طلاء جالفان: حماية سطح الصلب ومقاومة التآكل

التعريف والمفهوم الأساسي

جالفان هو تقنية معالجة سطحية متخصصة تستخدم في صناعة الصلب، تتضمن بشكل أساسي تطبيق طلاء من سبيكة الزنك والألمنيوم على الركائز الفولاذية من خلال الغلفنة بالغمر الساخن. يهدف هذا العملية إلى تعزيز مقاومة التآكل، وتحسين متانة السطح، وتوفير حاجز واقي ضد تدهور البيئة.

أساسياً، يقوم جالفان بتعديل سطح الصلب عن طريق ترسيب طبقة متجانسة من السبيكة المعدنية التي تجمع بين حماية الزنك التآكلية وخصائص الحاجز للألمنيوم. تشمل التعديلات السطحية الرئيسية زيادة المقاومة للصدأ، والأكسدة، والتآكل الميكانيكي، مما يمدد عمر الخدمة لمكونات الصلب.

في نطاق أوسع من طرق إنهاء سطح الصلب، يتم وضع جالفان كعملية غلفنة متقدمة تقدم حماية فائقة من التآكل مقارنةً بطبقات الزنك التقليدية. يتميز بتكوينه الفريد من السبيكة وخصائصه المجهرية، مما يوفر مزيجاً من آليات الحماية التآكلية والحاجزية.

الطبيعة الفيزيائية ومبادئ العملية

آلية تعديل السطح

خلال عملية جالفان، يتم غمر الصلب في حمام منصهر يحتوي على سبيكة محددة من الزنك والألمنيوم، عادةً مع محتوى الألمنيوم يتراوح بين 5% إلى 11%. يتسبب الغمر في درجات حرارة عالية في حدوث تفاعل معدني عند سطح الصلب، مما يؤدي إلى تشكيل طبقة طلاء سبيكية رقيقة وملتصقة.

كيميائياً، يتفاعل الألمنيوم في الحمام مع الركيزة الفولاذية لتشكيل سلسلة من الطبقات البينية المعدنية، مثل مركبات Fe-Al البينية، التي تكون مدفونة داخل مصفوفة الزنك. في الوقت نفسه، يوفر الزنك حماية تآكلية تضحوية، حيث يتآكل بشكل تفضيلي لحماية الصلب الأساسي.

كهربائياً، تظهر طبقة السبيكة بنية مجهرية حيث تتوزع المراحل الغنية بالألمنيوم داخل مصفوفات غنية بالزنك. تعزز هذه البنية المجهرية مقاومة التآكل من خلال تشكيل طبقة أكسيد ألمنيوم مستقرة وسلبية على السطح، والتي تعمل كحاجز ضد العوامل البيئية.

على المقياس المجهري أو النانوي، تعرض منطقة الواجهة للطلاء بنية معقدة ومتعددة الطبقات مع مراحل متميزة. يتميز الواجهة بين الطلاء والركيزة الفولاذية بالارتباط المعدني، مما يضمن التصاقاً قوياً وتقليلاً من التقشر تحت ظروف الخدمة.

تركيب الطلاء وبنيته

يتكون طلاء جالفان الناتج عادةً من سبيكة الزنك والألمنيوم مع تركيب كيميائي قريب من 95% زنك و5% إلى 11% ألمنيوم بالوزن. تتكون البنية المجهرية من مزيج من المراحل الغنية بالزنك ومركبات البينية الغنية بالألمنيوم، مثل Fe2Al5 وFeAl3، التي تكون موزعة داخل الطلاء.

يوفر الترتيب المجهرية حماية بنمط مزدوج: تشكل المراحل الغنية بالألمنيوم طبقة أكسيد سلبية تقدم حماية حاجزية، بينما تتآكل مصفوفة الزنك بشكل تضحوي لحماية الركيزة الفولاذية. يعزز هذا التأثير التآزري مقاومة التآكل بشكل كبير مقارنةً بطبقات الزنك النقية.

يتراوح سمك الطلاء عادةً بين 20 إلى 100 ميكرومتر، اعتماداً على متطلبات التطبيق، والتعرض البيئي، ومعلمات العملية. توفر الطلاءات الأكثر سمكاً حماية تدوم لفترة أطول ولكن قد تؤثر على الخصائص الميكانيكية أو إنهاء السطح.

تصنيف العملية

يتم تصنيف جالفان كعملية غلفنة بالغمر الساخن، وتحديداً كطريقة طلاء سبيكة الزنك والألمنيوم. تقع ضمن فئة المعالجات السطحية المعدنية المصممة لإنتاج طلاءات مقاومة للتآكل من خلال الغمر في حمامات المعادن المنصهرة.

