اهمیت آبکاری پیچ و مهره (گالوانیزه گرم)
گالوانیزه
یک فرایند اعمال لایه نازکی از پوشش روی بر سطح قطعات آهنی و فولادی به منظور محافظت سطح فولاد در برابر خوردگی است.
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، از جمله آماده سازی، تمیزکاری، اعمال فلاکس، گالوانیزه گرم، سرمایش، و کنترل کیفیت، است. 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 پدیدهاثر 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.
فرایند گالوانیزه گرم یک لایه ضخیم از روی را بر روی کل سطح خارجی پیچ و مهره های فولادی قرار داده و آنها را در برابر عوامل خورنده محیطی مقاوم می سازد. مقاومت سطحی حاصل از فرایند گالوانیزه گرم بسیار بالاست. در صورتی که صدمه سطحی بر روی پوشش گالوانیزه در نقاطی بوجود آمده باشد و یا به دلیلی بخشی از سطح پیچ و مهره فولادی به خوبی گالوانیزه نشده باشد، پوشش های کناری اطراف آن سطح بدلیل تبادل الکترونی که انجام میدهند باز هم سطح را بخوبی محافظت می کنند.
زنگ زدگی یا اکسیده شدن و خوردگی هر دو فرایند های شیمیایی هستند که در فلزات بدلیل خاصیت الکترون دهی آنها بوجود می آیند. در واقع فلزات در لایه ظرفیت خور 1، 2 و یا 3 الکترون دارند. این در حالی است که غیر فلزات در لایه ظرفیت خود بین 4 الی 8 الکترون دارند. در هر ترکیب شیمیایی هم فلزات و هم غیر فلزات بدنبال رسیدن به حالت تعادل بوده بدین معنی که در پیوند های شیمیایی نافلزات با دریافت الکترون از فلز به تکمیل ظرفیت خود و فلزات با از دست دادن الکترون به رسیدن به حالت تعادل لایه قبلی میل می کنند. در نهایت از ترکیب آهن و اکسیژن موجود در آب اکسید آهن که رنگ آجری دارد بوجود می آید
اما خاصیت و میل به الکترون دهی فلزات مختلف، متفاوت می باشد. در میان فلزات روی و منیزیوم بیشترین خاصیت الکترون دهی را دارد. از این رو اگر پیچ و مهره آهنی یا پیچ و مهره فولادی اتصال به روی داشته باشند حتی اگر خود سطح آهن یا فولاد تماس با رطوبت پیدا کند این روی یا زینک است که سریعا میل به الکترون دهی کرده و از الکترون دهی آهن، اکسیده شدن و در نتیجه زنگ زده آن محافظت می کند.
آبکاری سطحی پیچ و مهره ها توسط روی به روش های مختلف چون گالوانیزه سرد، گالوانیزه گرم، داکرومت، الکتروپلیتینگ، اسپری روی و یا متالایزینگ انجام میگیرد. از این میان آبکاری داکرومات نسبت به باقی آبکاری ها مهندسی تر و با مزایای بیشتری می باشد. اما فرایند گالوانیزه گرم همچنان به عنوان یکی از مطمئن ترین و مقاوم ترین نوع آبکاری مطرح است. در طی فرایند گالوانیزه گرم پیچ و مهره بصورت کامل در محلول زینک یا روی مایع قرار گرفته و روی به نواحی سطحی پیچ و مهره نفوذ کرده و یک لایه ضخیم آلیاژ روی آهن روی سطح آنها بوجود می آید. این لایه نقره ای مات رنگ بوده و بسیار در برابر زنگ زدگی و خوردگی مستحکم می باشد. آبکاری گالوانیزه گرم در نقاط حساستر مثل گوشه ها و نقاط تیز پیچ و مهره که مستعد سایش بیشتر هستند لایه ضخیم تری را بوجود می آورد که یکی دیگر از مزایای این نوع آبکاری بشمار میرود
مرحله آماده سازی شامل پاکسازی کامل سطح فلز از براده ها، روغن، زنگ زدگی، رنگ و دیگر ضایعات سطحی از طریق قرار دادن پیچ و مهره در اسید سولفوریک و یا اسید هیدروکلریک . در صورت ریخته گری آهن و فولاد گاهی از سند بلاست نیز جهت برداشتن ضایعات و براده ها قبل از مرحله استخر اسید استفاده میشود.
پیچ و مهره های خارج شده از استخر اسید در یک محلول 30% روی از کلیرید آمونیوم قرار میگیرند و این پروسه در دمای 65 درجه سانتی گراد انجام میشود. این محلول اکسید های ایجاد شده بر روی سطح پیچ و مهره که پس از خارج شدن از استخر اسید روی سطح آهن یا فولاد بسیار سریع بوجود می آیند پاکسازی میکند و از اکسید شدن بیشتر قبل از فرایند گالوانیزه گرم جلوگیری میکند. در این مرحله سطح خشک شده و آماده فرایند گالوانیزه گرم است.
پیچ و مهره ها در حمام روی یا زینک مذاب در دمای 445 الی 465 درجه سانتی گراد قرار گرفته و در این محلول با دمای بالا قرار داده میشوند تا فیلمی از آلیاژ آهن-روی با ضخامتی که بسته به ضخامت فولاد آبکاری متفاوت بوده و در جدول استاندارد در بالا ذکر شد سطح فولاد را بپوشاند. این فیلم در سطح پیچ و مهره دارای درصد آلیاژ متفاوتی از آهن و روی است بطوریکه لایه های زیر درصد آهن بیشتر و لایه ی بیرونی درصد روی بسیار بالاتری دارد و بیرونی ترین لایه را زینک تشکیل میدهد.
مدت زمان قرار گرفتن پیچ و مهره در حمام زینک با قطر آنها بستگی دارد و از چند دقیق برای قطر های کوچک شروع و تا نیم ساعت و حتی بیشتر برای قطرهای بالاتر متفاوت می باشد.
در گالوانیزه پیچ و مهره ها و قطعات فلزی ریز پس از خروج از حمام روی آنها را در سبدهای فلزی دوار قرار داده و در دمای بالا بصورت سانتریفیوژ میگردانند تا روی اضافه از سطح پیچ و مهره جدا شده و سطحی نرم داشته باشند.
همانطور که پیشتر گفته شد در طی فراند گالوانیزه گرم سطح پیچ و مهره توسط روی با خلوص متفاوت در لایه های مختلف پوشانیده میشود. درصد روی در لایه های پایینتر کمتر بوده و به تدریج تا سطح پیچ و مهره این درصد بیشتر میشود.
