آهن سفید یا گالوانیزه چیست و چه کاربردی دارد؟

مقدمه

مقاطع فولادی که تحت عنوان آهن سفید عرضه می‌شوند، همان آهن گالوانیزه هستند که با عناصر روی و آهن تولید شده‌اند. استفاده از این مقاطع به قرن 17 میلادی بازمی‌گردد و کلمه گالوانیزه نیز برگرفته از نام کاشف ایتالیایی آن است. آهن سفید یا همان گالوانیزه باگذشت چندین سده همچنان محبوبیت زیادی نزد تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان دارد که مهم‌ترین دلیل آن هم مربوط به مقاومت فوق‌العاده‌اش می‌شود. درحال‌حاضر، این محصول یکی از پرکاربردترین مقاطع فولادی موجود در بازار است که از آن در بسیاری از صنایع حیاتی و مهم امروزی مانند صنعت ساختمان‌سازی استفاده می‌کنند. در ادامه هرآنچه که درباره آهن سفید و خصوصیات آن باید بدانید را آورده‌ایم.

1. آهن سفید یا گالوانیزه چیست؟

آهن سفید یا گالوانیزه در واقع همان آهنی است که سطح بیرونی آن توسط یک‌لایه روی محافظ، پوشانده شده است. آهن به‌صورت بالقوه مستعد تأثیرپذیری از آب‌وهوا خواهد بود. به‌عنوان‌مثال، این محصول در معرض رطوبت و اکسیژن، دچار زنگ‌زدگی و خوردگی شده که باگذشت زمان، این نوع آسیب‌ها می‌تواند منجر به تنزل کیفیت آهن شود و انسجام درونی آهن را دچار اختلال نماید. خوشبختانه باید بگوییم که گالوانیزه کردن آهن یک روش ساده و مؤثر به‌منظور محافظت از آهن در برابر عوامل مربوط به آب‌وهوا و موارد مشابه است.

آهن استاندارد کاملاً از عنصر فلز آهن طراحی و ساخته شده است، درحالی‌که آهن سفید یا گالوانیزه دارای یک‌لایه روی بوده که به سطح خارجی و داخلی آن افزوده شده است. زمانی که آهن را گالوانیزه می‌کنند، در حمام روی مایع، غوطه‌ور خواهد شد. روی به‌گونه‌ای حرارت می‌بیند که از حالت اولیه خود (جامد) به حالت مایع تغییر شکل می‌دهد. سپس آهن را در این حمام روی مذاب فرو خواهند برد و پس از مدت زمانی به آن اجازه می‌دهند تا سرد شود.

زمانی که روی خنک می‌شود، سخت شده و پوسته محافظی روی سطح آهن ایجاد خواهد نمود. گفتنی است که آهن گالوانیزه همان آهن استاندارد است و تنها تفاوت آن در داشتن یک‌لایه روی است. لایه محافظ روی به آهن این قابلیت را خواهد داد تا در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی مقاومت و دوام بیشتری داشته باشد. بدون این لایه محافظ، آهن در معرض رطوبت و اکسیژن محیط اطراف قرار خواهد گرفت. در صورت عدم کنترل، واکنش شیمیایی که با آهن به وجود می‌آید، اکسیداسیون آهن نامیده می‌شود. این واکنش منجر به ازبین‌رفتن و تغییر شکل آهن خواهد شد.

2. عنصر تشکیل‌دهنده گالوانیزه چیست؟

همان‌طور که گفتیم، تفاوت آهن ساده و آهن گالوانیزه در لایه خارجی آهن گالوانیزه می‌باشد. در لایه خارجی آهن معمولی یک‌لایه روی کار می‌گذارند تا آن را در برابر عوامل خارجی مقاوم سازند. به نوع دیگر می‌توان گفت آهن سفید تشکیل شده از عنصر آهن و عنصر روی می‌باشد؛ اما آهن معمولی و ساده تنها از عنصر آهن تشکیل شده است. زمانی که آهن گالوانیزه شود، آن را در یک مایع روی غوطه‌ور می‌کنند و از حالت اولیه خود که حالتی جامد است به حالت مایع تغییر شکل می‌دهد. سپس به آن اجازه می‌دهند تا خنک شود و این پوسته محافظ بر روی سطح آهن ساده قرار می گیرد.

