الفولاذ المجلفن مقابل الفولاذ المطلي بالزنك: الاختلافات والمعايير والعمر الافتراضي

للحماية طويلة الأمد في الهواء الطلق, الصلب المجلفن بالغمس الساخن هو الخيار الأفضل عموماً لأنه يوفر طبقة أكثر سمكاً من سبائك الزنك/الحديد المترابطة معدنياً والتي عادةً ما توفر عقوداً من الخدمة دون صيانة; فولاذ مطلي بالزنك (مطلي بالكهرباء) هو الأفضل للخدمة الداخلية القصيرة إلى المتوسطة في الأماكن المغلقة، والمكونات ذات التحمل الدقيق، أو حيثما يتطلب الأمر مظهرًا لامعًا وموحدًا وتحكمًا محكمًا في الأبعاد. يعمل كلا النظامين على حماية الفولاذ عن طريق عمل التآكل القرباني من الزنك، ولكن يختلف الأداء والمظهر والتكلفة والمعايير المطبقة اختلافًا كبيرًا.

تعريفات الصلب المجلفن مقابل الصلب المطلي بالزنك

• فولاذ مجلفن بالغمس الساخن (HDG):: الصلب الذي تم تنظيفه وغمره في الزنك المنصهر لتشكيل طلاء الزنك المرتبط معدنياً بسطح الصلب. تنتج هذه العملية سبيكة من الزنك/الحديد ذات طبقات بالإضافة إلى طبقة خارجية من الزنك المعدني.

• فولاذ مطلي بالزنك (مطلي بالكهرباء):: الصلب الذي يحتوي على طلاء رقيق من الزنك المترسب من محلول ملح الزنك المائي بواسطة تيار كهربائي. يُطلق عليه أحياناً "الزنك الكهربائي" أو "الزنك الحامل" أو ببساطة "طلاء الزنك". عادةً ما تكون طلاءات الزنك المطلية بالكهرباء أرق بكثير ويتم إنتاجها في درجات حرارة منخفضة.

تعكس هاتان المجموعتان مجموعات العمليات المتميزة التي تقدم هياكل طلاء وسماكات ولمسات نهائية وعمر خدمة مختلف.

كيف يتم صنع كل طلاء؟

الجلفنة بالغمس الساخن (HDG)

• تحضير السطح: إزالة الشحوم، والتخليل، والتدفق.

• الغمر في الزنك المنصهر (عادةً حوالي 450 درجة مئوية تقريبًا).

• يؤدي التفاعل بين الحديد والزنك إلى تكوين طبقة سبيكة معدنية (سبيكة الحديد والزنك البينية) يعلوها الزنك النقي. تقاوم هذه الرابطة المعدنية التقشر وتوفر حماية قوية من التضحية.

الطلاء بالكهرباء/الطلاء بالزنك (الحامل، البرميل)

• يتم تنظيف الأجزاء وشطفها ثم غمرها في إلكتروليت الزنك. ترسب الكهرباء الزنك على الفولاذ.

• الطلاء عبارة عن زنك معدني بدون نفس طبقات سبائك الحديد والزنك السميكة المتكونة في HDG. يحدث الطلاء النموذجي في درجات حرارة محيطة أو متواضعة. يتم التحكم في السماكة بإحكام حسب الوقت وكثافة التيار. تحدد ASTM B633 الفئات وأنواع الطلاء النهائي.

عمليات الزنك الأخرى (موجز)

• الجلفنة الكهربائية:: الزنك المطلي بالكهرباء على صفائح الفولاذ (يستخدم للملفات وصفائح السيارات). أرق من HDG ولكن غالباً ما يكون أكثر اتساقاً.

• الشراردة:: عملية الانتشار بدرجة حرارة عالية باستخدام غبار الزنك؛ جيدة للأجزاء الصغيرة ذات الهندسة المعقدة.
  ينتج عن كل عملية بنية مجهرية مختلفة تؤثر على الالتصاق والليونة وسلوك التآكل.

