فلزات مقاوم به زنگ زدگی کدامند؟

زنگ زدگی یکی از مشکلات شایع در صنایع مختلف است که می تواند منجر به کاهش استحکام فلزات، فرسودگی تجهیزات و افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری شود. انتخاب فلز مقاوم به زنگ زدگی نقش بسیار مهمی در افزایش طول عمر و کارایی تجهیزات فلزی دارد. در این مطلب، به بررسی انواع فلزات مقاوم به زنگ زدگی، علت عدم زنگ زدن برخی از فلزات، عوامل موثر در خوردگی و روش های جلوگیری از زنگ زدگی می پردازیم.

معرفی فلزات مقاوم به زنگ زدگی

برخی از فلزات به دلیل ساختار شیمیایی خاص خود، در برابر زنگ زدگی و خوردگی مقاومت بالایی دارند. این فلزات معمولاً در محیط های مرطوب، اسیدی یا در معرض عوامل خورنده عملکرد بهتری دارند و برای استفاده در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، ساختمان سازی و صنایع دریایی بسیار مناسب هستند. این فلزات به دلیل مقاومت به زنگ زدگی سبب افزایش قیمت آن ها می شود به عنوان مثال قیمت ورق دریایی بیشتر از ورق سیاه است. در ادامه، مهمترین فلزات مقاوم به زنگ زدگی را معرفی می کنیم.

کدام فلزات دچار زنگ زدگی نمی شوند؟

برخی از فلزات به صورت طبیعی یا با استفاده از ترکیبات خاص، مقاومت بالایی در برابر زنگ زدگی دارند. این فلزات معمولاً با تشکیل یک لایه محافظ روی سطح خود، از نفوذ عوامل خورنده جلوگیری می کنند. همچنین قیمت آهن آلات مقاوم به خوردگی بیش تر از سایر انواع فولاد است. در ادامه به معرفی برخی از این آهن آلات می پردازیم.

سرب

سرب یکی از فلزات مقاوم به زنگ زدگی است که به دلیل ویژگی های خاص خود، در برابر رطوبت و مواد شیمیایی بسیار پایدار است. این فلز به ویژه در صنایع باتری سازی و لوله کشی قدیمی مورد استفاده قرار می گیرد. لایه ای که روی سطح سرب تشکیل می شود، مانع از واکنش های اکسیداسیون شده و در نتیجه زنگ زدگی در آن رخ نمی دهد.

طلا، تیتانیوم و فلزات گران بها

فلزاتی مانند طلا و تیتانیوم به دلیل ماهیت غیر واکنش پذیر خود، در برابر زنگ زدگی کاملاً مقاوم هستند. طلا یکی از معدود فلزاتی است که هیچ گونه واکنش شیمیایی با اکسیژن و رطوبت نشان نمی دهد و از دیرباز در ساخت جواهرات و کاربردهای الکترونیکی استفاده شده است. تیتانیوم نیز به دلیل داشتن لایه محافظ اکسید تیتانیوم، در برابر خوردگی مقاوم بوده و در صنایع پیشرفته مانند هوافضا و پزشکی کاربرد دارد.

مس، برنج و برنز

برای بسیاری سوال است که آیا مس زنگ میزند؟ مس و آلیاژهای آن مانند برنج و برنز، به دلیل تشکیل یک لایه محافظ از جنس اکسید مس، جزو فلزات مقاوم به زنگ زدگی هستند. این لایه باعث جلوگیری از نفوذ عوامل خورنده به داخل فلز شده و طول عمر آن را افزایش می دهد. از این رو، مس و آلیاژهای آن در ساخت لوله ها، سیم های برق و سازه های تزئینی مورد استفاده قرار می گیرند.

فولاد گالوانیزه

فولاد گالوانیزه با پوشش روی (Zn) محافظت می شود که مانع از تماس فلز پایه با اکسیژن و رطوبت می شود. این پوشش به مرور زمان از بین می رود، اما تا زمانی که سالم باقی بماند، فلز را از زنگ زدگی محافظت می کند. این نوع فولاد در صنایع ساختمان سازی و تولید ورق های مقاوم به خوردگی کاربرد فراوانی دارد.

فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ یکی از مقاوم ترین انواع فلزات در برابر زنگ زدگی است. این نوع فولاد حاوی کروم (Cr) است که با واکنش با اکسیژن، لایه ای از اکسید کروم روی سطح فولاد تشکیل می دهد و مانع از زنگ زدگی می شود. بسته به میزان کروم، انواع مختلفی از فولاد ضد زنگ وجود دارد که در صنایع مختلف از جمله تولید لوازم آشپزخانه، تجهیزات پزشکی و سازه های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.

آلومینیوم

آلومینیوم برخلاف آهن، هنگام تماس با اکسیژن، یک لایه محافظ از جنس اکسید آلومینیوم تشکیل می دهد که از زنگ زدگی جلوگیری می کند. این ویژگی باعث شده که آلومینیوم در صنایع ساختمانی، خودروسازی و هوافضا به عنوان یک فلز مقاوم به خوردگی مورد استفاده قرار گیرد.

همان طور که برخی فلزات مقاوم به زنگ زدگی هستند فلزاتی و آهن آلاتی هم هستند که نسبت به حرارت مقاومت خوبی از خود نشان می دهند مانند ورق آتشخوار. قیمت ورق آتشخوار و یا هر ورق دیگری بستگی زیادی به عوامل مختلف از جمله کارخانه تولید کننده، ابعاد و … دارد. شما می توانید برای اطلاع از قیمت و نوع ورق مناسب برای هر پروژه از کارشناسان ما در مرکزآهن مشاوره رایگان تلفنی دریافت نمایید.

علت عدم زنگ زدگی فلزات

عدم زنگ زدگی برخی فلزات به ساختار شیمیایی و نحوه واکنش آن ها با اکسیژن و رطوبت بستگی دارد. برخی فلزات مانند طلا، تیتانیوم و آلومینیوم دارای ویژگی هایی هستند که از تشکیل زنگ جلوگیری می کنند. به عنوان مثال، آلومینیوم در تماس با اکسیژن یک لایه نازک از اکسید آلومینیوم روی سطح خود تشکیل می دهد که به عنوان یک محافظ طبیعی عمل کرده و مانع از ادامه واکنش خوردگی می شود. فلزات مقاوم به زنگ زدگی هم با داشتن کروم در ترکیب خود، لایه ای از اکسید کروم تولید می کند که جلوی نفوذ رطوبت و هوا را گرفته و از زنگ زدگی جلوگیری می کند.

از طرف دیگر، برخی فلزات مانند مس، برنج و برنز نیز در معرض هوا یک لایه اکسیدی تشکیل می دهند که به جای تخریب فلز، از آن محافظت می کند. این لایه، برخلاف زنگ آهن که شکننده و ناپایدار است، به فلز چسبیده باقی می ماند و از گسترش خوردگی جلوگیری می کند. همچنین، فرایندهای صنعتی مانند گالوانیزه کردن و آلیاژسازی باعث می شوند فلزات مقاومت بیشتری در برابر زنگ زدگی داشته باشند، زیرا لایه های محافظی ایجاد می کنند که مانع از تماس مستقیم فلز پایه با عوامل خورنده می شود.

چگونگی زنگ زدن آهن

زنگ زدگی آهن یک فرآیند شیمیایی است که در اثر تماس آهن با اکسیژن و رطوبت رخ می دهد. این فرآیند منجر به تشکیل اکسید آهن می شود و در نهایت باعث تخریب ساختار فلز می شود. زنگ زدگی فلزات نه تنها باعث تغییر ظاهر آن ها می شود، بلکه استحکام و مقاومت مکانیکی فلز را نیز کاهش می دهد.

عوامل ایجاد خوردگی فلزات

خوردگی فلزات یک فرآیند طبیعی است که در اثر واکنش های شیمیایی و الکتروشیمیایی بین فلز و محیط اطراف آن رخ می دهد. این پدیده باعث کاهش استحکام، تغییر ظاهر و در نهایت تخریب ساختار فلز می شود. عوامل متعددی در ایجاد خوردگی فلزات نقش دارند که از جمله آنها می توان به تماس با رطوبت، ترکیبات اسیدی، نمک های محلول و حتی دمای بالا اشاره کرد. هرکدام از این عوامل به شیوه ای خاص باعث تسریع فرآیند خوردگی می شوند و در برخی شرایط، می توانند به فلز آسیب های جبران ناپذیری وارد کنند.

