آهن گالوانیزه چیست؟ – کاربردها + انواع و فرایند تولید

آهن گالوانیزه، آهنی است که با فلزی پوشانده می‌شود که زنگ نمی‌زند یا با سرعت بسیار کمی دچار خوردگی می‌شود. این پوشش معمولا از جنس فلز روی (Zn) است. وجود این لایه فلز روی از تماس مستقیم آهن با محیط جلوگیری کرده و مانع زنگ‌زدگی آن می‌شود. پوشش روی حتی در صورت ایجاد خراش نیز تا حدی در برابر خوردگی مقاومت می‌کند. پس از ایجاد خراش، ابتدا فلز روی دچار خوردگی می‌شود و تنها زمانی که تمام لایه روی خورده شود، آهن زیرین شروع به زنگ زدن می‌کند. در این مطلب از مجله فرادرس می‌آموزیم آهن گالوانیزه چیست و چه خواصی دارد.

در ابتدای این مطلب مفهوم آهن گالوانیزه و فرآیند گالوانیزه کردن را می‌آموزیم. سپس تفاوت این نوع آهن را با آهن معمولی آموخته و روش گالوانیزه کردن آهن را یاد می‌گیریم. در ادامه، مزایا و کاربردهای این نوع آهن و تفاوت آن را با فولاد گالوانیزه توضیح می‌دهیم. در نهایت تاریخچه این نوع آهن را بررسی می‌کنیم. با مطالعه این مطلب تا انتها می‌توانید به شکلی کامل بیاموزید آهن گالوانیزه چیست.

آهن گالوانیزه چیست؟

آهن گالوانیزه، آهنی است که با پوششی از فلز روی پوشانده شده تا در برابر خوردگی محافظت شود. آهن به‌طور طبیعی در برابر عوامل محیطی آسیب‌پذیر است و در تماس با رطوبت و اکسیژن دچار زنگ‌زدگی و خوردگی می‌شود. با گذشت زمان، این خوردگی می‌تواند استحکام و یکپارچگی سازه آهنی را کاهش دهد. فرایند گالوانیزه کردن با ایجاد یک پوشش محافظ از روی، از این نوع تخریب جلوگیری می‌کند.

هدف اصلی از گالوانیزه کردن آهن، افزایش استحکام، دوام و مقاومت آن در برابر خوردگی است. به دلیل این ویژگی‌ها، آهن گالوانیزه به یکی از جایگزین‌های محبوب آهن معمولی و برخی آلیاژهای فلزی تبدیل شده است. البته گالوانیزه کردن یک محافظت دائمی ایجاد نمی‌کند، اما می‌تواند عمر مفید قطعه را به‌طور قابل‌توجهی افزایش دهد. میزان دوام این پوشش به شرایط محیطی بستگی دارد. برای مثال، اگر قطعه در مناطق ساحلی با رطوبت زیاد، بارندگی، مه نمکی و بادهای شدید قرار گیرد، پوشش روی سریع‌تر فرسوده شده و طول عمر آن کاهش می‌یابد.

فرآیند گالوانیزه کردن چیست؟

گالوانیزه کردن، فرایندی برای محافظت از آهن یا فولاد در برابر تماس با هوا و زنگ‌زدگی است که با ایجاد یک پوشش از فلز روی (Zn) روی سطح آن‌ها انجام می‌شود. اگر این پوشش به درستی اعمال شود، می‌تواند بسته به شرایط محیطی، آهن یا فولاد را به مدت ۱۵ تا ۳۰ سال یا حتی بیشتر در برابر خوردگی جوی محافظت کند. رایج‌ترین روش انجام این فرایند، گالوانیزه گرم است که در آن قطعه فلزی درون روی مذاب غوطه‌ور می‌شود تا لایه‌ای محکم و یکنواخت از روی روی سطح آن تشکیل شود.

حتی اگر به مرور زمان در پوشش روی ترک، تخلخل یا ناپیوستگی ایجاد شود، باز هم آهن یا فولاد تا زمانی که با لایه روی در تماس باشد، محافظت می‌شود. دلیل این موضوع پدیده «خوردگی فداشونده» است. در این فرایند، روی به جای آهن اکسید شده و خورده می‌شود و از زنگ‌زدگی فلز پایه جلوگیری می‌کند. گالوانیزه کردن به روش‌های متفاوتی انجام می‌شود که هر کدام برای کاربردهای خاصی مناسب هستند. پیشنهاد می‌کنیم برای درک بهتر این فرآیند، مطلب حفاظت کاتدی مجله فرادرس را مطالعه کنید.

