آیا تا به حال به فلزات قدیمی دقت کرده‌اید؟ این فلزات معمولاً تغییر رنگ داده‌اند و استحکام گذشته را ندارند. دلیل این تغییرات، فرآیندی به نام خوردگی است. خوردگی فلزات در نتیجه واکنش‌های شیمیایی پیچیده‌ای رخ می‌دهد که می‌تواند در خواص فلز تغییرات فراوانی ایجاد کند. خوردگی فلزات انواع مختلفی دارد و داشتن اطلاعاتی درباره هر نوع خوردگی و علت به وجود آمدن آن‌ها، می‌تواند به شما در جلوگیری از ایجاد این اتفاق کمک کند.
خوردگی به چه معناست؟
خوردگی فلز زمانی اتفاق می‌افتد که سطح فلز با یک ماده خورنده واکنش نشان می‌دهد یا به عبارتی دیگر، تحت شرایط نامساعدی قرار می‌گیرد که خوردگی سطح بروز می‌یابد. اکسیداسیون یا زنگ‌زدگی روی سطح در معرض فلز رخ می‌دهد و باعث می‌شود که ساختار فلز در طول زمان تضعیف شده و خواص آن همچون استحکام، از دست بروند.
خوردگی تنها مختص فلزات نیست، بلکه می‌تواند در مواد دیگر مانند پلیمرها و سرامیک‌ها نیز رخ دهد. با این حال برای این مواد، اصطلاح تخریب بیشتر از خوردگی رایج است. خوردگی یک فرآیند طبیعی بوده که یک فلز را به اکسید فلزی پایدارتر تبدیل می‌کند. طی این فرآیند، تبادل الکترون بین فلز و محیط رخ داده و فلز در الکترون‌های خود را از دست می‌دهد.
همه فلزات در طول زمان خورده می‌شوند، اما نوع محیطی که فلز در معرض آن قرار می‌گیرد می‌تواند در سرعت روند خوردگی تاثیر زیادی داشته باشد. طلا و پلاتین از جمله فلزات پایداری هستند که به دلیل ماهیت شیمیایی خاص خود، کمتر دچار خوردگی می‌شوند. از طرف دیگر آلیاژهای حاوی آهن در مواجهه با هوا و رطوبت، بیشتر زنگ می‌زنند.
عوامل موثر در خوردگی فلزات
یکی از مهم‌ترین عوامل موثر در خوردگی، اکسیژن است، اما در ایجاد خوردگی و همچنین سرعت پیشرفت آن، عوامل مختلف دیگری نیز دخیل هستند که در ادامه درباره هر کدام توضیحاتی می‌دهیم.
رطوبت
رطوبت یکی از عوامل مهمی است که می‌تواند منجر به خوردگی شود. فلزات در محیط‌های مرطوب خیلی سریع‌تر دچار خوردگی یا زنگ‌زدگی خواهند شد. محیط ایده‌آل برای فلزات به ویژه فلزات غیرآلیاژی، محیط خشک و غیرمرطوب است. با این حال، اگر فلز باید در یک محیط مرطوب به کار گرفته شود، استفاده از آلیاژهای فلزی می‌تواند برای جلوگیری از خوردگی مفید باشد.
دما
دما نیز عاملی است که می‌تواند بر میزان زنگ‌زدگی تاثیر بگذارد. نوع خاصی از خوردگی شدید به نام خوردگی در دمای بالا وجود دارد که برای بسیاری از فلزات مضر است، اما خوشبختانه در آب و هوای معتدل‌تر این اتفاق به ندرت رخ می‌دهد.
نوع فلز
نوع فلزی که برای یک کالا استفاده می‌شود عامل دیگری است که تعیین می‌کند تا چه حد ممکن است خوردگی رخ دهد. فلزات خالص در برابر خوردگی نسبت به آلیاژها، حساسیت بیشتری دارند. یکی از مقاوم‌ترین آلیاژهای فلزی برای مصارف خانگی در برابر خوردگی، فولاد ضدزنگ است. اگر وسایل شما از فولاد ضدزنگ ساخته شده باشند، بعید است که در طول عمر دستگاه دچار خوردگی شوند. این آلیاژ به طور خاص برای مقاومت در برابر زنگ‌زدگی حتی در محیط‌های مرطوب طراحی شده است.
