خوردگی فلزات به معنای تخریب یک ماده در نتیجه واکنش‌های شیمیایی بین خود و محیط اطراف است. اگرچه خوردگی بر موادی غیر از فلزات، از جمله پلیمرها و سرامیک‌ها تاثیر می‌گذارد، این اصطلاح اغلب با تخریب فلزات مرتبط است. انواع خوردگی شامل خوردگی فلزات به صورت یکنواخت، حفرهای، شکافی، بین دانه‌ای، تنشی و گالوانیکی میشود. از جمله عوامل موثر بر خوردگی فلزات می‌توان به حرارت محیط، فشار، زمان نامناسب نصب، کثیفی و وجود ناخالصی در سطح فلز، تشعشعات طبیعی و مصنوعی و اختلاف پتانسیل دو فلز اشاره کرد. در این مقاله به عوامل موثر بر خوردگی فلزات به همراه راه‌های پیشگیری از آن می‌پردازیم.
خوردگی چیست؟
خوردگی زمانی اتفاق می‌افتد که اکثر یا همه اتم‌های روی یک سطح فلز اکسید شده و به کل سطح آسیب برسانند. اکثر فلزات به راحتی اکسید می‌شوند: آنها تمایل دارند الکترون‌های خود را به اکسیژن (و سایر مواد) در هوا یا آب از دست بدهند. با کاهش اکسیژن (به دست آوردن الکترون)، با فلز یک اکسید تشکیل می‌دهد.
بیشتر بخوانید: لیست انواع فلزات به همراه جدول کامل
علت خوردگی فلزات چیست؟
هنگامی که فلز با ماده دیگری مانند اکسیژن، هیدروژن، جریان الکتریکی یا حتی کثیفی و باکتری واکنش نشان می‌دهد، خورده میشود. زمانی که فلزاتی مانند فولاد تحت فشار بیش از حد قرار می‌گیرند، باعث ترک خوردن مواد می‌گردد. بنابراین خوردگی فلزات نیز این گونه میتواند اتفاق بیفتد.
بیشتر بخوانید: استعلام لحظه‌ای قیمت فلزات
خوردگی آهن چیست؟
رایج‌ترین نوع خوردگی آهن زمانی اتفاق می‌افتد که در معرض اکسیژن و وجود آب قرار می‌گیرد. اینجاست که اکسید آهن به رنگ قرمز خود را نشان می‌دهد که معمولا به آن زنگ‌زدگی می‌گویند.
زنگ‌زدگی همچنین میتواند آلیاژهای آهن مانند فولاد را تحت تاثیر قرار دهد. زنگ زدن آهن زمانی ایجاد میشود که آهن با کلرید در یک محیط فاقد اکسیژن واکنش می‌دهد، در حالی که زنگ‌زدگی سبز، که نوع دیگری از خوردگی است، میتواند مستقیما از آهن فلزی یا هیدروکسید آهن تشکیل شود.
انواع خوردگی فلزات
خوردگی فلزات در انواع مختلفی شکل می‌گیرد که عبارتند از:
۱- خوردگی یکنواخت
این نوع رایج ترین شکل خوردگی فلزات است که معمولا به طور یکنواخت در مناطق وسیعی از سطح یک ماده اتفاق می‌افتد.
۲- خوردگی حفرهای
یکی از تهاجمی‌ترین اشکال خوردگی فلزات، به صورت حفرهای است. این نوع خوردگی موضعی زمانی اتفاق می‌افتد که یک نقطه آندی یا کاتدی یک سلول خوردگی را با سطح اطراف تشکیل می‌دهد.
علاوه بر این، خوردگی حفرهای میتواند سوراخ یا حفرهای به وجود آورد که معمولا در جهت عمودی از سطح به پایین مواد نفوذ می‌کند.
خوردگی فلز به صورت حفرهای میتواند در اثر آسیب یا شکستن لایه اکسید یا یک پوشش محافظ ایجاد شود و همچنین از طریق عدم یکنواختی در ساختار فلز به وجود آید. این نوع خطرناک از خوردگی فلزات میتواند باعث از کار افتادن سازه با وجود تلفات نسبتا کم فلز شود.
۳- خوردگی شکافی
این شکل از خوردگی فلزات در مناطقی که اکسیژن محدود است مانند زیر واشر یا سر پیچ‌ها رخ می‌دهد. خوردگی شکاف معمولا از تفاوت در غلظت یون بین دو ناحیه فلز حاصل میشود. به طوری که ریز محیط راکد از گردش اکسیژن جلوگیری می‌کند و باعث توقف مجدد آن میشود. در نتیجه باعث ایجاد محلول راکد شده که تعادل pH را از حالت خنثی دور می‌کند.
