כיצד טכנולוגיית אלקטרו-גלוון מונעת קורוזיה של מתכת?

קורוזיה של מתכת תמיד הייתה בעיה נפוצה בחומרי מתכת. מיחזור מתכות יכול להפחית חלק מההפסדים הנגרמים כתוצאה מקורוזיה, אך כ-101 טון של חומרי מתכת עדיין נגרטים מדי שנה. קורוזיה יכולה לגרום לפסול חומרי מתכת ולגרום להפסדים כלכליים משמעותיים. בשנת 2023, ההפסדים הכלכליים שנגרמו כתוצאה מקורוזיה של מתכת בסין הגיעו ל-500 מיליארד יואן. ברחבי העולם, ההפסדים הכלכליים הנגרמים כתוצאה מקורוזיה עולים על כל דמיון. אין לחשב את ההפסדים הנגרמים כתוצאה מקורוזיה אך ורק על סמך מסת אובדן המתכת, אלא יש לכלול את האנרגיה הנצרכת במהלך התכת ומחזור המתכות. יחד עם זאת, קורוזיה יכולה גם לגרום לזיהום סביבתי, כגון זיהום משאבי קרקע ומים של אנשים. קורוזיה יכולה גם לגרום נזק לציוד, מבנים ומתקנים אחרים, החל מהפסדים כלכליים ועד לסיכון בטיחותם האישית. תאונות רבות נגרמות באופן ישיר או עקיף כתוצאה מקורוזיה. לכן, למחקר על מניעת קורוזיה של מתכת יש חשיבות רבה.

כיום, המחקר על מניעת קורוזיה של מתכות מחולק בעיקר לשתי קטגוריות: סגסוגת מתכות וטיפול במשטח המתכת. סגסוגת מתכות היא תהליך של התכת מתכות מוגנות יחד עם מתכות מיוחדות, ושיפור עמידותן בפני קורוזיה באמצעות פסיבציה של מתכות מיוחדות. ישנן שיטות רבות לטיפול במשטח של מתכות, כולל ציפוי אלקטרוליטי, ציפוי כימי, ציפוי מכני, ציפוי פני השטח וכו'. לטכנולוגיית הציפוי האלקטרוליטי יתרונות של תהליך פשוט, שליטה קלה בפרמטרי התהליך ועלות נמוכה, והיא נמצאת בשימוש נרחב במניעת קורוזיה של מתכות.

בטכנולוגיית ציפוי אלקטרוליטי, ציפוי אבץ (גלוון) נמצא בשימוש נרחב כחומר אנודה מכיוון שהפוטנציאל הסטנדרטי של אלקטרודות אבץ נמוך, מה שיכול לספק הגנה טובה לחומרי קתודה. עם זאת, שכבות מגולוונות שלא טופלו נוטות לחמצון וקורוזיה בסביבות לחות. לכן, נדרש טיפול פסיבציה של פני השטח לאחר ציפוי אלקטרוליטי כדי לשפר את עמידות הקורוזיה של השכבה המגולוונת. מאז המאה הקודמת, אנשים ערכו מחקר רב על טכנולוגיית נגד קורוזיה, וטכנולוגיית הציפוי האלקטרוליטי התפתחה במהירות. מאמר זה מפרט ומסכם את טכנולוגיית הציפוי האלקטרוליטי.

1.1 מנגנון כימי של טכנולוגיית אלקטרו-גלוון
אלקטרוליזציה היא תהליך של יצירת שכבת מתכת או סגסוגת אחידה, צפופה ומודבקת היטב על פני השטח של חומר עבודה באמצעות אלקטרוליזה. בהשוואה למתכות אחרות, אבץ הוא מתכת זולה יחסית וקלה לציפוי, השייכת לציפוי אלקטרוליטי נגד קורוזיה בעל ערך נמוך. לכן, טכנולוגיית אלקטרוליזציה נמצאת בשימוש נרחב להגנה על חלקי פלדה, במיוחד למניעת קורוזיה אטמוספרית, ומשמשת גם לקישוט. טכניקות הציפוי כוללות ציפוי במיכל (או ציפוי תלוי), ציפוי בגלגול (מתאים לחלקים קטנים), ציפוי אוטומטי וציפוי רציף (מתאים לחוטים ולפסים). נוסחת התגובה הכימית של טכנולוגיית אלקטרוליזציה היא:
Zn2++2e → Zn

