زنگ زدن آهن
آیا تابه‌حال به این فکر کرده‌اید که یک روز از خواب بیدار شده و ببینید که تیتر اول رسانه‌ها، ناپدید شدن برج ایفل است؟! البته بعد از اینکه کمی بیشتر هوشیاری خودتان را بدست آوردید، متوجه این می‌شوید که در واقع این برج ناپدید نشده، بلکه جای خودش را با تپه‌ای از قراضه‌های زنگ‌زده عوض کرده است! عامل اصلی این پدیده، خوردگی یا زنگ زدن است که در این مقاله به توضیح آن و راه‌های جلوگیری از آن پرداخته می‌شود.
خوردگی چیست؟
خوردگی (Corrosion)، تخریب ماده در اثر واکنش الکتروشیمیایی یا شیمیایی با محیط اطراف است که با انتقال جرم و بار همراه است. پدیده خوردگی در فلزات، سرامیک‌ها، پلیمرها و حتی کامپوزیت‌ها مشاهده می‌شود. از انواع خوردگی می‌توان به خوردگی گالوانیک، حفره‌ای، شیاری، یکنواخت، بین‌دانه‌ای و تنشی اشاره کرد. خوردگی معمولا یک پدیده زیان‌بار است، اما در شرایطی، مفید نیز می‌تواند باشد. از آنجایی که خوردگی باعث اثرات مخرب و هزینه‌های تحمیلی زیادی می‌شود، باید کنترل و از آن جلوگیری شود.
خوردگی آهن
به تردشدن و خردشدن یک ماده فلزی شامل آهن در اثر واکنش با اکسیژن و آب، پدیده خوردگی آهن یا زنگ‌زدن آن گفته می‌شود. پس برای زنگ‌زدن آهن به سه عامل اکسیژن، آب و آهن نیاز است. در ابتدا در اثر واکنش آهن با آب و اکسیژن، هیدروکسید آهن تولید می‌شود. سپس هیدروکسید آهن با اکسیژن واکنش داده و تشکیل اکسید آهن هیدراته می‌دهد. این اکسید تشکیل شده همان زنگار (Rust) بوده که یک لایه نرم و نفوذپذیر به رنگ نارنجی یا قهوه‌ای مایل به قرمز است.
زنگار تشکیل‌شده محافظ نیست و بر روی سطح قطعه نمی‌چسبد. در این شرایط با جدا شدن این لایه از روی سطح، فلز تازه در معرض شرایط خوردگی قرار می‌گیرد و باعث تداوم خوردگی می‌شود. اکسیداسیون آهن، ابتدا سریع است و به تدریج با افزایش ضخامت لایه اکسید، کاهش می‌یابد. خوردگی آهن، باعث ضعیف شدن و کاهش کارایی و عمر قطعات و سازه‌ها می‌شود و همچنین برای سلامتی بدن انسان نیز خطرناک است و باید از رخ دادن آن جلوگیری شود.
راه‌های جلوگیری از زنگ زدن آهن
همان‌طور که پیشتر اشاره شد، برای حفظ کارایی قطعات و ممانعت از زیان مالی، باید از انجام فرآیند خوردگی آهن جلوگیری کرد که در ادامه با تعدادی از این راه‌ها آشنا خواهیم شد.
1. رنگ‌آمیزی قطعات
در این حالت می‌توان با رنگ کردن قطعات، راه ارتباط و تماس اکسیژن و آب را با آهن موجود در قطعه مسدود کرد. در این حالت سرعت فرآیند زنگ زدن با کندی مواجه می‌شود.
2. استفاده از روغن یا گریس
استفاده از روغن یا گریس نیز مشابه رنگ، باعث نرسیدن اکسیژن به سطح قطعه می‌شود. فرآیند سیاه‌کاری به پوشاندن سطح قطعات با استفاده از روغن‌های ضدزنگ و ضدخوردگی گفته می‌شود. این فرآیند کوتاه‌مدت است و نیاز به شارژ دوباره دارد. همچنین این فرآیند ظاهری ناخوشاید تولید می‌کند و از آن‌ها به عنوان پوشش ارگانیک نیز یاد می‌شود. ورق روغنی یکی از نمونه‌های استفاده از روغن در پیشگیری از خوردگی است.
3. استفاده از فولاد زنگ‌نزن
این نوع فولاد (Stainless Steel) با داشتن میزان زیادی فلز کروم )حداقل 11 درصد( با تشکیل لایه اکسید کروم، از زنگ زدن آهن جلوگیری می‌کند. همچنین وجود نیکل نیز باعث جلوگیری از خوردگی می‌شود. البته قیمت فولاد زنگ‌نزن بالا است و نمی‌توان برای هر کارکردی استفاده کرد.
4. گالوانیزه کردن آهن
این روش با اعمال یک پوشش نازک از روی انجام شده و جایگزینی برای استفاده از فولاد زنگ‌نزن است. واکنش‌پذیری روی از آهن بیشتر است و به عنوان یک قربانی عمل می‌کند. اعمال این پوشش از واکنش‌های شیمیایی ناخواسته جلوگیری کرده و بر استحکام قطعه می‌افزاید.
5. استفاده از فولاد هوازده
این نوع فولاد که با نام کورتن (Corten) نیز شناخته می‌شود، استحکام کششی و مقاومت به خوردگی بسیار عالی دارد و دارای عناصری مانند مس، کروم، نیکل و فسفر است. این فولاد هنگامی که در هوای مرطوب یا خشک در معرض اکسیژن قرار می‌گیرد سطح بیرونی آن زنگ می‌زند و با گذشت زمان به یک لایه متراکم و نفوذناپذیر تبدیل می‌شود.
