نقش آلومينيوم در فولاد گالوانيزه

درطي قرن‌ها فلز روي به‌عنوان يکي از عناصر براي افزايش طول عمر و کارايي فولادبه‌کار گرفته شده است. لعاب‌دهي توسط فلز روي يکي از راه‌هاي موثر و اقتصادي برايمحافظت فولاد در برابر خوردگي است. لعاب روي يا گالوانيزه فولاد باعث ايجاد ترکيببي‌نظيري از خصوصيات مثبت مي‌شود که در زير به برخي از آنها اشاره مي‌کنيم:

* استحکام بالا که توسط لايه‌هاي زيرين فولادي تعيين مي‌شود.

* قابليت شکل‌پذيري که براي ورق‌هاي فولادي لعاب داده شده تحت عمليات نورد، يک خصوصيتکليدي است.

* وزن سبک فولادهاي ساختماني در مقايسه با مواد ديگر.

* مقاومت خوردگي در دراز مدت در کنار حفظ زيبايي ظاهري

* قابليت بازيافت همبراي ضايعات به جا مانده از سازه‌هاي ساختماني و هم براي پايان چرخهحيات.

* قيمت مناسب در رقابت با مواد ساختماني با کيفيت مشابه.

بااين دلايل، فولاد گالوانيزه به عنوان يک ماده ايده آل براي کاربرد انبوه درساختمان‌ها است. در بازار سازه‌هاي مسکوني، فولاد گالوانيزه، نقش ويژه و بسيار موثررا در اسكلت‌ها، سقف‌ها، آبراهه‌ها و ناوداني‌ها، کانال‌ها (سرمايشي، گرمايشي وتهويه) و نيز اسباب منازل دارا است. فولاد گالوانيزه در برابر خوردگي مقاوم است. درکشورهاي صنعتي، حداقل 4 درصد از توليد ناخالص داخلي (GDP) در هر سال به‌دليل خوردگيآسيب مي‌بيند و در 15 سال گذشته گرايش خريداران و توليدکنندگان به سمت نياز بهافزايش مقاومت در برابر خوردگي به واسطه استفاده بهينه از فلز روي و کاربردهايبيشتر فولاد لعاب داده شده با روي، بوده است.


نحوه عملکرد رويبه‌عنوان محافظ

فولاد لخت در اکثر محيط‌هاي موجود خورده مي‌شود. پوشش روي با دو روش محافظتي موجب افزايش مقاومت فولاد در مقابل خوردگي مي‌شود کهاين دو روش سد فيزيکي و عامل کاتودي هستند که در زير به آنها اشاره خواهيمکرد.


سد محافظتي

اندودکاري با روي يک سد فلزيثابت و غيرقابل نفوذ به‌وجود مي‌آورد که مانع از تماس رطوبت با فولاد مورد نظرمي‌شود. بدون تماس مستقيم با رطوبت، خوردگي نيز به‌وجود نخواهد آمد. اگرچه، بافرسايش تدريجي روي به‌دليل افزايش تخريب آهسته با توجه به‌وجود آب و آلاينده‌هايمحيطي در کاربردهاي فضاي آزاد، عمر محافظت متناسب با ضخامت پوشش قطعهاست.

اين مسئله تا سال‌ها از موضوعات مورد علاقه محققين بوده و در مطبوعاتهمواره گزارش‌هاي زيادي در مورد کارايي فلز روي در شرايط متفاوت با افزايش آلياژهايمختلف به پوشش و ضخامت‌هاي متفاوت پوشش‌ها، ديده شده است.

در صورتي که حفاظجداره بيروني کامل باشد، خوردگي در ساختار داخلي (اسکلت جداره‌ها و خرپاهايشيرواني) قابل توجه نخواهد بود.

بدون آنکه مجبور باشيم ضخامت پوشش راافزايش دهيم، عمر ماندگاري پوشش محافظتي را مي‌توان به روش‌هاي مختلف بهبود بخشيد. افزودن آلومينيوم به ترکيب آلياژ پوشش از قبيل گالفانا(Galfana) و گالوالوم (Galvalumea)، يا استفاده آن به صورت پوشش رنگي، به مقدار قابل توجهي عمر پوششورق‌هاي فولادي را افزايش خواهد داد.


