مقیاس‌های حفاظت

با وجود آنکه حفاظت و نگهداری فلز در بساری موارد می‌تواند با حذف کردن عامل خورندگی از محیط انجام بگیرد ولی شیوه متداول به کار بردن یک پوشش محافظ مانند رنگ یا فلزاتی به غیر از آهن که کمتر دچار خورندگی می‌شوند، است.

مکانیزم خورندگی

آهن و فولاد هنگامی که د‌ر‌ معرض رطوبت قرار می‌گیرند خورده می‌شوند. مکانیزم خورندگی به طور کلی الکتروشیمیایی است. در بعضی نقاط که به نقاط آندیک معروف هستند آهن به صورت یون وارد مایع می‌شود. این دخول به عنوان فعل و انفعال آندیک معروف است‌. نقاط آندیک ممکن است در روی سطح فلز قشر اکسید تولید نمایند. راه‌های دیگری که حمله آندیک ممکن است صورت بگیرد در نشریه شماره ۷۱ شرح داده شده است. در هر حال به خاطر آنکه ورورد یون به داخل مایع مستلزم پشت سر گذاشتن الکترون است این حالت تا هنگامی می‌تواند ادامه داشته باشد که در نقطه دیگری فعل و انفعال کاتدیک ایجاد شده باشد تا الکترون‌ها را مصرف نماید.

فعل و انفعال کاتدیک ممکن است تبدیل اکسیژن به هیدروکسیل باشد. با وجود آنکه در مایعات اسیدی این عمل می‌تواند در اثر آزاد شدن گاز هیدروژن نیز صورت بگیرد. در نتیجه دیده می‌شود که جریان الکتریکی در یک پیل خوردنگی با‌عث حمله به فلز در نقاط آندیک می‌شود ولی نقاط کاتدیک خورده نمی‌شود.

قدرت جریان خوردنگی و در نتیجه مقدار خسارت یا زیان وارده به فولاد بستگی به شرایط سطح فلز ، ترکیب محلول آبی و طبیعت خور‌ندگی دارد. جریان خوردنگی می‌تواند در نقاط مختلف یک بنای فنی که د‌ر آبهای با درجات شوری مختلف قرار داده شده یا د‌ر لوله‌هایی که از داخل خاک‌های با شرایط مختلف عبور می‌کند ایجاد شود. در سیستم‌های لوله گشی و امور شبیه به آن نزدیکی و مجاورت با بعضی از فلزات غیر آهنی ممکن است تشدید خور‌ندگی فولاد شود. حتی اگر تماس فیزیکی هم بین قسمت‌های آهنی و غیر آهنی وجود نداشته باشد.

عوامل که در میزان خورندگی نفوذ دخالت دارند

شدن خورندگی معمولاً به وسیله یک یا چنر عامل معین کنترل می‌شود. معمولاً هم رطوبت و هم اکسیژن برای زنگ زدگی باید وجود داشته باشد بنابراین در هوا که مقدار اکسیژن بسیار زیاد است عامل اصلی رطوبت است‌. هنگامی که میزان رطوبت از سطح معینی تجاوز کند آلودگی هوا قطعی است. در خاک مقدار اکسیژن ، مقدار آب و مقاومت خاک در مقابل خورندگی‌، عوامل کنترل کننده هستند. در آب اکسیژن و قابلیت هدایت الکتریکی عامل مهم است.

در آب و در خاک در اثر فعالیت باکتری‌ها خورندگی حتی در غیاب گاز اکسیژن یا اکسیژن محلول ممکن است ایجاد شود. معمولاً میزان خورندگی بعد از مدتی به علت موادی که در اثر خورندگی ایجاد شده و در سطح فلز جمع می‌شود پایین می‌آید.

اثر شرایط سطح

‌قشر اکسید

ضخامت فولاد یو قسمت‌هایی که به وسیله نورد گرم ایجاد ‌شده‌اند معمولاً از یک لایه قرمز متمایل به آبی اکسید آهن پوشانده شده‌اند. این لایه به قشر اکسید یا Millacale معررف است. ضخامت و قدرت چسبندگی این قشر اکسیدی بر حسب نوع و اندزه قسمت مربوط و شرایط نورد تغییر می‌کند. ضخامت ۲۵ تا ۵۰ میکرون در روی صفحات فولاد نرم معمولی است. ولی گاهی به علت شرایط حرارتی‌ یا نوع آهنگری یا هنگامیکه صفحه را برای خم کردن به درون کوره می‌برند، ضخامت این لایه ممکن است به ۰/۵ میکرون نیز برسد. قشر اکسید به ندرت به طور کامل و مداوم به فلز می‌چسبد، معمولاً بعد از نورد هنگامیکه فولاد سرد می‌شود این لایه به مقدار زیاد ترک خورده و ورقه ورقه می‌شود. و ممکن است که در طی عملیات بعدی از فلز جدا شود. این حالت ممن است حتی بعد از رنگ کردن فلز نیز اتفاق بیفتد. در نتیجه قشر اکسید پایه سالمی برای لایه محافظ نیست. علاوه بر این چون پتانسیل قشر اکسید در محلول‌های رقیق آبی چند دهم ولت بیش از فولاد عریان است وجود آن در روی سطح فولادی باعث ایجاد یک پیل خورندگی می‌شود و ‌در نقاطی که قشر اکسید شکسته شده است فولاد دچار خورندگی می‌شود.

