تفاوت سایش، زنگ زدگی و خوردگی چیست؟ (روش های جلوگیری از زنگ زدگی و خوردگی)
مواد فلزی در معرض عوامل محیطی مختلف قرار می گیرند و این عوامل می توانند دوام و کارایی آن ها را به مرور زمان کاهش دهند. سه عامل مهم که باعث تخریب سطوح فلزی می شوند، «سایش»، «زنگ زدگی آهن» و «خوردگی» هستند. سایش ناشی از اصطکاک و تماس مکانیکی است، اما زنگ زدگی و خوردگی به واکنش های شیمیایی با رطوبت و اکسیژن مربوط می شوند.
درک تفاوت زنگ زدگی آهن و فلزات با دو فرایند دیگر، نقش مهمی در ارائه روش های مؤثر برای جلوگیری از این واکنش ها دارد و می تواند سبب کاهش هزینه ها در صنایع مختلف گردد. در این مقاله، تفاوت بین سایش، زنگ زدگی و خوردگی را بررسی کرده و با توجه به بالا بودن قیمت ورق استیل، آهن و بقیه فلزات، راهکارهای پیشگیری از آنها را معرفی می کنیم.
خوردگی آهن چیست؟
فرایندی الکتروشیمیایی که طی آن فلز، دچار تخریب تدریجی ساختار و کاهش استحکام و کارایی می گردد را خوردگی آهن می نامند. خوردگی آهن معمولا در واکنش با اکسیژن و آب رخ داده و منجر به ایجاد به ترکیبات پایدارتری مانند اسیدها و هیدروکسیدها می شود. در پی این واکنش، رنگ آهن سبز یا نارنجی می شود که این تغییر رنگ، زنگ زدگی آهن گفته می شود.
با این حال، خوردگی آهن تنها به اکسید شدن و زنگ زدن آن محدود نمی شود، بلکه در صورت بروز واکنش های زیر نیز آهن دچار خوردگی می شود و از بین می رود:
1. خوردگی گالوانیکی
خوردگی گالوانیکی زمانی رخ می دهد که دو فلز مختلف در تماس با یکدیگر قرار گیرند و یکی از آنها (فلز با پتانسیل کمتر) به عنوان آند در واکنش الکتروشیمیایی عمل کرده و سریع تر خوردگی اتفاق می افتد. برای مثال، اگر آهن با مس در تماس باشد، آهن دچار خوردگی می شود، زیرا پتانسیل الکتروشیمیایی آن کمتر از مس است؛ اما در این حالت آهن زنگ نمی زند.
2. خوردگی حفره ای (پیتینگ)
این نوع خوردگی زمانی رخ می دهد که ترکیبات شیمیایی خورنده مانند کلریدها به سطح آهن حمله کنند و حفره های ریز و عمیقی در فلز ایجاد کنند. این حفره ها می توانند به سرعت به بخش های دیگر فلز نفوذ کرده و آنها را تخریب کنند. در اینجا هم آهن خورده شده، اما زنگ نزده است.
4. خوردگی شیاری (Crevice Corrosion)
خوردگی در شیارها و فضاهای بسته (مانند درزها یا اتصالات فلزی) به دلیل وجود محیط های رطوبتی یا خورنده اتفاق می افتد. در این شرایط، ترکیب آب، اکسیژن و مواد شیمیایی در داخل شیار باعث خوردگی می شود. این خوردگی آهن از آنجا که به دلیل ترکیب با اکسیژن است، زنگ زدگی می نامند و با تغییر رنگ همراه است.
5. خوردگی تنشی
خوردگی تنشی در اثر فشار مکانیکی بر روی سطح آهن رخ می دهد. این نوع خوردگی زمانی رخ می دهد که آهن تحت فشار کششی و شرایط خورنده قرار گیرد. فشار باعث ترک خوردگی و تخریب سطح می شود.
6. خوردگی در اثر فلزات مذاب
آهن می تواند در دمای بالا و زمانی که در معرض فلزات مذاب قرار می گیرد، دچار خوردگی شود. این نوع خوردگی معمولاً در صنایع ریخته گری و فولادسازی رخ می دهد و با زنگ زدن متفاوت است.
7. خوردگی میکروبی
در برخی شرایط، میکروارگانیسم ها مانند باکتری ها می توانند باعث خوردگی آهن شوند. این نوع خوردگی در محیط های آبی و در تماس با مواد آلی رخ می دهد و معمولاً با تشکیل اسیدها یا ترکیبات شیمیایی توسط میکروب ها باعث تخریب فلز می شود.