انواع خوردگی فلزات کدامند؟
خوردگی بر اساس نحوه تظاهر آن طبقه‌بندی می‌شود. اشکال مختلف خوردگی را با توجه به ظاهر فلز به 3 گروه تقسیم می‌کنند. این گروه‌ها عبارتند از:
- خوردگی با مشاهده بصری تایید می‌شود.
- تشخیص خوردگی نیاز به ابزار اضافی برای بررسی دارد.
- خوردگی که نیاز به تایید میکروسکوپی دارد.
در ادامه، رایج‌ترین انواع خوردگی را توضیح خواهیم داد.
خوردگی یکنواخت
خوردگی یکنواخت رایج‌ترین نوع خوردگی است و با آسیب کل سطح فلز در معرض عامل خورنده مشخص می‌شود. این نوع خوردگی معمولاً در اثر واکنش‌های شیمیایی یا الکتروشیمیایی ایجاد شده که باعث می‌شود فلز به صورت اکسید یا سایر ترکیبات درآید.
این واکنش‌ها باعث از دست رفتن ضخامت فلز در طول زمان می‌شوند و تا زمان حل شدن فلز به طور کامل، می‌توانند ادامه یابند. برای جلوگیری از خوردگی یکنواخت، می‌توانید از انواع رنگ‌ها و پوشش‌های فلزی گالوانیزه، آنودی و… استفاده کنید. همچنین، استفاده از یک فلز ضخیم‌تر نیز مفید است.
خوردگی گالوانیکی/دو فلزی
خوردگی دو فلزی (همان خوردگی گالوانیکی)، نوعی از خوردگی است و زمانی رخ می‌دهد که دو فلز به صورت مستقیم یا غیرمستقیم با یکدیگر در تماس باشند. از نظر بصری، این نوع خوردگی با از بین رفتن سریع یک فلز مشخص می‌شود؛ در حالی که فلز دیگر بدون آسیب باقی می‌ماند.
خوردگی دو فلزی یک واکنش کاملاً الکتروشیمیایی است که توسط اختلاف پتانسیل الکترود بین دو فلز ایجاد می‌شود. هنگامی که این دو فلز در معرض الکترولیت قرار می‌گیرند، نوعی سلول به نام زوج دو فلزی را تشکیل می‌دهند که در آن یک فلز به عنوان آند و دیگری به عنوان کاتد عمل می‌کنند. حرکت الکترون‌ها از آند به کاتد، باعث شروع یک واکنش اکسیداسیون در آند شده که در نهایت باعث انحلال آن، یعنی خوردگی می‌شود.
این نوع خوردگی تحت تاثیر بزرگی اختلاف پتانسیل بین دو فلز است. بنابراین، هر چه فلزات در سری گالوانیکی از یکدیگر دورتر باشند، میزان خوردگی در آند بیشتر می‌شود. برای پیشگیری از خوردگی گالوانیکی، فلزاتی را در کنار هم انتخاب کنید که در جدول سری الکتروشیمیایی فاصله کمی از یکدیگر دارند. همچنین، استفاده از پوشش‌دهنده‌ها به خصوص روی آند، سرعت خوردگی را کاهش خواهد داد.
خوردگی شکافی
خوردگی شکافی یک نوع خوردگی موضعی بسیار نافذ است که در شکاف‌های روی سطح فلز یا مستقیماً در مجاورت آن‌ها رخ می‌دهد. این شکاف‌ها می‌توانند نتیجه اتصال بین دو سطح (فلز به فلز یا فلز به غیرفلز) یا در اثر تجمع رسوبات باشند. در این نوع خوردگی، ناحیه شکاف آسیب فلز قابل مشاهده است، اما نواحی دیگر سالم می‌مانند.
یکی از معیارهای اصلی برای ایجاد خوردگی شکاف، وجود آب راکد در داخل شکاف است. این عدم حرکت سیال، اکسیژن محلول را کاهش داده و یون‌های مثبت را در محل شکاف زیاد می‌کند. فراوانی یون‌های مثبت منجر به یک‌سری واکنش‌های الکتروشیمیایی می‌شود که ترکیب سیال را تغییر می‌دهد و ماهیت آن را اسیدی می‌کند. مایع اسیدی موجود در شکاف، باعث شکستگی لایه غیرفعال فلز می‌شود و در نتیجه، فلز برای خوردگی مستعدتر خواهد شد.
