الجلفنة: الدليل الكامل للعملية والتطبيقات والعيوب

الجلفنة هي عملية تغطية الفولاذ أو الحديد بطبقة من الزنك لمنع تكوّن الصدأ. تعود هذه العملية إلى أوائل القرن التاسع عشر عندما حصل ستانيسلاس سوريل على براءة اختراعها عام ١٨٣٧. واليوم، تُستخدم على نطاق واسع في العديد من الصناعات نظرًا لعمرها الطويل وحمايتها الجيدة من التآكل.

ما هو الجلفنة - نظرة عامة

تحمي عملية الجلفنة الفولاذ والحديد من خلال طرق مختلفة:

• حماية الحاجز: أولاً، يعمل الزنك كحاجز أو درع مادي لحماية المادة من الرطوبة والهواء.
• الحماية التضحية: كما أنه يعمل كأنود تضحية، أي أنه يتآكل بشكل تفضيلي لحماية الفولاذ.
• تكوين كربونات الزنك: وأخيرًا، يتفاعل الزنك مع الأكسجين والرطوبة وثاني أكسيد الكربون بمرور الوقت لتكوين طبقة صلبة تسمى كربونات الزنك (أو بشكل أكثر دقة، كربونات الزنك الأساسية).

الجلفنة ليست مجرد طلاء المادة، كما قد يظن البعض. فبينما يوفر الزنك حمايةً بطرق متعددة، إلا أنه ليس محصنًا تمامًا ضد التآكل؛ إذ يتآكل ببطء وبشكلٍ مُضني لحماية الفولاذ الذي تحته. كما أن بعض العوامل البيئية قد تُضعف الأداء.

طرق الجلفنة

الجلفنة بالغمس الساخن (HDG)

تعتمد هذه الطريقة على غمس الحديد أو الفولاذ في الزنك المصهور، الذي يلتصق بالسطح ويشكل طبقة واقية. وتتضمن الخطوات التالية:

• تنظيف: يتم ذلك لإزالة جميع أشكال الزيت والأوساخ باستخدام محلول كاوي.
• تخليل: تتضمن الخطوة التالية وضع المعدن في حمض لإزالة الصدأ.
• التدفق: بمجرد الانتهاء من عملية التخليل، يدخل المعدن في محلول التدفق لمنعه من الأكسدة قبل الغمس.
• غمس: يتم بعد ذلك غمس الفولاذ في حمام من الزنك المنصهر حتى تصبح درجة الحرارة مساوية لدرجة حرارة الحمام، أي حوالي 450 درجة مئوية.
• تبريد: ثم تُزال المادة وتُترك لتبرد، عادةً في الهواء، مما يُصلب الطلاء. (يُستخدم التبريد بالماء أحيانًا، ولكنه ليس الخطوة القياسية؛ بل التبريد هو الحل).

تؤدي هذه العملية إلى إنشاء طبقة معدنية من سبائك الزنك والحديد ملتصقة بالفولاذ، ومغطاة بطبقة خارجية من الزنك النقي، والتي عندما تتصلب، يمكن أن تتطور إلى مظهر لامع يشبه رقاقات الثلج يسمى اللمعان.

الجلفنة الكهربائية

في هذه الطريقة، يُوضع الحديد أو الفولاذ في محلول الزنك، ويُمرَّر تيار كهربائي من خلاله. يُنتج هذا طلاءً دقيقًا ومتجانسًا، وهو عادةً أرق من طريقة الغمس الساخن.

يتم استخدامه كثيرًا في تصنيع السيارات، وخاصةً لألواح هيكل السيارة (مثل الأبواب) حيث تكون هناك حاجة لطبقة رقيقة وناعمة للطلاء.

التشريح (الانتشار الحراري)

هنا، تُوضع المادة في أسطوانة مع غبار الزنك. ثم تُغلق الأسطوانة وتُسخّن إلى درجات حرارة عالية جدًا. مع ارتفاع درجة الحرارة، يتبخر الزنك وينتشر في سطح الفولاذ أو الحديد، مُشكّلًا طبقة ملتصقة. هذه الطريقة مثالية للأجزاء الصغيرة والمعقدة، مثل أدوات التثبيت والأنابيب.