روش های پیشگیری از خوردگی و زنگ زدگی آهن شامل موارد زیر هستند:
- پوشش دهی: استفاده از رنگ ها، پوشش های پودری یا لایه های محافظ دیگر می تواند سطح آهن را از تماس با عوامل خورنده و همچنین زنگ زدگی آهن محافظت کند.
- گالوانیزه کردن: پوشش دهی آهن با لایه ای از روی (Zn) که به عنوان آند فداشونده عمل کرده و از اکسید شدن آهن (زنگ زدگی آهن) جلوگیری می کند.
- حفاظت کاتدی: اتصال آهن به فلزی با پتانسیل الکتروشیمیایی منفی تر (مانند منیزیم) تا آهن به عنوان کاتد عمل کرده و از خوردگی مصون بماند.
- استفاده از بازدارنده ها: افزودن مواد شیمیایی خاص به محیط، که با تشکیل لایه های محافظ روی سطح فلز، سرعت خوردگی را کاهش می دهند.
تعریف خوردگی برای فلزات دیگر (آلومینیوم، مس، روی، کروم و تیتانیوم) هم همین است و به تخریب ساختار و از بین رفتن فلز در واکنش با عوامل شیمیایی می گویند. برخی از انواع خوردگی در صنعت شامل موارد زیر هستند:
- مس در تماس با سولفیدها خورده می شود و سولفید مس (Cu₂S) تشکیل می دهد.
- روی در محیط اسیدی حل می شود و به یون های محلول تبدیل می گردد.
- آلومینیوم در محیط های کلریدی دچار خوردگی حفره ای می شود که به ساختار آن آسیب می زند.
- تیتانیوم در اسیدهای قوی ممکن است دچار خوردگی یکنواخت و شدید شود.
جدول خوردگی فلزات مقاومت آنها را در برابر خوردگی در مواجهه با عوامل شیمیایی مختلف نشان می دهد.
بر خلاف آهن، اکسیدن شدن فلزات دیگر سبب خوردگی آنها نمی شود، بلکه حتی از آنها محافظت می کند.
زنگ زدگی و اکسیداسیون آهن چیست؟
به تغییر رنگ و واکنش شیمیایی که سبب خوردگی آهن در تماس با اکسیژن می شود زنگ زدگی و اکسیداسیون آهن می گویند.
- زنگ زدگی آهن: تغییر رنگ سطح آهن به قرمز، سبز و نارنجی به دلیل اکسید شدن است.
- اکسیداسیون آهن: ترکیب آهن با اکسیژن و آب است که به ایجاد ترکیبات پایدارتر مانند اکسیدها و هیدروکسیدها منجر می شود.
اکسیداسیون آهن و زنگ زدگی آهن با تشکیل سلول های الکتروشیمیایی کوچک روی سطح فلز آغاز می شود. در این سلول ها، نواحی مختلف سطح آهن به عنوان آند و کاتد عمل می کنند. در ناحیه آندی، آهن الکترون از دست می دهد و به یون های آهن (Fe²⁺) تبدیل می شود. الکترون های آزاد می شود به ناحیه کاتدی منتقل و در آنجا با اکسیژن و آب واکنش نشان می دهد و یون های هیدروکسید (OH⁻) تولید می کنند. یون های Fe²⁺ و OH⁻ در محلول با یکدیگر ترکیب می شوند و هیدروکسید آهن (Fe(OH)₂) را تشکیل می دهند. این ترکیب در حضور اکسیژن بیشتر اکسید می شود و به هیدروکسید آهن (III) (Fe(OH)₃) تبدیل می شود که پس از آب زدایی به اکسید آهن هیدراته (Fe₂O₃·xH₂O) یا همان « زنگ زدگی آهن» تبدیل می گردد.
با این حال همان طور که ذکر شد، زنگ زدگی و اکسیداسیون در فلزات دیگر به یک معنا نیست.
اکسید شدن در فلزات غیر از آهن به معنای واکنش فلز با اکسیژن محیط و تشکیل لایه ای از اکسید روی سطح آن است. برخلاف آهن، این فرآیند در فلزات دیگر به خوردگی مخرب منجر نمی شود و در بسیاری از موارد، لایه اکسیدی است، خاصیت محافظتی دارد و از ادامه تخریب جلوگیری می کند.
- آلومینیوم: لایه اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) محکم و غیرقابل نفوذ است و از خوردگی بیشتر جلوگیری می کند.
- مس: اکسید شدن اولیه، لایه ای از اکسید مس ایجاد می کند که در گذر زمان به پتینا (کربنات مس) تبدیل می شود و از فلز محافظت می کند.