‌پوسته ریخته‌گر‌ی

پوسته ریخته‌گری در روی چدن در نتیجه فعل و انفعال لایه خمیری سیلیسی با فلز گرم به وجود می‌آید. خاصیت چسبندگی این لایه یا پوسته بیش از قشر اکسید است و غالباً محافظتی برای فلز ایجاد می‌کند. آهن نورد شده و آهن ریخته شده که دارای ترکیبات یکنوع باشد، هنگامی که قشر اکسید و یا پوسته ریخته‌گری آنها ریخته شود با سرعتی یکسان خورده می‌شود.

محصولات حاصل از خورندگی

عمل خوردنگی لایه قابل رویتی از زنگ بر روی تمام فلزات آهنی به جز فولاد زنگ نزن مقاوم ایجاد می‌کند. گاهی اوقات این لایه زنگ با جذب رطوبت باعث تشدید خورندگی فلز می‌شود. ولی به طور کلی وجود آن باعث کندی عمل خور‌ندگی می‌شود.

ترکیب فولاد بر روی ترکیب و خصوصیات لایه زنگ و نتیجتاً د‌ر یک زمان طولانی بر روی مقاومت فلز در مقابل خوردنگی اثر می‌گذارد. نتایج متفاوت بین اثر سرعت خورندگی انواع مختلف آهن و فولاد در هوای آزاد خیلی بیشتر از وقتی است که فلزات در زیر خاک یا در زیر آب قرار داده شده است و این موضوع شاید به این دلیل باشد که هوای آزاد باعث فشردگی بیشتر لایه زنگ می‌شود.

چدن

چدن به طریق مخصوص به خود خورده می‌شود چدن حاکستری معمولاً شامل عناصری غیر از آهن مانند کربن به شکل گرافیت‌، فسفر به شکل فسفسات آهن و سیلیکون به مقدار ۸ درصد است. گرافیت و فسفات آهن معمولاً در مقابل خورندگی مقاوم هستند. و غالباً در محصول باقیمانده از عمل خورندگی دیده می‌شوند. سیلیکون نیز معمولاً باقی میماند ولی غالباً به صورت سیلیکا ‌یا سیلیکات‌ها اکسید شده و باعث اتصال سایر اجزا ترکیب کننده می‌شود. در نتیجه عمل خورندگی باقیمانده غیر فلزی گرافیتی از خود به جای می‌گذارد که با وجود آنکه ظاهراً شکل آن شبیه آهن اولیه است ولی به طور مسلم از لحاظ مکانیکی بسایر ضعیفتر است.

مکانیزم خورندگی در هوا

در غیاب باران و ذارت آب شونده در سطح فلز زنگ زدگی شدید در هوا با رطوبت کمتر از ۷۰ درصد بعید است. در رطوبت‌های بالاتر از این مقدار میزان خورندگی تحت تاثیر عواملی که به طور کلی عبارتند از گازها و مواد جامدی که باعث آلودگی هوا می‌شوند.

ذرات آب شوند بسایر خطرناک هستند زیرا اگر بر روی سطح فولاد بنشینند زنگ زدگی حتی در رطوبت کمتر از ۷۰ درصد نیز ممکن است به وقوع بپیوندد. درجه حرارت محیط نیز بسایر موثر است ولی تغییرات درجه حرارت که وقع و مدت میعان را تعیین می‌کند از مقدار متوسط درجه حرارت قابل توجه تر است. رطوبت‌، آلودگی و درجه حرارت هنگام تخمین درجه حرارت هنگام درجه خور‌ندگی یک محیط یا انتخاب پوشش محافظ لازم باید با هم در نظر گرفته شوند. با وجود آنکه تمامی شرایط فیزیکی مجاور سطح فولاد مانند درجه حرارت و رطوبت است که حائز اهمیت است‌. ولی اطلاعات مربوط به شرایط  جوی که در مسافات کوتاهی دور از فلز گرفته شده است نیز می‌تواند راهنمایی باشد.

