پوشش‌های ZAM

نسل متفاوت حفاظت از ورق‌های فولادی در برابر خوردگی

نگارش: مجتبی تراشی

فروردین 1404

·      چکیده

پوشش‌های زینک-آلومینیوم-منیزیم (ZAM) به‌عنوان نسلی متفاوت از پوشش‌های محافظ برای ورق‌های فولادی، انقلابی در صنعت ورق‌های پوشش‌دار ایجاد نمودند. این پوشش‌ها که با روش غوطه‌وری گرم (Hot-Dip) و به‌صورت پیوسته بر روی ورق‌های فولادی اعمال می‌شوند، مقاومت بسیار بالاتری در برابر خوردگی نسبت به پوشش‌های گالوانیزه معمولی ارائه می‌دهند. در این مقاله، به بررسی اجمالی پوشش‌های ZAM می‌پردازیم؛ از تاریخچه و نحوه توسعه آن‌ها گرفته تا مزایا، کاربردها و شرکت‌های پیشرو در این صنعت. همچنین، به مقایسه این پوشش‌ها با گالوانیزه سنتی و معرفی پوشش‌های معادل و مشابه ZAM خواهیم پرداخت. در پایان، با تأکید بر دانش فنی شرکت فولاد تجهیز آران در زمینه تولید ورق‌های پوشش‌دار ZAM، آمادگی این شرکت برای ارائه مشاوره‌های تخصصی در این حوزه را اعلام می‌نماییم.

**کلمات کلیدی:** پوشش ZAM، ورق فولادی، گالوانیزه گرم، زینک-آلومینیوم-منیزیم، مقاومت به خوردگی، فولاد تجهیز آران، پوشش‌های فلزی، صنایع فولاد، سرمایه‌گذاری صنعتی.

·      مقدمه

خوردگی، همواره یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های پیش روی صنایع مختلف، به‌ویژه صنعت فولاد بوده است. ورق‌های فولادی به دلیل کاربرد گسترده در ساخت‌وساز، صنعت، کشاورزی و بسیاری زمینه‌های دیگر، نیازمند حفاظت مؤثر در برابر عوامل خورنده محیطی هستند. روش‌های مختلفی برای حفاظت از فولاد در برابر خوردگی وجود دارد که یکی از رایج‌ترین و مقرون به‌صرفه‌ترین آن‌ها، استفاده از پوشش‌های گالوانیزه به روش غوطه‌وری گرم است. در این روش، ورق فولادی در حمام مذاب روی غوطه‌ور شده و لایه‌ای از روی بر سطح آن تشکیل می‌شود که به‌عنوان سدی محافظ عمل می‌کند. بااین‌حال، با پیشرفت فناوری و افزایش نیاز به مقاومت بیشتر در محیط‌های خورنده شدیدتر، پوشش‌های گالوانیزه سنتی که عمدتاً از روی خالص با مقادیر بسیار ناچیز آلومینیوم تشکیل شده‌اند، پاسخگوی تمامی نیازها نبودند. در این راستا، نسل متفاوتی از پوشش‌های محافظ به نام زینک-آلومینیوم-منیزیم (ZAM) پا به عرصه گذاشتند که با ترکیبات آلیاژی خاص خود، عملکردی به‌مراتب بهتر در برابر خوردگی ارائه می‌دهند. این پوشش‌ها که با نام اختصاری ZAM شناخته می‌شوند، تحولی در صنعت ورق‌های پوشش‌دار به شمار می‌روند و مزایای چشمگیری نسبت به گالوانیزه معمولی دارند.

·      تاریخچه پوشش‌های ZAM

تاریخچه توسعه پوشش‌های ZAM به اوایل قرن بیست و یکم در کشور ژاپن بازمی‌گردد. شرکت نیشین‌استیل (Nisshin Steel Corporation) ژاپن به‌عنوان پیشگام در توسعه و تجاری‌سازی این فناوری شناخته می‌شود. در سال 2000 میلادی، این شرکت باهدف ارتقاء مقاومت به خوردگی ورق‌های فولادی در محیط‌های مستعد زنگ‌زدگی، به‌ویژه در صنایع لوازم‌خانگی و مصالح ساختمانی، موفق به توسعه و تولید انبوه ورق‌های فولادی با پوشش زینک-آلومینیوم-منیزیم-سیلیکون با نام‌های تجاری SuperDyma™ و ZAM™ گردید.

هدف اولیه از توسعه این پوشش‌ها، جایگزینی فولاد ضدزنگ یا استینلس‌استیل در برخی کاربردها و ارائه راهکاری مقرون‌به‌صرفه تر با مقاومت خوردگی بالا بود.