یادگیری شیمی دوازدهم با فرادرس

برای درک بهتر این موضوع که آهن گالوانیزه چیست، ابتدا باید با مفاهیمی چون اکسایش و کاهش، واکنش شیمیایی، اکسید شدن، خوردگی و واکنش‌پذیری فلزات آشنا شویم. پیشنهاد می‌کنیم برای یادگیری بهتر این مفاهیم، به مجموعه فیلم آموزش دروس پایه دوازدهم، بخش شیمی فرادرس مراجعه کنید که با زبانی ساده ولی کاربردی به توضیح این مفاهیم می‌پردازد.

همچنین با مراجعه به فیلم های آموزش فرادرس که در ادامه آورده شده است، می‌توانید به آموزش‌های بیشتری در زمینه آهن گالوانیزه دسترسی داشته باشید.

• فیلم آموزش شیمی ۱ پایه دهم گواهینامه فرادرس
• فیلم آموزش شیمی ۱ پایه دهم حل سوالات تشریحی امتحانات نهایی فرادرس
• فیلم آموزش شیمی ۲ پایه یازدهم رشته علوم تجربی و ریاضی و فیزیک فرادرس

تفاوت آهن گالوانیزه با آهن معمولی

آهن معمولی تنها از عنصر آهن تشکیل شده است، در حالی که آهن گالوانیزه علاوه بر آهن، دارای یک لایه محافظ از روی نیز هست. در فرایند گالوانیزه کردن، قطعه آهن درون روی مذاب غوطه‌ور می‌شود. پس از خارج شدن و سرد شدن قطعه، لایه روی سخت شده و پوششی محافظ روی سطح آهن تشکیل می‌دهد.

فیلم آهن گالوانیزه چیست؟ در فرادرس

کلیک کنید

وجود این لایه روی از تماس مستقیم آهن با رطوبت و اکسیژن جلوگیری می‌کند. در صورت نبود این پوشش، آهن با اکسیژن واکنش داده و طی فرایند اکسایش دچار زنگ‌زدگی و خوردگی می‌شود. در ادامه تفاوت آهن معمولی و آهن گالوانیزه آورده شده است.

روش گالوانیزه کردن آهن

برای تولید آهن گالوانیزه از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود که مهم‌ترین آن‌ها در ادامه توضیح داده شده است. این روش‌ها شامل گالوانیزه گرم، گالوانیزه سرد، گالوانیلینگ، گالوانیزه الکتریکی، شراردایزینگ و پوشش‌دهی با رنگ یا اسپری روی است.

گالوانیزه گرم (Hot-dip Galvanizing)

در این روش، قطعه آهن درون روی مذاب غوطه‌ور می‌شود تا لایه‌ای یکنواخت و مقاوم از روی روی سطح آن تشکیل شود. این روش رایج‌ترین شیوه تولید آهن گالوانیزه است. این فرایند پوششی ضخیم‌تر و بادوام‌تر ایجاد می‌کند، اما سطح حاصل معمولا به اندازه سایر روش‌ها صاف و براق نیست.

در روش گالوانیزه گرم، ابتدا سطح آهن یا فولاد کاملا تمیز شده و از میان محلول فلاکس، مانند مخلوط کلرید روی و کلرید آمونیوم، عبور داده می‌شود. سپس قطعه وارد حوضچه روی مذاب می‌شود تا پوششی یکنواخت از روی روی سطح آن تشکیل شود. در گالوانیزه کردن سیم‌های فولادی، سیم ابتدا از مراحل اسیدشویی، بازپخت و شست‌وشو عبور می‌کند. پس از خشک شدن، وارد حوضچه روی مذاب شده و هنگام خروج، از میان موادی مانند زغال، کک یا ماسه عبور داده می‌شود تا مقدار اضافی روی از سطح آن حذف شود.

در یکی از روش‌های گالوانیزه گرم، قطعه آهن یا فولاد در حضور ذرات ریز روی و در دمایی کمتر از نقطه ذوب روی گرم می‌شود. در این شرایط، ترکیبات بین‌فلزی آهن و روی روی سطح فلز تشکیل می‌شوند که چسبندگی و مقاومت پوشش را افزایش می‌دهند. در روش دیگری از گالوانیزه گرم، روی مذاب به صورت اسپری روی سطح تمیز آهن یا فولاد پاشیده می‌شود و به خوبی به سطح فلز می‌چسبد.

