احتمالا همگی در جنگل، دریا و یا هر جای دیگر، شاهد فلزاتی بوده‌اید که رنگ عجیب و غریبی پیدا کرده‌اند؛ یا زرد و یا کدر شده‌اند. همانطور که در علوم دوران دبستان نیز خوانده‌ایم، به این پدیده اکسیداسیون یا خوردگی فلزات گفته می‌شود. این موضوع برای فلزات پیش می‌آید. در واقع خوردگی فلزات از واکنشهای شیمیایی و اکسیداسیون ناشی می‌شوند. پتینه و زنگ زدگی شامل محصولات خوردگی هستند که با جای گیری بر روی سطح فلز باعث حفاظت از آن‌ها می‌شوند. با از بین رفتن این رسوبات، سطح فلز در برابر خوردگی بسیار آسیب پذیر می‌شود. در حقیقت سه جز اصلی برای آغاز این پدیده، اکسیژن، فلز و الکترولیت می‌باشد.
جالب است بدانید که همین خوردگی یک مشکل پر هزینه و البته خطرناک است؛ چرا که سبب سقوط ساختمان‌ها، نشت کارخانه‌های شیمیایی و یا شکستگی خطوط لوله‌های نفت می‌شود. لازم به توجه است که حتی برخورد و تماس الکتریکی فلزات خورده شده می‌تواند باعث آتش سوزی و مشکلات دیگر شود. خوردگی می‌تواند تهدیدی به منظور دفع ایمن زباله‌های رادیواکتیو باشد که برای ده‌ها هزار سال در ظروف نگهداری شود.
پوشش‌هایی مثل رنگ‌آمیزی، گالوانیزه، آندایزینگ به منظور محافظت از خوردگی به کار گرفته می‌شوند. در ادامه این متن از فولادسل همه چیز در رابطه با خوردگی فلزات را خدمتتان ارائه خواهیم کرد.
فرآیند الکتروشیمیایی خوردگی فلزات
خوردگی از انجام واکنشهای اکسایش و کاهش ناشی می‌شود. فلز خورده شده تحت عنوان آند در این فرایند عمل می‌نماید و در طی اکسید شدن، یون‌ها و الکترون‌ها را آزاد خواهد کرد. زمانی که الکترون دریافت می‌شود، اکسیژن کاهش یافته و سبب تشکیل هیدروکسی و واکنش کاتدی خواهد شد. یون‌های فلزی موجود در محلول با تجزیه آند هیدراته شده یا ترکیباتی جامد را در سطح فلز تشکیل خواهند داد. در حالت اول اکسیداسیون تداوم یافته و باعث توسعه خوردگی می‌شود اما در حالت دوم تشکیل یک لایه بر روی سطح خوردگی فرآیند را متوقف می‌کند. خوردگی معمولی هنگامی رخ می‌دهد که بیشتر و یا همه اتم‌های موجود در یک سطح فلزی اکسید شوند و باعث آسیب به تمام سطح شوند. جالب است بدانید که بیشتر فلزات به آسانی اکسید می‌شوند؛ چرا که آن‌ها تمایل دارند الکترون‌های لایه ظرفیت خود را به اکسیژن و مواد دیگر موجود در آب یا هوا دهند. اکسیژن به محض کاهش با فلز اکسید تشکیل خواهد داد.
انواع خوردگی فلزات
در ادامه با انواع خوردگی فلزات آشنا خواهیم شد.
اول، خوردگی یکنواخت
این خوردگی، حمله‌ای یکنواخت در سطح مواد به حساب می‌آید و متداولترین نوع این رویداد می‌باشد. جالب است بدانید که میتوان میزان حمله را به راحتی مورد ارزیابی قرار داد. به همین خاطر این خوش خیم‌ترین خوردگی بوده و معمولا در مناطق نسبتا وسیعی از سطح ماده روی می‌دهد.
دوم، خوردگی حفره
یکی از مخرب‌ترین انواع خوردگی حفره سوراخ کننده است؛ چرا که پیش بینی، شناسایی و توصیف آن کار دشواری است. در این مدل یک آندی موضعی و یا یک نقطه کاتدی سبب ایجاد خوردگی کوچک با سطح طبیعی خواهد شد. پس از آن این محل به سوراخ یا حفرهای تبدیل می‌شود که اشکال مختلفی را به خود می‌گیرد. این خوردگی می‌تواند در اثر شکستگی موضعی یا آسیب به فیلم اکسید محافظ یا پوشش محافظ به وجود آید و باعث خرابی در سازه شود.
سوم، خوردگی شکافی
نوعی خوردگی موضعی وجود دارد که به خوردگی شکافی معروف است و معمولا ناشی از یک ریز محیط ایستا بوده که در آن غلظت یون‌ها بین دو ناحیه فلز تفاوت دارد. این خوردگی در مناطق مختلفی رخ می‌دهد مانند: واشر، سر پیچ و غیره. این مناطق به عوامل خورنده وارد می‌شود اما اجازه گسترش خوردگی را در داخل نمی‌دهد.