سماكة الطلاء وفئاته ومعناه العملي

تؤدي سماكة الطلاء إلى زيادة العمر الافتراضي. النطاقات النموذجية (معممة؛ تعتمد القيم المحددة على هندسة الجزء ومواصفاته):

• المجلفن بالغمس الساخن (دفعة واحدة/التصنيع):: عادةً من عشرات إلى مئات الميكرونات (بالنسبة للعناصر الإنشائية، قد يتراوح سمك الطلاء النموذجي للفولاذ 1/4 بوصة حوالي 75-100 ميكرون؛ أكثر سمكًا للمقاطع الثقيلة). يتناسب وقت الصيانة الأولى مع السُمك تقريبًا.

• الزنك المطلي بالكهرباء (فئات ASTM B633): Fe/زنك 5، 8، 12، 25 - الأرقام تعني ميكرون اسمي (5 ميكرومتر، 8 ميكرومتر، 12 ميكرومتر، 25 ميكرومتر). تكون الأجزاء المطلية النموذجية للاستخدام الداخلي في نطاق 5-12 ميكرون. توفر ASTM B633 أنواع التشطيب وفئات أداء التآكل.

الآثار العملية: سوف تتآكل قفل مطلي بطبقة طلاء من 5-8 ميكرومتر أسرع بكثير في الهواء الطلق من مسمار HDG بطبقة طلاء من 70-100 ميكرومتر. تؤدي سماكة HDG الأكبر وسبائكه إلى إطالة عمر الخدمة في الأجواء القاسية.

طول العمر و"وقت الصيانة الأولى"

أنتجت الجمعية الأمريكية للجلفنة مخطط "الوقت اللازم للصيانة الأولى" (TFM) المقبول في الصناعة. بالنسبة للفولاذ الإنشائي الذي يفي بمعيار ASTM A123، يمكن لطلاءات HDG على الفولاذ مقاس 1/4 بوصة أن توفر عقودًا عديدة من الوقت حتى الصيانة الأولى في الأجواء النموذجية - يتم ذكر أرقام مثل أكثر من 70 عامًا تقريبًا في بعض حالات التعرض الصناعي للطلاءات السميكة بما فيه الكفاية والمناخات النموذجية. هذه تقديرات مستندة إلى أدلة مستمدة من التعرض الحقيقي والنماذج التنبؤية.

وعلى النقيض من ذلك، فإن أجزاء الزنك المطلية بالكهرباء مخصصة بشكل عام للبيئات الداخلية أو الاستخدامات الخارجية المحمية. ويتوافق طلاءها الأقل سمكًا مع عمر خارجي أقصر بكثير؛ ففي الأجواء المالحة أو عالية الرطوبة، قد تبدأ الأجزاء المطلية في إظهار الصدأ الأبيض أو الصدأ الأحمر في غضون أشهر إلى بضع سنوات اعتمادًا على السماكة والمعالجة اللاحقة.

المعايير والمواصفات

اذكر دائمًا بند ASTM/ISO المعمول به عند تحديد مواصفات المشتريات. استخدم المواصفات التي تطابق البيئة المقصودة والمناولة الميكانيكية.

آليات التآكل و"الشفاء الذاتي"

• يعمل الزنك على حماية الفولاذ بطريقتين: فهو الحاجز ويوفر الحماية الكاثودية القربانية (يتآكل الزنك بشكل تفضيلي، مما يحمي الفولاذ المكشوف من الخدوش حتى يتم استهلاك الزنك).

• توفر طبقة السبيكة المتكونة أثناء عملية التفتيت عالي الكثافة "معالجة ذاتية" محسّنة عند الحواف المقطوعة أو الخدوش الصغيرة لأن الزنك/الحديد البيني يظل ملتصقًا ويمكنه حماية الفولاذ القريب منه جلفانيًا.

توفر الطلاءات المطلية بالكهرباء، لكونها أرق وأقل سبائكًا، احتياطيًا أقل من التضحية. يمكن أن يحسّن التخميل بالكروم أو التخميل ثلاثي التكافؤ والطلاءات العضوية العلوية من الأداء على المدى القصير، ولكن لا يمكن أن تحل محل ميزة عمر الخدمة التي توفرها الطلاءات السميكة من الطلاءات عالية الجودة.

