد:

• سطح ورق باید از آلودگی، روغن و ... کاملا پاک شود.
• هرگونه آثار خوردگی و زنگ زدگی باید توسط یک برس مخصوص آهنی، از روی سطح ورقه فولادی پاک شود.
• سطح ورق فولادی باید کاملا خشک شود و هیچ رطوبتی نداشته باشد.

فرآیند گالوانیزه چه مدت طول می کشد؟

به طور کلی مدت زمان استاندارد برای انجام فرآیند گالوانیزه (گالوانیزاسیون) روی یک ورقه فولادی، بین 4 الی 5 دقیقه است. با این حال ممکن است برای مواد سنگین با اینرسی حرارتی بالا، این مدت زمان، کمی بیشتر شود (تا حداکثر 10 دقیقه).

چگونگی انجام فرآیند آبکاری گالوانیزه گرم و سرد

تفاوتی نمی‌کند که از روش گالوانیزه سرد استفاده کنید یا گرم؛ بهرحال برای آبکاری گالوانیزه یک ورقه فولادی، باید 4 مرحله زیر طی شوند:

• چرخه تمیز کردن: تمیز کردن ورقه فولادی از هرگونه آلاینده و خوردگی
• شار: خیس کردن ورقه فولادی
• غوطه وری: قرار دادن گالوانیزه در معرض فلز روی
• پرداخت نهایی

معایب و مزایای فولاد گالوانیزه

در انتخاب فولاد گالوانیزه، بررسی هم‌زمان نقاط قوت و محدودیت‌های این محصول اهمیت زیادی دارد. پوشش روی باعث افزایش مقاومت در برابر زنگ‌زدگی و کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود، اما در کنار این مزایا، عواملی مانند قیمت بالاتر نسبت به فولاد معمولی یا محدودیت در برخی فرآیندهای تولید نیز باید در نظر گرفته شود. شناخت دقیق مزایا و معایب فولاد گالوانیزه به انتخاب بهینه‌تر و متناسب با شرایط پروژه کمک می‌کند. در ادامه مزایا و معایب این محصول را بررسی می‌کنیم:

مهم‌ترین مزایای استفاده از ورق گالوانیزه عبارتند از:

• هزینه آن از سایر روش‌های جلوگیری از خوردگی کمتر است.
• هزینه تعمیر و نگه‌داری ورقه‌های گالوانیزه بسیار پایین است.
• دوام پوشش ایجاد شده در این روش، نسبت به سایر روش‌ها بالاتر است.
• طول عمر مفید ورق‌های فولادی را تا 30 سال افزایش می‌دهد.
• زمان تولید کوتاه‌تری دارد.

معایب استفاده از ورق گالوانیزه در زیر ارائه شده است:

• عملیات جوشکاری این محصولات دارای پیچیدگی‌های زیاد است.
• گازها و بخارهای حاصل از عملیات جوشکاری ورقه‌های گالوانیزه، سمی هستند.

نقش گالوانیزه در افزایش دوام سازه‌ها

با‌توجه‌به آنچه در این مقاله گفته شد، فرآیند گالوانیزاسیون به‌عنوان یکی از مؤثرترین روش‌های محافظت از آهن و فولاد، نقش مهمی در افزایش دوام و کاهش هزینه‌های نگهداری ایفا می‌کند. تنوع در روش‌های گالوانیزاسیون و محصولات گالوانیزه باعث شده این پوشش در طیف گسترده‌ای از پروژه‌های ساختمانی، صنعتی و تأسیساتی مورد استفاده قرار گیرد. شناخت تفاوت‌ها، کاربردها و محدودیت‌های هر نوع گالوانیزه، به انتخاب دقیق‌تر و متناسب با شرایط پروژه کمک می‌کند. درنهایت، تصمیم‌گیری درست زمانی اتفاق می‌افتد که شرایط محیطی، نوع مصرف، طول عمر مورد انتظار و مشخصات فنی محصول به‌صورت هم‌زمان در نظر گرفته شود. بررسی این عوامل پیش از انتخاب، علاوه‌بر افزایش کیفیت نهایی کار، از پرداخت هزینه‌های اضافی در آینده جلوگیری می‌کند.