گالوانیزه سرد (Cold Galvanizing)

در این روش، پوششی از روی به‌صورت رنگ یا پوشش حاوی ذرات روی با استفاده از قلم‌مو یا اسپری روی سطح آهن اعمال می‌شود. این پوشش معمولا نازک‌تر بوده و مقاومت کمتری نسبت به گالوانیزه گرم دارد.

گالوانیلینگ (Galvannealing)

گالوانیلینگ فرایندی است که گالوانیزاسیون و عملیات حرارتی بازپخت را با یکدیگر ترکیب می‌کند. در این روش، ابتدا فولاد با لایه‌ای از روی پوشانده شده و سپس تا دمای مشخصی گرم می‌شود تا روی با آهن واکنش داده و یک لایه آلیاژی روی-آهن روی سطح تشکیل شود.

این پوشش، مقاومت فولاد یا آهن را در برابر خوردگی افزایش می‌دهد و در عین حال قابلیت رنگ‌پذیری، شکل‌دهی و جوشکاری آن را بهبود می‌بخشد. به همین دلیل، فولاد گالوانیل شده به طور گسترده در صنایع خودروسازی، ساختمان‌سازی و تولید لوازم خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سایر روش ها

برای دستیابی به پوششی با کیفیت، سطح آهن باید کاملا تمیز باشد. به همین دلیل، پیش از گالوانیزه کردن معمولا از فرایند شات بلاست (Shot Blasting) استفاده می‌شود. در این روش، ذرات ساینده با سرعت زیاد به سطح فلز برخورد می‌کنند تا زنگ‌زدگی، آلودگی‌ها و لایه‌های اکسیدی حذف شوند و چسبندگی پوشش روی افزایش یابد. سایر روش‌های گالوانیزه کردن آهن در ادامه معرفی شده است.

• گالوانیزه الکتریکی (Electrogalvanization): در این روش، قطعه آهن در محلول الکترولیتی سولفات روی قرار می‌گیرد و با استفاده از جریان الکتریکی، لایه‌ای از فلز روی، روی سطح آن رسوب می‌کند.
• شراردایزینگ (Sherardization): در این روش، قطعه آهن در یک محفظه دربسته همراه با پودر روی قرار می‌گیرد و با اعمال حرارت، اتم‌های روی روی سطح آهن نفوذ کرده و پوشش محافظ ایجاد می‌کنند.
• پوشش‌دهی با رنگ یا اسپری روی: در این روش، روی مذاب یا رنگ‌های حاوی ذرات روی روی سطح آهن اسپری یا رنگ‌آمیزی می‌شوند. این روش نسبت به سایر روش‌ها دوام و مقاومت کمتری دارد.

انتخاب روش

نوع گالوانیزه کردن با توجه به کاربرد قطعه انتخاب می‌شود. برای مثال، ورق‌های سقفی که در تمام طول سال در معرض باران، نور خورشید و سایر شرایط محیطی قرار دارند، معمولا به روش گالوانیزه گرم یا گالوانیزه الکتریکی تولید می‌شوند. در مقابل، برخی سقف‌ها، ناودان‌ها و لوله‌ها تنها با رنگ یا اسپری روی پوشش داده می‌شوند. در گالوانیزه الکتریکی یا آبکاری الکتریکی، پوششی از روی با ضخامت کاملا کنترل‌شده و بدون استفاده از حرارت روی سطح فلز رسوب داده می‌شود.

این روش دقت بیشتری نیاز دارد و برای قطعاتی که باید کاملا آب‌بندی شوند، به اندازه گالوانیزه گرم مناسب نیست، زیرا مانند روش گرم باعث آب‌بندی درزها نمی‌شود. با این حال، پوشش حاصل از گالوانیزه الکتریکی معمولا چسبندگی بیشتری به سطح فلز دارد. پیشنهاد می‌کنیم برای درک بهتر خوردگی فلزات و واکنش‌های آن‌ها، فیلم آموزش خوردگی و اکسیداسیون فرادرس که لینک آن در ادامه آورده شده است را مشاهده کنید.

مزایای آهن گالوانیزه

آهن گالوانیزه به دلیل مقاومت بالا در برابر عوامل محیطی، در بسیاری از کاربردهای صنعتی و ساختمانی استفاده می‌شود. مهم‌ترین مزایای آن در ادامه نام برده شده است.