چهارم، خوردگی بین دانه‌ای
ناخالصی‌های موجود در مرز دانه‌ها، تخلیه یا غنی سازی عنصر آلیاژی در مرز دانه می‌تواند ناشی از خوردگی بین دانه‌ای باشد. این خوردگی در امتداد یا مجاورت این دانه‌ها رخ می‌دهد و به صورت جدی بر خصوصیات فیزیکی اثر می‌گذارد.
پنجم، خوردگی تنشی
زمانی که تنش کششی و یک محیط خورنده با هم در دمای بالا ترکیب شوند، خوردگی تنشی رخ می‌دهد. این موضوع امکان دارد در اثر تنش خارجی مثل بارهای واقعی کششی روی فلز یا انبساط/انقباض در اثر تغییرات سریع دمایی به وجود آید. یا حتی ناشی از تنش پسماندی باشد که در زمان تولید به وجود آمده است.
ششم، خوردگی گالوانیکی (زوج گالوانیک)
به تخریب یک فلز در نزدیکی یک اتصال یا تقطیع، خوردگی گالوانیزه می‌گویند که زمانی رخ می‌دهد که دو فلز الکتروشیمیایی غیر مشابه در تماس الکتریکی در یک محیط الکترولیت باشند. بیایید این موضوع را با یک مثال برای‌تان باز کنیم. توجه داشته باشید که اگر مس، در محیط آب شور با فولاد تماس پیدا کند، خوردگی فولاد اتفاق می‌افتد. پس میتوان این گونه فهمید که هر چقدر فلزات در مجموعه گالوانیک به یکدیگر نزدیک‌تر باشند، به کاهش خوردگی گالوانیک کمک شایانی می‌کند.
انواع دیگر واکنشهای مخرب در سطح فلزات اعم اند از: خوردگی فرسایشی، غلظتی، سایشی و روی‌زدایی.
هفتم، سینتیک خوردگی فلزات
شاید برای‌تان جالب باشد که اکسایش یک نیم واکنش است که در نواحی اکسایش و یا آند اتفاق می‌افتد. اما خوردگی را نمی‌توان مثل اکسایش نیم واکنش خواند؛ چرا که در این فرایند یک سلول الکتروشیمیایی کامل ایجاد می‌شود که در آن نیم واکنش آندی و کاتدی همزمان انجام می‌گیرد. به همین خاطر است که در پتانسیلی بین آند و کاتد، فلز مورد انحلال قرار گرفته و دچار خوردگی می‌شود. در طی خوردگی هر فرایندی که تحت تاثیر نیم واکنش کاتدی قرار بگیرد، می‌تواند سرعت خوردگی را کم و یا زیاد کند.
عواملی که فلز را دچار خوردگی می‌کند!
در ادامه با عوامل تاثیرگذار در خوردگی فلز آشنا خواهیم شد.
حرارت
همانطور که می‌دانید بالا رفتن حرارت در بسیاری از واکنش‌ها، سرعت آن را افزایش می‌دهد؛ به همین خاطر خوردگی سرعت می‌گیرد. به همین دلیل است که فلزات در محیط‌هایی که درجه حرارت بالایی دارند، زودتر زنگ می‌زنند.
اختلاف پتانسیل
زمانی که دو عنصر یا دو فلز اختلاف پتانسیل بالایی داشته باشند، واکنش خوردگی سرعت می‌گیرد؛ چرا که این موضوع باعث افزایش جریان تولید شده و یا تعداد الکترون‌های عبوری می‌شود.
عملیات حرارتی
خواص فیزیکی وابسته به عملیات حرارتی، ساختار بلوری فلزات و مرزدانه می‌تواند بر روی فلز در زمان ساخت اعمال گردد و در نتیجه بر روی خوردگی تاثیر بگذارد.
تشعشع
ساختمان‌های پزشکی را در نظر بگیرید، شیرآلات مورد استفاده در قسمت‌های رادیواکتیو زودتر از بخش‌های دیگر دچار خوردگی گشته و از بین خواهند رفت.
از عوامل دیگری که بر روی خوردگی فلزات تاثیر می‌گذارد میتوان به زمان، ناخالصی محیط، تنش‌های مکانیکی، فشار و ویژگی‌های فلز اشاره کرد.
فلزات در آب دچار خوردگی می‌شوند!
از ابتدای وجود، آب که یک الکترولیت است همیشه دلیل اصلی خوردگی فلزات و زنگ زدگی بوده و هست. دلیل این موضوع بدین خاطر است که آب با دی اکسید کربن موجود در هوا واکنش داده و در نهایت باعث تشکیل اسید کربنیک می‌شود که خود یک اسیدی ضعیف است. اسید کربنیک قوی‌تر از آب الکترولیت بوده و در نهایت باعث تسریع زنگ زدگی فلزات می‌شود.
