خوردگي ( Corrosion )

خوردگي اصطلاحي است که به فساد فلزات از طريق ترکيب فلز با اکسيژن وساير مواد شيميايي انجام مي شود.

زنگ زدن ( Rusting )

زنگ زدن فقط در مورد اکسيد شدن آهن وآلياژهاي آهني در هواي خشک يا مرطوب به کار مي رود که محصول خوردگي از جنس هيدرات فريک يا اکسيد فريک است .

اکسيد شدن ساده فلزات سبک

اين فلزات شامل فلزات قليايي و قليايي خاکي هستند که وقتي اکسيد شوند حجم قشر اکسيد تشکيل شده متخلخل بوده و مانعي جهت نفوذ اکسيژن به داخل قشر اکسيد نيست و اکسيد خاصيت چسبندگي به فلز ندارد. به طور خاص سديم وپتاسيم در حرارت هاي عادي و متعارفي ميل ترکيبي شديدي با اکسيژن دارند ولي در درجات حرارت خيلي کم اکسيد شدن به تاخير مي افتد و اکسيد تشکيل شده در اين حالت خاصيت چسبندگي دارد.

آلومينيوم و آلياژهاي آن

آلومينيوم ، فلزي نرم و سبک ، اما قوي است، با ظاهري نقره‌اي - خاکستري? مات و لايه نازک اکسيداسيون که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکيل مي‌شود، از زنگ خوردگي بيشتر جلوگيري مي‌کند. وزن آلومينيوم تقريبأ يک سوم فولاد يا مس است . چکش خوار ، انعطاف پذير و به راحتي خم مي‌شود. همچنين بسيار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگي است. بعلاوه ، اين عنصر غير مغناطيسي ، بدون جرقه ، دومين فلز چکش خوار و ششمين فلز انعطاف‌پذير است آلومينيوم از جمله جديدترين مصالح ساختماني است که در آغاز قرن 20 يک فلز نسبتا کمياب بود و اين روزها از متداولترين فلزات است که به صورت آلياژي و غير آلياژي به کار مي رود .

ويژگي هاي عمومي خوردگي :

آلومينيوم يک فلز پست ( فعال ) است که با محيط اطراف ميل ترکيبي شديدي دارد . يعني سطح آلومينيوم در معرض هوا به سرعت از يک لايه نازک اکسيد آلومينيوم حدود 0.01 ميکرومتر پوشيده مي شود که فلز را از حمله بعدي خوردگي محافظت مي کند . معادله زير به معادله لگاريتمي معکوس معروف است که در مورد خوردگي و اکسيد شدن فلزاتي نظير آلومينيوم به کار مي رود :

= 1/y0 – k9( Ln[a(t-t0)+1])

y0 : ضخامت قشر اکسيد در بدو آزمايش
t0 : زمان آزمايش در بدو شروع
k9 : ثابت
اين معادله در مورد اکسيد شدن آلومينيوم د ردرجه حرارت معمولي و اکسيژن خشک صادق است . هم چنين د راين فلز و در فلز زيرکونيوم رشد فيلم به روش اکسيد شدن آنوديک از اين معادله پيروي مي کند . وقتي آلومينيوم د رمجاورت اکسيژن خالص و خشک قرار مي گيرد بين اکسيژن وآلومينيوم يک نوع پيل الکتريکي موضعي تشکيل مي شود که سبب رشد فيلم مي شود .

خوردگي يکنواخت :

خوردگي يکنواخت فلز آلومينيوم در فضاي باز معمولا قابل اغماض است . محلول هاي داراي PH خارج از دامنه اثر ناپذيري در نمودار پتانسيل PH سبب خوردگي مواد ساخته شده از آلومينيوم مي شوند. ملاط تازه تهيه شده هم قليايي است ولذا خورنده آلومينيوم است از اين رو براي اجتناب از گسترش مناطق حک شده در سطح فلز بايد مراقبت شود که از پخش شدن ملاط جلوگيري شود . سطوح آلومينيومي که در تماس با بتون تازه هستند حتما در آغاز زدوده مي شوند ولي به زودي با تشکيل اندود آلومينات کلسيم برروي آن ها از خوردگي بعدي جلوگيري مي شود.

