مبدأ الجلفنة بالغمس الساخن وعملية الجلفنة

الجلفنة بالغمس الساخن، والمعروفة أيضًا باسم طلاء الزنك بالغمس الساخن، هي طريقة للحصول على طلاء معدني عن طريق غمر مكونات الصلب في الزنك المنصهر.

في السنوات الأخيرة، ومع التطور السريع في صناعات نقل الطاقة عالية الجهد والنقل والاتصالات، ازداد الطلب على حماية مكونات الصلب، مما أدى إلى زيادة مطردة في الطلب على الجلفنة بالغمس الساخن.

I. الأداء الوقائي للطبقة المجلفنة بالغمس الساخن

وعادةً ما يتراوح سمك طبقة الزنك المطلية بالكهرباء من 5 إلى 15 ميكرومتر، في حين أن سمك الطبقة المجلفنة بالغمس الساخن يزيد عمومًا عن 65 ميكرومتر، ويمكن أن يصل حتى 100 ميكرومتر. يوفر الجلفنة بالغمس الساخن تغطية جيدة، والطلاء مضغوط وخالٍ من الشوائب العضوية.

ومن المعروف على نطاق واسع أن آلية الزنك لمقاومة التآكل في الغلاف الجوي تتضمن الحماية الميكانيكية والكهروكيميائية على حد سواء.

في ظل ظروف التآكل الجوي، يتميز سطح طبقة الزنك بطبقة واقية مكونة من ZnO، Zn(OH)2، وكربونات الزنك الأساسية.

وهذا يبطئ إلى حد ما من تآكل الزنك. ستشكل هذه الطبقة الواقية (المعروفة أيضًا باسم الصدأ الأبيض) طبقة جديدة في حالة تلفها. عندما تتضرر طبقة الزنك بشدة، مما يعرض قاعدة الحديد للخطر، يوفر الزنك حماية كهروكيميائية للقاعدة.

مع الجهد القياسي للزنك الذي يبلغ -0.76 فولت، والجهد القياسي للحديد الذي يبلغ -0.44 فولت، عندما يشكل الزنك والحديد خلية ميكروسيلية، يعمل الزنك كأنود ويذوب، بينما الحديد، باعتباره المهبط، محمي.

من الواضح أن الجلفنة بالغمس الساخن توفر مقاومة فائقة للتآكل الجوي لمعدن الحديد الأساسي مقارنةً بالطلاء الكهربائي بالزنك.

ثانيًا. عملية تشكيل الطبقة المجلفنة بالغمس على الساخن

تنطوي عملية تشكيل طبقة مجلفنة بالغمس الساخن على تكوين سبيكة من الحديد والزنك بين الركيزة الحديدية وطبقة الزنك النقية الخارجية.

يشكّل سطح قطعة العمل طبقة من سبيكة الحديد والزنك أثناء الجلفنة بالغمس الساخن، مما يسمح بترابط ممتاز بين الحديد وطبقة الزنك النقي.

يمكن وصف هذه العملية ببساطة على النحو التالي: عندما يتم غمر قطعة العمل الحديدية في الزنك المصهور، يتشكل محلول صلب من الزنك والحديد ألفا (متمركز حول الجسم) على السطح البيني.

هذه بلورة تتكون عن طريق إذابة ذرات الزنك في فلز الحديد القاعدي في حالته الصلبة. تندمج ذرات كلا الفلزين معًا بقوى ذرية ضعيفة نسبيًا.

لذلك، عندما يتم الوصول إلى تشبع الزنك في المحلول الصلب، تبدأ ذرات الزنك والحديد في الانتشار. وتنتقل ذرات الزنك التي تنتشر (أو تتسلل) إلى ركيزة الحديد داخل شبكة المعدن الأساسي، مكوِّنةً سبيكة مع الحديد تدريجيًا.

ويشكل الحديد الذي ينتشر في الزنك المنصهر مركبًا بين الفلزات مع الزنك، FeZn13، الذي يغرق في قاع وعاء الجلفنة بالغمس الساخن، ويتحول إلى خبث الزنك.

عند إزالة قطعة العمل من سائل غمر الزنك، تتكون طبقة من الزنك النقي على السطح، وهي عبارة عن بلورة سداسية الشكل. لا يتجاوز محتواها من الحديد 0.003%.

ثالثًا. عملية الجلفنة بالغمس الساخن والأوصاف المتعلقة بها

1. تدفق العملية

قطعة الشغل ← إزالة الشحوم ← الغسيل ← التخليل ← التخليل ← الغسيل ← الغسيل ← الغمر قبل الطلاء ← التجفيف والتسخين المسبق ← الجلفنة بالغمس الساخن ← التشطيب ← التبريد ← التخميل ← الشطف ← التجفيف ← الفحص

2. شرح تدفق العملية

(1) إزالة الشحوم

يمكن استخدام مزيل الشحوم الكيميائي أو منظف إزالة الشحوم المعدني ذو الأساس المائي لإزالة الزيت حتى يتم ترطيب قطعة العمل بالكامل بالماء.

(2) التخليل

يمكن استخدام H2SO4 15%، ثيوريا 0.1%، 40～60 ℃ أو HCl 20%، هيكساميثيلينترامين 1～3g/لتر، 20 ～40 ℃ للتخليل. إضافة مثبطات التآكل يمكن أن تمنع التآكل الزائد للركيزة وتقلل من كمية الهيدروجين التي تمتصها ركيزة الحديد.