3. آهن سفید چگونه تولید می‌شود؟

پاک‌سازی آهن معمولی با محلول چربی‌زدا، اولین گام برای تولید آهن سفید است. بعد از اینکه آهن معمولی تمیز شد، آن را در اسیدسولفوریک گرم قرار می‌دهند تا رقیق شود. سپس، نوبت به قرارگیری آن در محلول آبی مانند کلرید روی – آمونیوم می‌رسد. بعدازاین مرحله، باید فلز را در درون کوره قرارداد تا از حالت جامد به مایع تبدیل شود. سپس، آهن استاندارد در حمام روی مذاب قرار می‌گیرد و بعد از مدتی نیز باید صبر کرد تا دمای آن کاسته شده و خنک شود. روی بعد از خنک‌سازی، سخت می‌شود و یک‌لایه مقاوم بر روی آهن ایجاد می‌کند. نهایتاً، باید آهن را ازنظر پوشش و سازگاری آنالیز کرد. این فرایند به غوطه‌وری گرم معروف است که البته امکان استفاده از روش گالوانیزه سرد نیز وجود دارد. در مدل سرد از تکنیک برس زدن یا اسپری‌کردن لایه روی سرد بر روی آهن استفاده می‌کنند.

4. انواع ورق سفید

باید بدانید که ورق سفید انواع مختلفی دارد و ازنظر روش تولید، میزان روی مصرفی، نمای ظاهری، درجه حرارت مذاب روی و سرعت فرایند خنک‌سازی آهن به مدل‌های زیر تقسیم می‌شود:

• ورق سفید گل ریز
• ورق سفید گل درشت
• ورق سفید فاقد گل

5. مزایای آهن سفید

آهن سفید یا گالوانیزه مزایای فراوانی در صنایع مختلف به همراه دارد. از جمله مزایای استفاده از آهن سفید می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

هزینه اولیه این محصول در مقایسه با اکثر فولادهای تصفیه شده پایین‌تر است. علاوه بر این، آهن گالوانیزه بلافاصله آماده جهت استفاده خواهد بود. در نتیجه آماده‌سازی اضافی از جمله سطح، بازرسی، رنگ‌آمیزی، پوشش‌ها و … را نیاز نخواهد داشت. گالوانیزه کردن آهن سبب صرف هزینه‌های کمتر برای کارخانه‌های تولیدکننده این نوع محصول شده که سبب محبوب‌شدن آن نیز شده است. از طرفی باید اشاره کنیم که از یک آهن سفید یا گالوانیزه انتظار می‌رود که در محیط عادی بیش از 50 سال دوام داشته باشد. این مقطع با قرار گرفتن در معرض آب شدید می‌تواند بیش از 20 سال دوام بیاورد و بدون نیاز به تعمیر و نگهداری خواهد بود.

6. معایب آهن سفید

آهن سفید با وجود مزایا، معایبی نیز دارد که در زیر به آن‌ها اشاره شده است: این نوع آهن مقاومت پایین‌تری نسبت به ورق استیل ضدزنگ دارد. همچنین، آهن سفید قابلیت جوش‌پذیری پایینی داشته و جوشکاری با آن نیازمند اقدامات ویژه‌ای است. ناگفته نماند که قیمت آهن سفید نسبت به آهن سیاه در بازار بیشتر خواهد بود.

7. کاربردهای آهن سفید در صنایع مختلف

آهن سفید یا گالوانیزه برای مصارف مختلف تولید و مورداستفاده قرار می‌گیرد که از جمله مهم‌ترین کاربردهای آن می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• در نمای ساختمان، تأسیسات، کانال‌های کولر و هوارسان، لوله‌کشی، ساخت ساندویچ پانل و شیرآلات گالوانیزه و … از این محصول استفاده می‌شود.
• به دلیل تمیز ماندن و عدم نیاز به شستشوی مکرر در دیوارهای بیرونی مراکز بهداشتی و درمانی و بیمارستان‌ها از آهن سفید استفاده می‌گردد.
• در صنعت لوازم‌خانگی و تجهیزات آشپزخانه مانند کابینت‌ها، لوله‌بخاری، دودکش، ناودانی‌ها و… این محصول کاربرد فراوانی دارد.
• در دیوار و سقف سوله‌ها و سالن‌ها نیز از آهن سفید استفاده می‌شود.
• در صنعت برق و الکترونیک جهت استفاده در پانل‌ها و تابلوهای برق، سینی کابل و… از آهن سفید استفاده می‌شود.
• آهن سفید قابل‌استفاده در صنعت خودروسازی است، به‌طوری‌که حدود ۸۰ درصد بدنه و شاسی یک خودرو، از ورق گالوانیزه ساخته می‌شود.
• آهن سفید قابل‌استفاده در صنعت پل‌سازی بوده  همچنین در ساخت ابزارآلات صنعتی از میخ و پیج و مهره گرفته تا قطعات بزرگ‌تر نیز کاربرد دارد.