تشکيل حفره :

در اتمسفرهاي باز آلوده ? حفره هاي کوچکي تشکيل مي شوند که با چشم قابل رويت نيستند . روي اين حفره ها جرم هاي کوچک محصولات خوردگي معمولا اکسيد آلومينيوم و هيدروکسيد آلومينيوم هستند ? تشکيل مي شوند . حفره هاي کم عمق معمولا اثر چنداني بر استحکام مکانيکي ساختمان ها ندارند ? با اين وجود جلاي درخشنده فلز به تدريج از بين مي رود و به جاي آن اندود خاکستري – زنگاري محصولات خوردگي ظاهر مي شود. اگر اتمسفر حاوي دوده فراوان باشد دوده توسط محصولات خوردگي جذب و رنگ زنگاري تيره ايجاد مي شود .
اگر آلومينيوم به طور دائم در معرض آب قرار گيرد حفره دار شدن آن خيلي جدي خواهد بود . به خصوص اگر آب راکد باشد حضور اکسيژن وکلريد و يا يون هاي ديگر هاليد ها تعيين کننده وجود حمله و شدت حمله خواهد بود . اگر يون هاي HCO3 و Cu2+وجود داشته باشند خطر حفره دار بودن بيشتر خواهد بود البته مشروط بر اين که پتانسيل تشکيل حفره بالا رود . بيرون حفره واکنش کاتدي انجام مي گيرد که کنترل کننده سرعت تشکيل حفره است .

خوردگي دو فلزي :

چون آلومينيوم يک فلز پست است خطر خوردگي دو فلزي در تماس مستقيم آن با يک فلز نجيب تر مثل فولاد وجود دارد . ولي شرط وقوع حمله ? حضور يک الکتروليت در نقطه تماس است . لذا خوردگي دو فلزي در فضاي بسته خشک به وجود نمي آيد و خطر حمله خوردگي دو فلزي در اتمسفر باز وجود دارد . البته اين نوع خوردگي روي سطحي که با دوده آلوده شده باشد هم پيش مي آيد .

خوردگي شکافي:

نوعي خوردگي شکافي در آلومينيوم در حضور آب پيش مي آيد نتيجه اين خوردگي شکافي مي تواند تشکيل اکسيد آلومينيوم باشد که به صورت لکه هاي آب سبب بي رنگ شدن سطح مي شود . زدودن لکه هاب آب دشوارو احتمالا غير ممکن است .

خوردگي لايه اي :

خوردگي لايه اي که به خوردگي پوسته شدن هم معروف است بيشتر به موادي که غلتک مي خورند يا روزن ران مي شوند ازنوع AlCuMg و AlZnMg محدود مي شود . مکان حمله د رلايه هاي موازي نازک در جهت حرکت به جلو بوده است و سبب مي شود که رويه هاي فلزي که مورد حمله قرار گرفته اند از هم جدا شده و يا تاول هايي بر سطح فلز ايجاد شود . خوردگي لايه اي با قرار گرفتن فلز در آب راکد و يا اتمسفر در يايي هم به وجود مي آيد و مقاومت در برابر خوردگي لايه اي هم از روي عمليات پير سازي تعيين مي شود .
يكي ديگر از خواص مشخصه آلياژهاي آلومينيوم مقاومت در مقابل خوردگي است. آلومينيوم خالص وقتي كه در هوا قرار گيرد بلافاصله با يك لايه چسبنده اكسيد آلومينيومي پوشيده مي‌شود، اين لايه پوششي، مانع خوردگي مي‌گردد. اگر در اثر سائيدگي اين لايه كنده شود بلافاصله دوباره تشكيل مي‌گردد. ضخامت اين لايه نازك طبيعي در حدود 025/0 ميكرون (يك ميكرون = يك هزارم ميلي‌متر) است، با اين وجود بقدري محكم است كه مانع موثري در مقابل اغلب مواد خورنده محسوب مي‌گردد.
البته برخي از آلياژهاي خاص آلومينيوم نسبت به ديگران مقاومتر است. براي مثال گروه آلياژهاي Al-mg مخصوصاً در مقابل هوا و آب دريا مقاوم است. از طرف ديگر آلياژهاي آلومينيوم حاوي مس يا روي از نظر مقاومت خوردگي ضعيف‌تر و از نظر استحكام مكانيكي قويتر مي‌باشد.
روش هاي زير در جلوگيري از خوردگي به کار مي رود :