محـافظتکاتـودي

از ديگر مکانيزم‌هاي مهم محافظتي، توانايي الکتريکي (galvanically) قابل توجه روي براي محافظت از فولاد است. وقتي ميله فولادي بهدلايلي مانند لب پر شدن يا خراش سطحي در معرض رطوبت قرار گيرد، فلز روي به اصطلاحخود را فدا مي‌کند و در مجاورت فولاد صدمه ديده، مصرف مي‌شود و از فولاد محافظتمي‌کند. با حضور بي‌درنگ فلز روي، فولاد خورده نخواهد شد تا اينکه روي کاملا مصرفشود. اين مزيت ورق‌هاي فولادي اندودکاري شده، به‌خصوص زماني که زير لايه‌هايآلومينيومي يا پوشش رنگ محافظ به تدريج از بين رود، از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. وجود روي در حفاظت کاتودي يک امر کليدي است. تمام پوشش‌هاي فلزي که در آنها فلز رويبه‌کار مي‌رود، شامل گالفانا و گالوالوم، از اين خصوصيت سودمند بهره‌مندهستند.


شکـل‌پذيري و کشش سطحي

زماني کهاسکلت‌ها و سقف‌هاي فولادي در ساختمان‌هاي مسکوني به‌کار گرفته شوند، تماميپوشش‌هايي که در آنها روي وجود دارد به‌طور مداوم تحت عمليات‌هاي آماده‌سازي غوطهوري و پيش گرم قرار مي‌گيرند بدين صورت که ورق‌هاي فولادي در حمامي از روي مذاب ياآلياژ روي فرو برده مي‌شوند که به اين فرآيند گالوانيزه پيوستهمي‌گويند.

باند مياني بين فولاد و روي يک باند متالورژيکي است به‌طوري کهيک حلقه فولادي لعاب داده شده با روي مي‌تواند بدون اينکه پوشش آن صدمه ببيند برشبخورد، سوراخ شود و يا شکل بگيرد. با توجه به ضخامت فولاد، محدوديت‌هاي شعاع خمش ووزن پوشش وجود دارد، اما اين موارد شناخته شده هستند و به توليدکنندگان ورق‌هايفولادي لعاب داده با کاربردهاي ساختماني بستگي دارند.


نقشآلـومينيوم در فولاد گالـوانيزه

اگرچه روي استفاده شده براي پوششفولادها هيچ‌گاه به صورت خالص به‌کار نمي‌رود ليکن همواره با ديگر عناصر (فلزي ياغيرفلزي) ترکيب مي‌شود. يکي از مهمترين و رايج‌ترين عناصر فلزي آلومينيوم است. آلياژ خالص آلومينيوم به دلايل متعدد از قبيل، افزايش کاربرد روي در بهبود قطعيخصوصيات شکل‌پذيري و مقاومت در برابر خوردگي پوشش فولاد، به آن افزودهمي‌شود.

بنابر گزارش‌هاي اخير تنها براي يک فرآيند پوشش‌دهي به روش غوطهوري گرم پيوسته، کلاف فولادي تحت عمليات نورد گرم و نورد سرد قرار مي‌گيرد، سپس بهترتيب باز شده، تميز مي‌شود، به آن حرارت داده شده يا تحت عمليات حرارتي قرارمي‌گيرد، از حمام مذاب روي عبور داده مي‌شود، سرد شده و در آخر دوباره کلافمي‌شود.


پوشش گالوانيزه

پوشش گالوانيزه به‌دستآمده از فرآيند غوطه‌وري گرم پيوسته و اکثر محصولات رايج فولاد گالوانيزه، به روشغوطه‌وري فولاد در حمام مذاب روي توليد مي‌شوند که اين حمام شامل مقدار کمي از فلزآلومينيوم (1/0 تا 3/0 درصد) و در صورت امکان آنتيموان و نيز فلز روي (03/0 تا 1/0درصد) است. در دماي بالا در حمام مذاب روي، روي و آهن به صورت يک لايه بين فلزي تردبين فلز پايه (فولاد) و پوشش آن (روي) واکنش مي‌دهند. وظيفه آلومينيوم ممانعت ازانجام اين واکنش و کاهش ضخامت لايه بين فلزي است.

ساختار پوشش مورد نظر دربهترين حالت از يک لايه روي بر فولاد تشکيل شده است که اين دو با يک لايه نازک ازآلومينيوم خالص از يکديگر جدا مي‌شوند. اين پوشش براي توليد محصولاتي با خصوصياتمطلوب مقاوم در برابر خوردگي و شکل‌پذيري، اقتصادي است.


پوششگالفان (®Galfan)

گالفان يک آلياژ روي شامل 5 درصد وزني آلومينيوماست. در روند توليد بين پوشش‌هاي گالفان و گالوانيزه، تنها اختلاف اساسي، آلياژمخلوط به کار گرفته شده در حمام مذاب روي است.