المظهر والتشطيب والمعالجات اللاحقة

• مطلي بالزنك: عادةً ما يكون لامعاً وموحداً وسلساً. بعد الطلاء، يوفر التخميل (ثلاثي التكافؤ أو سداسي التكافؤ في العمليات القديمة)، والكرومات الشفافة أو الملونة، واللك لونًا ومقاومة إضافية للتآكل. مثالي حيثما يكون المظهر مهمًا - البراغي المعمارية ومعدات الأجهزة.

• مغلفنة بالغمس الساخن:: يتميز باللون الرمادي الباهت غير اللامع، وأحياناً بنقوش "متلألئة" على الجلفنة المستمرة. السطح أكثر سمكاً وخشونة. غالباً ما يتم طلاؤه لأسباب جمالية أو لمقاومة إضافية للتآكل.

المعالجات اللاحقة: عادةً ما تستخدم كلتا العمليتين التخميل بالكرومات (تفضل المتاجر الحديثة الكرومات ثلاثية التكافؤ بسبب القواعد البيئية)، أو الطلاءات الشفافة أو الطلاءات المسحوقة للحماية المشتركة.

الاعتبارات الميكانيكية والتصنيع واللحام

• التحكم في الأبعاد:: الطلاء بالكهرباء يعطي تفاوتات تحمل أكثر إحكامًا؛ ونادراً ما تغير الأجزاء المطلية أبعاد الجزء بشكل كبير. يضيف HDG سماكة طلاء كبيرة ويمكن أن يغير من سماكة الطلاء ويمكن أن يغير من ملاءمة اللولبة أو ميزات التفاوت الضيق. بالنسبة للسنون الملولبة، تشمل الخيارات الطلاء المسبق للسنون الملولبة بعد اللولبة، أو استخدام سنون ملولبة كبيرة الحجم ثم القطع، أو طرق لف اللولبة التي تأخذ في الاعتبار الطلاء.

• اللحام والإصلاحات الميدانية:: ينبعث من لحام الفولاذ المجلفن أبخرة أكسيد الزنك؛ قد تكون هناك حاجة إلى طحن/طلاء موضعي أو إعادة جلفنة الحواف المقطوعة. من الصعب إصلاح الصلب المجلفن عالي الجودة في الميدان أكثر من الطلاء اللمسي البسيط، ولكن يمكن استخدام مركبات الجلفنة الباردة (الدهانات الغنية بالزنك) لاستعادة بعض الحماية.

• التشكيل على البارد والثني على البارد:: تكون الطلاءات المطلية بالكهرباء رقيقة وتتبع التشوه بشكل أفضل؛ قد تتشقق HDG عند حدوث تشوه شديد ما لم تكن العملية وطبقات السبيكة مناسبة.

التطبيقات النموذجية والخيارات الموصى بها

للاستخدامات الخارجية الحرجة أو طويلة العمر، اختر HDG أو الفولاذ المقاوم للصدأ. وبالنسبة للاستخدامات الداخلية أو الزخرفية قصيرة العمر، غالباً ما يكون طلاء الزنك هو الأكثر فعالية من حيث التكلفة.

التكلفة والمهلة الزمنية وقابلية التوسع

• التكلفة:: عمليات الطلاء بالكهرباء أقل تكلفة عمومًا لكل جزء بالنسبة للدفعات الصغيرة والأجزاء الدقيقة، ولكن التكلفة تتزايد مع التحضير ومناولة الأجزاء والمعالجة اللاحقة. تتميز HDG بتكلفة أعلى لكل وحدة من المواد والطاقة ولكن غالبًا ما تكون تكلفة دورة الحياة أقل للتطبيقات الخارجية لأن الصيانة تنخفض.

• المهلة الزمنية:: قد تقوم محلات الطلاء بتحويل مجموعات صغيرة بسرعة. تتطلب غلايات الدُفعات عالية الدقة والمناولة للمصنوعات الكبيرة جدولة وقد يكون لها مهل زمنية أطول. بالنسبة للملفات، تكون العمليات المستمرة سريعة. ضع في اعتبارك سلسلة التوريد وما إذا كانت الخيوط/التفاوتات الضيقة تتطلب اهتمامًا خاصًا.

الإصلاح واللمسات والصيانة

• دهانات الجلفنة على البارد الغنية بالزنك: مفيدة للإصلاحات الموضعية ورؤوس البراغي والحواف المقطوعة. وهي ليست بديلاً كاملاً عن HDG المناسب في المناطق الكبيرة المتضررة ولكنها توفر حماية تضحية في الإصلاحات الصغيرة.