الرش المعدني (التعدين)

تتضمن هذه الطريقة صهر سلك الزنك ورش الزنك المنصهر على المادة بالهواء المضغوط. تُستخدم هذه الطريقة غالبًا في المباني الكبيرة والإصلاحات في الموقع.

التلدين بالجلفنة

تتضمن هذه العملية خطوتين. أولاً، تمر المادة بعملية الجلفنة بالغمس الساخن، ثم عملية التلدين، التي تُشتت الزنك داخل المادة لتكوين طلاء من سبيكة الحديد والزنك بمظهر غير لامع. هذا يُسهّل طلاء المادة، ويُستخدم بكثرة في صناعة السيارات.

المعادن والركائز القابلة للتطبيق

الحديد والصلب

يتم استخدام الجلفنة في المقام الأول لحماية الحديد والصلب لأنها أكثر عرضة للصدأ.

الطلاءات الخاصة

يمكن أيضًا استخدام الزنك لتوفير طلاءات خاصة، مثل سبائك الزنك والألومنيوم والمغنيسيوم، لمزيد من المتانة. ويُستخدم الفولاذ المجلفن عند الحاجة إلى تشطيبات الطلاء. أما البيثانية فهي شكل حاصل على براءة اختراع من الجلفنة الكهربائية، ويُستخدم لحماية الفولاذ بالزنك.

الاستخدامات والصناعات الرئيسية

بناء

يُستخدم الفولاذ المجلفن في المباني لدعم الأسقف والسلالم والعوارض. كما يُمكن استخدامه في هياكل مثل الدرابزين ولوحات الشوارع وأعمدة الإنارة.

بنية تحتية

تعتمد خطوط الطاقة، وحواجز الحماية، وحواجز الطرق السريعة أيضًا على المواد المجلفنة لتوفير السلامة.

السيارات

تُغلَّف العديد من أجزاء السيارات، مثل خزانات الوقود وأنابيب العادم وأجزاء أخرى من هيكل السيارة، بالغمس الساخن لحمايتها من ملح الطريق. وتُستخدم عادةً طبقات أرق، مجلفنة كهربائيًا، لألواح هيكل السيارة.

قطاعات أخرى

يُستخدم الجلفنة في مجالات أخرى، كالزراعة، لصنع حظائر الحيوانات والحظائر. كما يُستخدم في الأجهزة المنزلية، كالغسالات، وقنوات الهواء، والمجففات.

مزايا الجلفنة

الحماية من التآكل والأمن التضحيوي

يُشكّل الزنك حاجزًا خارجيًا قويًا يمنع وصول الهواء والماء إلى الفولاذ أو الحديد. حتى في حال خدش السطح، يتآكل الزنك أولًا. يُساعد هذا التأثير المُضاد الفولاذ على البقاء قويًا من الأسفل، حتى في حال تلف الطلاء.

عمر طويل

يمكن أن تدوم الطلاءات المجلفنة لعقود. في المناطق الريفية النظيفة، يمكن أن تدوم من 50 إلى 75 عامًا. حتى في البيئات الصناعية، تبقى صالحة للاستخدام من 20 إلى 50 عامًا.

صيانة منخفضة

تتطلب هذه الطلاءات تنظيفًا بسيطًا من حين لآخر، ولا تحتاج إلى إعادة طلاء. كما أنها لا تحتاج إلى أدوات، إذ يسهل فحصها بالعين المجردة.

فعالية التكلفة

للاستخدام طويل الأمد، يُعدّ خيارًا أكثر توفيرًا من الفولاذ المقاوم للصدأ. لن تحتاج إلى إصلاحه كثيرًا، مما يوفر المال على العمالة والمواد.

صديق للبيئة

من خلال إطالة عمر منتجات الصلب بشكل ملحوظ، تُقلل الجلفنة من كمية نفايات الصلب الناتجة عن التآكل. كما تستهلك هذه العملية طاقة أقل نظرًا لقابلية الزنك لإعادة التدوير.

