गैल्वेनाइज्ड स्टील को संक्षारण के प्रति प्रतिरोधी क्या बनाता है?

गैल्वेनीकरण प्रक्रिया: जस्ता कोटिंग को कैसे लगाया जाता है और बंधन किया जाता है

गैल्वेनाइज्ड स्टील की परिभाषा और इसका औद्योगिक महत्व

गैल्वेनाइज्ड स्टील जस्ता के साथ आवृत कार्बन स्टील है, आमतौर पर हॉट-डिप गैल्वेनाइजिंग के माध्यम से। यह प्रक्रिया बुनियादी ढांचे, ऑटोमोटिव पुरजों और कृषि यंत्रों के लिए आवश्यक टिकाऊ संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करती है। तटीय निर्माण में 80% से अधिक संरचनात्मक स्टील नमी और नमक का प्रतिरोध करने के लिए गैल्वेनाइजेशन का उपयोग करती है, जिससे अनुपचारित स्टील की तुलना में दीर्घकालिक रखरखाव लागत में 60% की कमी आती है।

हॉट-डिप गैल्वेनाइजिंग के चरण: सफाई, फ्लक्सिंग, गलित जस्ता में डुबोना और ठंडा करना

सबसे पहले, वे सतह पर मौजूद तेल और गंदगी को हटाने के लिए एक क्षारीय घोल का उपयोग करके धातु की सफाई करते हैं। इसके बाद पिकलिंग का चरण आता है, जिसमें हाइड्रोक्लोरिक अम्ल उत्पादन के दौरान बनने वाले मिल स्केल को हटा देता है। एक बार जब सब कुछ ठीक से कुल्लाबंदी कर लिया जाता है, तो आमतौर पर जिंक अमोनियम क्लोराइड के मिश्रण का उपयोग करके फ्लक्स लगाया जाता है। यह चरण इस बात को सुनिश्चित करता है कि इस्पात को अगले चरण के लिए तैयार करते समय ऑक्सीकरण न हो। वास्तविक प्रक्रिया तब शुरू होती है जब इसे लगभग 450 डिग्री सेल्सियस (यदि तापमान के संदर्भ में सटीकता चाहिए तो लगभग 842 फ़ारेनहाइट) के गलित जस्ता में डुबोया जाता है। मोटाई और अन्य कारकों पर निर्भर करते हुए, इस डुबोने की प्रक्रिया में आमतौर पर चार से दस मिनट लगते हैं। इस दौरान आणविक स्तर पर एक चमत्कारिक प्रक्रिया होती है जो जस्ता और इस्पात के बीच एक मजबूत बंधन बनाती है। अंत में, इसे वायु में स्वाभाविक रूप से ठंडा होने देना प्रक्रिया को पूरा करता है, जो संरक्षित परत में क्रिस्टल संरचनाओं को स्थिर करने में मदद करता है, जो गर्म डुबो जस्तीकरण को एक प्रभावी जंग रोधी विधि बनाता है।

जस्ता लेपन प्रक्रिया के दौरान जिंक-लौह मिश्र धातु परतों का निर्माण

विसर्जन के दौरान, जस्ता लौह के साथ प्रतिक्रिया करके अंतरधात्विक मिश्र धातु परतें बनाता है:

1. गामा परत (75% Zn, 25% Fe) – आधार इस्पात के सबसे निकट
2. डेल्टा परत (90% Zn, 10% Fe) – मध्यवर्ती चरण
3. ज़ीटा परत (94% Zn, 6% Fe) – बाहरी शुद्ध जस्ता परत के समीप

ये परतें शुद्ध जस्ता की तुलना में 5–7 गुना अधिक कठोरता प्रवणता उत्पन्न करती हैं, जो उत्कृष्ट घर्षण प्रतिरोध प्रदान करती हैं जबकि लचीलापन बनाए रखती हैं।

जस्ता लेपन की मोटाई और चिपकाव मानक (ASTM, ISO)

ASTM A123 और ISO 1461 स्टील की मोटाई के आधार पर न्यूनतम कोटिंग मोटाई को निर्दिष्ट करते हैं:

ASTM B571 के तहत चिपकाव की पुष्टि की जाती है, जिसमें कोटिंग को बिना अलगाव के 2–6 N/mm² अपरूपण तनाव का सामना करने की आवश्यकता होती है। इन मानकों के कारण मध्यम वातावरण में 25–50 वर्ष तक सेवा आयु संभव होती है।

