دلایل عدم زنگ زدگی در برخی فلزات چیست ؟

عدم زنگ زدگی فلزات

دلایل عدم زنگ زدگی در برخی فلزات چیست ؟ خوردگی ( Corrosion) یک فرایند طبیعی است که فلزات خالص شده را به اشکال پایدارتر شیمیایی مانند اکسید، هیدروکسید یا سولفید تبدیل می‌کند. خوردگی به‌طور کلی به صورت از بین رفتن مواد به علت واکنش با محیط تعریف می‌شود.
خوردگی باعث سقوط ساختمان ها و پل ها، شکستن لوله های حامل نفت و گاز و نشت کارخانه های شیمیایی می شود.

لازم است بدانید که خوردگی می تواند تهدیدی بزرگ برای ظرف های حاوی پسماندهای هسته ای و مواد رادیواکتیو باشد و اثرات مخربی بر محیط زیست بگذارد. یکی از راه های مقابله با زنگ زدگی، استفاده از محصولاتی است که دچار زنگ زدگی نمی‌شوند. در ادامه این نوشته قصد داریم به راه های مقابله با زنگ زدگی و معرفی فلزاتی که دچار زنگ زدگی نمی‌شوند، بپردازیم.

چگونگی زنگ زدن آهن

در صورت وجود دو عنصر آب و اکسیژن در کنار آهن فرآیند اکسید شروع شده و اکسید قرمز رنگی را بر روی فلز ایجاد میکند. در این فٰرآیند الکترون ها از آهن به اکسیژن انتقال داده شده. وجود آب و رطوبت در کنار این ترکیب فرآیند اکسید را تسریع میکند.
اگر ساده بخواهیم بیان کنیم بهترین راه برای جلوگیری از اکسید آهن ایجاد فاصله بین این ترکیبات است.

عوامل ایجاد خوردگی فلزات

عوامل متعددی می تواند باعث ایجاد فرسودگی در فلزات شود. با توجه به نوع فلز و محیطی که قرار است فلزات در آن استفاده شوند، عامل ایجاد فرسودگی نیز می تواند تغییر نماید. در حالت کلی متداول ترین عوامل ایجاد فرسودگی و خوردگی فلزات شامل موارد زیر است که به شرح هر یک می پردازیم.

• خوردگی فلزات با نمک
• خوردگی فلزات با اسید
• خوردگی فلزات با حرارت
• خوردگی فلزات به دلیل ماهیت مواد
• خوردگی فلزات با رطوبت

اولین و مهم ترین عامل ایجاد فرسودگی در انواع فلزات، رطوبت و در حقیقت آب می باشد. آب در مجاورت انواع فلزات به عنوان یک الکترولیت عمل می کند و باعث زنگ زدگی آن ها می شود. براساس منابع علمی، آب با دی اکسید کربن موجود در هوا واکنش می دهد و باعث تولید اسید کربنیک می شود. این اسید نسبت به آب الکترولیت قوی تری دارد و باعث افزایش سرعت زنگ زدگی فلزات می شود.

خوردگی فلزات با نمک

همان طور که می دانید نمک حاوی برخی از گازهای حل شده و عناصر جامد معلق به علاوه عناصر آلی می باشد که همه این عناصر می توانند فلزات را تحت تاثیر قرار دهند و باعث خوردگی و فرسودگی آن ها شوند. شاید شنیده باشید که آب دریا باعث فرسودگی فلزات می شود و دلیل آن، وجود نمک در آب دریا است. سرعت خوردگی فلزات در مجاورت با نمک، نسبت به عوامل دیگر بسیار سریع تر است.

خوردگی فلزات با اسید

فرسودگی فلزات با اسید، به علت مجاورت آن ها با مواد اسیدی، گازهای ناخالص و مایعات یا جامدات خورنده می باشد. هیدروکلریک اسید و هیدروژن سولفید، از اسیدهایی هستند که باعث فرسایش فلزات می شوند.

خوردگی فلزات با حرارت

افزایش حرارت در اغلب واکنش های شیمیایی، سرعت واکنش را افزایش می دهد. افزایش حرارت می تواند سرعت فرسودگی انواع فلزها را نیز افزایش دهد، از این رو فلزات در محیط هایی که درجه حرارت بیشتری دارد، سریع تر و با شدت بیشتری دچار زنگ زدگی و فرسایش می شوند.

خوردگی فلزات به دلیل ماهیت مواد

ماهیت مواد، پایه ای ترین دلیل فرسایش فلزات است. اختلاف پتانسیل بین دو عنصر در واکنش فرسودگی، سبب افزایش سرعت فرسایش می شود.

