با توجه به خسارت‌های سنگین ناشی از خوردگی فلزات و اهمیت حفاظت کامل از خوردگی در طراحی های صنعتی توجه ویژه ای به حفاظت از فلزات در برابر خوردگی می شود. یکی از مهم‌ترین روش های حفاظت سطوح فلزی در برابر خوردگی اجرای پوشش‌های حفاظتی با اعمال یک یا چند لایه رنگ بر روی آن ها است. با توجه به عوامل خورنده محیط و شرایط خاص موجود در کارخانجات و تاسیسات و مجتمع های صنعتی مانند: حرارت، تماس با مواد مختلف شیمیایی و گازها، قرار گرفتن در معرض اتمسفر صنعتی و اشعه های گوناگون، لایه اجرا شده بایستی بتواند برای یک دوره طولانی حفاظت از سطوح رنگ‌آمیزی شده را به خوبی انجام دهد. بدین جهت در مجتمع های عظیم صنعتی همچنین در فرآیند تولید صنایع استفاده از رنگ‌های مختلف به عنوان پوشش حفاظتی برای سطوح فلزی اهمیت روز افزون یافته است.
با توجه به ابعاد گوناگون اهمیت رنگ و رنگ آمیزی و صرف هزینه های سنگین برای اجرای عملیات رنگ آمیزی لزوم توجه دقیق به طراحی صحیح سیستم های پوششی و مراحل گوناگون اجرای عملیات رنگ آمیزی برای حصول اطمینان و دست یابی به نتایج بهتر و پیشگیری از تکرار عملیات و صرف هزینه های اضافی احساس گردیده و هم زمان با پیشرفت فنون و تکنولوژی در زمینه های گوناگون و مصرف روز افزون رنگ و پوشش های حفاظتی، استانداردهای مورد نیاز جهت رنگ آمیزی تدوین و در مراحل اجرا به کار گرفته شده اند. مطالب این کتاب؛ نخست، تمامی جنبه هایی که به شناخت، کنترل کیفیت و کاربرد پوشش‌های صنعتی و اصول اولیه آماده سازی سطوح به منظور پوشش‌دهی مرتبط است مورد بررسی قرار داده سپس به تشریح مطالب کاربردی بازرسی می پردازد تا هم خواسته دانشجویان و دانش پژوهان را تأمین کند و هم برای مخاطبان صنعتی آن جنبه کاملاًً کاربردی داشته باشد.
آشنایی با خوردگی
اصول خوردگی
هر روز ما شاهد خوردگی تجهیزات و سازه های کارگاهی گران قیمت و با ارزش در گوشه و کنار خود هستیم. این مسأله و شواهد فراوان دیگر بر حساسیت و اهمیت مشاغل مرتبط با جلوگیری و حفاظت از مواد در برابر خوردگی تأکید دارند. در صورتی که قصد کنترل مؤثر خوردگی و همچنین انتخاب و استفاده از سیستم های پوشش های محافظ را داریم، لازم است که به صورت دقیق و علمی از فرآیند تبدیل یک سازه فولادی یا آهنی به انبوهی از قراضه زنگ زده آگاهی پیدا کنیم.
یادآوری: این بخش کوتاه در مورد تئوری و اصول خوردگی صرفاًً به منظور آگاه سازی اولیه است و نبایستی تصور شود که با مرور و آگاهی از آن میتوان در این زمینه متخصص شد ولی می توان تصوری صحیح و عمیق نسبت به موضوع پیدا کرد.
خوردگی آهن
واکنش های زیر، فرآیند زنگ زدن آهن و فولاد را به روشنی مشخص می کنند:
- فرآیند شیمیایی تبدیل آهن به اکسید آهن
- فرآیند جابجایی الکترون شبیه جریان الکتریکی
این دو فرآیند روی هم رفته تحت عنوان فرآیند الکتروشیمیائی شناخته می شوند و از نظر اصول بنیادی شبیه به آن چیزی است که در باطری خودرو و پیل های خشک اتفاق می افتد. در حقیقت، با توجه به ملزومات مورد نیاز موجود در طبیعت برای رخداد خوردگی، یک باطری خوردگی می توان در نظر گرفت که از اجزای زیر تشکیل شده باشد:
- اکسیژن
- الکترولیت
- یک مسیر فلزی برای انتقال جریان
الکترولیت خوردگی
الکترولیت محلولی است که از انحلال نمک ها یا دیگر ترکیبات شیمیایی در آب حاصل شده است و قادر به عبور جریان الکتریکی از خود است. قابلیت هدایت الکتریکی الکترولیت به واسطه وجود ذرات ریز و بارداری به نام یون است که از تجزیه نمک یا دیگر ترکیبات شیمیایی محلول در آب به وجود آمده است.