बैरियर सुरक्षा: जिंक कोटिंग वातावरणीय तत्वों से स्टील की रक्षा कैसे करती है

जंग लगने की शुरुआत को रोकने के लिए नमी और ऑक्सीजन को अवरुद्ध करना

जिंक कोटिंग नमी, ऑक्सीजन और विभिन्न प्रदूषकों जैसी चीजों से स्टील के बीच एक बाधा के रूप में काम करती है जो जंग लगने का कारण बनती हैं। जब इस संपर्क को रोक दिया जाता है, तो जंग लगने की प्रक्रिया शुरू करने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाएं नहीं हो पातीं। परीक्षणों से वास्तविक परिणाम भी प्रदर्शित होते हैं। ASTM A123-24 में दिए गए मानकों के अनुसार, आर्द्रता के संपर्क में आने पर जिंक सुरक्षा वाला स्टील सामान्य स्टील की तुलना में लगभग आधी दर से जंग खाता है। इससे उन व्यावहारिक अनुप्रयोगों में बड़ा अंतर पड़ता है जहां धातु की सतहें लगातार वातावरणीय कारकों से लड़ रही होती हैं।

प्रारंभिक चरण संक्षारण प्रतिरोध में बैरियर सुरक्षा की प्रभावशीलता

पहले 5–15 वर्षों के लिए, बैरियर सुरक्षा जस्तीकृत इस्पात के प्रदर्शन का 90% से अधिक हिस्सा बनाती है। अखंड कोटिंग शहरी प्रदूषण और वर्षा के संपर्क का प्रभावी ढंग से विरोध करती है। नमकीन धुंआ परीक्षण दिखाता है कि प्रारंभिक सेवा चरणों के दौरान यह कार्बनिक पेंट कोटिंग से 3–5 गुना बेहतर प्रदर्शन करती है।

यांत्रिक क्षति या लंबे समय तक मौसमी घिसावट के तहत सीमाएं

जब लेपित सतहों पर खरोंच आ जाती है, घर्षण से क्षय होता है, या समय के साथ मजबूत पराबैंगनी किरणों से प्रभावित होती है, तो उनकी सुरक्षात्मक बाधा कमजोर होने लगती है। तटरेखा के साथ यह एक वास्तविक समस्या बन जाती है, जहाँ समुद्री जल क्लोराइड आयन ले आता है जो इन कमजोर स्थानों में प्रवेश कर जाते हैं, जिससे विशिष्ट क्षेत्रों में संक्षारण प्रक्रिया तेज हो जाती है। सड़क सुरक्षा को उदाहरण के रूप में लें: व्यस्त राजमार्गों के निकट स्थित गैल्वेनाइज्ड गार्डरेल्स में आश्रित स्थितियों में रखी गई समान संरचनाओं की तुलना में लगभग 23 प्रतिशत तेजी से क्षय के लक्षण दिखाई देते हैं। इसलिए कठोर परिस्थितियों में स्थित इमारतों और बुनियादी ढांचे के लिए नियमित जांच बहुत महत्वपूर्ण है, और ऐसे चुनौतीपूर्ण पर्यावरणीय कारकों के साथ निपटने के लिए अतिरिक्त सुरक्षा परतें जोड़ना भी उचित होता है।

मुख्य निष्कर्ष: जबकि बाधा सुरक्षा प्रारंभिक प्रदर्शन में प्रभावी होती है, इसकी प्रभावशीलता लेप की अखंडता और पर्यावरणीय गंभीरता पर निर्भर करती है।

त्याग (कैथोडिक) सुरक्षा: जिंक स्टील की रक्षा के लिए पहले क्यों संक्षारित होता है

गैल्वानिक युग्मन: जस्ता के एक बलिदान एनोड के रूप में इलेक्ट्रोकेमिकल आधार

जिंक स्टील से अधिक विद्युत रासायनिक रूप से सक्रिय है लगभग 0.32 वोल्ट अधिक एनोडिक जब दोनों धातुओं को जोड़ा जाता है तो एक प्राकृतिक गैल्वानिक सेल बनती है। संक्षारक वातावरण में, जिंक बलिदानात्मक एनोड बन जाता है, प्राथमिकता से संक्षारण करता है और इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण के माध्यम से अंतर्निहित स्टील की रक्षा करता है।

इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण के द्वारा कट किनारों और खरोंचों की सुरक्षा

जस्ता स्टील की रक्षा करता रहता है, भले ही किसी तरह से कोटिंग क्षतिग्रस्त हो जाए। जो होता है वो है इलेक्ट्रॉनों को इसके चारों ओर जस्ता से लेकर स्टील की सतह तक ले जाना, जंग के खिलाफ एक तरह की ढाल बनाना। 2023 में NACE के कुछ हालिया आंकड़ों के अनुसार, जस्ती इस्पात पर केवल 2 मिमी की गहराई का एक छोटा सा खरोंच पूरे पांच वर्षों के बाद नियमित असुरक्षित इस्पात की तुलना में लगभग 85 प्रतिशत कम सामग्री खो देगा। सुरक्षात्मक प्रभाव तब तक रहता है जब तक जिंक अपने काम को जारी रखने के लिए उपलब्ध नहीं होता।

शुष्क या क्षारीय मिट्टी जैसे उच्च प्रतिरोधकता वाले वातावरण में सीमाएँ

5,000 Ω·cm से अधिक प्रतिरोधकता वाली शुष्क मिट्टी में, इलेक्ट्रोलाइट की अपर्याप्त चालकता के कारण (ASTM G162), कैथोडिक संरक्षण में 70% की कमी आ जाती है। इसी तरह, अत्यधिक क्षारीय परिस्थितियों (pH > 12) में पैसीवेशन उत्पन्न होता है, जिससे जस्ते पर एक अचालक परत बन जाती है जो इलेक्ट्रॉन प्रवाह को रोक देती है और इस्पात को गहरे क्षरण (pitting) के लिए संवेदनशील बना देती है।

केस अध्ययन: जब कैथोडिक संरक्षण विफल होता है—आक्रामक क्षारीय परिस्थितियों में क्षरण

PH 13.5 वाले कंक्रीट में गैल्वेनाइज्ड स्टील के अध्ययन (2022) में पाया गया कि 18 महीने के भीतर जस्ता घुलना बंद हो गया, जिसके परिणामस्वरूप इस्पात का क्षरण दर 0.8 mm/वर्ष हो गया—उदासीन वातावरण की तुलना में आठ गुना अधिक। ऐसे मामलों में एपॉक्सी कोटिंग या स्टेनलेस मिश्र धातु के एकीकरण जैसी अतिरिक्त संरक्षण रणनीतियों की आवश्यकता होती है।

जिंक कार्बोनेट पैटिना: दीर्घकालिक टिकाऊपन के लिए स्व-संरक्षित परत

वायुमंडलीय क्षरण के चरण: जिंक ऑक्साइड से जिंक हाइड्रॉक्साइड तक

वायुमंडलीय तत्काल प्रदर्शन के बाद, जस्ता सतह तेजी से ऑक्सीकृत हो जाती है, और 48 घंटों के भीतर 2–4 माइक्रोमीटर मोटी एक पतली जस्ता ऑक्साइड (ZnO) परत बन जाती है, जैसा कि वायुमंडलीय अभिक्रियाओं पर 2023 के अध्ययन में दस्तावेजीकृत किया गया है। नमी की उपस्थिति में, यह जस्ता हाइड्रॉक्साइड (Zn(OH)₂) में परिवर्तित हो जाता है, जो आगे स्थिरीकरण के लिए आधार तैयार करता है।

समय के साथ स्थिर जस्ता कार्बोनेट पैटिना में परिवर्तन

जस्ता हाइड्रॉक्साइड धीरे-धीरे वायुमंडलीय CO₂ के साथ अभिक्रिया करके अघुलनशील जस्ता कार्बोनेट (ZnCO₃) में परिवर्तित हो जाता है। मध्यम आर्द्रता (60–75% सापेक्ष आर्द्रता) के तहत, यह परिवर्तन छह महीनों के भीतर 90% तक पूरा हो जाता है। परिणामी पैटिना सघन, रासायनिक रूप से स्थिर और स्व-मरम्मत योग्य होती है, जो बाहरी टिकाऊपन परीक्षणों में पेंट जैसे अस्थायी लेपन की तुलना में 8–12 वर्ष तक बेहतर प्रदर्शन करती है।