• مقاومت بالا در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی
• محافظت در برابر اکسایش
• افزایش عمر مفید قطعات
• هزینه کمتر نسبت به فولاد زنگ‌نزن
• کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری
• مقاومت مناسب در برابر آسیب‌های مکانیکی
• دوام بالای پوشش محافظ
• امکان بازرسی و ارزیابی آسان وضعیت پوشش

کاربردهای آهن گالوانیزه چیست؟

به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و طول عمر زیاد، آهن گالوانیزه در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارد. آهن گالوانیزه در کاربردهای گوناگونی استفاده می‌شود، اما مهم‌ترین کاربرد آن در ساخت ورق‌های سقف، مصالح ساختمانی، پروفیل‌های فلزی، تایل‌های فلزی سقف و حصارهای فلزی است. همچنین در تولید توری فلزی، لوله‌ها، تزئینات معماری فضای بیرونی، ناودان، فلاشینگ، سطل‌های فلزی و انواع اتصالات مانند پیچ و میخ نیز کاربرد دارد. مقاومت بالای این ماده در برابر زنگ‌زدگی باعث شده است که یکی از پرکاربردترین فلزها برای پروژه‌های فضای باز باشد. در ادامه برخی از این کاربردها را معرفی می‌کنیم.

• صنعت راه‌آهن: برای ساخت براکت‌ها، اتصالات، مهارها و سایر قطعاتی که در معرض شرایط جوی قرار دارند.
• صنعت مخابرات و انتقال نیرو: برای تولید پایه‌های عایق، پیچ‌های چشمی، بازوهای نگهدارنده و تجهیزات خطوط هوایی برق و مخابرات.
• صنعت ساختمان: در ساخت تیرآهن، لوله، اتصالات، پیچ و مهره، قطعات سازه‌ای و تجهیزات ساختمانی.
• صنعت کشاورزی: در تولید قطعات ماشین‌آلاتی مانند تراکتور، گاوآهن، کمباین، ماشین‌های برداشت و سایر تجهیزات مورد استفاده در محیط‌های مرطوب و خورنده.

تفاوت آهن گالوانیزه و فولاد گالوانیزه

آهن گالوانیزه نوعی آهن است که با یک لایه روی پوشش داده می‌شود تا در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی مقاوم شود. این پوشش معمولا با روش گالوانیزه گرم یا الکتروگالوانیزه ایجاد می‌شود و با جلوگیری از تماس آهن با رطوبت و اکسیژن، عمر مفید آن را افزایش می‌دهد. به همین دلیل، آهن گالوانیزه در تولید ورق‌های سقفی، لوله‌ها، حصارها، پیچ‌ومهره و سایر تجهیزات مورد استفاده در فضای باز کاربرد گسترده‌ای دارد.

در مقایسه با آهن گالوانیزه، فولاد گالوانیزه از هسته فولاد کم‌کربن ساخته شده و به دلیل استحکام، انعطاف‌پذیری و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی، برای کاربردهای سازه‌ای و صنعتی مانند تیرهای ساختمانی، شاسی خودرو و گاردریل مناسب‌تر است. اگرچه فولاد گالوانیزه معمولا قیمت بالاتری دارد، اما دوام بیشتر آن باعث می‌شود در پروژه‌های سنگین و بلندمدت انتخاب بهتری باشد.

تاریخچه آهن گالوانیزه چیست؟

در این مطلب از مجله فرادرس آموختیم مفهوم آهن گالوانیزه چیست. واژه «گالوانیزه» از نام «لوییجی گالوانی»، پزشک و فیزیک‌دان ایتالیایی قرن هجدهم، گرفته شده است. او پژوهش‌های گسترده‌ای در زمینه زیست‌الکتریسیته و الکتروشیمی انجام داد. اگرچه تحقیقات او مستقیما به تولید آهن گالوانیزه منجر نشد، اما زمینه را برای شناخت واکنش‌های شیمیایی میان فلزها فراهم کرد. بعدها مشخص شد که پوشش روی از اکسایش آهن جلوگیری می‌کند و مانع تبدیل آن به زنگ آهن می‌شود. این کشف تحول بزرگی در صنعت فلزکاری ایجاد کرد و پایه‌گذار صنعت مدرن گالوانیزه شد.