خوردگی فلزات، یک پدیده شیمیایی پیچیده است که در اثر تعاملات الکتروشیمیایی فلزات با عوامل محیطی، به ویژه اکسیژن و رطوبت، ایجاد می‌شود. این پدیده که به نام‌های “زنگ زدگی” یا “خوردگی” نیز شناخته می‌شود، به تخریب و زنگ‌زدگی سطح فلزات منتهی می‌شود، که در نهایت باعث تغییرات شکل و خواص مکانیکی آنها می‌شود. خوردگی نه تنها ممکن است سبب ضعف ساختار فلزات شود، بلکه به کاهش مقاومت و عمر مفید آنها نیز منجر شود.
این مقاله از شرکت فولاد هفت به بررسی علل، فرآیندها و انواع خوردگی فلزات می‌پردازد. در این راستا، مراحل خوردگی، از اکسیداسیون تا تبدیلات الکتروشیمیایی، به‌طور دقیق مورد بررسی قرار می‌گیرد. همچنین، انواع مختلف خوردگی مانند خوردگی یکنواخت، خوردگی‌های موضعی و خوردگی میکروبیولوژیکی به تفصیل مورد بحث قرار می‌گیرند.
خوردگی فلزات چیست؟
خوردگی فلزات یک پدیده شیمیایی است که به عنوان زنگ زدگی یا خوردگی معروف است و به تخریب یا زنگ زدگی سطح فلزات تحت تأثیر عوامل محیطی اشاره دارد. این پدیده اغلب به واسطه واکنش فلز با اکسیژن و رطوبت هوا رخ می‌دهد. علت اصلی خوردگی در تعاملات الکتروشیمیایی است که در آن ایجاد جریان الکتریکی میان فلز و محیط اطراف، باعث تغییرات شیمیایی و فیزیکی در سطح فلز می‌شود.
فرآیند خوردگی شامل چند مرحله است. در ابتدا، اتفاق اصلی این پدیده، یعنی اکسیداسیون، رخ می‌دهد که در آن اتم‌های فلز با اکسیژن هوا واکنش می‌کنند و تشکیل ترکیبات اکسیدی می‌شود. این اکسیدها معمولاً بخشی از پوشش محافظ فلز را تشکیل می‌دهند که در برخی موارد می‌تواند فلز را از خوردگی محافظت کند. اما در صورتی که این پوشش آسیب ببیند یا ناکافی باشد، مرحله دوم به نام تبدیلات الکتروشیمیایی شروع می‌شود.
در این مرحله، جریان الکتریکی ناشی از تفاوت پتانسیل الکتریکی بین نواحی مختلف سطح فلز وجود دارد. این جریان الکتریکی باعث تخریب محلول‌های الکترولیتی در محیط می‌شود و یون‌های فلزات به حرکت درمی‌آیند. این فرآیند باعث تجمع یون‌های فلز در یک ناحیه خاص از سطح فلز می‌شود و باعث ایجاد زیرساختارهای خوردگی، مانند خورها و ترک‌ها، می‌شود.
خوردگی فلزات نه تنها منجر به تغییرات شکل و خواص مکانیکی فلزات می‌شود، بلکه ممکن است باعث ضعف ساختار و مقاومت فلزات نیز شود. برای پیشگیری از خوردگی، از روش‌هایی مانند پوشش‌دهی محافظتی، استفاده از فلزات مقاوم به خوردگی، و کنترل محیط اطراف فلزات استفاده می‌شود. این اقدامات به حفظ دوام و کارایی فلزات کمک می‌کنند و در برخی موارد، حتی امکان افزایش عمر مفید محصولات فلزی را فراهم می‌سازند.
انواع خوردگی
خوردگی فلزات، یکی از پدیده‌های حیاتی در زمینه فلزات است که انواع گوناگونی دارد و بررسی آنها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. خوردگی ه دلیل تأثیر عوامل محیطی مانند رطوبت، اسیدها، الکترولیت‌ها و دیگر مواد شیمیایی رخ می‌دهد.