عدم تعادل بین شکاف و سایر مواد به ایجاد خوردگی زیاد کمک می‌کند. خوردگی فلزات به صورت شکافی در دماهای پایین‌تری نسبت به خوردگی حفرهای رخ می‌دهد که با طراحی مناسب اتصال می‌توان آن را به حداقل رساند.
۴- خوردگی بین دانه‌ای
خوردگی بین دانه‌ای زمانی اتفاق می‌افتد که ناخالصی‌هایی در مرز دانه‌بندی وجود داشته باشد که باعث ایجاد انجماد یک آلیاژ ایجاد میشود. همچنین میتواند ناشی از غنی شدن یا تهی شدن یک عنصر آلیاژی در مرزهای دانه باشد.
این نوع خوردگی در امتداد یا در مجاورت دانه‌ها رخ می‌دهد و بر خواص مکانیکی فلز تاثیر می‌گذارد؛ علی‌رغم اینکه بخش عمده‌ای از مواد تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد.
۵- خوردگی تنشی (SCC)
خوردگی تنشی به رشد ترک‌ها به دلیل محیط خورنده اطلاق میشود که می تواند منجر به شکست فلزات انعطاف‌پذیر هنگام قرار گرفتن در معرض تنش کششی به ویژه در دماهای بالا شود. این نوع خوردگی بیشتر در فلزات خالص رایج است و به محیط شیمیایی خاص بستگی دارد که در آن تنها غلظت کمی از مواد شیمیایی فعال برای ترک‌های ایجاد شده مورد نیاز است.
۶- خوردگی گالوانیکی
این شکل از خوردگی فلزات زمانی رخ می‌دهد که دو فلز مختلف با تماس فیزیکی یا الکتریکی در یک الکترولیت مشترک (مانند آب نمک) غوطه‌ور شوند؛ یا زمانی که یک فلز در معرض غلظت‌های مختلف الکترولیت قرار می‌گیرد.
در جایی که دو فلز با هم غوطه‌ور می‌شوند، فلز فعال‌تر (آند) سریعتر از فلز نجیب‌تر (کاتد) به سمت خوردگی می‌رود. سری گالوانیکی تعیین می‌کند که کدام فلزات سریعتر خورده می‌شوند. بنابراین در هنگام استفاده از آند قربانی برای محافظت از ساختار در برابر خوردگی مفید است.
اثرات خوردگی فلزات
هزینه سالانه خوردگی فلزات در سراسر جهان بیش از ۲ تریلیون دلار تخمین زده میشود. با این حال کارشناسان معتقدند با حفاظت در برابر خوردگی مناسب می‌توان از ۲۵ تا ۳۰ درصد آن جلوگیری کرد.
پروژه‌های ساختمانی با برنامه‌ریزی ضعیف می‌توانند زمینه را برای خوردگی فلزات به وجود آورند که این معنی اتلاف منابع طبیعی است و با نگرانی‌های جهانی در مورد پایداری تضاد دارد.
علاوه بر این، خوردگی میتواند به نگران‌های ایمنی، از دست دادن جان، هزینه‌های غیر مستقیم اضافی و آسیب منجر شود.
جدول عوامل موثر بر خوردگی فلزات
در جدول زیر به عوامل موثر بر خوردگی فلزات اشاره می‌کنیم:
| جدول عوامل موثر بر خوردگی فلزات | |
| عوامل | توضیح |
| ارتباط خواص فیزیکی و عملیات حرارتی | در حین عملیات حرارتی، خواص فیزیکی فلزات مانند ساختار بلوری و مرزدانه شکل می‌گیرد. این امر میتواند بر خوردگی اثر بگذارد. |
| اختلاف پتانسیل دو فلز | وقتی بین دو فلز اختلاف پتانسیل وجود دارد، زمینه برای خوردگی به وجود می‌آید. |
| حرارت محیط | زمانی که حرارت محیط بیش از اندازه باشد، احتمال خوردگی فلزات زیاد است. |
| تشعشعات طبیعی و مصنوعی | هرگونه تشعشع بر روی فلزات میتواند بر خوردگی فلزات اثر بگذارد. مانند فلزاتی که در ساختمان‌های پزشکی یا در محیط باز (تحت مواجهه با اشعه خورشید) قرار دارند. |
| کثیفی و ناخالصی سطح فلز و محیط | وجود هرگونه کثیفی، چربی و ناخالصی در محیط یا سطح فلز، بر خوردگی فلز اثر می‌گذارد. |
| فشار | هرگونه فشار اضافی به فلز مورد نظر میتواند زنگ‌زدگی را تسریع کند. |
| زمان نامناسب | نصب فلز در فصول مختلف میتواند باعث خوردگی فلزات شود. بنابراین به زمان استفاده از فلز توجه کنید. |
عوامل محیطی خوردگی فلزات
برخی از عوامل محیطی هستند که تاثیر مستقیم بر خوردگی فلزات دارند که عبارتند از:
۱- خوردگی فلزات در آب
- یکی از دلایل خوردگی فلزات می‌توان به آب اشاره کرد.