در واقع باید گفت در تمامی مکان‌هایی که استفاده از آهن معمولی موجب زنگ‌زدگی و فرسایش می‌شود، از آهن سفید به‌جای آهن معمولی می‌توان استفاده کرد.

8.  فرایند تولید آهن سفید

تولید آهن سفید در کارخانه‌های مختلف تولیدکننده به‌صورت زیر انجام می‌پذیرد:

1. ابتدا فولاد در محلول چربی‌زدایی تمیز می‌شود.
2. پس از تمیزشدن، فولاد با قرارگرفتن در اسیدسولفوریک گرم رقیق خواهد شد.
3. در مرحله بعد، فولاد در یک محلول آبی (به طور معمول کلرید روی – آمونیوم) شار می‌گردد.
4. پس از شار، فولاد از طریق غوطه‌وری در یک گودال روی مذاب گالوانیزه خواهد شد.
5. در مرحله آخر، فولاد از نظر سازگاری و پوشش کاملاً مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

9. بررسی برندهای معروف تولیدکننده آهن سفید

در حال حاضر کارخانه‌های تولیدی فولاد در ایران اقدام به طراحی و تولید آهن سفید می‌کنند که مورد استقبال خریداران زیادی واقع شده است. از جمله معروف‌ترین برندهای تولیدکننده آهن سفید در کشور می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کارخانه ذوب‌آهن اصفهان
• کارخانه فولاد امیرکبیر
• کارخانه هفت الماس
• کارخانه ورق خودرو شهرکرد

هر کدام از این برندها روش تولیدی منحصربه‌فرد خود را داشته و بهترین و باکیفیت‌ترین آهن سفید را تولید و روانه بازار می‌کنند.

به‌کارگیری آهن سفید در صنایع مختلف به دهه‌های قبل بازمی‌گردد؛ اما بااین‌وجود، همچنان در زمره پرمصرف‌ترین و محبوب‌ترین محصولات فولادی قرار گرفته است. با استفاده از این آهن می‌توان بر کیفیت و مقاومت سازه‌ها و تجهیزات مختلف افزود و آن‌ها را در برابر زنگ‌زدگی، خوردگی و شکست مقاوم ساخت؛ بنابراین، آهن سفید امنیت بالایی دارد که این سطح از ایمنی، زمینه‌ساز استفاده گسترده از آن در صنایع مختلف شده است؛ باتوجه‌به این موضوع، طول عمر بالایی داشته و می‌توان تا سال‌ها از قابلیت‌های آن بهره برد. به‌علاوه، برخورداری از ظاهر زیبا، شستشوی آسان، هزینه تولید مقرون‌به‌صرفه و درکل، کاربری آسان و قیمت مناسب از دیگر مشخصات آن محسوب می‌شود.

10. تفاوت بین آهن سفید و دیگر فلزات

آهن سفید یا گالوانیزه با دیگر فلزات مختلف از جمله فولاد ضدزنگ، آلومینیوم، مس و… در چندین جنبه متفاوت است:

۱– مواد اولیه

آهن سفید یا گالوانیزه معمولاً از فولاد به‌عنوان ماده اولیه استفاده می‌کند. فولاد، یک آلیاژ از آهن و کربن است که به دلیل مقاومت و سختی بالا، به‌عنوان یکی از مواد اولیه اصلی در صنعت فلزات استفاده می‌شود. برای تولید آهن سفید، یک‌لایه از روی یا روی ترکیب شده با مواد دیگر بر روی سطح فولاد اعمال می‌شود. این پوشش روی، به فولاد اصلی حفاظت اضافی در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی می‌دهد.

