ویدیویی از کارخانه گالوانیزه گرم قطعات بزرگ در کره جنوبی

گالوانیزه گرم فرایندی است که در آن با غوطه ور کردن قطعات فولادی و چدنی در حمام روی (Zinc) مذاب، پوششی چسبنده، محافظ و چند لایه از روی و آلیاژهای آهن و روی در سطح قطعه تشکیل می شود. وقتی سطح قطعه را چربی، پوسته و قشر اکسیدی و یا ماسه تفجوشی شده در سطح قطعات ریخته بپوشاند، فعل و انفعال بین روی مذاب و فولاد یا چدن به خوبی صورت نمی گیرد، لذا لازم است ابتدا به روش های شیمیایی و یا مکانیکی، سطح قطعه کاملاً تمیز شود. پس از چربی گیری و اکسید زدایی، یک پوشش کمکی روانساز یا گدازه روی سطح ایجاد می شود. این لایه سبب می شود که روی مذاب سطح قطعه را آسان تر خیس کند و لایه های آلیاژی بین روی و آهن سریع تر تشکیل شود.

گالوانیزه کردن گرم شامل مراحل زیر است:

۱- آماده سازی سطح:

آماده سازی سطح شامل مراحل زیر است:

۱-۱- چربی گیری:

چربی گیری برای زدودن چربی، روغن و آلاینده های آلی از سطح قطعه با روش های مختلفی انجام می گیرد. روش متداول استفاده از حمام های قلیایی گرم مانند سود سوزآور یا حمام حاوی سایر ترکیبات قلیایی است. به منظور چربی گیری، قطعه در داخل یک حمام حاوی محلول قلیایی داغ در دمای ۷۰ تا ۹۰ درجه به مدت ۱ تا ۲۰ دقیقه غوطه ور می شود. این فرایند، ذرات خاک، اثرات رنگ، چربی، روغن، و سایر آلودگی های اورگانیک را از سطح فلز پاک می کند. هم زدن آرام محلول تمیزکننده در حین غوطه وری تأثیر مطلوبی بر بازدهی بیشتر فرایند تمیزکاری خواهد داشت.

۱-۲- شستشو با آب:

پس از پایان فرایند چربی گیری، قطعه در حمام آب غوطه ور شده و شسته می شود.

۱-۳- اکسید زدایی یا اسیدشویی:

مرحله بعدی آماده سازی سطحی، فرایند اکسید زدایی با اسیدشویی به منظور زدودن پوسته های نورد و زنگ قطعات است. اسیدشویی معمولاً در محلول ۱۵-۵ درصد وزنی اسید کلریدریک در دمای ۴۰-۲۰ درجه سانتیگراد یا ۱۴-۳ درصد وزنی اسید سولفوریک در دمای ۸۰-۶۰ درجه سانتیگراد انجام می شود. غلظت و دمای اسید بسته به درجه آلودگی های اکسیدی روی سطح فلز انتخاب می شود. زمان اسید شویی نیز با توجه به نوع اسید و غلظت و دمای آن تعیین می شود. برای پیشگیری از حفره دار شدن سطح فولاد و تخریب زودهنگام وان اسیدشویی، بازدارنده های اسید شویی به اسید اضافه می کنند. این بازدارنده ها معمولاً محتوی کوئی نولین یا نمک های آنتیموان بوده و حدود ۰٫۱ درصد به اسید اضافه می شود. برای زدودن سیلیکات ها، ماسه و ذرات سیلیسی پاک نشده در قطعات ریخته، می توان حدود ۰٫۵ درصد اسید فلوئوریدریک به حمام اسید شویی اضافه کرد. گاهی اوقات برای پاک کردن سیلیکات ها از محلول اسید نیتریک هم استفاده می شود.

۱-۴- شستشو با آب:

پس از پایان فرایند اسید شویی، قطعه در حمام آب غوطه ور شده و شسته می شود.

۱-۵- روانسازی یا فلاکس زنی:

برای برطرف کردن باقیمانده اکسیدها و آلودگی های سطحی و جلوگیری از اکسید شدن سطح قطعه در حین گرم شدن و همچنین کمک به انجام واکنش های بین آهن و روی در حمام مذاب، قطعات را در روانساز فرو می برند. ماده روانساز علاوه بر قدرت پاک کنندگی سطحی باید برای نگه داشتن یک کف شیمیایی فعال در دمای گالوانیزه کردن، پایداری شیمیایی لازم را داشته باشد.

روانسازی به دو صورت انجام می گیرد که مبنای تقسیم بندی گالوانیزه گرم به دو نوع گالوانیزه تر و گالوانیزه خشک است. در گالوانیزه خشک پس از چربی گیری و اسید شویی قطعات، آن ها را در محلول روانساز آبدار شامل ۵۰۰ تا ۶۰۰ گرم در لیتر کلرور روی و ۳۰۰ تا ۴۰۰ گرم در لیتر کلرور آمونیوم در دمای ۵۰-۴۰ درجه سانتیگراد غوطه ور می کنند. پس از خروج قطعات از این محلول، آن ها را بدون شستشو در دمای ۱۵۰ درجه سانتیگراد گرم و خشک می کنند. پس از خشک شدن مایع در سطح قطعه یک لایه نازک شیشه ای مانندی تولید می شود که در حمام مذاب به انجام واکنش های بین قطعه و مذاب کمک می کند. در ادامه ی فرایند، قطعه را وارد حمام مذاب روی می کنند.