• إعادة الطلاء أو إعادة الجلفنة: يلزم في بعض الأحيان لإطالة عمر الخدمة؛ يتطلب HDG إجراءات إعادة العمل والمعالجة المسبقة. يمكن نزع الطلاء الكهربائي وإعادة الطلاء في بيئات الورش.

• نظام التفتيش:: بالنسبة للمجموعة عالية الدقة في البنية التحتية الحرجة، تتبع دورات الفحص الدوري مواصفات المشروع وتوقعات إدارة الصندوق متعدد الأغراض. بالنسبة للأجزاء المطلية في البيئات الأكثر قسوة، قم بجدولة فحوصات أكثر تواتراً.

جدول مرجعي سريع مقارن

قائمة الاختيار العملية (مهندس/مشتري)

1. بيئة الخدمة:: الطلاء الجاف الداخلي → الجاف → الجاف الداخلي لا بأس به غالبًا؛ أو الطلاء الخارجي أو الساحلي أو الصناعي → HDG أو المقاوم للصدأ.

2. العمر الافتراضي المطلوب قبل الصيانة:: إذا كانت عقود، اختر HDG. (استخدم مخطط TFM للحصول على تقديرات دقيقة).

3. التحمل والملاءمة:: في حالة وجود خيوط أو نوبات ضيقة، ضع في اعتبارك الطلاء أو المعالجة الآلية بعد المعالجة.

4. المتطلبات الجمالية:: قد يُفضل الطلاء بالتخميل الزخرفي أو الطلاء بالورنيش.

5. التشكيل الميكانيكي/اللحام بعد الطلاء:: اختيار العملية التي تتحمل تسلسل التصنيع.

6. المعايير المطلوبة من قبل العميل أو السلطات:: حدد ASTM A123 أو B633 صراحةً.

تخطيط المعايير والسماكة → العمر الافتراضي

تخطيط المعايير

سمك الطلاء → التطبيق التقريبي

الأسئلة الشائعة

1. أيهما أفضل: المجلفن أم المطلي بالزنك للبراغي الخارجية؟
بالنسبة للبراغي الخارجية، عادةً ما تتفوق البراغي المجلفنة بالغمس الساخن على البراغي المطلية بالزنك بسبب الطلاء الأكثر سمكًا والاحتياطي المضحى الأطول. بالنسبة للبيئات شديدة التآكل أو البيئات البحرية، ضع في اعتبارك المثبتات غير القابلة للصدأ أو HDG بالإضافة إلى الطلاء الواقي.

2. هل يمكنك الطلاء على الفولاذ المجلفن أو المطلي؟
نعم. غالبًا ما يتقبل الفولاذ المجلفن الطلاء مع الإعداد المناسب للسطح (الحفر أو مواد أولية خاصة). تقبل الأجزاء المطلية بالكهرباء الطلاء بسهولة، على الرغم من أن الالتصاق يعتمد على عملية الطلاء والتخميل. استخدم البادئات الموصى بها من الشركة المصنعة.

3. هل طلاء الزنك مقاوم للصدأ؟
لا يوجد طلاء "مقاوم للصدأ" بالكامل. يوفر الطلاء بالزنك مقاومة للتآكل من خلال العمل القرباني وسلوك الحاجز، ولكن الأجزاء المطلية بطبقات رقيقة سوف تتآكل في النهاية في الظروف الخارجية القاسية. حدد فئة الطلاء للتعرض المقصود.

4. هل يمكن إصلاح الطلاءات المجلفنة في الميدان؟
يمكن إجراء الإصلاحات الصغيرة باستخدام الدهانات الغنية بالزنك أو مركبات الجلفنة على البارد. قد تحتاج الإصلاحات الكبيرة إلى إعادة العمل أو الاستبدال؛ وتعتمد الطرق الدقيقة على مواصفات المشروع.

