آبکاری گالوانیزه چیست؟

ابکاری گالوانیزه به فرآیند پوشش دهی فولاد یا آهن با فلز روی است که هدف از انجام آبکاری گالوانیزه جلوگیری از زنگ زدگی و خوردگی است. آبکاری گالوانیزه شامل غوطه ور کردن جسم فلزی در حمام روی مذاب در دمای بالا است که به روی اجازه می دهد تا با سطح فلز پیوند بخورد.

پوشش روی به عنوان یک محافظت کننده در برابر رطوبت و سایر عناصر خورنده که باعث زنگ زدگی و خرابی می شوند عمل می‌کند. این امر فولاد گالوانیزه را برای کاربردهایی که فلز در معرض عناصر یا محیط های خشن مانند سازه های بیرونی و ساختمانی، نرده ها و سقف قرار می گیرد، ایده آل می کند معمولا اتصالات ساختمانی و اتصالات صنایع پتروشیمی دارای روکش گالوانیزه هستند.

آبکاری گالوانیزه مزایای متعددی نسبت به فولاد یا آهن تصفیه نشده دارد. محافظت در برابر خوردگی عالی را فراهم می کند و اتصالات را بادوام می کند بنابراین پیچ و مهره گالوانیزه به نگهداری کمتری نیاز دارد و دیگر نگران زنگ زدگی یا خوردگی اتصالات استفاده شده نخواهید بود، همچنین در مقایسه با سایر روش های حفاظت در برابر خوردگی هزینه کمتری دارد.

با این حال، محدودیت هایی نیز برای آبکاری گالوانیزه پیچ و مهره وجود دارد. ممکن است  آسیب دیده یا خراشیده شود که فلز زیرین را در معرض خوردگی قرار می دهد. پوشش روی همچنین می تواند با مواد شیمیایی خاصی واکنش نشان دهد و در طول زمان باعث خراب شدن اتصالات شود.

به طور کلی، آبکاری گالوانیزه یک روش مطمئن و موثر برای محافظت از فولاد و آهن در برابر خوردگی و زنگ زدگی است و به طور گسترده در صنایع و کاربردهای مختلف استفاده می شود.

فرایند پوشش دهی گالوانیزه به دو صورت انجام می شود:

  1. گالوانیزه گرم
  2. گالوانیزه سرد یا الکترودی

روش انجام ابکاری گالوانیزه گرم

پوشش دهی گالوانیزه گرم ، عبارت از فرو بردن محصول یا پیچ و مهره در حوضچه روی مذاب می باشد. گالوانیزه گرم یک روش منحصر بفرد پوشش دهی محافظتی ست که به دلیل هزینه کم، سهولت اجرا و مهمتر از همه طول عمر مفید، بسیار پرکاربرد است.

 این فرآیند با آماده سازی سطح شروع می شود، که شامل تمیز کردن فلز با استفاده از روش های مختلف شیمیایی و مکانیکی برای حذف هر گونه روغن، گریس یا سایر ناخالصی های موجود است.

هنگامی که فلز تمیز شد، نوبت به غوطه ور شدن در حمامی از روی مذاب است که معمولاً تا حدود 450 درجه سانتی گراد (۸۳۰ الی ۸۷۰ درجه فارنهایت) گرم می شود. روی با سطح فلز واکنش می‌دهد و یک سری لایه‌های آلیاژ روی-آهن را تشکیل می‌دهد که محکم به زیرلایه می‌پیوندند. از آنجایی که در این روش لایه روی باعث افزایش سایز پیچ ها می گردد، مهره های آن باید بزرگتر از سایز پیچ باشند. همچنین با توجه به ضخامت لایه روی، فرسایش آن کمتر است و برای استفاده در فضاهای بیرونی بسیار کاربرد دارد.

ضخامت پوشش گالوانیزه می تواند بسته به کاربرد متفاوت باشد، اما معمولاً بین 3 تا 8 میل متغیر است. پوشش گالوانیزه، از مقاومت در برابر خوردگی بالاتری برخوردار است و از فلز زیرین در برابر زنگ زدگی و سایر اشکال تخریب برای سالهای متمادی محافظت می کند.

آبکاری گالوانیزه گرم اغلب برای پوشش سازه های بزرگ مانند پل ها، برج های انتقال و سکوهای دریایی و همچنین موارد کوچکتر مانند پیچ و مهره سایر بست ها استفاده می شود. ابکاری گالوانیزه پیچ و مهره به دلیل مزایایی که برای اتصالات فراهم می‌کند بسیار مورد توجه صنایع مختلف قرار گرفته است.

