فلاکسینگ یا فلاکس زنی (Fluxing) در گالوانیزه گرم  

گالوانیزه گرم یا روش غوطه‌‌وری گرم یکی از روش‌های متداول‌ برای محافظت از مقاطع فولادی در برابر خوردگی است. در این روش فلز را در وان حاوی روی مذاب فرو می‌برند تا مقاومت آن در برابر زنگ زدگی افزایش یابد. این محصول تولیدی محبوبیت زیادی دارد و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فرآیند گالوانیزه گرم از چهار مرحله اصلی تشکیل می شود که عبارتند از:

• آماده سازی قطعات فلزی
• مایع فلاکس یا فلاکسینگ
• گالوانیزه گرم
• بازرسی و پرداخت نهایی

یکی از مراحل بسیار مهم در فرآیند گالوانیزاسیون گرم، فلاکس زنی یا فلاکسینگ می باشد. در این مقاله قصد داریم تا عملیات فلاکسینگ و فلاکس زنی را به تفصیل مورد بررسی قرار دهیم.

فهرست مطالب

• فلاکسینگ یا فلاکس زنی در گالوانیزه گرم Fluxing
• مقدمه
• فلاکسینگ در گالوانیزه گرم چیست؟
• محلول فلاکس
• انواع فلاکس زنی
• فرآیند فلاکسینگ در گالوانیزه گرم
• نتیجه گیری

فلاکسینگ چیست؟

مرحله فلاکس زنی اهمیت بسیار زیادی در کیفیت نهایی عملیات گالوانیزه گرم دارد به همین دلیل تاکید زیادی بر روی جزئیات این مرحله در کل فرآیند گالوانیزه گرم شده است.

با وجود اینکه در فرآیندهای تمیز کردن سطح فولاد و آهن مانند چربی‌زدایی، اسیدشویی و آب‌شویی اکثر آلودگی‌ها حذف می‌شوند، اما همچنان مقداری ناخالصی اکسیدی، کلریدی، سولفاتی و سولفیدی بر سطح باقی می‌ماند. این ناخالصی‌ها باعث وقوع واکنش میان آهن و روی در هنگام غوطه‌وری قطعه در مذاب می‌شود. به همین منظور برای تکمیل فرایند گالوانیزه گرم عمل فلاکسینگ برای حذف این ناخالصی‌ها از روی سطح فلز انجام می‌شود تا از اکسید شدن فولاد قبل از ورود به وان مذاب گالوانیزه جلوگیری شود. با انجام این مرحله فلاکسینگ سطح فلز از هرگونه اکسیداسیون و لکه‌ای که مانع عکس‌العمل مناسب بین فولاد و روی شود کاملا پاک خواهد شد. در عملیات فلاکسینگ می توان گفت که ریزترین ناخالصی‌های قرار گرفته روی سطح فلز پاک خواهند شد. لذا محلول زینک مذاب، شدت چسبندگی بسیار بالاتری خواهد داشت و می تواند کلیه منافذ ریز فلز را در بر بگیرد.

محلول فلاکس

محلول فلاکس عمدتاً شامل ترکیبات کلرید آمونیوم NH₄Cl و کلرید روی ZnCl₂ می‌باشد . محلول فلاکس ترکیبی از کلرید روی و کلرید آمونیوم بوده که نسبت آن تقریبا 3 به 2 و غلظت آن حدودا 400 گرم در لیتر است. دمای فلاکس خشک زیر 50 درجه سانتی‌گراد حفظ می شود و پس از خشک شدن فلاکس برروی سطح قطعات، لایه محافظی در سطح ایجاد می‌شود که از ادامه اکسیداسیون قطعه فولادی پس از اسیدشویی جلوگیری می‌نماید.

در واقع فرایند فلاکسینگ به گونه‌ای است که قطعه در ماده کلرید آمونیوم با غلظت ۳۰ درصد و همچنین دمای ۶۵ تا ۸۰ درجه سانتیگراد غوطه ور می شود.

در عملیات فلاکسینگ می توان گفت که آخرین ناخالصی‌های قرار گرفته روی سطح فلز پاک خواهند شد. لذا محلول زینک مذاب شدت چسبندگی بسیار بالاتری خواهد داشت و می تواند کلیه منافذ ریز فلز را در بر بگیرد. این مرحله نیز مانند چرخه پاکسازی جزو فرایند آماده سازی اولیه می باشد. همانطور که مشاهده می کنید روند آماده کردن فلز یک چرخه نسبتا طولانی را در بر میگیرد. با این اقدامات می توان شرایط لازم برای غوطه ور کردن فلز در محلول زینک مذاب را فراهم کرد. قطعه پس از فلاکسینگ در دمای 80 درجه سانتیگراد خشک می شود.