در گالوانیزه تر، قطعات چربی گیری و اسید شویی شده به مواد روانساز آغشته نمی شوند بلکه از میان پوششی از مواد روانساز وارد حمام مذاب می شوند. در این روش، پودر روانساز بر روی مذاب پاشیده می شود و قطعه قبل از ورود به مذاب از درون کف روانساز می گذرد. در این حالت روانساز مخلوطی از کلرور روی و کلرور آمونیوم به نسبت یک به سه است و مقادیر جزئی گلیسیرین هم به آن اضافه می شود. این پودر به صورت کف در بالای مذاب روی قرار می گیرد. ضخامت لایه کف بهتر است حدود ۱۵ سانتی متر باشد.

۲- غوطه وری در مذاب روی:

پس از آماده سازی سطحی، قطعه تمیز به وان گالوانیزه منتقل شده و در حمام روی مذاب غوطه ور می شود. روی مصرفی در حمام مذاب معمولاً حدود یک درصد سرب دارد. وجود سرب در ته حمام به تفاله گیری کمک می کند. علاوه بر سرب، اضافه کردن مقداری در حدود ۰٫۰۰۵ درصد آلومینیوم به حمام سبب کاهش سرعت اکسیداسیون روی مذاب و شفاف شدن قطعه پس از گالوانیزاسیون می شود. آلومینیوم همچنین به کوچک تر شدن اندازه دانه ها و یکنواختی پوشش کمک می کند. آلومینیوم را اغلب به صورت آلیاژ روی –آلومینیوم با ۲۰ درصد آلومینیوم به حمام اضافه می کنند تا آلومینیوم سریعاً ذوب شود. علاوه بر سرب و آلومینیوم، قلع به مقدار حداکثر ۱ درصد و آنتیموان به مقدار حداکثر ۰٫۱ درصد به منظور ریزتر شدن دانه ها و به اصطلاح گلدار شدن پوشش به مذاب روی اضافه می شود. از منگنز هم به همین منظور می توان استفاده کرد. دمای مذاب روی معمولاً حدود ۴۶۵-۴۴۵ درجه سانتیگراد تنظیم می شود. دمای معمول حدود ۴۵۰ درجه سانتیگراد است. زمان غوطه وری معمولاً بین ۱ تا ۵ دقیقه است. ضخامت پوشش توسط زمان غوطه وری کنترل می شود.

در حین غوطه وری قطعه، مذاب روی در سطح قطعه با آهن واکنش داده و چندین لایه ترکیبات بین فلزی آهن-روی تشکیل می دهد. بیرونی ترین لایه پوشش معمولاً روی خالص است.

۳- سانتریفیوژ و سرمایش یا کوئنچ پس از گالوانیزه کردن:

قطعات کوچک را وقتی پوشش روی هنوز مذاب است جهت زدایش روی اضافی در زنبیل هایی به حالت گریز از مرکز می چرخانند. سرعت سانتریفیوژ در حدود ۷۵۰ دور بر دقیقه است و روی اضافی در مدت چند ثانیه خارج می شود. پس از سانتریفیوژ، قطعات را به سرعت به داخل آب فرو می برند تا پوشش گالوانیزه ثابت شود و قطعات به یکدیگر نچسبند.

به علت گرمای باقیمانده ناشی از تو هم رفتگی قطعات، کند بودن سرمایش و همچنین ظرفیت حرارتی قطعات، واکنش روی-آهن می تواند بعد از انجماد لایه سطحی روی ادامه یابد. ممکن است همه لایه روی خالص یا بخشی از آن به آلیاژ روی-آهن تبدیل شود. این امر موجب تیرگی سطح شده و خواص آن را تغییر می دهد. شفاف نبودن این لایه مشتری پسندی آن را هم کاهش می دهد. سرمایش خیلی آرام یا نگهداری مواد در دمای بالاتر از ۱۹۰ درجه سانتیگراد ممکن است به علت دیفیوژن متقابل بین پوشش و فلز پایه منجر به تشکیل حفره هایی شود. این مسئله که به اثر کیرکندال معروف است می تواند به پوسته ای شدن پوشش منجر شود. برای جلوگیری از تاخیر در سرمایش، مات شدن پوشش روی و رخ دادن پدیده کرکندال، قطعات را بلافاصله پس از خارج کردن از مذاب، با یک کمپرسور هوا تا حدود ۳۵۰ درجه سانتیگراد سرد کرده و بلافاصله در آب آبدهی می کنند.