روش انجام گالوانیزه سرد یا گالوانیزه الکترودی

 پوشش دهی گالوانیزه الکترودی یا ابکاری گالوانیزه سرد، از طریق الکترودی کردن، فرآیندی است که طی آن، لایه ای از روی با استفاده از جریان الکتریسیته بر روی فولاد قرار می گیرد. این یک پوشش نازک نسبت به گالوانیزه گرم است و بنابراین در مقابل فرسایش مقاومت کمتری دارد و مناسب استفاده در فضای باز نیست و بیشتر از این اتصالات در فضای بسته استفاده می‌شود.

مزیت اصلی انجام آن جلا و رنگ یکنواختی است که روی پیچ و مهره قرار می‌گیرد و جلوه زیبایی به محصول می دهد.

هنگامی که جریان الکتریکی از محلول عبور می کند، یون های فلزی به سمت کاتد (شیء مورد نظر) جذب می شوند و به سطح آن می چسبند و پوشش نازکی از فلز را تشکیل می دهند. ضخامت پوشش را می توان با تنظیم مدت زمان باقی ماندن جسم در محلول آبکاری و قدرت جریان الکتریکی کنترل کرد. آبکاری را می توان با استفاده از طیف وسیعی از فلزات از جمله طلا، نقره، نیکل، مس و کروم و … انجام داد که با توجه به نوع پرداخت، خواص محصول نهایی متفاوت است.

به عنوان مثال، نیکل معمولا برای افزایش ظاهر و دوام قطعات خودرو استفاده می شود، در حالی که طلا و نقره اغلب در ساخت جواهرات استفاده می شود.

فرایند پوشش دهی گالوانیزه اتصالات

بعضی از پیچ و مهره ها امکان آبکاری گالوانیزه گرم برایشان وجود دارد و برای برخی از پیچ و مهره ها این امکان وجود ندارد. در صنعت پیچ و مهره ، اصطلاح “تنسایل بالا” در مورد پیچ و مهره هایی به کار می رود که روی آن ها عملیات حرارتی گرمایش و سرمایش سریع صورت گرفته باشد و به درجه قابل قبولی از سختی و استحکام رسیده باشند. اینکه پیچ و مهره ای می تواند آبکاری گالوانیزه گرم شود یا خیر از دو راه قابل تشخیص است:

یک: ترد شدن فولاد بر اثر شکست هیدروژن

شکست هیدروژن زمانی اتفاق می افتد که اتم هیدروژن در حین مرحله شستشو با اسید سولفوریک (یا اسید هیدروکلریک) در مرحله آماده سازی پیچ و مهره ها برای آبکاری گالوانیزه گرم، جذب فولاد می شود. این پدیده باعث کاهش خاصیت چکش خواری فولاد و ترد شدن آن و در نتیجه شکست پیچ و مهره بر اثر فشار و ضربه می گردد.

با توجه به استاندارد ASTM A143 ، شکست هیدروژن در پیچ و مهره هایی از اهمیت ویژه برخوردار است که استحکام کششی آنها از ۱۵۰ksi و یا ۱۱۰۰Mpa فراتر برود.
مطابق این استاندارد  که در جدول زیر نمایش داده شده است، پیچ و مهره های استاندارد ASTM A490, ASTM A453 grade BD, SAE J429 Grade 8 مواردی هستند که سختی بالاتر از حد مجاز برای آبکاری گالوانیزه گرم را داشته و در معرض شکست هیدروژنی هستند و آبکاری گالوانیزه گرم برای این موارد ممنوع است. در جدول سختی بر حسب راکول (Rockwell) آمده است:

استاندارد پیچقابلیت گالوانیزه گرمحداقل تنش تسلیمحداقل تنسایلحداقل سختی
ASTM A325دارد۸۱ ۹۲۱۰۵ ۱۲۰C24 C19
ASTM A449دارد۵۸ ۸۱ ۹۲۹۰ ۱۰۵ ۱۲۰C25 C19 B91
SAE J429 Grade 5دارد۸۱ ۹۲۱۰۵ ۱۲۰C25 C19
ASTM A193 Grade B7دارد۹۵ ۱۰۵۱۱۵ ۱۲۵–
ASTM A354Grade BCدارد۹۴ ۱۰۹۱۱۵ ۱۲۵C26 C22
ASTM A320 Grade L7دارد۱۰۵۱۲۵–
ASTMA490ندارد۱۳۰۱۵۰C33
ASTM A354 Grade BDندارد۱۱۵ ۱۳۰۱۴۰ ۱۵۰C33 C31
SAE J429 Grade 8ندارد۱۳۰۱۵۰C3

مطلب مرتبط

پیشنهاد می‌کنیم مربوط به پوشش دهی اتصالات را مطالعه کنید.