التشطيبات الجمالية

يمكن أن تكون الطلاءات متلألئة أو غير لامعة أو حتى مطلية لجعل الأجزاء تبدو جميلة جدًا وتناسب أي احتياجات زخرفية.

العيوب والقيود

التكلفة الأولية ومتطلبات المعدات

إنشاء منشأة جلفنة ليس بالأمر الهيّن. فمعدات مثل خزانات الغمس الساخن وأنظمة التدفئة تتطلب تكلفة أولية أعلى.

المخاوف البيئية والصحية

تُصدر بعض عمليات الجلفنة غازات سامة، وهي ضارة ليس فقط بالبيئة، بل بالعمال أيضًا. كما تُنتج بعض العمليات رواسب ونفايات معدنية ثقيلة، مما يتطلب معالجة نفايات مناسبة. ولأن هذه العمليات تتطلب أنظمة تهوية ومعدات لمعالجة النفايات، فإنها تُصعّب إدارتها في المساحات الداخلية الصغيرة. كما تُقيّد إدارة الغذاء والدواء الأمريكية استخدام الفولاذ المجلفن في بعض المنتجات نظرًا لتفاعل الزنك مع الأطعمة الحمضية مثل الطماطم والبرتقال.

تكوين الصدأ الأبيض

في البيئات الرطبة أو قليلة التهوية، قد يتكون الصدأ الأبيض، مما يُلحق الضرر بطبقة المادة. ولمنع ذلك، يُنصح باستخدام معالجات الكرومات أو التخميل.

حساسية درجة الحرارة

يلين الزنك وتنخفض مقاومته للتآكل بشكل ملحوظ عند درجات حرارة عالية، حوالي 200 درجة مئوية. عند لحام الفولاذ المجلفن، يجب على العمال توخي الحذر لأن الحرارة تتسبب في تبخر طبقة الزنك، مما يُنتج أبخرة أكسيد الزنك الضارة التي قد تُسبب حمى أبخرة المعادن. التهوية الجيدة وحماية الجهاز التنفسي أمران أساسيان.

أداء ضعيف في البيئات القاسية

لا تعمل المعادن المجلفنة بكفاءة في البيئات الحمضية أو المالحة، مما يُسرّع الصدأ. كما يمكن أن يحدث التآكل الجلفاني عند دمجه مع معادن أخرى غير متشابهة، مثل النحاس أو النحاس الأصفر.

تحديات العملية

يمكن لبعض أنواع الفولاذ، وخاصة تلك التي تحتوي على نسبة عالية من السيليكون والفوسفور، أن تسبب طلاءات غير متساوية أو تجعل الطبقة سميكة للغاية أثناء عملية الجلفنة بالغمس الساخن.

أفضل الممارسات والصيانة

التحضير المناسب للسطح واختيار الفولاذ

استخدم دائمًا الفولاذ المناسب وتحقق من محتوى السيليكون والفوسفور لضمان الحصول على نتائج أفضل في عمليات الغمس الساخن. يجب أيضًا تنظيف سطح المادة جيدًا قبل الطلاء، مما يساعد على التصاق الزنك بشكل أفضل.

أنظمة دوبلكس

يمكن دمج عملية الجلفنة مع الطلاء، مما قد يساعد في إطالة عمر المادة بمقدار 1.5 إلى 2.3 مرة أطول من المعتاد.

معالجات التخميل

تتميز الأجزاء المُخمَّدة بقدرتها على تحمل الرطوبة قصيرة الأمد بشكل أفضل، كما تساعد هذه المعالجة على منع الصدأ الأبيض. تُشكِّل هذه العملية طبقة رقيقة غير مرئية لحماية الزنك، ويمكن استخدامها في مستودعات التخزين أو أثناء الشحن.

خاتمة

الجلفنة استثمار طويل الأجل يضمن قوةً تدوم لعقود مع صيانة بسيطة. من الأجزاء الهيكلية إلى المعدات اليومية، تُعدّ الحماية أمرًا بالغ الأهمية. إذا كنت ترغب في أداءٍ سلس دون إجهاد، فدع فريقنا يساعدك من خلال إرشاداتنا الخبيرة في مشروعك القادم.