पैटिना कैसे दीर्घकालिक जंग रोधी प्रतिरोध को बढ़ाती है

संतुलित क्षेत्रों में पैटिना के प्राकृतिक रूप से बनने के कारण जिंक संक्षारण काफी हद तक धीमा हो जाता है। अध्ययनों से पता चलता है कि अनुकरित मौसमी स्थितियों में परीक्षण करने पर संक्षारण दर लगभग 0.1 माइक्रन प्रति वर्ष तक गिर जाती है। इसे वास्तव में महत्वपूर्ण बनाने वाली बात यह है कि क्षतिग्रस्त होने पर भी सुरक्षात्मक परत कैसे काम करती है। आसपास का जिंक वास्तव में किसी भी अनावृत्त स्थानों की ओर बढ़ता है, इलेक्ट्रॉन्स के स्थानांतरण द्वारा इस्पात को सुरक्षित रखता है। इस द्वि-भागीय सुरक्षा प्रणाली के कारण 25 वर्ष की अवधि के दौरान रखरखाव खर्च सामान्य इस्पात की तुलना में लगभग 92 प्रतिशत कम रहता है जिस पर कोई कोटिंग नहीं होती है।

पैटिना निर्माण को प्रभावित करने वाले पर्यावरणीय कारक (CO₂, आर्द्रता, प्रदूषक)

इष्टतम पैटिना विकास के लिए आवश्यकता होती है:

• CO₂ सांद्रता : ≥ 400 ppm (सामान्य शहरी स्तर)
• आर्द्रता : आर्द्र-शुष्क चक्रीय उजागर (RH 40–85%)
• दूषक : सल्फर डाइऑक्साइड 50 μg/m³ से कम

उच्च क्लोराइड निक्षेप (>1,000 mg/m²) वाले समुद्री वातावरण पैटिना निर्माण को 18–24 महीने तक देरी से करते हैं, जबकि औद्योगिक क्षेत्रों में अम्ल वर्षा (pH <4.5) परत को समय से पहले घुला सकती है।

जस्तीकृत इस्पात के कठोर वातावरण और वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों में प्रदर्शन

समुद्री और तटीय क्षेत्रों में जस्तीकृत इस्पात पर क्लोराइड आयनों का प्रभाव

उच्च क्लोराइड उजागर होने के बावजूद, समुद्री वातावरण में जस्तीकृत इस्पात अच्छा प्रदर्शन करता है। जस्ता कोटिंग क्लोराइड के साथ प्रतिक्रिया करके जिंक हाइड्रॉक्सीक्लोराइड बनाता है, जो एक सुरक्षात्मक यौगिक है जो अपक्षय को धीमा कर देता है। तटीय अनुप्रयोगों में सेवा जीवन 20–50 वर्षों की सीमा में होता है, जो समान परिस्थितियों में अनुपचारित इस्पात के सामान्य 5–10 वर्षों से काफी अधिक है।

जस्तीकृत और पेंट किए गए तथा स्टेनलेस स्टील के बीच संक्षारण प्रतिरोध की तुलना

गैल्वेनाइज्ड स्टील पेंट की गई स्टील की तुलना में अलग दिखाई देता है, जो आसानी से छिलने की प्रवृत्ति रखती है और अंडरकटिंग की समस्याओं से ग्रस्त हो सकती है, या फिर स्टेनलेस स्टील जो क्लोराइड के संपर्क में आने पर अक्सर गड्ढे पैदा कर देता है। गैल्वेनीकरण प्रक्रिया धातु की सतह से सीधे बंधन करने वाली एक सुसंगत सुरक्षात्मक परत बनाती है। प्रयोगशाला में नमक के छिड़काव के परीक्षण से पता चलता है कि आमतौर पर ये कोटिंग्स अपने एपॉक्सी पेंट वाले समकक्षों की तुलना में लगभग तीन से पाँच गुना अधिक समय तक चलती हैं। स्टेनलेस स्टील मिश्र धातुएँ निश्चित रूप से कुछ रसायनों को अच्छी तरह से संभालती हैं, इसमें कोई संदेह नहीं। लेकिन आइए संख्याओं के बारे में बात करें: निर्माता आमतौर पर समान संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए प्रति टन कीमत में दो से चार गुना अधिक भुगतान करने के लिए मजबूर होते हैं। इससे कई निर्माण परियोजनाओं के बजट नियोजन में बड़ा अंतर आता है।