شرایط محیطی تاثیر مستقیمی بر سرعت و شدت خوردگی فلزات دارد. برای مثال، فلزاتی که در مناطق مرطوب و صنعتی قرار دارند، به دلیل وجود آلودگی های شیمیایی و رطوبت بالا، بیشتر در معرض خوردگی قرار می گیرند. همچنین، برخی مواد مانند نمک و اسیدها باعث تخریب سریع تر سطح فلز می شود و فرآیند زنگ زدگی را تسریع می کنند. شناخت این عوامل و کنترل آن ها از طریق روش های مختلف، می تواند به افزایش طول عمر و کارایی فلزات کمک کند.

خوردگی فلزات با نمک

نمک به ویژه در مناطق ساحلی و جاده های یخ زدایی، به تسریع فرآیند زنگ زدگی فلزات کمک می کند. یون های کلرید موجود در نمک، به خصوص کلرید سدیم، به سرعت لایه محافظ فلز را تخریب کرده و باعث تسریع فرآیند زنگ زدگی می شوند. این یون ها نفوذپذیری لایه اکسیدی محافظ را افزایش می دهد و باعث می شوند اکسیژن و رطوبت به عمق فلز نفوذ کند و خوردگی را تشدید کنند. به همین دلیل، فلزاتی که در معرض محیط های نمکی قرار دارند، مانند کشتی ها، پل های فلزی و خودروها، نیاز به روش های محافظتی مانند پوشش های ضد خوردگی و گالوانیزه شدن دارند تا از زنگ زدگی جلوگیری شود.

خوردگی فلزات با اسید

محیط های اسیدی باعث زنگ زدگی فلزات می شوند. بعضی از فلزات مقاوم به زنگ زدگی هم ممکن است در این شرایط دچار مشکل شوند. اسیدها با حل کردن لایه های اکسیدی محافظ، فلز را در برابر واکنش های اکسیداسیونی آسیب پذیرتر می کنند. برخی از فلزات مانند آهن و روی، در محیط های اسیدی به سرعت دچار خوردگی می شوند و تولید گاز هیدروژن و نمک های محلول در نتیجه این واکنش، باعث تسریع تخریب فلز می شود. این نوع زنگ زدگی فلزات در صنایع مختلف، به ویژه در واحدهای تولید مواد شیمیایی، پالایشگاه ها و آزمایشگاه ها بسیار شایع است، به همین دلیل از روش هایی مانند پوشش های مقاوم به اسید و آلیاژسازی برای کاهش اثرات آن استفاده می شود.

خوردگی فلزات با حرارت

خوردگی فلزات با حرارت، که به آن اکسیداسیون دمای بالا نیز می گویند، در شرایطی رخ می دهد که فلزات در معرض دماهای بالا قرار می گیرند و با اکسیژن یا سایر گازهای خورنده مانند دی اکسید گوگرد و بخار آب واکنش می دهند. این فرآیند باعث تشکیل لایه ای از اکسید روی سطح فلزات مقاوم به زنگ زدگی می شود که در برخی موارد ممکن است نقش محافظتی داشته باشد، اما در دماهای بالا و شرایط خاص، این لایه شکننده شده و به مرور زمان از بین می رود. فلزاتی مانند آهن، مس و نیکل در معرض حرارت زیاد مستعد این نوع خوردگی هستند، به ویژه در موتورهای صنعتی، توربین ها و صنایع فولادسازی. برای کاهش این نوع خوردگی، از پوشش های مقاوم به حرارت، آلیاژهای خاص و کنترل ترکیب گازهای محیطی استفاده می شود.