نوع رایج‌ترین خوردگی، خوردگی یکنواخت است. در این نوع، فرسودگی فلز به صورت یکنواخت و قابل ارزیابی اتفاق می‌افتد، که عمدتاً به عنوان یکی از خوش خیم‌ترین انواع فرسودگی محسوب می‌شود. این خوردگی معمولاً وسیع اما کم‌عمق است.
خوردگی‌های موضعی یا غیر یکنواخت، تخریب موضعی از ساختار فلز را نشان می‌دهند. خوردگی گالوانیک، تخریب فلز در نزدیکی اتصالات الکتروشیمیایی مختلف، و خوردگی شیاری و حفره‌ای از دیگر انواع خوردگی موضعی هستند.
خوردگی بین دنده‌ای از نتایج تخریب ناشی از خوردگی شیمیایی یا الکتروشیمیایی در مرز دانه‌بندی فلزات است. این خوردگی عمدتاً به دلیل ناخالصی‌ها در نواحی مرز بین دانه‌ها ایجاد می‌شود.
خوردگی فرسایشی از سایش مکرر و ارتعاش بر روی سطوح خشن فلزات به‌وجود می‌آید. این نوع خوردگی حفره‌ها و خطوط را بر روی سطح فلز ایجاد می‌کند.
خوردگی مکانیکی، همراه با تنش، نتیجه همزمان تأثیر تنش و محیط خورنده است. این نوع خوردگی در محیط‌های با شرایط خاص و متغیر اتفاق می‌افتد.
خوردگی میکروبی یا میکروبیولوژیکی، ناشی از میکروارگانیسم‌هایی است که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند. این موجودات می‌توانند سرعت فرآیند خوردگی را افزایش دهند و از جمله چالش‌های شناسایی و پیش‌بینی آن محسوب می‌شوند.
به طور کلی، مطالعه و درک این انواع خوردگی فلزات از اهمیت بسیاری برخوردار است تا بتوان بهبود و پیشگیری از فرسودگی فلزات را در محیط‌های مختلف بهبود داد.
عوامل ایجاد خوردگی فلزات
فرسودگی و خوردگی اموری پیچیده و چند وجهی است که به عوامل مختلفی بازمی‌گردد. این عوامل می‌توانند در هر مرحله از زندگی فلزات، از تولید تا استفاده، تأثیرگذار باشند. در زیر، به برخی از اصلی‌ترین عوامل ایجاد خوردگی در فلزات پرداخته خواهد شد.
اولین و مهم‌ترین عامل موجب خوردگی در فلزات، رطوبت است. وجود رطوبت به عنوان یک الکترولیت باعث تشکیل زنگ زدگی و فرسودگی فلزات می‌شود. آب به همراه دی اکسیدکربن موجود در هوا، باعث تولید اسید کربنیک می‌شود که الکترولیتی قوی‌تر از آب است و سرعت خوردگی را افزایش می‌دهد.
حضور نمک نیز یک عامل اساسی در ایجاد خوردگی می‌باشد. نمک حاوی گازهای حل شده، عناصر جامد معلق و مواد آلی است که تمامی این عناصر می‌توانند به فلزات آسیب برسانند. آب دریا به عنوان یک مثال معروف از محیطی است که حاوی نمک است و می‌تواند باعث خوردگی و فرسودگی سریع‌تر فلزات گردد.
فرسودگی فلزات با اسید نیز یکی دیگر از عوامل موثر است. مجاورت فلزات با اسیدها مانند هیدروکلریک اسید و هیدروژن سولفید، باعث فرسایش و خوردگی می‌شود.
افزایش حرارت نیز می‌تواند عاملی در ایجاد خوردگی باشد. افزایش حرارت سرعت واکنش‌های شیمیایی را افزایش داده و در نتیجه سرعت فرسودگی فلزات نیز افزایش می‌یابد. محیط‌های با درجه حرارت بالا ممکن است باعث خوردگی و زنگ زدگی فلزات باشند.
در نتیجه، در هر استفاده از فلزات، ضرورت دارد که به عوامل محیطی و شرایط مختلفی که ممکن است با آنها در تماس باشند، توجه ویژه‌ای داشته باشیم تا از خوردگی و فرسودگی آنها جلوگیری کنیم.