केस अध्ययन: राजमार्ग बुनियादी ढांचे में गैल्वेनाइज्ड स्टील की लंबी आयु

2023 में फ्लोरिडा के आई-95 गार्डरेल्स के विश्लेषण में सड़क नमक, आर्द्रता और तापीय चक्रण के 25 वर्षों के संपर्क के बाद केवल 12% सतही जंग दिखाई दी। गैल्वनीकृत विकल्पों के अलावा अन्य विकल्पों को 8 से 12 वर्षों के भीतर प्रतिस्थापित करने की आवश्यकता थी, जो परिवहन बुनियादी ढांचे में गैल्वनीकरण के आर्थिक और संचालनात्मक लाभों को रेखांकित करता है।

कम रखरखाव की आवश्यकता के कारण स्थायी निर्माण में बढ़ता उपयोग

अधिकांश समशीतोष्ण क्षेत्रों में गैल्वेनाइज्ड स्टील का उपयोग 50 से 75 वर्षों तक किया जा सकता है, जो निश्चित रूप से टिकाऊ निर्माण सामग्री के लिए सही विकल्प है जिसकी न्यूनतम देखभाल की आवश्यकता होती है। इस संरचना को बार-बार पुनः लेपित करने की आवश्यकता नहीं होती है, जिसके कारण नियमित रूप से पुनः पेंट की जाने वाली इमारतों की तुलना में समय के साथ लगभग 40 प्रतिशत कम उत्सर्जन उत्पन्न होते हैं। विभिन्न वातावरणों में हरित बुनियादी ढांचे पर आयु चक्र अध्ययन इसकी पुष्टि काफी हद तक सुसंगत तरीके से करते हैं। चूंकि गैल्वेनाइज्ड स्टील समय के परीक्षण में सफल रहता है और इसे कई बार रीसाइकल किया जा सकता है, कई वास्तुकार अपनी LEED प्रमाणित परियोजनाओं में ऐसी फ्रेमिंग प्रणाली के लिए इसका उल्लेख करते हैं जो कुछ दशकों बाद टूट न जाए।

सामान्य प्रश्न अनुभाग

स्टील को गैल्वेनाइज करने का उद्देश्य क्या है?

स्टील को गैल्वेनाइज करने का तात्पर्य है इस पर जस्ता (जिंक) की परत चढ़ाना ताकि टिकाऊ जंगरोधी प्रतिरोध प्रदान किया जा सके, जो संरचनाओं और मशीनरी की अखंडता और दीर्घायु को बनाए रखने के लिए आवश्यक है।

गैल्वेनीकरण प्रक्रिया में स्टील पर जस्ता (जिंक) कैसे लागू किया जाता है?

जिंक को एक हॉट-डिप प्रक्रिया के माध्यम से लगाया जाता है, जिसमें स्टील को साफ किया जाता है, फ्लक्सित किया जाता है, पिघले हुए जिंक में डुबोया जाता है और ठंडा होने दिया जाता है, जिससे एक मजबूत धात्विक बंधन बनता है।

खरोंच आने पर भी जिंक स्टील की रक्षा क्यों करता है?

जिंक एक बलिदानी एनोड के रूप में कार्य करता है और इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण के माध्यम से स्टील की रक्षा जारी रखता है, जो कोटिंग क्षतिग्रस्त होने पर भी स्टील को संक्षारण से बचाता है।

तटीय क्षेत्रों में गैल्वेनाइज्ड स्टील अच्छा प्रदर्शन करता है?

हां, उच्च क्लोराइड उजागर होने के बावजूद, जिंक कोटिंग सुरक्षात्मक यौगिक बनाती है जो अवक्षय को धीमा कर देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तटीय अनुप्रयोगों में 20–50 वर्षों तक सेवा जीवन होता है।

स्थायी निर्माण में गैल्वेनाइज्ड स्टील का उपयोग क्यों किया जाता है?

इसका उपयोग लंबे जीवनकाल (50-75 वर्ष), कम रखरखाव आवश्यकताओं और अन्य सामग्री की तुलना में कम उत्सर्जन के कारण किया जाता है, जो इसे स्थायी निर्माण परियोजनाओं के लिए आदर्श बनाता है।