دو: اثر گرمایش و سرمایش سریع

نگرانی دیگری که در مورد پیچ و مهره های با استحکام بالا وجود دارد موضوع کاهش استحکام آن ها طی عملیات آبکاری گالوانیزه گرم می باشد. دمایی که در طی پوشش دهی گالوانیزه گرم به پیچ و مهره ها اعمال می شود بین ۴۲۰ الی ۴۶۰ درجه است. اما  آیا این دما باعث تغییر خواص مکانیکی پیچ و مهره ها نمی شود؟

از نظر تئوریک جواب این سوال منفی است. اما آنچه در عمل روشن می شود آن است که اعمال گرما به پیچ و مهره ، یعنی همان حرارتی که طی عملیات حرارتی باعث افزایش استحکام پیچ شده است، در اینجا می تواند به کاهش استحکام منجر شود. اما سوالی که مطرح است این است که تا چه اندازه حرارت برای تغییر خواص مکانیکی پیچ و مهره لازم است. موسسه سازه های فولادی امریکا AISC اعلام کرده:

پیچ و مهره هایی که عملیات حرارتی – سرمایش و گرمایش سریع و متناوب – روی آن ها انجام گرفته است نباید مورد جوشکاری قرار بگیرند و یا در معرض حرارت شدید قرار باشند.

دمای ایجاد شده برای جوشکاری سطوح فلزی بسیار بالاست و قابل مقایسه با دمای فرایند گالوانیزه گرم نیست. اما به هرحال در لیست این موسسه،  این دو در کنار هم ذکر شده اند.
رفرنس دیگری که درباره پیچ و مهره ها با استحکام بالا آورده شده است در استاندارد ASTM F1554 آمده است:

“Hot bending performed on heat-treated bar stock shall not have the temperature come within 100°F 56°C of the tempering stress relieve temperature of the heat-treat process at any location during hot bending and shall be allowed to air cool after bending.”

طبق این استاندارد اعمال هر گونه حرارت به پیچ و مهره در محدوده دمایی ۵۶ درجه  بالاتر و یا پایین تر از دمایی که عملیات حرارتی روی پیچ و مهره های استحکام بالا صورت گرفته، موجب تغییر در خواص مکانیکی آن می شود.
اما مهمترین مرجع شاید در مورد فرایند پوشش دهی گالوانیزه گرم پیچ و مهره های استحکام بالا، استاندارد ASTM F2329 در قسمت ۷.۲.۱.۲ می باشد:
“Testing for mechanical properties is not necessary if the galvanizing process is carried out at a lower temperature than the stress relief or tempering temperature of the fasteners.”

طبق این جدول تست خواص مکانیکی برای پیچ و مهره هایی که فرایند آبکاری آن ها در دمای نزدیک به عملیات حرارتی آن ها انجام نگرفته است ضرورتی ندارد. این بدان معناست که پیچ و مهره هایی که عملیات حرارتی آن ها در دمای برابر و یا کمتر از ۴۵۰ درجه سانتی گراد صورت گرفته باشد، در اثر فرایند گالوانیزه گرم مورد تغییر مکانیکی خواص قرار می گیرند و مواردی که عملیات حرارتی آن ها در دماهای بالاتر از ۴۵۰ درجه صورت گرفته بدون افت سختی و به سهولت آبکاری گالوانیزه گرم می شوند.

در جدولی از دماهای انجام عملیات حرارتی برای استاندارد های مختلف پیچ و مهره آمده است:

استاندارد ASTM پیچ و مهرهحداقل دمای عملیات حرارتی
A325۴۳۰
A449۴۳۰
A354 Grade BC۴۳۰
A320 Grade L7–
A193 Grade B7۶۰۰
F1554 Grade 105۶۰۰

مقایسه ابکاری گالوانیزه گرم و سرد

  1. پیچ ها و مهره های گالوانیزه گرم با لایه ای از روی ذوب شده پوشانده می شوند، در حالی که پیچ ها و مهره های گالوانیزه سرد با لایه ای از روی آبکاری شده اند.
  2. در روش ابکاری گالوانیزه گرم ضخامت پوشش بیشتر است (پوشش حاصل معمولاً ت3 تا 8 میل است) و مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارد اما گالوانیزه سرد فقط به صورت یک پوشش عمل می‌کند(پوشش حاصل معمولاً تنها 0.5-1.5 میکرون)
  3. طبق بررسی ها پیچ و مهره گالوانیزه گرم حدودا 50 سال دوام دارند اما پیچ و مهره گالوانیزه سرد حدود 10 تا 15 سال دوام دارد.
  4. با این حال، پوشش‌های گالوانیزه سرد اغلب در کاربردهایی استفاده می‌شوند که پوشش نازک‌تر کفایت می‌کند، مانند محیط‌های داخلی یا محیط‌هایی با خورندگی پایین؛ همچنین استفاده از آن‌ها آسان‌تر است و در مقایسه با پوشش‌های گالوانیزه گرم، که به دلیل لایه ضخیم فلز روی خشن‌تر هستند، روکش صاف‌تری را ارائه می‌دهند
برچسب خورده