مقارنةً بالغلفنة التقليدية بالزنك، يقدم جالفان مقاومة تآكل محسنة وخصائص ميكانيكية أفضل بسبب بنيته السبيكية. تشمل المعالجات السطحية البديلة الغلفنة الكهربائية، ورش الزنك، والطلاءات العضوية، كل منها مع خصائص أداء مختلفة.

تشمل متغيرات جالفان تركيبات سبيكية مختلفة مصممة لبيئات محددة، مثل محتوى الألمنيوم الأعلى لخصائص حاجزية محسنة أو كيمياء الحمام المعدلة لتحسين التصاق الطلاء.

طرق التطبيق والمعدات

معدات العملية

المعدات الأساسية المستخدمة لطلاء جالفان هي خط غلفنة بالغمر الساخن المستمر، المجهز بحمام سبيكة الزنك والألمنيوم المنصهرة التي يتم الحفاظ عليها عند حوالي 450 درجة مئوية إلى 470 درجة مئوية. يتضمن الخط محطات تنظيف، وحدات تدفق، وخزانات غمر.

تم تصميم خزان الغمر مع تحكم دقيق في درجة الحرارة، والاهتزاز، وتنظيم تركيب السبيكة لضمان ترسيب طلاء متجانس. يتم مراقبة تركيب الحمام باستمرار من خلال التحليل الكيميائي ويتم تعديله للحفاظ على نسبة السبيكة المطلوبة.

تشمل الميزات المتخصصة أنظمة تطبيق التدفق لإزالة الأكسيدات من سطح الصلب قبل الغمر، ومحطات التبريد أو التمرير بعد الغمر لتثبيت الطلاء وتعزيز مقاومة التآكل.

تقنيات التطبيق

تشمل الإجراءات القياسية تنظيف سطح الصلب عبر إزالة الدهون، والتخليل، أو التفجير الكاشط لإزالة الملوثات والأكسيدات. يتم بعد ذلك معالجة الصلب المنظف بالتدفق لتعزيز الارتباط المعدني.

يتم غمر الصلب في حمام الزنك والألمنيوم المنصهر لمدة محددة، عادةً بضع ثوانٍ إلى دقيقة، اعتماداً على سمك الطلاء المطلوب. بعد السحب، يتم تصريف الطلاء الزائد، ويتم تبريد الصلب المطلي وتمريره إذا لزم الأمر.

تشمل المعلمات الحرجة للعملية درجة حرارة الحمام، وتركيب السبيكة، ومدة الغمر، وسرعة السحب، ونظافة السطح. يضمن التحكم الدقيق في هذه المتغيرات جودة الطلاء المتسقة والتصاقه.

في خطوط الإنتاج، يتم دمج طلاء جالفان في خطوط الغلفنة المستمرة، مما يسمح بمرور عالي وتطبيق متجانس عبر كميات كبيرة من منتجات الصلب.

متطلبات المعالجة المسبقة

قبل طلاء جالفان، يجب تنظيف أسطح الصلب بدقة لإزالة الزيوت، والأوساخ، والصدأ، والأكسيدات. تشمل خطوات المعالجة المسبقة الشائعة إزالة الدهون، والتخليل الحمضي، والتفجير الكاشط.

تعتبر نظافة السطح ضرورية لتحقيق الارتباط المعدني وسمك الطلاء المتجانس. يمكن أن تتسبب أي ملوثات متبقية في عيوب الطلاء مثل المسامية، أو التقشر، أو عدم التساوي في السمك.

يضمن تنشيط سطح الصلب من خلال التدفق ترطيباً مناسباً والتصاقاً أثناء الغمر. تؤثر خشونة السطح أيضاً على التصاق الطلاء ومقاومة التآكل.

معالجة ما بعد المعالجة

قد تشمل خطوات المعالجة بعد الطلاء التمرير، أو طلاءات تحويل الكرومات، أو المواد العضوية لتحسين مقاومة التآكل والخصائص الجمالية.

يتم التحكم في التبريد لمنع تشقق الطلاء أو تشوهه. في بعض الحالات، يتم تطبيق طبقة فوسفاتية أو طبقة ختم لتحسين التصاق الطلاء أو مقاومة البيئة.

تشمل ضمان الجودة الفحص البصري، وقياس سمك الطلاء عبر مقاييس مغناطيسية أو تيار دوامي، واختبار التصاق الطلاء من خلال اختبارات السحب أو الانحناء. تتحقق هذه الخطوات من سلامة الطلاء وأدائه.

خصائص الأداء والاختبار

الخصائص الوظيفية الرئيسية

الخاصية الوظيفية الرئيسية لطلاءات جالفان هي مقاومة التآكل المعززة، خاصة في البيئات العدائية مثل البيئات البحرية، والصناعية، أو الريفية.

تشمل الاختبارات القياسية اختبار رذاذ الملح (