به‌عنوان‌مثال، در روش گالوانیزه کردن، فولاد به‌عنوان زیرلایه استفاده می‌شود و سپس با غوطه‌وری در یک حمام از ذوب شده روی یا آلیاژ روی – روی ایجاد می‌شود. این عملیات باعث تشکیل یک‌لایه پوششی از روی بر سطح آهن می‌شود که آن را از خوردگی و زنگ‌زدگی در معرض شرایط محیطی مختلف محافظت می‌کند. در مقابل، دیگر فلزات ممکن است از مواد اولیه متفاوتی مانند آلومینیوم، مس یا فولاد ضدزنگ تولید شوند.

هر یک از این فلزات خاصیت‌ها و مشخصات متفاوتی دارند و بر اساس نیازهای مورداستفاده، انتخاب مواد اولیه صورت می‌گیرد. به‌عنوان‌مثال، آلومینیوم به‌عنوان یک فلز سبک و مقاوم در برابر خوردگی، برای کاربردهایی که نیاز به وزن کمتر دارند، مورداستفاده قرار می‌گیرد، درحالی‌که فولاد ضدزنگ برای برنامه‌هایی که در معرض شرایط محیطی خاصی هستند، مناسب است.

۲– مقاومت به خوردگی

آهن سفید یا گالوانیزه به دلیل پوشش روی که بر روی سطح آن اعمال می‌شود، مقاومت بیشتری در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی نسبت به فولاد معمولی یا دیگر فلزات از خود نشان می‌دهد.
این پوشش روی، به فلز زیرین حفاظت اضافی از خوردگی و زنگ‌زدگی می‌دهد و سطح آن را در برابر تماس با مواد خورنده و محیط‌های محیطی مختلف، محافظت می‌کند. فلزات زنگ‌دار معمولاً از آلیاژهای فولادی با اضافه‌کردن عناصری مانند کروم و نیکل تولید می‌شوند که زنگ‌زدگی آنها را کاهش می‌دهند.

اما آهن سفید یا گالوانیزه، با پوشش یک‌لایه از روی یا روی ترکیب شده با روی بر روی فولاد، مقاومت بالاتری در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی دارد و بنابراین برای کاربردهایی که در معرض شرایط محیطی سخت قرار دارند، انتخاب مناسبی است.

۳– ویژگی‌های مکانیکی

ویژگی‌های مکانیکی مانند مقاومت به کشش، استحکام و تنش نهایی ممکن است بین آهن سفید و سایر فلزات مختلف متفاوت باشد، به‌ویژه زمانی که از مواد اولیه متفاوتی برای تولید استفاده شود. به‌عنوان‌مثال، فولاد ضدزنگ از آلیاژهای فولادی با اضافه‌کردن عناصری مانند کروم و نیکل تولید می‌شود که باعث افزایش مقاومت به زنگ‌زدگی می‌شود.

اما این اضافه‌کردن عناصر ممکن است تأثیری بر ویژگی‌های مکانیکی مانند استحکام یا تنش نهایی داشته باشد. از طرف دیگر، آلومینیوم به‌عنوان یک فلز سبک‌تر از فولاد با خواص مکانیکی متفاوتی مانند استحکام و تنش نهایی در مقایسه با آهن سفید برخوردار است؛ بنابراین، برای انتخاب مواد مناسب در برنامه‌های مختلف، نیاز است که ویژگی‌های مکانیکی از جمله مقاومت به کشش و تنش نهایی به‌دقت مورد بررسی قرار گیرد و مواد با ویژگی‌های مطلوب برای هر کاربرد انتخاب شوند.

۴– وزن و چگالی

فلزات مختلف دارای وزن و چگالی متفاوتی هستند که بستگی به خصوصیات شیمیایی و فیزیکی آنها دارد. به‌عنوان‌مثال، آلومینیوم به طور معمول سبک‌تر و کمتر چگال است نسبت به فولاد. وزن و چگالی اشیا از ویژگی‌های مهمی است که در انتخاب مواد برای کاربردهای مختلف مدنظر قرار می‌گیرد. زمانی که وزن کمتر و چگالی کمتر موردنیاز باشد، فلزاتی مانند آلومینیوم به‌عنوان یک جایگزین مناسب برای فلزات سنگین‌تر مانند فولاد معمولی مطرح می‌شوند.