ترکیب آلیاژی منحصربه‌فرد ZAM، حاصل سال‌ها تحقیق و توسعه در زمینه متالورژی پوشش‌ها بوده است. نیشین‌استیل با افزودن آلومینیوم و منیزیم به پوشش روی، توانست خواص محافظتی و دوام آن را به‌طور چشمگیری بهبود بخشد. پس از موفقیت تجاری ZAM و SuperDyma™، شرکت‌های فولادی دیگری در سراسر جهان نیز به تولید این نوع پوشش روی آوردند و امروزه ZAM به‌عنوان یک استاندارد جداگانه در صنایع مختلف شناخته می‌شود. شرکت نیپون‌استیل (Nippon Steel) که بعدها با نیشین‌استیل ادغام شد، به توسعه بیشتر این فناوری ادامه داد و محصول پیشرفته‌تر ZEXEED™ را با مقاومت خوردگی حتی بالاتر و با میزان منیزیم بیشتر در پوشش، به بازار عرضه کرد.

·      ترکیب و خواص پوشش‌های ZAM

پوشش ZAM، یک پوشش آلیاژی سه تایی است که عمدتاً از روی (Zinc) به‌عنوان عنصر اصلی و مقادیر مشخصی آلومینیوم (Aluminum) و منیزیم (Magnesium) تشکیل شده است. ترکیب معمول این پوشش شامل حدود 80-90% روی، 5-11% آلومینیوم و 1-3% منیزیم است. در برخی فرمولاسیون‌ها، مقدار کمی سیلیکون (Silicon) نیز به ترکیب افزوده می‌شود. حضور آلومینیوم و منیزیم در این پوشش، خواص منحصربه‌فردی به آن می‌بخشد که در مقایسه با پوشش گالوانیزه خالص، مزایای قابل‌توجهی را به همراه دارد.

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های پوشش ZAM، **مقاومت بسیار بالای آن در برابر خوردگی** است. مطالعات و آزمایش‌های متعدد نشان داده‌اند که پوشش ZAM 10 تا 20 برابر مقاوم‌تر از پوشش گالوانیزه گرم معمولی در برابر خوردگی است. این مقاومت فوق‌العاده به دلیل تشکیل یک لایه محافظ متراکم و پایدار بر روی سطح فولاد است که از نفوذ عوامل خورنده جلوگیری می‌کند. افزودن آلومینیوم به پوشش، مقاومت آن را در برابر دماهای بالا و اکسیداسیون افزایش می‌دهد، درحالی‌که منیزیم مقاومت در برابر خوردگی در محیط‌های سخت مانند مناطق ساحلی، صنعتی و شیمیایی را بهبود می‌بخشد.

علاوه بر مقاومت خوردگی بالا، پوشش ZAM دارای **خاصیت خودترمیم شوندگی** نیز می‌باشد. در صورت آسیب دیدن پوشش در اثر خراش یا برش، منیزیم موجود در آلیاژ با رطوبت هوا واکنش داده و یک لایه محافظ جدید در محل آسیب‌دیده تشکیل می‌دهد که از گسترش خوردگی جلوگیری می‌کند. این خاصیت خودترمیم شوندگی، عمر مفید قطعات فولادی پوشش‌دار ZAM را به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.

پوشش ZAM همچنین دارای **شکل‌پذیری عالی** است. این پوشش در فرآیندهای شکل‌دهی و پرس‌کاری، عملکرد بسیار خوبی از خود نشان می‌دهد و به تولید قطعات پیچیده با کیفیت سطح بالا کمک می‌کند. ضریب اصطکاک پایین و ویژگی‌های اصطکاکی پایدار ZAM، فرآیند شکل‌دهی را تسهیل کرده و سایش پوشش را کاهش می‌دهد.

وزن پوشش ZAM برحسب گرم بر مترمربع (g/m²) بسته به کاربرد و استاندارد موردنظر متفاوت است. مقادیر معمول پوشش ZAM از 30 تا 600 گرم بر مترمربع متغیر است. به‌عنوان‌مثال، در برخی کاربردها، پوشش‌های با وزن 190 g/m² و 275 g/m² نیز مورداستفاده قرار می‌گیرند. انتخاب وزن مناسب پوشش به شرایط محیطی و طول عمر مورد انتظار قطعه بستگی دارد.

·      مزایای پوشش ZAM نسبت به فولاد گالوانیزه معمولی

پوشش ZAM در مقایسه با پوشش گالوانیزه معمولی که عمدتاً از روی خالص تشکیل شده است، مزایای متعددی دارد که آن را به یک انتخاب برتر در بسیاری از کاربردها تبدیل می‌کند.

1. مقاومت در برابر خوردگی فوق‌العاده: همان‌طور که اشاره شد، مهم‌ترین مزیت ZAM، مقاومت بسیار بالاتر آن در برابر خوردگی است. در شرایط یکسان، عمر مفید قطعات پوشش‌دار ZAM 2 تا 4 برابر بیشتر از قطعات گالوانیزه معمولی است. در محیط‌های خورنده شدید مانند مناطق ساحلی، صنعتی و شیمیایی، این تفاوت به‌مراتب بیشتر و چشمگیرتر خواهد بود.

2. دوام و طول عمر بیشتر: به دلیل مقاومت خوردگی بالاتر و خاصیت خودترمیم شوندگی، قطعات پوشش‌دار ZAM دارای دوام و طول عمر بسیار بیشتری هستند. در شرایط سخت محیطی، عمر مفید این پوشش می‌تواند به بیش از 30 سال برسد. این طول عمر بیشتر، هزینه‌های نگهداری و جایگزینی را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.