راه های جلوگیری از زنگ زدن آهن کدام اند؟

هزینه سالانه خوردگی فلزات در سراسر جهان بیش از 2 تریلیون دلار تخمین زده می‌شود، بااین‌حال کارشناسان معتقدند که 25 تا 30 درصد این صدمات، با محافظت مناسب در برابر انواع خوردگی قابل‌پیشگیری است. پروژه‌های ساختمانی با برنامه‌ریزی ضعیف می‌توانند منجر به یک ساختار خوردگی شود که نیاز به جایگزینی دارد، که این اتلاف منابع طبیعی است و با نگرانی‌های جهانی در مورد پایداری در تضاد است.

علاوه بر این، خوردگی می‌تواند منجر به نگرانی‌های ایمنی، از دست دادن جان، هزینه‌های غیرمستقیم اضافی و آسیب به شهرت محصولات یک کارخانه معتبر شود. بنابراین روش های جلوگیری از خوردگی فولاد یا به حداقل رساندن سرعت گسترش آن می‌تواند تأثیر بسزایی در کاهش و صرفه‌جویی در هزینه‌ها و منابع موجود داشته باشد.

برخی از رایج‌ترین راه های جلوگیری از زنگ زدن آهن و فولاد عبارت‌اند از:

• انجام آبکاری
• گالوانیزه کردن
• آنودایز کردن
• اعمال پوشش‌های غیرفعال
•  اعمال پوشش‌های فدا شونده بر روی فلز موردنظر
•  پوشش‌های بیوفیلم
• رنگ‌آمیزی و گریس کاری
• استفاده از بازدارنده‌های خوردگی یا عوامل خشک‌کننده
• تمیز کردن دوره‌ای سطح فلز

کدام فلزات زنگ نمی زنند؟

به زبان ساده ، فلزاتی که حاوی آهن نیستند زنگ نمی زنند ، اما چیزهای دیگری نیز در این زمینه وجود دارد. برخی از آلیاژهای آهن (فلزات حاوی آهن) ، مانند انواع خاصی از فولاد ، به طور خاص ساخته شده اند تا در برابر زنگ زدگی مقاوم باشند. فلزات زیر وقتی در تماس با رطوبت قرار بگیرند زنگ نمی زنند ، چه در معرض در باد و باران در فضای باز یا در حمام و آشپزخانه های داخل خانه باشند.

1. آلومینیوم
2. فولاد ضد زنگ
3. فولاد گالوانیزه
4. فلزات قرمز رنگ (مس، برنج و برنز)

آلومینیوم

آلومینیوم حاوی آهن نیست ، بنابراین زنگ نمی زند. وقتی آلومینیوم در معرض آب قرار می گیرد ، یک لایه بیرونی نازک به نام اکسید آلومینیوم ایجاد می کند که در واقع باعث مقاومت فلز در برابر عناصر می شود. زنگ زدگی آلومینیوم وجود دارد ، اما فقط وقتی فلز در معرض مواد بسیار قلیایی یا اسیدی قرار گیرد.

فولاد ضد زنگ

این فلز، جز دسته فلزهایی است که دچار خوردگی یا زنگ زدگی نمی‌شود. فولادهای ضد زنگ آستنیتی مانند 304 یا 316، دارای عناصری مانند کروم و نیکل هستند بنابراین قبل از اینکه اکسیژن بتواند با فلز ترکیب شود و واکنش نشان دهد، کروم با اکسیژن ترکیب شده و یک لایه کروم اسید بر روی فلز تشکیل می‌دهد که این لایه، مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد و باعث جلوگیری از زنگ زدگی می‌شود که در نهایت از لایه زیرین هم محافظت می‌کند.

قابل ذکر است برخی از فولادهای ضدزنگ مانند فریتی و مارتنزیتی، دارای مقادیر کمتری از عناصر نیکل و کروم هستند بنابراین این فلزات مستعد زنگ زدگی و خوردگی می‌باشند. بیشتر فلزات حاوی آهن در اثر رطوبت در نهایت زنگ میزنند.

فولاد گالوانیزه

از لحاظ فنی، فولاد گالوانیزه یک ماده پوشش داده شده است. فولاد گالوانیزه یک فولاد کربنی است که اگر یک یا چند لایه رویی نداشته باشد، به‌احتمال زیاد زنگ می‌زند. این لایه رویی به‌عنوان یک فلز فدا شونده برای فولاد عمل می‌کند.

این فرآیند موجب ایجاد یک لایه روی اکسید می‌شود که از تشکیل اکسید آهن جلوگیری می‌کند و از این رو، احتمال تشکیل زنگ زدگی را از بین می‌برد. با این حال، در صورتی که لایه رویی آسیب ببیند و یا اینکه فولاد گالوانیزه در محیط‌های نامساعد قرار بگیرد، لایه رویی بی‌اثر شده و فولاد زنگ می‌زند.

همچنین، فولاد گالوانیزه مستعد “زنگ سفید” نیز هست که نوعی از خوردگی بوده که تحت شرایط خاصی ایجاد شده و معمولاً شامل آب یا چگالش است. تشکیل زنگ سفید لزوماً به ماده یا پوشش روی آسیب نمی‌زند.