به‌عنوان‌مثال، در صنایعی که نیاز به ساختارهای سبک وزن و چابک دارند، مانند صنعت هوافضا یا صنعت خودروسازی، آلومینیوم به‌عنوان یک ماده سبک مورداستفاده قرار می‌گیرد. از طرف دیگر، در برخی از کاربردها که نیاز به مقاومت و وزن بیشتری دارند، مانند ساخت سازه‌های بزرگ ساختمانی، استفاده از فولاد معمولی یا آهن سفید ممکن است مناسب باشد. بنابراین، در انتخاب مواد برای هر کاربرد، ویژگی‌های وزن و چگالی همواره در نظر گرفته می‌شود تا بهترین ماده برای هر نیاز مشخص شود.

۵– مقاومت الکتریکی

فلزات مختلف می‌توانند مقاومت الکتریکی متفاوتی داشته باشند که به خصوصیات شیمیایی و ساختاری آنها بستگی دارد. برای مثال، مس یک رسانا بسیار خوب است و بنابراین برای انتقال جریان الکتریکی بسیار مناسب است. از طرف دیگر، آلومینیوم یک رسانا به میانه است، یعنی مقاومت الکتریکی آن بین رساناها و عایق‌ها قرار دارد. این ویژگی‌های مختلف مقاومت الکتریکی می‌تواند در انتخاب مواد برای کاربردهای مختلف موردتوجه قرار گیرد.
برای مثال، در سیستم‌های الکتریکی که نیاز به انتقال جریان الکتریکی با مقاومت کمتر دارند، مانند سیم‌ها و کابل‌های برق، استفاده از مس به‌عنوان مواد انتقالی معمول است. از طرف دیگر، آلومینیوم به دلیل مقاومت الکتریکی به میانه، در کاربردهایی که نیاز به جریان الکتریکی کمتری دارند، مانند برخی از قطعات الکترونیکی، مورداستفاده قرار می‌گیرد.
در نتیجه، انتخاب بین آهن سفید و دیگر فلزات بسته به نیازها، محیط استفاده و ویژگی‌های مورد نظر متغیر خواهد بود.

11. کاربردهای آهن سفید در صنایع مختلف

آهن سفید یا گالوانیزه به دلیل خواص خاص خود در مقابل خوردگی و زنگ‌زدگی در معرض شرایط محیطی مختلف، در صنایع مختلفی استفاده می‌شود. برخی از کاربردهای اصلی آن عبارت‌اند از:

۱– صنعت ساختمان

آهن سفید به‌عنوان مواد ساختمانی برای ساخت‌وسازهای مختلف استفاده می‌شود، از جمله ساخت فریم‌های فولادی، پشتیبانی‌های سقف، و لوله‌ها.

۲– صنعت خودروسازی

در صنعت خودروسازی، آهن سفید برای تولید قطعات بدنه خودروها استفاده می‌شود به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی آن می‌باشد.

۳– تولید ابزارهای کشاورزی

آهن سفید برای تولید ابزارهای کشاورزی مانند دستگاه‌های کاشت و برداشت و تجهیزات آبیاری به دلیل مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی و محیط‌زیست مورداستفاده قرار می‌گیرد.

۴– صنایع الکتریکی و الکترونیکی

برای تولید برخی از قطعات الکتریکی و الکترونیکی که نیاز به مقاومت بالا در برابر عوامل خوردگی دارند، از آهن سفید استفاده می‌شود.

۵– صنعت غذایی

در برخی از بخش‌های صنعت غذایی، مانند تولید ظروف و تجهیزات آشپزخانه، ظروف حمل‌ونقل و تجهیزات ذخیره‌سازی، آهن سفید به دلیل مقاومت به خوردگی و سهولت در تمیزکردن مورداستفاده قرار می‌گیرد.
به طور کلی، آهن سفید به‌عنوان یک ماده با مقاومت بالا در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی، در صنایعی که به مقاومت در برابر شرایط محیطی سخت نیاز دارند، کاربرد دارد.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

آهن سفید یا در اصطلاح آهن گالوانیزه همان آهن معمولی است با روکشی از ماده مذاب روی که به علت کاربرد زیاد آهن در صنایع گوناگون و به دلیل ترکیب این ماده با رطوبت و اکسیژن وجود یک‌لایه روی مذاب می‌تواند به‌عنوان پوشش ضدزنگ و ضدخوردگی برای آهن عمل کند.

جهت آشنایی کامل با “آهن سفید یا گالوانیزه” به جزوه “مصالح ساختمانی” در بخش هایپر فایل وب‌سایت مراجعه فرمایید.