آلودگی جو

خورندگی هنگامی که هوا حاوی مقدار‌ی انیدرید سولفورو یا نمک‌های خورنده مانند بعضی سولفات‌ها و کلرورها باشد تشدید می‌یابد. منشا اصلی این نوع آلودگی هوا احتراق ذغال سنگ، سایر مواد سوختی و ترشح آب دریا است که تحت تاثیر حالت باد ممکن است تا چندین کیلومتر در ساحل نفوذ کند.

خوردنگی در خاک

شدت خورندگی فلزات در زیر خاک، بستگی به آن دارد که فلز در مجاورت خاک دست خورده یا دست نخورده قرار گیرد. خورندگی لوله‌های در زیر خاک ممکن است مسایل جدی به وجود آورد، مگر آنکه اقدامات لازم و مناسب انجام گیرد. حالت خاک دست خورده هنگامی به وجود می‌آید که گودالی برای قرار دادن لوله یا کابل کنده شود و یا هنگامی که گودالی برای قرار دادن یک پایه یا تیر فولادی حفر می‌شود ‌و در این حالت وضعیت خاک با خاک مجاور که دست نخورده است کاملاً فرق می‌کند.

خوردنگی آهن و فولاد به طور عمده تحت تاثیر شرایط فیزیکی و شیمیایی خاک‌های مجاور است. مهمترین عامل وجود اکسیژن است که با توجه به اهیمت آن باید تمایزی بین خاک‌های هواپذیر که به خاطر طبیعت رطوبت پذیریشان حاوی مقدار زاید اکسیژن و خاک‌های غیر هواپذیر که هیچگونه اکسیژن آزاد ندارند در نظر گرفته شود.

خاک‌های هواپذیر

خاک‌های هواپذیر مانند خاک‌های شنی و گچی، هوا به آسانی می‌تواند به لوله و سایر ابنیه فنی که در زیر خاک قرار داده شده‌اند برسد. این خاک‌ها آب را نیز به آسانی به خود می‌کشند و در نتیجه لایه‌ای از زنگ بر روی سطح فلز هنگامی‌که فلز مرطوب می‌شود ایجاد شده باعث جلوگیری از خورندگی بیشتر می‌شود.

خاک‌های غیر هواپذیر

خاک‌های غیر هواپذیر با وجود آنکه اکسیژن برای ایجادد خورندگی یکی از عوامل بسایر مهم است و این خاک‌ها هیچگونه اکسیژن آزاد ندارند ولی غالباً بسایر خطرناک هستند، زیرا حاوی نوعی باکتری هستند که باعث خور‌ندگی می‌شوند. این باکتری در خاک‌های سنگین رس، گل ساحلی و خاک‌های مشابه رشد و نمو می‌کند.

میزان خورندگی

ترکیب آهن یا فولاد در حد معمولی که برای ساختن ابنیه فنی به کار می‌رود اثر بسیار کمی در مقاومت آنها د‌ر‌ مقابل خورندگی در خاک دارد. د‌ر غالب خاک‌های معمولی مقدار کلی خورندگی که از روی حد متوسط خورندگی در وزن‌، در واحد سطح به دست می‌آید به ندرت از ۷۵ میکرون در سال تجاوز می‌کند.

خوردنگی در اثر اعمال شیمیایی خیلی سریعتر از حمله کلی است یعنی حدود ده برابر بیشتر است. میزان خورندگی ۱/۵ میلمیتر در سال برای خطوط لوه گزارش شده است. ولی تجربه نشان داده که مقدار خوردنگی در اثر اعمال شیمیایی و مقدار خورندگی کلی به مرور زمان کمتر می‌شود.

خورندگی در آب

برای بعضی آب‌های اسیدی یا آهکی، اهمیت ترکیب شیمیایی و درجه حرارت آب نیز ممکن است به اندازه اهمیت وجود اکسیژن باشد. سرعت جریان آب نیز موثر است. بسیاری از آب‌های طبیعی حاوی هوا و مقداری کافی اکسیژن برای به وجود آوردن خورندگی است. خورندگی در آب‌هایی که به مصارف صنعتی می‌رسند نیز غالباً به علت وجود اکسیژن است. هنگامی‌که مقدار اکسیژن به صفر می‌رسد مانند آب رودخانه‌های آلوده و بندرگاه‌ها، خورندگی ممکن است در اثر فعالیت باکتری به وجود آید.