حفاظت کاتد ي:

مصالح آلومينيوم غوطه ور در آب را مي توان به روش حفاظت کاتدي در مقابل تشکيل حفره حفظ کرد. براي اين کار پتانسيل الکترودي را تا مقدار زير پتانسيل تشکيل حفره جسم در محيط مورد نظر پايين مي آورند? با وجود اين گاز هيدروژن مي تواند در کاتد تشکيل شود که نتيجه آن بالا رفتن مقدار PH است . هرگاه PH بسيار بالا رود آلومينيوم احتمالا مورد حمله قرار مي گيرد لذا از حفاظت اضافي آن بايد اجتناب کرد .

آندي کردن:

لايه اکسيد تشکيل شده در سطح آلومينيوم در معرض هوا از خصلت حفاظتي خوبي برخوردار است اما اين لايه اکسيد را مي توان با برقکافت ضخيم تر کرد . اين کار را آندي کردن مي گويند و اکسيدي که به اين ترتيب تشکيل مي شود اندود اکسيد آندي ناميده مي شود . با آندي کردن فلز مقاومت در برابر خوردگي افزايش مي يابد ضمن اينکه سطح با قرار گرفتن در فضاي باز ظاهر جديدي پيدا خواهد کرد . در موقع آندي کردن آلومينيوم شي فلزي اند پيل الکتروليتي را تشکيل مي دهد . اندود اکسيد آندي که طي برقکافت ايجاد مي شود شامل يک لايه فشرده به صورت سد در نزديک سطح فلز و لايه ديگري با منافذ ريز بر روي آن است .

رنگ کاري :

مصالح آلومينيومي را براي فضاي باز مثل ساختمان ها نياز به رنگ مقاوم به خوردگي ندارند . خوردگي اتمسفري ان قدر شديد نيست که بر مقاومت ساختمان اثر گذارد . در هر حال رنگ کردن آلومينيوم بيشتر به منظور زيبا سازي انجام مي شود.اگر مقاومت طبيعي آلومينيوم براي بعضي از محيط‌ها كافي نباشد در آن صورت روش هايي وجود دارد كه بتوان مقاومت آن را افزايش داد. برخي از اين روشها عبارتند از: پوشش دادن با آلومينيم ? آندايزه کردن يا آبکاري ? پوشش سخت دادن ومحافظت کاتدي .

پوشش آلومينيومي دادن Alcladding:

بطور كلي آلياژهاي آلومينيوم با استحكام زياد از نظر خوردگي كم مقاومترين آنها محسوب مي‌گردند. اين مطلب بخصوص در مورد آلياژهاي حاوي درصدهاي زياد مس يا روي صادق است. از طرف ديگر مقاومت به خوردگي آلومينيوم خالص بسيار زياد است. پوشش آلومينيومي دادن يكي از روش هاي افزايش مقاومت خوردگي به يك آلياژ با استحكام زياد است. در اين فرآيند يك لايه آلومينيوم خالص به سطح آلياژ مورد نظر متصل شده و در نتيجه در مجموعه خواص مورد نظر حاصل مي‌شود. اين روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌اي مناسب است.

آندايزه كردن (آبكاري) Anodizing:

در اين روش از مقاومت زياد در مقابل خوردگي لايه پوششي كه بلافاصله بر روي سطح آلومينيوم تازه بريده شده تشكيل مي‌گردد استفاده مي‌شود. همانگونه كه قبلاً ذكر گرديد اين لايه عامل مقاومت به خوردگي طبيعي اين فلز است. آندايزه كردن در واقع يك نوع ضخيم كردن لايه اكسيدي به ضخامت تا چندين هزار برابر ضخامت لايه اكسيد طبيعي است. نتيجه عمل، لايه‌اي است سخت با ضخامت حدود 5/25 ميكرون بر تمام سطح آلومينيوم كه علاوه بر مقاومت به خوردگي در مقابل سايش نيز استحكام كافي دارد. آندايزه كردن يك روش الكتريكي است كه انواع مختلف آن اساساً از نظر محلولي كه فلز در آن مورد عمل قرار مي‌گيرد و ضخامت لايه اكسيدي حاصل، فرق مي‌نمايد. از اين طريق پوشش دادن علاوه بر حفاظت سطحي گاهي به منظور تزئيني نيز استفاده مي‌گردد اگر فلز آندايزه شده را با انواع رنگهاي مختلف پوشش دهند رنگ حاصل تقريباً بصورت قسمتي از اكسيد سطحي بدست مي‌آيد.

تاول زدن سطح قطعات آلومينيمي در هنگام عمليات حرارتي :

عواقب نفوذ هيدروژن بداخل مذاب از طريق واکنش سطحي مذاب با بخار آب در ريخته گري کاملا مشخص است. يک چنين واکنشي ممکن است در خلال عمليات حرارتي انحلال نيز با آلومينيوم جامد انجام گيرد که منجر به جذب اتم هاي هيدروژن شود. اين اتم ها مي توانند در حفره هاي داخلي با هم ترکيب شده و تشکيل مجموعه هاي گاز ملکولي دهند. در اثر حرارت دادن ماده فشار گازي موضعي ايجاد مي شود و با توجه به اينکه در اين دماهاي بالا فلز داراي پلاستيسيته نسبتا زيادي است اين امر منجر به تشکيل تاولهاي غير قابل جبران سطحي مي گردد.
تاولهاي ايجاد شده بر سطح قطعات آلياژ آلومينيومي عمليات حرارتي شده در محيط مرطوب حفره هاي داخلي که اين تاولها در آنجا ايجاد مي شوند از تخلخل هاي اوليه شمش که از بين نرفته اند ترکيبات بين فلزي که در خلال تغيير شکل ترک خورده اند و احتمالا خوشه هاي مکانهاي خالي اتمي در شبکه که ممکن است در اثر حل شدن رسوبات يا ترکيبات حاصل شده باشند ناشي مي شوند. در اين گونه موارد وجود تاولي که باعث خرابي ظاهر سطحي قطعه مي گردد ممکن است تاثير برروي خواص مکانيکي قطعات بگذارد. در هر حال بيش از حد گرم کردن قطعه منجر به تاول زدن مي گردد زيرا هيدروژن به آساني مي تواند توسط مناطق ذوب شده جذب گردد که در اين صورت مساله جدي تر مي شود و باعث مردود شدن قطعه کار مي گردد.از آنجائي که حذف کامل حفره هاي داخلي در محصولات کار شده مشکل است ? لازم است مقدار بخار آب موجود در محيط کوره را به حداقل رسانيد.اگر اين امر امکان پذير نباشد در آن صورت ورود يک نمک فلورايدي بداخل کوره در خلال عمليات حرارتي قطعات حساس مي تواند از طريق کاهش واکنش سطحي قطعه با بخار آب مفيد واقع شود.

منابع :

1) مباني تکنولوژي خوردگي / اينار ماتسون / ترجمه عسگر هورفر
2) خوردگي فلزات و جلوگيري از آن / مهندس محمد تقي عليزاده طوسي
3) http://www.joshkari.150m.com
4) http://iranwelding.blogfa.com

/س