ريزساختار اين پوشش، دراصطلاح يوتکتيک ناميده مي‌شود که از يک ترکيب آلياژي تشکيل شده که در دماي خاصيمنجمد مي‌شود که به آن دماي يوتکتيک آلياژ مي‌گويند. ساختار يوتکتيک يک زنجيرهمتناوب و ظريف، غني از فلز روي در زمينه‌اي از صفحات آلومينيوم است. بعد از خارجکردن فولاد لعاب داده شده از حمام فلز مذاب، براي ايجاد يک ساختار فلزي محکم و خواصمطلوب پوشش، سرد کردن با سرعت بالا ضروري است.

ساختار محکم اين پوشش دارايخاصيت شکل‌پذيري عالي است. گالفان مي‌تواند در کاربردهاي شکل‌دهي سخت از قبيل کششبالا (Deep Drawing) مورد استفاده قرار بگيرد. ميزان آلومينيوم موجود (بيشتر ازاستاندارد پوشش‌هاي گالوانيزه) موجب افزايش خوردگي بيشتر از پوشش گالوانيزه مي‌شود. اين درحالي است که وجود آلومينيوم باعث افزايش هزينه آلياژ مي‌شود، همچنين با کاهشميزان روي در حقيقت توان حفاظتي الکتريکي روي نيز کاهشمي‌يابد.


پوشش گالوالوم (Galvalume ®)

گالوالوم يک آلياژ روي شامل 55 درصد وزني آلومينيوم و 5/1 درصدوزني سيليسيوم است. همانند گالفان تنها تفاوت اساسي در روند توليد با پوشش‌هايگالوانيزه، آلياژ مخلوط به‌کار گرفته شده در حمام مذاب روي است.
ساختار اينآلياژ از يک مجموعه دندريتي به همراه رشته‌هاي پراکنده و به هم تنيده از فازهاي غنياز روي و آلومينيوم و همچنين ذرات سيليسيوم خالص، شکل گرفته است. به دليل وابستگياين آلياژ به آلومينيوم بالاي موجود در آن مي‌توان گفت که اين آلياژ رفتاري هماننديک پوشش آلومينيومي به همراه روي دارد در حالي که آلياژ گالفان داراي رفتاري ماننديک پوشش روي به همراه آلومينيوم است.

در نتيجه گالوالوم داراي يک خاصيتمقاومت بالا در برابر خوردگي و حرارت است، اما محافظت الکتريکي آن پايين است. هزينهتوليد آن نيز به‌دليل افزايش قيمت آلياژ به کار رفته و نيز احتياج به حمام مذاب بادماي بالاتر، از پوشش‌هاي گالوانيکي بيشتر است.


تفسير کليگالفان و گالوالوم

همان‌گونه که گفته شد وجود روي در حفاظت کاتودييک امر کليدي است. تمام پوشش‌هاي فلزي که در آنها فلز روي به‌کار مي‌رود، شاملگالفان و گالوالوم، از اين خصوصيت سودمند بهره‌مند هستند. هر دوي اين پوشش‌ها،محصولات اختصاصي هستند و تحت ليسانس شرکت‌هاي دارنده حق انحصاري اين دو محصول توليدمي‌شوند.


مباحث زيست‌محيطي

آنچه که روشن استفلز روي از نظر زيست‌محيطي يک انتخاب مناسب است و همواره قابل بازيافت است. زمانيکه اثرات محيطي پوشش‌هاي داراي روي مطرح مي‌شود، تاثيرات محلي در حد کلان و تاثيراتبلندمدت بايد مورد توجه قرار گيرد.

فلز روي يکي از عناصر موجود در طبيعتاست که براي بقاي تمامي موجودات زنده، از قبيل انسان، حيوانات، گياهان و جاندارانميکروسکوپي ضروري است. هنگامي که پوشش مورد نظر در معرض محيط آزاد قرار داشته باشدمقدار کمي از روي موجود در آن شسته خواهد شد که اين مقدار روي معمولا از نظر زيستيغيرقابل دسترسي است و مقدار آن به قدري است که تاثير خاصي بر اکوسيستم مجاور خودندارد.


اما در مقياس کلان، با استفاده از پوشش‌هاي روي دار، عمر و دواممحصولات فولادي در برابر خوردگي افزايش مي‌يابد که اين امر متقابلا کمک شاياني بهحفظ منابع طبيعي و کاهش هزينه‌هاي نگهداري، تعمير و جايگزيني آنمي‌کند.

منبع:فنی مهندسی