3. کاهش هزینه‌های فرآوری: پوشش ZAM به دلیل خاصیت خودترمیم شوندگی، نیاز به فرآیندهای تکمیلی ضد خوردگی مانند گالوانیزاسیون مجدد و رنگ‌آمیزی پس از برش و شکل‌دهی را از بین می‌برد. این امر، فرآیند تولید را ساده‌تر و سریع‌تر کرده و هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد. همچنین، ظاهر صاف و یکنواخت پوشش ZAM، زیبایی ظاهری قطعات را بهبود‌می‌بخشد.

4. دوستدار محیط‌زیست: فرآیند تولید پوشش ZAM نسبت به گالوانیزاسیون گرم سنتی، آلایندگی کمتری دارد و مواد زائد کمتری تولید می‌کند. این ویژگی، ZAM را به یک گزینه پایدارتر و سازگارتر با محیط‌زیست تبدیل می‌کند.

5. عملکرد بهتر در شرایط سخت: پوشش ZAM در برابر شرایط سخت محیطی مانند تماس با آب شور، مواد شیمیایی و شرایط قلیایی، عملکرد بسیار بهتری نسبت به گالوانیزه معمولی دارد. این ویژگی، آن را برای کاربردهایی که در معرض این شرایط سخت قرار دارند، ایده‌آل می‌سازد.

تصویر 1: مقایسه خوردگی ورق ZAM  با سایر پوشش‌ها پس از قرارگیری در محیط خورنده. مقاومت برتر پوشش ZAM در برابر خوردگی در مقایسه با گالوانیزه معمولی بسیار مشهود است.

تصویر 2: مقایسه سرعت خوردگی زم با پوشش‌های دیگر در میزان پوشش یکسان، در سالت اسپری تا رسیدن به زنگ قرمز

·      کاربردهای پوشش‌های ZAM

پوشش ZAM به دلیل خواص برجسته‌اش، در طیف گسترده‌ای از صنایع و کاربردها مورداستفاده قرار می‌گیرد. برخی از مهم‌ترین کاربردهای آن عبارت‌اند از:

o       صنعت ساخت‌وساز: پوشش ZAM به‌طور گسترده در ساخت‌وسازهای عمرانی برای تولید مصالح ساختمانی مانند ورق‌های سقف، دیواره‌ها، سازه‌های فلزی، سینی کابل، گاردریل، دیوارهای صوتی و ... به کار می‌رود. مقاومت بالای ZAM در برابر خوردگی، دوام و طول عمر سازه‌ها را در شرایط مختلف آب و هوایی تضمین می‌کند.

o       صنعت کشاورزی و دام‌پروری: در بخش کشاورزی و دام‌پروری، پوشش ZAM برای ساخت سازه‌های فولادی سوله‌های کشاورزی، تجهیزات تغذیه دام، گلخانه‌ها و سایر تجهیزات مورداستفاده در این صنایع کاربرد دارد. مقاومت ZAM در برابر خوردگی ناشی از رطوبت، کودهای شیمیایی و فضولات حیوانی، طول عمر این تجهیزات را افزایش می‌دهد.

o       صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر: پوشش ZAM به‌طور فزاینده‌ای در صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر، به‌ویژه در ساخت سازه‌های نگهدارنده پنل‌های خورشیدی (Solar Mounting Systems) مورداستفاده قرار‌می‌گیرد. مقاومت بالای ZAM در برابر شرایط جوی سخت و طول عمر زیاد، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای این کاربرد تبدیل کرده است.

o       صنعت خودروسازی: اگرچه اولین کاربرد ZAM در صنعت خودروسازی ژاپن برای حفاظت از بدنه خودروها بوده است، اما امروزه کاربرد آن در این صنعت گسترش یافته و در قطعات مختلف خودروها ازجمله قطعات ساختاری و سیستم‌های اگزوز مورداستفاده قرار می‌گیرد.

o       صنعت لوازم‌خانگی و الکترونیک: پوشش ZAM در تولید بدنه و قطعات داخلی لوازم‌خانگی مانند کولرهای گازی، یخچال‌ها، ماشین‌های لباسشویی و همچنین تجهیزات الکترونیکی مانند تابلوهای برق، سینی‌های کابل و جعبه‌های تقسیم برق کاربرد دارد.

o       سایر صنایع: علاوه بر صنایع ذکرشده، پوشش ZAM در صنایع دیگری مانند کشتی‌سازی (برای قطعات مقاوم به سایش و خوردگی)، صنعت شیمیایی (برای مخازن و سیستم‌های تصفیه فاضلاب)، صنایع نظامی و ... نیز کاربرد دارد.

تصویر 3: برخی کاربردهای متنوع ورق‌های ZAM در صنایع مختلف. ورق‌های ZAM، راهکاری چندمنظوره برای حفاظت از فولاد در برابر خوردگی در صنایع گوناگون.