خوردگی فلزات و راه‌های جلوگیری از آن

با جلوگیری از خوردگی، عمر سازه‌ها را افزایش دهیم

فرایندهای الکتروشیمیایی با تجزیه ترکیبات به عناصر یا ساختن ترکیبات جدید، همان اندازه که می‌تواند سازنده باشند، مخرب نیز هستند. خوردگی یکی از نتایج بسیار رایج واکنش‌های الکتروشیمیایی بین مواد و محیط آنهاست.

دپارتمان علوم مهندسی

خوردگی چیست؟

خوردگی یکی از مضرترین و پرهزینه‌ترین فرایندهای طبیعی است که حتی امروزه نیز بشر با آن مواجه است. خوردگی مشکلی خطرناک و بسیار پرهزینه است. ساختمان‌ها و پل‌ها ممکن است در اثر خوردگی فرو بریزند، خطوط لوله انتقال نفت بشکنند، کارخانه‌های شیمیایی دچار نشتی خطرناک شوند یا چاه‌های دستشویی خانه‌ها بگیرند.

خوردگی نقاط تماس الکترونیکی ممکن است باعث آتش‌سوزی و مشکلات دیگر شود، خوردگی ایمپلنت‌های پزشکی ممکن است باعث مسمومیت خونی شود و آثار هنری فلزی در سرتاسر جهان دائماً به دلیل آلودگی هوا دچار آسیب حاصل از خوردگی می‌شوند. خوردگی همچنین امنیت دفع زباله‌های رادیواکتیو را تهدید می‌کند که لازم است آنها را برای ده‌ها هزار سال در ظروف فلزی دفن کنند.

رایج‌ترین نوع خوردگی، حاصل از واکنش‌های الکتروشیمیایی است. این خوردگی هنگامی اتفاق می‌افتد که اکثر اتم‌های روی سطح فلز یا همه آنها اکسیده شوند و به کل سطح فلز آسیب برسد. بیشتر فلزات به‌راحتی اکسید می‌شوند، زیرا تمایل دارند الکترون‌های خود را به اکسیژن یا سایر عناصر موجود در هوا یا آب بدهند. کاهش اکسیژن (وقتی اکسیژن الکترون کسب می‌کند) باعث تبدیل فلز به اکسید می‌شود.

هنگامی که احیا و اکسیده‌ شدن انواع فلزات در مجاورت یکدیگر رخ می‌شود، این فرایند را خوردگی گالوانیک (Galvanic corrosion) می‌نامند. خوردگی الکترولیتی که بیشتر در تجهیزات الکترونیک رخ می‌دهد وقتی است که آب یا رطوبت بین دو بخش الکترونیکی که بین آنها ولتاژ الکتریکی وجود دارد محبوس می‌شود. نتیجه این اتفاق ایجاد ناخواسته یک سلول الکترولیتی است.

 یک سازه فلزی مانند مجسمه آزادی در آمریکا را در نظر بگیرید. این مجسمه به‌نظر قوی و محکم می‌رسد و کسی فکر نمی‌کند هرگز خراب شود. اما اگر با مواد موجود در محیط خود واکنش شیمیایی بدهد، ضعیف و ناپایدار خواهد شد.

گاهی خوردگی بی‌ضرر یا حتی مفید است، مانند زنگار سبزرنگی که پوسته مسی این مجسمه‌ را ‌پوشانده و مانع از آسیب فلز زیر آن در برابر تغییرات جوی می‌شود. اما خوردگی در درون مجسمه در طول زمان باعث آسیب‌های جدی می‌شود. قاب آهنی و پوسته مسی آن مانند الکترودهای یک سلول گالوانیکی عظیم عمل می‌کنند، به‌طوری که در سال ۱۹۸۶ در صدمین سالگرد نصب مجسمه حدود نیمی از قاب آن دچار خوردگی شده بود.

محافظت طبیعی در برابر خوردگی

برخی از فلزات دارای انفعال یا مقاومت طبیعی در برابر خوردگی هستند. این وقتی است که فلز با اکسیژن هوا واکنش نشان دهد یا توسط آن دچار خوردگی شود. نتیجه این فرایند یک لایه نازک اکسیدی است که مانع تمایل فلز برای انجام واکنش‌های بیشتر می‌شود. زنگاری که روی مس ایجاد می‌شود و هوازدگی برخی از مواد مجسمه‌سازی نمونه‌های این امر هستند.

            اگر این لایه نازک در اثر تنش سازه – مثلاً سازه یک پل – یا بر اثر خراشیدگی آسیب ببیند یا از بین برود، فلز مقاومت خود را در برابر خوردگی از دست می‌دهد. در چنین مواردی ممکن است ماده مجدداً در برابر خوردگی منفعل و مقاوم شود، اما اگر چنین امکانی وجود نداشته باشد، بخش‌هایی از آن دچار خوردگی خواهند شد. از آن به بعد آسیب سازه شدیدتر خواهد بود زیرا خوردگی بر این بخش‌ها متمرکز خواهد شد.

            می‌توان از خوردگی مضر به روش‌های گوناگون پیشگیری کرد. جریان الکتریکی می‌تواند باعث تولید لایه‌های ضدخوردگی بر روی فلزاتی شود که به‌طور معمول این لایه‌ را دارا نیستند. برخی فلزات در یک محیط پایدارتر از سایر فلزات هستند و دانشمندان آلیاژهایی مانند فولاد ضدزنگ را ساخته‌اند که در شرایط خاص عملکرد سازه را بهبود می‌بخشد.

مجتمع فنی تهران : ساختار برخی فلزات را می‌توان به کمک لیزر به حالت غیرکریستالی درآورد و آنها را در برابر خوردگی مقاوم کرد. در فرایند گالوانیزه کردن، آهن یا فولاد را با لایه فعالی می‌پوشانند که باعث تشکیل یک سلول گالوانیکی می‌شود که در آن به جای فلز آهن، فلز روی خورده می‌شود. فلزات دیگر را می‌توان با آبکاری با یک فلز مقاوم یا ضدخوردگی محافظت کرد. پوشش‌های غیرفلزی مانند پوشش پلاستیکی، رنگ و روغن نیز از خوردگی فلزات جلوگیری می‌کنند.

منبع: The Electrochemical Society

مترجم: بهناز دهکردی

کلیدواژه: خوردگی