6. استفاده از پوشش فلوئورو پلیمر
این پوشش که با نام فلورو پلیمر نیز شناخته می‌شود، دارای مقاومت به خوردگی بسیار بالایی است. در این پلیمر، پیوندهای قوی بین کربن و فلوئور برقرار است. فلوئور به دلیل واکنش‌پذیری بالا، خاصیت الکترونگاتیوی و شعاع اتمی کوچک، با اتم هیدروژن قابل مقایسه است. این ویژگی‌های فلوئور باعث ایجاد پیوندهای بسیار قوی با کربن می‌شود و باعث افزایش مقاومت در برابر مواد شیمیایی می‌گردد.
7. استفاده از پوشش پودری
هدف از انجام پوشش پوردی، افزایش مقاومت به خوردگی است. این روش، صرفه اقتصادی بیشتری نسبت به استفاده از فولاد زنگ‌نزن دارد. پوشش پودری یک فرایند خشک بوده که به معنای استفاده از مواد اولیه جامد بر روی سطح است. در این حالت، ذرات جامد باردار هستند و با سطح آماده‌شده پیوند برقرار می‌کنند. از جمله مواد جامد مورد استفاده می‌توان به اکرلیک، اپوکسی و وینیل اشاره کرد.
8. استفاده از پوشش آبی
این پوشش با غوطه‌وری در محلولی از نیترات پتاسیم، آب و هیدروکسید سدیم بوجود آمده و از زنگ‌زدگی آهن جلوگیری می‌کند. دلیل نام گذاری این پوشش، به دلیل وجود ظاهری آبی-مشکی رنگ است.
9. اعمال پوشش‌های فداشونده
این نوع پوشش‌ها از نظر شیمیایی نسبت به آهن فعالتر و یا نجیب‌تر هستند. این نوع فرآیند شامل حفاظت کاتدی و آندی است. در حفاظت کاتدی، فلز مورد استفاده از آهن فعالتر است و خورده می‌شود و از آهن حفاظت می‌کند. در روش حفاظت آندی فلز مورد استفاده خورده نمی‌شود و درحالی‌که سطح آهن را پوشانده است، از آن محافظت می‌کند.
10. اعمال روکش پلاستیکی
این روش متشکل از یک پوشش خمیری است که با استفاده از یک چسب مخصوص سطح فلز را می‌پوشاند و از خوردگی آهن جلوگیری می‌کند.
11. اعمال پوشش کادمیم
این نوع پوشش نیز مانند پوشش گالوانیزه است که در آن به‌جای روی، از کادمیوم استفاده می‌شود. مقاومت به خوردگی پوشش حاصل شده از پوشش گالوانیزه بیشتر است، اما هزینه تولید بالاتری دارد. از جمله موارد استفاده از این پوشش می‌توان به قطعات و بدنه کشتی و هواپیما و استفاده در مناطق گرمسیری اشاره کرد.
12. پوشش‌دهی فسفاته
پوشش ایجاد شده بر روی فولاد با استفاده از محلول رقیق اسید فسفریک و سایر مواد شیمیایی است. با تشکیل لایه‌ای غیرمحلول و محافظ شامل کریستال‌های فسفات از خوردگی جلوگیری می‌شود. از جمله این نوع پوشش، می‌توان به فسفاته آهن اشاره کرد.
13. پوشش‌دهی قلع
پوشش تشکیل شده از قلع بر روی آهن، حلب نام دارد. این روش با مکانیزم حفاظت آندی کار می‌کند و هنگامی که پوشش دچار خراش شود، آهن به دلیل فعالتر بودن نسبت به قلع دچار خوردگی می‌شود.
14. طراحی صحیح
متناسب با شرایطی که قطعات قرار است مورد استفاده قرار بگیرند، باید به طراحی دقت شود. در شرایطی که قطعه قرار است در محیط خورنده مورد استفاده باشد، باید از طراحی شیارها و حفرات جلوگیری شود و همچنین به عیوب جزئی که در فرآیند ساخت به‌وجود می‌آیند، دقت شود.
15. نگهداری درست
نکته مهم و حائز اهمیت این است که باید به صورت دوره‌ای، بازرسی انجام شود تا چنانچه خوردگی مشاهده شد، به سرعت از آن جلوگیری شود. چنانچه محل نگهداری و انبار کردن قطعات فولادی مناسب نباشد، می‌توان با بازرسی مناسب، از ضررهای بزرگ جلوگیری کرد.
16. استفاده از بازدارنده‌های خوردگی
این بازدارنده‌ها مواد شیمیایی هستند که یا با سطح فلز و یا گاز‌های اطراف آن واکنش داده و با تشکیل یک لایه محافظ، از انجام واکنش‌های الکتروشیمیایی که منجر به خوردگی آهن می‌شود، جلوگیری می‌کنند. از جمله این بازدارنده‌ها می‌توان به بازدارنده‌های خوردگی فاز بخار اشاره کرد.
کنترل سایر عوامل موثر بر خوردگی
سایر عواملی که می‌تواند بر خوردگی فولادها تاثیر بگذارند و میزان آن را کاهش دهند می‌توان به رطوبت پایین محیط، کاهش آلاینده‌ها، افزایش میزان pH و ... اشاره کرد. اگرچه اجرای روش‌های جلوگیری از خوردگی باعث افزایش قیمت آهن آلات می‌شود، اما چنانچه خوردگی آهن با استفاه از روش‌های ذکرشده کنترل شود، افزایش عمر قطعات و کاهش هزینه‌های تحمیلی مستقیم و غیرمستقیم را در پی داشته و در نتیجه، جلوگیری از خوردگی یک عمل دو سر برد است.
نظرات کاربران