دریا و خوردگی فلزات
یکی از محیط‌های خورنده برای فلزات آب دریا بوده که اغلب صنایع دریایی، آب شیرین کن‌ها با آن رو‌به‌رو هستند. بسیاری از افراد فکر می‌کنند که آب دریا تنها یک محلول از نمک‌های معدنی است! اما باید خدمتتان عرض کنیم که این تفکر غلط بوده و آب دریا حاوی مواد مختلفی است؛ از جمله مخلوطی از نمک‌ها، گازهای حل شده، عناصر جامد معلق و عناصر آلی که همه آن‌ها توانایی تحت تاثیر قرار دادن فلزات را دارند.
جالب است بدانید که سرعت خوردگی فلزات در دریا علاوه بر آن که به نوع فلز یا آلیاژ کاربردی بستگی دارد به عمق، درجه حرارت، میزان و نوع گازهای حل شده و ترکیبات آلی و معدنی و عوامل بیولوژیکی دیگر آب دریا نیز وابسته است.
اسید، فلزات را می‌خورد!
تماس فلز با گازهای ناخالص، مایعات و یا جامدات خورنده باعث این اتفاق می‌شود. اگر بخواهیم به طور دقیق‌تری خدمتتان بگوییم، هیدروکلریک اسید و هیدروژن سولفید اسیدها باعث این رویداد می‌شوند.
نکته: علاوه بر موارد گفته شده مواجه شدن فلز با نمک نیز می‌تواند باعث خوردگی سطح آن شود.
جلوگیری از خوردگی فلزات
روشهای مختلفی وجود دارد که میتوان برای کاهش آسیب به فلزاتی که در معرض آب نمک، آب و هوا، محیط‌های تهاجمی و اسیدها از آن‌ها کمک گرفت. آلیاژهای فلزی محافظت نشده آسیب‌پذیر در برابر خوردگی هستند و حتی در محیط‌های خشک و با درجه حرارت پایدار نیز خرد می‌شوند. البته میتوان با محافظت از آن‌ها از خوردگی پیشگیری کرد. در ادامه با این روشها آشنا خواهیم شد:
اول، تیمار سطحی
در زمان استفاده از تیمار سطحی مطمئن شوید که یک پوشش کامل، بدون هیچ ترک، سوراخ و یا شکافی بدست آمده باشد. پاشنه آشیل را به یاد دارید که تنها از همان نقطه ضربه خورد! نقص‌های کوچک در فلز نیز مانند همان پاشنه است که می‌تواند اجازه نفوذ خوردگی به داخل را بدهد و سبب آسیب بیشتر از داخل شود و ممکن است لایه محافظ بیرونی برای مدتی سالم بماند.
دوم، استفاده از روکش
به راحتی و با ایجاد سدی از مواد مقاوم میتوان از خوردگی فلزات کاست. از جمله روشهای ضد خوردگی میتوان به رنگ آمیزی، آب‌کاری و استفاده از لعاب اشاره نمود. توجه داشته باشید که پوشش باید به حد کافی ضخیم باشد تا بتواند از لایه زیرین محافظت کند. میتوان این طور بیان کرد که عمر فلز با ضخامت پوشش، ارتباط مستقیمی دارد.
سوم، پوششهای فعال
این پوشش که یک نوع مواد شیمیایی است، واکنشهای الکتروشیمیایی در عایق الکتریکی یا غیر قابل نفوذ کردن آن در مقابل مواد شیمیایی را سرکوب می‌کند. این روش باعث می‌شود سیستم نسبت به هر خراش و یا نقصی در پوشش حساسیت کمتری نشان دهد؛ چرا که هر جایی از فلز که در معرض خطر قرار بگیرد، بازدارنده‌ها وارد عمل می‌شوند. مواد شیمیایی که باعث پیشگیری از خوردگی فلز می‌شوند عبارت‌اند از:
- نمک‌های موجود در آب سخت
- کرومات‌ها
- فسفات‌ها
- پلی آنیلین
- پلیمرهای رسانا دیگر
- مواد شیمیایی مخصوصی که به سورفاکتانت‌ها شبیه‌اند
چهارم، آنودایزینگ
در آندایزینگ آلیاژهای آلومینیوم بیشتر تحت تاثیر عملیات تصفیه سطح قرار می‌گیرند. این پوشش بسیار مقاوم در برابر هوا و خوردگی بوده؛ به همین خاطر برای نمای ساختمان و دیگر مناطق سطحی به کار می‌رود؛ چرا که به طور مداوم در تماس با عناصر مختلف‌اند.
جمع بندی
خوردگی فلزات موضوعی است که خواه ناخواه رخ می دهد. ما در این متن از فولادسل هر آن چه را که باید در ارتباط با خوردگی فلزات بدانید خدمتتان عرض کردیم. اگر شما هم تجربه مشابهی از این موضوع داشته اید می توانید در قالب کامنت، آن را با ما و دیگر کاربران گرامی در میان بگذارید. ممنون از همراهی همیشگی شما عزیزان .