 انواع فلاکس

کلا دو نوع فلاکسینگ در عملیات گالوانیزه گرم وجود دارد:

• فلاکس خشک
• فلاکس تر

فلاکس خشک: وقتی محلول فلاکس در تانک یا محل جدا از وان مذاب باشد و قطعه فولادی در خارج از وان مذاب با فلاکس در تماس قرار ‌گیرد فلاکس را فلاکس خشک می نامیم.

در فرآیند گالوانیزاسیون به روش فلاکس خشک، قبل از این‌که قطعات فولادی در روی مذاب غوطه‌ور شوند، با محلول فلاکس آغشته می‌گردند.

فلاکس تر: در مواردی که فلاکس روی وان مذاب و در قسمت ورود قطعات به وان مذاب قرار می‌گیرد و درواقع فلاکس با وان مذاب در تماس است فلاکس را فلاکس تر می‌نامند.

برای خطوط گالوانیزه با فلاکس تر بعد از عملیات آماده‌سازی قطعه، روی وان مذاب نیز ترکیبات فلاکس ریخته می‌شود و چون فلاکس در تماس با مذاب می‌باشد به این روش فلاکس تر گفته می‌شود.

فرآیند فلاکسینگ در گالوانیزه گرم

در گالوانیزاسیون گرم یا غوطه‌وری در مذاب روی، مثل تمامی فرآیندهای پوشش دهی فلزات شاید بیش از نیمی از هزینه‌های پوشش، شامل هزینه‌های آماده‌سازی سطح فلز مورد پوشش می‌باشد. قطعه فولادی بعد از ساخت دارای آلودگی‌های سطحی مثل چربی، گردوغبار، اکسیدهای سطحی بوده که این عوامل باعث می‌گردد در مواجهه قطعه کار با مذاب روی عملاً تماس فلز روی مذاب با سطح قطعه به‌خوبی صورت نگرفته و در اصطلاح خیس شوندگی قطعه به روی مذاب به‌خوبی مقدور نگردد درنتیجه واکنش‌های نفوذ روی در آهن و آهن در روی به‌خوبی مقدور نبوده و پوشش در سطح قطعه فولادی شکل نخواهد گرفت و یا اگر شکل بگیرد ساختار مناسبی را نخواهد داشت. لذا فرآیند تمیزکاری و آماده‌سازی سطح شامل مجموعه عملیات شستشو، چربی زدایی، اکسیدزدایی و فلاکس خواهد بود. شستشو طی مراحل مختلف با آب داغ انجام می‌شود. چربی زدایی توسط محلول‌های قلیایی، اکسیدزدایی با استفاده از اسیدهای مختلف که بیشتر اسیدکلریدریک بوده و اخیراً به‌ندرت اسیدهای سولفوریک و نیتریک می‌باشد صورت می‌گیرد. استفاده از فلاکس خشک در مراحل آماده‌سازی قطعه کار نیز می‌تواند به عملیات تمیزکاری سطحی کمک نماید.

بسته به‌شدت کثیفی قطعات فولادی و عملیات قبلی ساخت و تولید آن‌ها ممکن است مراحل مختلفی برای فرآیند تمیزکاری و آماده‌سازی قطعات تعریف و طراحی گردد.

وقتی قطعه آغشته به فلاکس در وان مذاب روی با دمای 450 درجه سانتی‌گراد وارد می‌گردد کلرید آمونیوم (NH₄Cl) به آمونیاک NH₃ و کلرید هیدروژن (HCl) تجزیه می‌گردد. آمونیاک به‌صورت گاز از سطح ذوب خارج شده و کلرید هیدروژن، اکسیدهای روی سطحی و آلومینیوم موجود در سطح وان مذاب را حل می‌نماید و تماس سطح فولاد با روی مذاب مقدور می‌گردد. در این مرحله کلرید روی (ZnCl₂) موجود در فلاکس باعث کاهش کشش سطحی روی و فعال شدن سطح و شروع واکنش‌های شیمیایی و متالورژیکی می‌گردد که نتیجه آن ایجاد لایه آلیاژی روی آهن در سطح قطعه یا همان پوشش گالوانیزه می‌باشد.