1.2 זרימת תהליך של גלוון אלקטרוכימי
תהליך הגלון האלקטרוכימי הוא בדרך כלל כדלקמן:
הסרת שומנים כימית של חלקי ברזל → שטיפה במים חמים עם מים זורמים → שטיפה חומצית להסרת חלודה פעם או פעמיים עם מים זורמים → הסרת שומנים אלקטרוליטית → שטיפה במים חמים → שטיפה במים זורמים → הפעלת חומצה הידרוכלורית 1:2 → שטיפה במים זורמים → גלוון → שטיפה במים → פליטת אור → שטיפה במים → פסיבציה → שני סבבי שטיפה במים → שטיפה במים חמים → ייבוש → בדיקה → מוצר מוגמר
לפי סוג תמיסת הציפוי, ניתן לחלק את שיטות הציפוי האלקטרוני לארבעה סוגים: ציפוי ציאניד, ציפוי צינקט, ציפוי כלוריד וציפוי סולפט.

1.3 סיכום
לציפוי אלקטרוליטי היסטוריה של למעלה מ-100 שנה והוא תהליך הציפוי הרטוב הארוך והנפוץ ביותר בהיסטוריה עבור ציפויי מתכת. לציפוי אלקטרוליטי תפקיד חשוב מאוד בהגנה מפני קורוזיה של מתכת. בשל משאבי האבץ השופעים בארצנו, המחיר נמוך; בנוסף, פוטנציאל האלקטרודה של אבץ שלילי בהשוואה לברזל. עבור מצע הפלדה, זהו ציפוי אנודי שיכול לספק הגנה אלקטרוכימית על ידי ויתור על אבץ כדי להגן על מצע הפלדה. לאחר הטיפול שלאחר מכן, השכבה המגולוונת יכולה לא רק להשיג מראה יפה, אלא גם לשפר מאוד את עמידותה בפני קורוזיה. לכן, אבץ הוא המתכת הנפוצה ביותר בציפוי אלקטרוליטי, ועל פי נתונים סטטיסטיים גסים, הוא מהווה יותר מ-60% מכמות הציפוי האלקטרוליטי הכוללת, מה שהופך אותו לסוג הציפוי הגדול והנפוץ ביותר.

כיום, טכנולוגיית נוגדת קורוזיה הנפוצה ביותר לפלדה היא עדיין גלוון. ייצור מוצרי פלדה המשתמשים בציפויים מבוססי אבץ וסגסוגות אלומיניום של אבץ להגנה על פני השטח הגיע ליותר מ-40% מייצור הפלדה השנתי במדינות מפותחות.

לסיכום, טכנולוגיית הציפוי האלקטרוני מתאפיינת בתהליך פשוט, בקרת פרמטרים קלה, והשכבה המגולוונת המתקבלת היא בהירה ושטוחה לאחר הטיפול. היא נמצאת בשימוש נרחב בחומרי מתכת כמו פלדה ותופסת עמדה דומיננטית בשוק הציפוי האלקטרוני. במקביל, לסין יש משאבי אבץ רבים ומחירי אבץ נמוכים, מה שהופך אותה למתאימה מאוד לפיתוח טכנולוגיית ציפוי אלקטרוני. בשנים האחרונות, מתוך התחשבות בהגנה על הסביבה, פיתוח טכנולוגיית הציפוי האלקטרוני התמקד גם ביעילות גבוהה, צריכה נמוכה ופליטות נמוכות. מפעלי ציפוי אלקטרוני סיניים שודרגו בדרך כלל לטכנולוגיית ציפוי אלקטרוני ידידותית ויעילה יותר לסביבה.