- روی: لایه اکسید و کربنات روی، مانع از خوردگی بیشتر می شود.
- کروم و تیتانیوم: تشکیل اکسید کروم (Cr₂O₃) و اکسید تیتانیوم (TiO₂) یک لایه پایدار و محافظ ایجاد می کند که از تخریب بیشتر جلوگیری می کند.
همچنین فلزات دیگر زنگ نمی زند، به عبارت دیگر اکسیداسیون فلزات سبب تغییر رنگ به سبز یا نارنجی که نشانه ای از خوردگی آنها است، نمی شوند.
با توجه به قیمت آهن استفاده از روش هایی که مانع از زنگ زدگی آهن می شود، بسیار مهم است.
سایش آهن چیست؟
کاهش تدریجی ماده از سطح یک جسم در اثر تماس مکانیکی با جسم دیگر سایش گفته می شود. این پدیده معمولاً در سطوح در تماس با یکدیگر رخ می دهد و می تواند منجر به خراشیدگی، تغییر شکل یا حتی شکست قطعات شود. به عبارت دیگر، مفهوم سایش آهن و بقیه فلزات یکی است.
انواع سایش شامل موارد زیر هستند:
- سایش خراشی (Abrasive Wear): این نوع سایش زمانی رخ می دهد که ذرات سخت یا سطوح زبر بر روی سطح فلز حرکت کنند و باعث خراشیدگی و برداشتن ماده از سطح شوند. برای مثال، حرکت ذرات شن در داخل لوله ها می تواند منجر به سایش خراشی شود.
- سایش چسبشی (Adhesive Wear): در این حالت، دو سطح فلزی به یکدیگر می چسبند و در اثر حرکت نسبی، ذرات از یکی از سطوح جدا می شود و به سطح دیگر منتقل می شود. این نوع سایش معمولاً در فلزات نرم و در شرایط کم بار مشاهده می شود.
- سایش خستگی سطحی (Surface Fatigue Wear): این نوع سایش در اثر تنش های متناوب و سیکلیک که به سطح ماده اعمال می شوند، رخ می دهد. تنش های سیکلیک باعث ایجاد ترک های میکروسکوپی در سطح ماده می شود که در نهایت منجر به جدا شدن ذرات از سطح می گردد.
- سایش فرسایشی (Erosive Wear): این نوع سایش در اثر برخورد ذرات جامد با سطح یک ماده رخ می دهد. ذرات جامد می توانند شن، ماسه، قطرات باران یا ذرات معلق در هوا باشند. سایش فرسایشی در پره های توربین، لوله های انتقال مواد و بدنه خودروها اتفاق می افتد.
سایش می تواند منجر به کاهش عمر مفید قطعات، افزایش هزینه های نگهداری و کاهش کارایی سیستم ها شود.
تفاوت خوردگی و زنگ زدگی چیست؟
خوردگی یک فرآیند الکتروشیمیایی است که طی آن فلزات به تدریج ساختار خود را از دست می دهد و دچار تغییرات شیمیایی می شوند. خوردگی می تواند به شکل های مختلف مانند خوردگی گالوانیکی، خوردگی حفره ای یا خوردگی شیاری ظاهر شود و در اثر واکنش با مواد شیمیایی مختلفی مانند کلر، سولفور و یا اکسیژن باشد. البته لازم به ذکر است که خوردگی در اثر ترکیب با اکسیژن تنها در آهن رخ می دهد (زنگ زدگی آهن) و در فلزات دیگر، اکسید شدن نه تنها سبب خوردگی نشده، بلکه لایه ای محافظ در سطح ایجاد کرده و سبب استحکام می شود.
از طرف دیگر، زنگ زدگی تغییر رنگ فلز به آبی، نارنجی و سبز است که تنها در آهن و در نتیجه اکسیداسیون رخ می دهد. به عبارت دیگر، زنگ زدگی آهن یک نوع خاص از خوردگی است که معمولاً در فلزاتی مانند آهن و فولاد اتفاق می افتد و سبب تغییر رنگ می شود. زنگ زدگی آهن هم به تدریج باعث کاهش استحکام و دوام آهن می شود. بنابراین، زنگ زدگی آهن می تواند یکی از نشانه های خوردگی آهن باشد، اما همه انواع خوردگی فلزات آهن به زنگ زدگی آهن ختم نمی شوند.