ناخالصی آهن در فلاکس اثر بدی بر سطح پوشش دارد. چون فلاکس ماهیت اسیدی داشته و pH آن تقریباً 4.5 است آهن را در خود تا حدودی حل می‌کند و بعد از مدتی در سطح وان مذاب سرباره‌ای حاوی روی و آهن به وجود می آید که جمع‌آوری و برای بازیافت روی ارسال می‌گردد. شکل قطعاتی که در وان مذاب گالوانیزه، قرارگرفته و گالوانیزه می‌شوند نیز بر نحوه ایجاد سرباره و واکنش‌های فلاکس همراه قطعه با سطح مذاب مؤثر است. در مواردی با افزودن آب‌اکسیژنه یا پراکسید هیدروژن H₂O₂ به فلاکس خواص بهبود یافته و آهن دو ظرفیتی به آهن سه ظرفیتی تبدیل می‌گردد. در این شرایط هیدروکسید آهن نامحلول سه ظرفیتی Fe(OH)₃ موجود در فلاکس به‌راحتی با فیلتر پرس جمع‌آوری می‌گردد. تنظیم pH روی عدد 4.5 اهمیت ویژه‌ای دارد با افزودن هیدروکسید آمونیوم (NH₄OH) یا اکسید روی (ZnO) نیز می‌توان این عدد را تنظیم نمود. افزودن پرمنگنات پتاسیم نیز همانند پراکسید هیدروژن می‌تواند عمل نماید در این حالت دی اکسید منگنز ایجاد گردیده که به‌صورت نامحلول همراه با هیدروکسید آهن پشت فیلتر پرس جمع‌آوری می‌گردند.

وان مذاب در خطوط گالوانیزه فلاکس معمولاً فلزی بوده که بخش زیادی از آن با سرب مذاب پر شده است. در واقع قطعه فولادی پس از آغشته شدن به فلاکس وارد سرب مذاب شده با ماندن در سرب مذاب دمای آن افزایش یافته و به هنگام خروج از وان مذاب از حجمی از مذاب روی که در قسمت بالای وان روی سرب به‌صورت مذاب قرار دارد عبور داده می‌شود. به دلیل اختلاف دانسیته سرب و روی این دو مذاب از همدیگر جدا بوده و مذاب روی با دانسیته 6.57 گرم بر سانتیمتر مکعب روی مذاب سرب با دانسیته 10.66 گرم بر سانتیمتر مکعب قرار می‌گیرد. لذا قطعه فولادی به هنگام خروج از وان مذاب از لایه‌ای از روی خارج می شود و واکنش‌های گالوانیزه در این لحظه اتفاق می‌افتد.

به‌منظور بهبود خواص پوشش، عناصر دیگری نیز در وان مذاب گالوانیزه افزوده می‌گردد که مهم‌ترین آن‌ها آلومینیوم می‌باشد. آلومینیوم نقش کنترل رشد لایه‌های آلیاژی پوشش را ایفا نموده و باعث بهبود چسبندگی پوشش می‌گردد. آلومینیوم در وان مذاب خطوط گالوانیزه خواص دیگری نیز دارد.

از دیگر عناصر افزودنی به مذاب می‌توان به قلع و آنیتموان اشاره نمود. این عناصر باعث سیالیت بیشتر وان مذاب و بهبود وضعیت ظاهری پوشش‌های گالوانیزه می‌گردند.

بعد از خروج قطعه از وان مذاب با توجه به شکل قطعات، عملیات بعدی روی آن اعمال می‌گردد. ممکن است در قطعات کوچک، قطعات برای تنظیم مقدار پوشش داخل سبدهایی قرار گرفته و تحت نیروی گریز از مرکز در اثر چرخش سریع مقدار پوشش آن‌ها تنظیم گردد. در لوله‌ها با استفاده از خط بخار و هوا مقدار پوشش داخل و بیرون لوله تنظیم می‌گردد. در قطعات بزرگ با کج کردن قطعه و زاویه دادن به آن روی اضافی در اثر نیروی ثقل و همچنین با استفاده از ابزار پوشش اضافی از زیر قطعه جمع‌آوری می گردد. بعدازاین مرحله با توجه به کاربرد قطعات ممکن است قطعات توسط آب خنک شده و عملیات پسیویشن یا روئین کردن بر روی آنها انجام می شود.