برنج

برنج آلیاژی از مس و روی است ، به این معنی که زنگ نمی زند. بنابراین جای تعجب ندارد که صدها سال در قایق ها استفاده می شده است. برنج با ظاهر طلایی خود ، در حمامها و آشپزخانه های شیک ، جایی که زیبایی به اندازه عملکرد مهم است ، جلوه ای چشمگیر دارد. اسپلش های برنجی یک روش موثر برای محافظت از دیوارهای آشپزخانه در برابر بخار است.

مس

مس زنگ نمی زند زیرا دوباره حاوی آهن نیست. این یک فلز بومی است ، به این معنی که در حالت طبیعی خام یافت می شود و نیازی به استخراج آن از سنگ معدن یا ترکیب آن با عنصر دیگری برای ساخت نیست.

این خصوصیات و رنگ روشن منحصر به فرد آن ، مس را به انتخاب هوشمندانه ای برای فضای داخلی با رطوبت زیاد ، مانند وان ها و میله های پوششی تبدیل می کند. درست مثل برنج ، اسپلش های مسی در آشپزخانه ها از رنگ محافظت می کنند. اگرچه زنگ نمیزند ، اما مس در معرض عناصر ، یک پوشش سبز ایجاد می کند که به عنوان پتینه شناخته می شود.

روش‌های جلوگیری از زنگ زدگی آهن

همانطور که می‌دانیم، زنگ آهن در مقابل آب و هوا نفوذپذیر است در نتیجه لایه های زیرین فلز، زنگ زده و در معرض خوردگی قرار دارند. برای جلوگیری از این زنگ زدگی، نیاز به پوشش هایی داریم که این نفوذپذیری را به طور کامل از بین ببرد. در این نوشته به چند روش، برای جلوگیری از تشکیل زنگ آهن اشاره کرده ایم که در زیر به توضیح آن ها می‌پردازیم.

1. آلیاژ کردن فلزات
2. گالوانیزه کردن فلزات
3.  حفاظت کاتدی
4. رنگ زدن و پوشش فلزات

آلیاژ کردن فلزات

به طورکلی آلیاژ، ترکیبی از دو یا چند فلز با یکدیگر است حتی می‌توان یک فلز را با یک غیرفلز هم ترکیب نمود. در عملیات آلیاژ کردن، باید پیوند اتمی بین عناصر تشکیل شود. گاهی اوقات برای آلیاژ کردن، فلز را تا نقطه ذوب حرارت می‌دهند و سپس باهم ترکیب می‌کنند گاهی هم مذاب یک فلز را با پودر فلز دیگری، آلیاژ می‌کنند.

پس به منظور بالابردن کیفیت، بهبود و خواص فیزیکی یا مکانیکی فلزات، از عملیات آلیاژ کردن استفاده می‌شود. همچنین گاهی اوقات متخصصان برای یک فرآیند، احتیاج به ماده ای با خصوصیات ویژه دارند که عناصر موجود، خاصیت مدنظر را شامل نمی‌شود بنابراین با عملیات آلیاژ کردن، ماده جدید را با خواص دلخواه خود به وجود می‌آورند.

گالوانیزه کردن فلزات

گالوانیزه کردن (Galvanization)، یکی از به صرفه ترین روش ها برای جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی فلزات محسوب می‌شود. دراین روش، فلز مورد نظر را با پوششی از فلز روی (zn) می‌پوشانند یعنی فلز، در حمام مذاب روی قرار می‌گیرد. فلز روی، دارای خاصیت کاتدی است که سبب می‌شود کاتد جاگیزین آند شود و یک سطح هم پتانسیل و مثبت یا کاتود را به وجود آورد که از ورود یون های فولادی، به محیط اطراف جلوگیری می‌کند و جلوی فرآیند زنگ زدگی یا خوردگی فلز را می‌گیرد.

توجه داشته باشید هرچه ضخامت پوشش فلز روی بر سطح فلز مدنظر بیش‌تر باشد، میزان مقاومت آن فلز در برابر خوردگی بیشتر می‌شود. ورق سیاه ها و مفتول های فولادی، قبل از استفاده در محیط های روباز و مرطوب مانند دریا، گالوانیزه می‌شوند.

 حفاظت کاتدی

خوردگی، یک فرآیند شیمیایی است و برعکس، حفاظت کاتدی، فرآیند الکتروشیمیایی است. این روش با تبدیل تمام مکان های آندی موجود به کاتدی، با تأمین جریان الکتریکی از منبع جایگزین، از خوردگی فلزات جلوگیری می‌کند.

رنگ زدن و پوشش فلزات

از این روش، برای کنترل زنگ آهن بر روی فلزات، استفاده می‌شود. برای جلوگیری از خوردگی فلزات می‌توان از پوشش هایی مانند رنگ، لاک الکل و… استفاده کرد. معمولاً برای جلوگیری از خوردگی خودرو، کشتی ها و بخش های سربسته، از این روش استفاده می‌کنند.