- آب از عوامل موثر بر زنگ‌زدگی فلزات است که به دلیل واکنش با دی اکسید کربن هوا به وجود می‌آید.
- وقتی دی اکسید کربن با آب ترکیب میشود، زمینه را برای ایجاد اسید کربنیک به وجود می‌آورد.
- اسید کربنیک عامل مهمی در خوردگی فلزات به حساب می‌آید.
۲- خوردگی فلزات در آب دریا
- آب دریا، همواره جزو عوامل محیطی موثر بر خوردگی فلزات است.
- به همین دلیل قطعات فلزی دریایی همیشه در معرض خوردگی قرار دارند.
- وجود نمک، مواد آلی، عناصر جامد و گاز در آب دریا، زمینه را برای خوردگی فلزات به وجود می‌آورد.
۳- خوردگی فلزات در محیطی اسیدی و قلیایی
- وقتی که فلز شما در معرض مایعات، جامدات و گازهای خورنده قرار می‌گیرد، احتمال خوردگی افزایش پیدا می‌کند.
- برخی از اسیدها مانند اسید کلریدریک و اسید سولفوریک در خوردگی فلزات اثرگذار هستند.
چگونه از خوردگی فلزات جلوگیری کنیم؟
راه‌های جلوگیری از خوردگی فلزات عبارتند از:
- از فلزات غیر خورنده مانند فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم استفاده کنید.
- اطمینان حاصل کنید که سطح فلز تمیز و خشک بماند.
- از عوامل خشک‌کننده استفاده کنید.
- از بروز سوراخ یا ترک در سطح فلز جلوگیری کنید. در صورت مشاهده، حتما آن را تعمیر نمایید.
- استفاده از روکش مناسب مانند رنگ آمیزی با رنگ اکریلیک، اپوکسی، پلی یورتان و …، آبکاری و لعاب مناسب (آلیاژ روی)، احتمال خوردگی فلزات را کاهش می‌دهد.
- ضخامت پوشش مورد استفاده نیز میتواند فلز شما را در برابر خوردگی مصون بدارد.
- استفاده از پوشش‌های فعال شیمیایی مانند کروم، پلیمرهای رسانا، پلی آنیلین، فسفات، آب سخت و …، راهکار مناسبی برای جلوگیری از خوردگی فلزات است.
- استفاده از فرآیند آنودایزیک که در آن آند به کاتد تبدیل میشود، روش مناسبی برای جلوگیری از زنگ‌زدگی فلزات است.
- تا می‌توانید از حفاظت کاتدی برای فلزات مورد استفاده در محیط‌های صنعتی و دریایی مانند لوله‌های نفتی، گازی و پتروشیمی استفاده کنید.
- از CPF برای حفاظت از خوردگی آرماتور استفاده کنید. CPF به قالب نفوذپذیر کنترل شده برای جلوگیری از سایش، نفوذ کلرید، یخ‌زدگی و … فلزات سازه‌ها استفاده میشود.
- از یک پوشش یا محصول مانع مانند گریس، روغن، رنگ یا پوشش فیبر کربن استفاده کنید.
- از یک آند قربانی برای ارائه یک سیستم حفاظت کاتدی استفاده کنید.
برای کسب اطلاعات بیشتر درباره خوردگی فلزات و راه‌های پیشگیری از آن، با کارشناسان کارآهن مشورت کنید. گروه کارشناسان وب سایت کارآهن، آماده پاسخگویی به سوالات شما عزیزان هستند. برای ارتباط مستقیم با کارشناسان، همین حالا با شماره ۶۷۱۴۵-۰۲۱ تماس بگیرید.
کلام آخر
در این مقاله به موضوع خوردگی فلزات به همراه علل و راه‌های پیشگیری از آن پرداختیم. خوردگی یا زنگ‌زدگی فلزات یک امر رایج است که میتواند علت‌های مختلف شیمیایی و محیطی داشته باشد. برای جلوگیری از آن، بهترین راهکار استفاده از پوشش‌های متناسب با نوع فلز مورد استفاده است.
سوالات متداول
خوردگی فرآیند طبیعی است که در آن فلزات از یک ماده خالص به یک ماده نامطلوب تبدیل میشود. وقتی فلزات در معرض اکسیژن هوا، آب، رطوبت و مواد شیمیایی قرار می‌گیرند، پدیده‌ای به نام خوردگی رخ می‌دهد.
خوردگی فلزات در انواع مختلفی تقسیمبندی میشود که شامل خوردگی یکنواخت، حفرهای، شکافی، تنشی و گالوانیکی است.
رنگهای مختلفی برای جلوگیری از خوردگی فلزات وجود دارد که بهترین آنها شامل رنگ اپوکسی، پلی یورتان و اکریلیک پایه آب میشود.