خورندگی داخلی لوله‌های آهنی ممکن است قشر بر آمده‌ای از زنگ در داخل لوله به وجود آورد که در نیتجه میزان اکسیژن را در یک محل محدود نموده و باعث به وجود آمدن خورندگی در اثر تفاوت مقدار اکسیژن می‌شود. شرایط غیر هواپذیر که مناسب برای رشد باکتری است در زیر این قشر به وجود آمده و فولاد به طرز شدیدی خورده می‌شود.

پوشش‌های فلزی

فولاد را در مقابل خورندگی می‌توان به وسیله پوشش آن با فلزات غیر آهنی مقاوم محافظت کرد. روی و آلومینیوم به طور معمول برای صفحات و قسمت‌های فولادی به کار می‌روند. هر دوی این فلزات در هوای آزاد بیشتر از آهن مقاومت می‌کنند. ولی در هوای مرطوب و آلوده مانند داخل تونل راه آهن، روی به همان سرعت فولاد خورده می‌شود.

پوشش‌های روی و آلومینیوم این مزیت را نیز دارند که در مقابل سائیدگی بیشتر از رنگ مقاومت کرده و به خاطر آنکه نسبت به آهن اندیک هستند، فولاد را در محل‌هایی که پوشش کامل نبوده یا صدمه دیده است محافظت می‌کنند.

پوشش‌های روی و آلومینیوم به ضخامت حداقل ۷۵ میکرون محافظت کافی در مناطق زراعتی ایجاد می‌کنند ولی در محیط‌های خورنده ضخامت پوشش باید بیشتر باشد یا این که باید سطح را رنگ کرد. دوام پوشش روی و آلومینیوم تقریباً متناسب با حد متوسط وزن پوشش در واحد سطح است.

سیستم‌های رنگ

نیروی محافظتی یک قشر رنگی با بالا بردن ضخامت قشر افزایش پیدا می‌کند. و در ضمن حدی نیز برای ضخامت قشر وجود دارد که پایینتر از آن محافظت کافی به وجود نمی‌آید. این حد معمولاً با نوع رنگ، صافی سطح فولاد و سختی شرایط خورندگی تغییر می‌کند. برای محافظت فلزی که در معرض هوای آزاد است، چهار لایه از رنگ‌های معمولی که در معرض هوا خشک می‌شوند، لازم است. در تعیین ضختامت قشر رنگ بر اساس حد متوسط باید دقت کافی مبذول شود، زیرا در ضخامت قشر رنگی که حتی توسط یک نقاش ورزیده نیز به وجود آمده تا حدود صد در صد تفاوت وجود دارد. با وجود اینکه با یک لایه از بعضی انواع رنگ‌ها می‌توان ضخامتی حدود ۱۲۵ میکرون به دست آورد. ولی اغلب سیستم‌های رنگ شامل جندین لایه است که برای لایه‌های آستر و همچنین لایه‌ها‌ی تکمیلی فرمول‌های جداگانه‌ای به کار برده شده است.

وجود چند لایه از رنگ به کاهش خلل و فرج رنگ کمک کرده و خطر ناشی از ایجاد فاصله در بین دو نوبت رنگ کردن را نیز حذف می‌کند. هر نوع سیستم رنگ چند لایه‌ای باید به طور کلی مورد مطالعه قرار بگیرد. هر لایه برای عملی که انجام می‌دهد باید مناسب بوده و با سری لایه‌ها نیر هاهنگی داشته باشد. معمولاً یک سیستم صحیح رنگی موقعی به وجود می‌آید که خصوصیات لایه‌ها و زمان کاربرد آنها طوری باشد که هر لایه بالایی به طور مختصر در لایه پایینی حل شده و بدین ترتیب تمام لایه‌ها در یکدیگر فرو روند.

محافظت کاتدیک

محافظت کاتدیک را د‌ر هر قسمت از ابینه فنی که در زیر آب یا در محیط‌های مرطوبی قرار گرفته باشد می‌توان به کار برد. تماس مداوم با الکترولیت معمولاً مورد لزوم است. برای ابنیه دریایی چنانچه سطح مد بالاتر باشد محافظت کاتدیک موثر نیست ولی چنانچه ساختمان به نحوی ساخته شده باشد که نصف آن در فاصله ارتفاع بین جذر و مد قرار گیرد. تا حدودی مناسبی محافظت کاتودیک انجام می‌شود.

به کار بردن محافظت کاتدیک از نظر اقتصادی به عوامل زیادی بستگی دارد. طبیعت ابنیه فنی و محیط آن تشخیص اینکه جلوگیری از خوردگی تا چه حد حائز اهمیت است و بالاخره مشکلات استفاده از سایر روش‌ها در تصمیم گیری موثر است.