یون ها
یون ها از تجزیه نمک ها، اسیدها و بازها (در اثر اختلاط با آب) به وجود آمده و به صورت ذراتی با بار الکتریکی از ترکیب شیمیایی اصلی حاصل می شوند. یون ها به هر دو صورت باردار مثبت و منفی تشکیل می شوند این ذرات شیمیایی باردار به تعداد زیاد وجود دارند و به صورت فعال و پر انرژی هستند (از تجزیه 2 اونس نمک، تعداد 1023 یون تشکیل میشود که نیمی بار مثبت و نیمی بار منفی دارند) حرکت یون‌ها در محلول همزمان با تأثیر واکنش‌ها منجر به خوردگی شیمیایی سبب برقراری جریان الکتریکی در داخل الکترولیت می شود. وجود آب برای تشکیل یون ها در الکترولیت ضروری است. در محیط‌های کاملاًً خشک امکان تشکیل یون ها وجود ندارد. بنابراین آب و یون‌ها دو جزء لاینفک فرآیند خوردگی محسوب می شوند. راندمان جریان الکتریکی یک الکترولیت عمدتاً با تعداد یون های موجود در آن سنجیده می شود. بنابراین محلولی متشکل از آب و نمک یک هادی عالی محسوب می شود، این در حالی است که آب خالص که یون‌های خیلی کمی در آن وجود دارد یک هادی الکتریکی ضعیف به شمار می رود.
باطری (پیل) خوردگی
با توجه به آنچه تا کنون گفته شد می توان برای توصیف خوردگی که برای فولاد در اتمسفر معمولی یا محیط های دریایی اتفاق می افتد (نه آن نوع خوردگی که در ترکیبات شیمیایی خاص اتفاق می افتد) یک پیل الکترولیتی یا یک باطری (پیل) خوردگی در نظر گرفت. این پیل خوردگی ناشی از حضور آهن یا فولاد در داخل مخلوطی از اکسیژن و آب و یون ها تشکیل می شود. این مجموعه تحت عنوان « سه عامل
بزرگ » خوردگی شناخته می شود.
اکسیژن
تمام اکسیژن مورد نیاز معمولاً در اتمسفر مهیا است و تقریباًً کلیه فلزات با آن در تماس هستند.
آب
معمولاً بجز در نواحی صحرایی، در اتمسفر هوا درصدی از رطوبت وجود دارد چه رطوبت به صورت بخار و چه به صورت شبنم می تواند به راحتی با سطح فولاد تماس برقرار کند.
یون ها
وجود مه نمک در مناطق دریایی، دوده ها و غبار های صنعتی، ترشحات، ذرات معلق و آلودگی‌های خاکی مهم‌ترین منابع تأمین مواد معدنی، نمک ها، اسیدها یا بازهایی هستند که میتوانند با انحلال در رطوبت موجود در اتمسفر سبب تولید یون ها شوند. شکل 1-1 باطری (پیل) خوردگی کوچکی را نشان میدهد که سبب تولید زنگ آهن شده است. بخش کوچکی از سطح آهن با بزرگنمایی بالا در شکل 1- 1 نشان داده شده است. سطح کوچکی از آنچه که نشان داده شده است (که با چشم غیر مسلح قابل دید نیست) به عنوان آند و بخشی به عنوان کاتد عمل می کند. درست در بالای سطح، رطوبت همراه با یون‌ها، مشابه الکترولیت رفتار می کند. با انحلال اکسیژن در الکترولیت، امکان تماس آن با سطح فلز به طور آزادانه ای فراهم می شود.
![]()
عملکرد پیل خوردگی
باطری (پیل) خوردگی به صورت زیر عمل می کند:
- در آند، اتم های فلزی آهن به یون آهن تبدیل ش..ده و به س..رعت در اثر ترکیب با آب به زنگ آهن تبدیل میشود.
- جریان الکتریکی بین آند و کاتد برقرار می شود.
- جریان کوچک تولیدی در این مرحله به صورت گرما در بدنه فلزی محو می شود.
- در کاتد، جریان الکتریکی ناشی از استحاله اکسیژن به یون OH دریافت می شود. محلول به شدت بازی موجود در سطح از انحلال یون های OH در رطوبت موجود در هوا به وجود می آید.
- در بالای سطح، جریان توسط یون های محلول منتقل می شود.
- در اثر تخریب بخشی از آهن که به عنوان آند عمل می کند، رسوبات زنگ آهن به وجود می آیند.
- به طور همزمان میلیون ها عدد از این پیل های کوچک خوردگی بر سطح وسیعی از آهن به وجود می آیند که نتیجه آن ایجاد لایه ای یکنواخت از زنگ آهن در سطح است.
- لازم است یادآوری شود که قسمت کاتدی آهن مورد حمله قرار نمیگیرد. بنابراین وظیفه آن دراین فرآیند، فراهم ساختن محلی برای نفوذ اکسیژن و تبدیل محیط اطراف آن به حالت قلیایی است.
- این فرآیند تا زمانی ادامه می یابد که:
الف: تمام آهن به زنگ آهن تبدیل شود یا ب: مدار الکتریکی خوردگی به نحوی قطع شود.