5. ما هي اختبارات الفحص التي تتحقق من طلاء الزنك؟
تشمل الاختبارات الشائعة سماكة الطلاء (مقاييس السماكة المغناطيسية)، واختبارات الالتصاق، واختبار رش الملح للتشطيبات المطلية (وفقًا لمتطلبات ASTM). بالنسبة لـ HDG، يتماشى الفحص البصري وفحوصات السماكة الموضعية مع ASTM A123.

6. هل سيؤثر الجلفنة أو الطلاء على الخيوط الملولبة؟
قد يغير HDG من ملاءمة اللولب بسبب الطلاء السميك. الخيارات: تقليل حجم اللولب قبل الطلاء أو قطع اللولب بعد الطلاء أو استخدام صواميل كبيرة الحجم. الطلاء بالكهرباء له تأثير ضئيل بشكل عام إذا تم التحكم في السماكة.

7. ما هو المعيار الذي يجب أن أذكره في أمر الشراء؟
إذا كان HDG: ASTM A123. إذا كان الطلاء الكهربائي: ASTM B633، وتحديد الفئة (Fe/Zn 8، 12، إلخ) وأي متطلبات للكرومات/التخميل.

8. كيف يمكن للبيئة أن تغير الاختيار؟
تعمل الرطوبة العالية والملح الساحلي والتلوث الصناعي على تسريع فقدان الزنك. في حالة التعرض الساحلي/الصناعي، يفضل استخدام الفولاذ عالي الكثافة أو الفولاذ المقاوم للصدأ.

9. هل يمكن تزيين الطلاء بالزنك؟
نعم، ينتج عن الطلاء بالزنك اللامع متبوعًا بالتخميل بالكرومات الملونة أو الشفافة والورنيش طلاءات زخرفية مع الاحتفاظ ببعض المقاومة للتآكل.

10. هل هناك مخاوف بيئية/تنظيمية؟
استخدمت الطرق القديمة لتخميل الكرومات القديمة الكروم سداسي التكافؤ، والذي أصبح الآن مقيدًا. تحول العديد من الموردين إلى الكرومات ثلاثية التكافؤ أو التخميل غير الكروماتي. تحقق من ضوابط الموردين الكيميائية والامتثال.

مقتطف مواصفات العينة الجاهزة للمشتريات

توريد الفولاذ الهيكلي المجلفن بالغمس الساخن وفقًا للمواصفة ASTM A123، بمتوسط سمك طلاء لا يقل عن 100 ميكرومتر على المقاطع مقاس 1/4 بوصة. الإصلاح أو التلميع وفقًا لتوصيات AGA. بالنسبة للمثبتات، قم بتوريد مثبتات مجلفنة بالغمس الساخن وفقًا للمواصفة ASTM F2329 أو الزنك المطلي بالكهرباء وفقًا للمواصفة ASTM F1941 مع فئة Fe/Zn12 إذا قبل المشتري المثبتات المطلية.

قم دائمًا بتضمين فئة الإنهاء ونوع التخميل واختبار القبول في أوامر الشراء.

الملاحظات العملية النهائية والمقايضات

• التفكير في دورة الحياة يؤتي ثماره:: غالبًا ما تعود التكلفة الأولية المرتفعة لطلاء HDG بعائدات من خلال انخفاض الصيانة وعمر خدمة أطول عند استخدامه في الهواء الطلق. استخدم مخطط AGA TFM لتقدير السنوات حتى إجراء أول صيانة لسمك طلاء معين ومنطقة مناخية معينة.

• المظهر مقابل المتانة:: القطع المطلية تفوز من حيث المظهر؛ بينما تفوز HDG من حيث المتانة. اختر حسب أولويات المشروع.

• المعايير مهمة:: جعل عملية الشراء واضحة - اذكر مواصفات ASTM/ISO الدقيقة وفئات الطلاء.

مراجع موثوقة

• الجمعية الأمريكية للجلفنة - الوقت اللازم لإجراء الصيانة الأولى (TFM) وإرشادات عمر الخدمة
• جمعية الجلفنة الأمريكية - الطلاء بالزنك (نظرة عامة وملخص ASTM B633)
• ASTM A123 / A123M - طلاءات الزنك (المجلفن بالغمس الساخن) على منتجات الحديد والصلب (ASTM رسمي)
• ASTM B633 - طلاءات الزنك بالترسيب الكهربائي على الحديد والصلب (ASTM رسمي)