يمكن أن تؤدي المعالجة السيئة لإزالة الشحوم والتخليل إلى ضعف التصاق الطلاء، أو عدم القدرة على صفيحة الزنك، أو تفريغ طبقة الزنك.

(3) الغمر قبل الطلاء

يُعرف أيضًا باسم الموثق، ويمكنه الحفاظ على نشاط معين لقطعة العمل قبل الطلاء بالغمر لتعزيز الترابط بين الطلاء والركيزة. NH4Cl 15%～25%، ZnCl2 2.5%～3.5%، 55 ～65 ℃، 5～10 دقيقة. يمكن إضافة الجلسرين بشكل مناسب لتقليل تطاير NH4Cl.

(4) التجفيف والتسخين المسبق

ولمنع تشوه قطعة العمل بسبب الارتفاع الشديد في درجة الحرارة أثناء الطلاء بالغمر، ولإزالة الرطوبة المتبقية لمنع انفجار الزنك وتناثر سائل الزنك، يتم التسخين المسبق عمومًا عند 120 ～ 180 ℃.

(5) الجلفنة بالغمس الساخن

من الضروري التحكم في درجة حرارة سائل الزنك، ووقت الطلاء بالغمر، والسرعة التي يتم بها إزالة قطعة العمل من سائل الزنك. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا، يكون سائل الزنك ضعيف السيولة، ويكون الطلاء سميكًا وغير متساوٍ، ويكون هناك ميل للتقطر، مما يؤدي إلى ضعف جودة المظهر.

إذا كانت درجة الحرارة عالية، فإن سائل الزنك يتمتع بسيولة جيدة، ومن السهل أن ينفصل سائل الزنك عن قطعة العمل، مما يقلل من التقطير والتجاعيد، والالتصاق القوي، والطلاء الرقيق، والمظهر الجيد، وكفاءة الإنتاج العالية.

ومع ذلك، إذا كانت درجة الحرارة عالية جدًا، فإن قطعة العمل وفقدان الحديد في وعاء الزنك يكون شديدًا، وتتولد كمية كبيرة من خبث الزنك، مما يؤثر على جودة طبقة الزنك، ويكون استهلاك الزنك كبيرًا، وقد يكون من المستحيل حتى أن يكون من المستحيل صفيحه.

عند نفس درجة الحرارة، كلما زاد وقت الغمر كلما زاد سمك الطلاء. في درجات الحرارة المختلفة، كلما ارتفعت درجة الحرارة، كلما زاد زمن الغمر اللازم للحصول على نفس السماكة.

بصفة عامة، يستخدم المصنعون 450 ~ 470 ℃، 0.5 ～ 1.5 دقيقة لمنع تشوه قطعة العمل عند درجة حرارة عالية وتقليل خبث الزنك الناجم عن فقدان الحديد.

تستخدم بعض المصانع درجات حرارة أعلى لقطع العمل الكبيرة وقطع الحديد الزهر، ولكن يجب أن تتجنب نطاق درجات الحرارة التي تصل إلى قمم فقدان الحديد العالية.

من أجل تحسين سيولة محلول الجلفنة بالغمس الساخن عند درجة حرارة منخفضة، ومنع الطلاء من أن يكون سميكًا للغاية، وتحسين مظهر الطلاء، غالبًا ما يتم إضافة 0.01%～0.02% من الألومنيوم النقي. يجب إضافة الألومنيوم بكميات صغيرة عدة مرات.

(6) التشطيب

بعد الجلفنة، يتم تشطيب قطعة العمل بشكل أساسي لإزالة الزنك الزائد وعقيدات الزنك على السطح، ويمكن القيام بذلك عن طريق الاهتزاز أو الطرق اليدوية.

(7) التخميل

الغرض من ذلك هو تحسين مقاومة سطح قطعة العمل للتآكل الجوي، وتقليل أو تأخير ظهور الصدأ الأبيض والحفاظ على المظهر الجيد للطلاء.

يتم استخدام التخميل بالكرومات، مثل Na2Cr2O7 80～100 جم/لتر، وحمض الكبريتيك 3～4 مل/لتر.

(8) التبريد

يتم استخدام التبريد بالماء بشكل عام، ولكن لا ينبغي أن تكون درجة الحرارة منخفضة للغاية لمنع تشقق قطع العمل، وخاصة المسبوكات، بسبب الانكماش الناجم عن التبريد.

(9) التفتيش

يجب أن يكون الطلاء لامعًا وناعمًا وبدون تقطير أو تجاعيد. يمكن قياس سُمك الطلاء بواسطة مقياس سُمك الطلاء، وهو أمر بسيط نسبيًا.

يمكن أيضًا الحصول على سُمك الطلاء عن طريق حساب مقدار التصاق الزنك.

يمكن اختبار قوة الترابط عن طريق الثني باستخدام آلة ضغط الانحناء، وثني العينة 90 ～ 180 درجة، ويجب ألا يكون هناك أي تشققات أو سقوط طلاء. يمكن أيضًا استخدام الطرق بالمطرقة للفحص.