تفاوت سایش و خوردگی آهن چیست؟
خوردگی و سایش آهن، دو پدیده متفاوت هستند که هر دو می توانند به تخریب فلزات منجر شوند، اما از لحاظ علل و فرآیندها با یکدیگر تفاوت دارند. خوردگی به تخریب فلزات در اثر واکنش های شیمیایی با محیط اطراف آن اشاره دارد، به ویژه با آب، اکسیژن یا مواد خورنده. این فرآیند معمولاً از طریق فرایندهای الکتروشیمیایی رخ می دهد و می تواند به شکل های مختلفی مانند خوردگی گالوانیکی، خوردگی حفره ای یا خوردگی شیاری بروز پیدا کند.
در مقابل، سایش به تخریب سطح فلزات در اثر تماس مکانیکی و اصطکاک با سطوح دیگر اشاره دارد. در این فرآیند، ذرات یا سطوح سخت به سطح فلز برخورد کرده و باعث خراشیدگی یا برداشتن مواد از سطح آن می شوند. سایش معمولاً به صورت تدریجی و در اثر حرکت مداوم قطعات فلزی یا تماس با ذرات سخت رخ می دهد.
برخلاف خوردگی که معمولاً به صورت شیمیایی و الکتروشیمیایی عمل می کند، سایش بیشتر ناشی از فشار و حرکت مکانیکی است.
جدول تفاوت خوردگی، سایش و زنگ زدگی آهن
در ادامه می توانید، جدول تفاوت خوردگی، زنگ زدگی آهن و سایش را ببیند.
| موضوع | خوردگی | زنگ زدگی آهن | سایش |
|---|---|---|---|
| تعریف | تخریب فلزات به دلیل واکنش های شیمیایی | زنگ زدگی آهن نوعی خوردگی در آهن است که به اکسیداسیون و تغییر رنگ منجر می شود | تخریب سطح فلزات به علت تماس و اصطکاک با سطوح دیگر |
| علت | واکنش با مواد شیمیایی (کلر، سولفور، اکسیژن) | اکسیداسیون در آهن به علت واکنش با اکسیژن | اصطکاک و فشار مکانیکی |
| اثر | کاهش استحکام فلز به دلیل تخریب شیمیایی | کاهش استحکام آهن به دلیل تخریب شیمیایی | خراشیدگی سطح فلز و کاهش عمر مفید |
جمع بندی
سایش، زنگ زدگی و خوردگی سه عامل مهم در تخریب فلزات هستند. سایش ناشی از اصطکاک و تماس مکانیکی است که باعث کاهش تدریجی ماده سطحی می شود. زنگ زدگی آهن یک نوع خاص از خوردگی است که در آهن اتفاق می افتد و به دلیل اکسید کردن آن، سبب تغییر رنگ می شود. خوردگی فرآیند شیمیایی است که باعث تخریب تدریجی فلزات به واسطه واکنش با عوامل محیطی مانند اکسیژن و رطوبت می شود. خوردگی می تواند به شکل های مختلفی همچون خوردگی گالوانیکی، حفره ای و شیاری رخ دهد.
برای پیشگیری از این مشکلات و زنگ زدگی آهن، روش هایی همچون پوشش دهی، گالوانیزه کردن، استفاده از بازدارنده ها و طراحی مناسب سطوح می تواند موثر باشد. پوشش ها می توانند فلز را از تماس مستقیم با عوامل خورنده محافظت کنند و گالوانیزه کردن نیز از اکسید شدن و زنگ زدگی آهن جلوگیری می کند. همچنین استفاده از روان کننده ها برای کاهش سایش و انتخاب مواد با سختی بالا می تواند عمر مفید قطعات را افزایش دهد.
سوالات متداول
زنگ زدگی آهن نوعی خاص از خوردگی اهن است و باعث تغییر رنگ به قرمز یا نارنجی می شود. خوردگی فرآیندی است که باعث تخریب تدریجی فلزات از طریق واکنش های شیمیایی با محیط می شود و سایش به تخریب سطح فلز در اثر اصطکاک و تماس با سطوح دیگر اشاره دارد.
برای جلوگیری از خوردگی، می توان از پوشش دهی فلزات، گالوانیزه کردن یا استفاده از بازدارنده های شیمیایی استفاده کرد. برای کاهش سایش، استفاده از روان کننده ها، انتخاب مواد با سختی بالا و طراحی سطوح مقاوم در برابر اصطکاک مناسب است.
مرکزآهن، مرجعی تخصصی و به روز برای کسب دانش و اطلاع از آخرین تحولات بازار آهن و فولاد است. با وبلاگ جامع ما، همیشه از آخرین اخبار و اطلاعات این صنعت آگاه باشید.