خوردگی فلزات به دلیل ماهیت مواد

شاید برای شما هم سوال باشد که آیا آلومینیوم زنگ میزند؟ برخی فلزات ذاتاً واکنش پذیرتر از بقیه هستند. برای مثال، آهن نسبت به فلزاتی مانند آلومینیوم یا مس مستعدتر به زنگ زدگی است. ماهیت مواد، به ویژه فلزات، در این فرآیند نقش اساسی ایفا می کند. فلزات با تمایل به از دست دادن الکترون ها و تشکیل یون های مثبت، به راحتی وارد واکنش های شیمیایی می شوند که منجر به ایجاد لایه های اکسید یا سایر ترکیبات شیمیایی بر روی سطح آن ها می گردد. این واکنش ها می توانند تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند شرایط محیطی، ترکیبات شیمیایی موجود در هوا یا آب و دمای محیط تشدید شوند.

برخی ورق ها مانند ورق هاردوکس مقاوم به سایش هستند از این رو به این نوع ورق ها ورق ضد سایش نیز می گویند. قیمت ورق هاردوکس و انواع ورق های ضد زنگ معمولا جزو دسته ورق ها با قیمت های بالاتر هستند.

روش های جلوگیری از زنگ زدگی آهن

برای مقابله با این مشکل، روش های مختلفی وجود دارد که می توانند به حفاظت از فلزات و جلوگیری از خوردگی کمک کنند. این روش ها شامل آلیاژ کردن فلزات، گالوانیزه کردن، استفاده از حفاظت کاتدی و رنگ زدن یا پوشش دهی سطوح فلزی هستند که هر کدام به نحوی از تماس آهن با عوامل خورنده جلوگیری می کنند و عمر مفید آن را افزایش می دهند.

آلیاژ کردن فلزات

آلیاژ کردن یکی از موثرترین روش ها برای جلوگیری از زنگ زدگی آهن و ساخت فلز مقاوم به زنگ زدگی است. در این روش، آهن با دیگر فلزات مانند کروم، نیکل یا منگنز ترکیب میشود تا ویژگی های مقاومتی آن در برابر خوردگی بهبود یابد. آلیاژهایی مانند فولاد ضدزنگ به دلیل ترکیب کروم و آهن، مقاومت بیشتری در برابر زنگ زدگی دارند. در نتیجه این کار، فلزات مقاوم به زنگ زدگی به دست می‌ آیند.

گالوانیزه کردن فلزات

گالوانیزه کردن فرآیندی است که در آن سطح آهن با لایه ای از روی پوشش می دهند. این لایه به عنوان یک سد محافظ در برابر عناصر خورنده عمل می کند. در صورت آسیب دیدن لایه روی، روی همچنان به عنوان یک محافظ برای فلز زیرین عمل می کند و از خوردگی بیشتر جلوگیری می کند.

حفاظت کاتدی

حفاظت کاتدی به روشی می گویند که در آن آهن به یک کاتد متصل می شود تا جریان الکتریکی به سمت آن جریان پیدا کند. این کار باعث می شود که آهن از آسیب دیدگی ناشی از خوردگی جلوگیری کند. معمولاً از فلزات فعال تر مانند روی یا منیزیم به عنوان منبع جریان استفاده می شود.

رنگ زدن و پوشش فلزات

رنگ زدن یا پوشش سطح فلزات با استفاده از مواد ضد خوردگی یکی دیگر از روش های رایج برای جلوگیری از زنگ زدگی آهن است. این پوشش ها به عنوان یک لایه محافظ عمل کرده و تماس آهن با عوامل خورنده مانند آب و اکسیژن را کاهش می دهند. پوشش های رنگی یا اپوکسی معمولاً برای سطوح فلزی در محیط های مختلف استفاده می شوند.

جمع بندی

زنگ زدگی فلزات یکی از مهم ترین چالش های مرتبط با فلزات است که می تواند تاثیرات جوی بر عملکرد و طول عمر آن ها داشته باشد. با این حال، برخی از فلزات به صورت طبیعی در برابر زنگ زدگی مقاوم هستند، در حالی که برخی دیگر با استفاده از روش هایی مانند آلیاژسازی، گالوانیزه کردن و حفاظت کاتدی در برابر زنگ زدگی محافظت می شوند. انتخاب مناسب ترین فلز برای شرایط مختلف و استفاده از روش های پیشگیرانه می تواند هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش دهد و طول عمر تجهیزات را افزایش دهد.

سوالات متداول