خوردگی تنشی
اگر با دقت به یک فلز که مدت زمان طولانی است که مورد استفاده قرار گرفته نگاه کنید، متوجه شکستگی‌های کوچک و مویی می‌شوید که به خصوص در گوشه‌ها قابل مشاهده هستند. این حالت یک نشانه آشکار از یک شکل بدنام خوردگی به نام خوردگی تنشی است.
خوردگی تنشی زمانی اتفاق می‌افتد که مواد در محیط خورنده قرار داشته و تنش‌های کششی نیز همزمان وجود دارند. همه فلزات دارای محدوده کششی متفاوتی هستند و هر چه به نهایت این حد نزدیک‌تر شوند، احتمال وقوع خوردگی تنشی افزایش می‌یابد. برای مثال، در هر محیطی که تغییرات شدید دما وجود دارد، ممکن است خوردگی تنشی رخ دهد. بسیار مهم است که در هنگام انتخاب آلیاژ، اطمینان حاصل کنید که نوع آن برای محیط مدنظرتان کاملاً مناسب باشد.
خوردگی حفره‌ای
پس از بررسی فلز، ممکن است متوجه حفره‌های کوچکی درون آن شوید. اگرچه ممکن است این حفره‌ها ناشی از کشش و فشار روی فلز باشند، اما سناریو بدتر، احتمال وجود خوردگی حفره‌ای است.
این حفره‌های کوچک و عمیق می‌توانند در اثر عوامل مختلفی چون پوشش ضعیف فلز، وجود رسوبات خارجی در خود فلز و… ایجاد شوند. در صورتی که در ابتدای کار متوجه خوردگی حفره‌ای نشویم، احتمال خرابی‌های بسیار سریع و ویرانگری وجود دارد؛ زیرا در نقاطی که حفره‌های کوچک به وجود آمده‌اند، رطوبت می‌تواند وارد فلز شده و سبب خوردگی سریع‌تر آن شود.
خوردگی انتخابی
ساختار داخلی یک فلز یا آلیاژ گاهی اوقات بر خوردگی تاثیر می‌گذارد و منجر به حمله خوردگی انتخابی می‌شود. به عنوان مثال، می‌توان به جدا شدن روی از آلیاژ برنج اشاره کرد که تشخیص آن ساده است؛ کافیست رنگ قرمز مسی به وجود آمده روی رنگ زرد آلیاژ برنج را مشاهده کنید تا اطمینان یابید که خوردگی انتخابی رخ داده است.
خوردگی فرسایشی
خوردگی فرسایشی، تخریب فلزات و آلیاژها در اثر حرکت نسبی بین سطوح فلزی و سیالات خورنده است که بسته به سرعت این حرکت، خوردگی با سرعت مختلفی صورت می‌گیرد. این نوع خوردگی با شیارها و بی‌نظمی‌های سطحی مشخص می‌شود.
خوردگی غلظتی
خوردگی غلظتی نوعی خوردگی گالوانیکی است. همان‌طور که اتصال دو فلز غیرمشابه به یکدیگر باعث خوردگی می‌شود، شرایط غیرمشابه الکترولیت در هنگام برخورد با فلز نیز موجب خوردگی خواهد شد. خوردگی زمانی رخ می‌دهد که دو یا چند ناحیه از یک سطح فلزی با محلول‌های الکترولیتی با غلظت‌های مختلف در تماس باشند. یک فلز دارای خواص الکتریکی متفاوتی در حضور غلظت‌های مختلف الکترولیت یکسان است.
هوادهی متفاوت به فلز و غلظت‌های مختلف یون قطبیت‌های متفاوتی (مناطق آندی و کاتدی) را ایجاد می‌کنند. تفاوت در غلظت اکسیژن محلول منجر به خوردگی موضعی فلز در مناطق پنهان مانند زیر رسوبات یا در شکاف‌ها می‌شود.
کلام آخر
خوردگی فلزات می‌تواند سبب بروز خسارات بسیاری به اقتصاد جامعه شود. در نتیجه، می‌بایست انواع آن را شناخت تا بلافاصله با مشاهده اولین نشانه‌های خوردگی، بتوان از پیشروی این اتفاق جلوگیری کرد. انواع خوردگی فلزات شامل خوردگی یکنواخت، حفره‌ای، تنشی، دو فلزی، غلظتی و… می‌شوند که آگاهی از مکانیسم ایجاد آن‌ها، می‌تواند به شما در به کار بردن راهکارهایی برای جلوگیری از ایجاد خوردگی، کمک شایانی کند.