راهنمای جلوگیری از خوردگی فلزات
جلوگیری از خوردگی امری حیاتی و ضروری است که نیازمند تدابیر ویژه در مراحل مختلف استفاده از فلزات می‌باشد. در این راستا، ابتدا باید با عوامل ایجاد خوردگی آشنا شده و سپس به راهکارهای جلوگیری از آن پرداخته شود.
اولین گام در جلوگیری از خوردگی، شناخت عوامل موثر است. همانطور که بیان شد، رطوبت از جمله عامل‌های اصلی است. بنابراین، حفظ فلزات از تماس مستقیم با آب یا مایعات رطوبت‌زا، از جمله اقدامات اساسی است. استفاده از روکش‌های مقاوم به آب و رطوبت، می‌تواند به عنوان یک راهکار مؤثر در این زمینه مطرح گردد.
در مواجهه با نمک، ضرورت دارد تماس فلزات با آب دریا یا محیط‌های حاوی نمک را به حداقل برسانیم. از روش‌هایی همچون روکش‌دهی فلزات با مواد مقاوم به نمک یا حفاظت کاتودی استفاده کنیم. همچنین، شستشوی دوره‌ای با آب تصفیه شده نیز می‌تواند تأثیرگذار باشد.
برای جلوگیری از خوردگی با اسیدها، لازم است فلزات را از مواد اسیدی واقع در محیط‌های کاری دور نگه داریم. استفاده از موادی که از پیش از اثرات اسیدی محافظت کنند یا استفاده از روکش‌های مقاوم به اسیدها می‌تواند موثر باشد.
در مواجهه با حرارت، حفظ فلزات در شرایط دمایی معقول و جلوگیری از تماس مستقیم با منابع حرارتی ممکن است مؤثر باشد. همچنین، از مواد عایق حرارتی برای حفاظت از فلزات در مقابل اثرات حرارت استفاده کنیم.
اهمیت نظافت و پایش منظم بر روی فلزات نیز نباید فراموش شود. با پاکسازی دوره‌ای و مراقبت منظم، از ایجاد لایه‌های زنگ زدگی جلوگیری می‌شود.
در کل، ترکیب استفاده از روش‌های مهندسی، مواد مقاوم، نظافت دقیق و پایش مداوم می‌تواند به‌طور کلی از خوردگی فلزات جلوگیری کرده و عمر مفید آنها را افزایش دهد.
کلام پایانی
خوردگی فلزات، پدیده‌ای شیمیایی است که به عنوان زنگ زدگی یا خوردگی شناخته می‌شود و به تخریب سطح فلزات توسط عوامل محیطی اشاره دارد. این پدیده اساساً ناشی از تعاملات الکتروشیمیایی است که در اثر واکنش فلز با اکسیژن و رطوبت هوا رخ می‌دهد. فرآیند خوردگی شامل مراحل اکسیداسیون و تبدیلات الکتروشیمیایی است.
خوردگی موجب تغییرات شکل و خواص مکانیکی فلزات می‌شود و ممکن است به ضعف ساختار و مقاومت آنها منجر شود. برای پیشگیری از خوردگی، از روش‌هایی مانند پوشش‌دهی محافظتی و استفاده از فلزات مقاوم به خوردگی استفاده می‌شود. انواع خوردگی شامل خوردگی یکنواخت، خوردگی‌های موضعی، خوردگی بین دانه‌ای، خوردگی فرسایشی، خوردگی مکانیکی و خوردگی میکروبیولوژیکی هستند.
عوامل مؤثر در خوردگی شامل رطوبت، نمک، اسیدها، حرارت و آلودگی‌ها هستند. برای جلوگیری از خوردگی، می‌توان از روکش‌های مقاوم به آب و نمک، اجتناب از تماس با مواد اسیدی و حفظ شرایط حرارتی مناسب استفاده کرد. نظافت دقیق و استفاده از مواد مقاوم نیز در پیشگیری از خوردگی موثر است. این تدابیر به عنوان راهکارهای جلوگیری از خوردگی مورد توصیه قرار می‌گیرند.
