مقاطع آهنی از پرمصرف ترین محصولات ساخت بشر هستند که به دلیل خواص مطلوب، مورد توجه سازندگان و صنعتگران قرار گرفته اند. با این وجود، مشکل عمده آهن این است که در صورت پوشش کاری ضعیف، دچار زنگ زدگی (اکسایش) می شود. زنگزدگی باعث تشکیل یک لایه قرمز، قهوهای یا نارنجی بر روی سطح فلز شده که تخریب و کاهش کارایی فلز را به همراه دارد؛ اما فکر می کنید که چه راهکارهایی برای رفع زنگزدگی آهن وجود دارد؟
هنگامی که آهن با اکسیژن موجود در آب، آب شور، اسیدها یا سایر مواد شیمیایی خشن واکنش نشان می دهد، فرایند زنگ زدگی آغاز می شود. همانطور که اکسید آهن از سطح فلز جدا می شود؛ مولکول های آهن جدید را در معرض دید قرار میدهد. این موضوع باعث ادامه روند واکنش می شود. در نهایت، نواحی بزرگی از زنگ تشکیل می شوند که ممکن است باعث از هم پاشیدگی کل ساختار فلزی شوند. زنگ زدگی علاوه بر تغییر رنگ فلز، موجبات فرسایش، پوسته پوسته شدن و ضعف و خوردگی فلز را به همراه دارد.
در واقع فقط فلزاتی که حاوی آهن هستند دچار زنگزدگی می شوند. بنابراین پاک کردن زنگ زدگی اهن یک نگرانی اصلی در میان انواع فلزات است. فلزات آهنی رایج شامل فولاد کربن (1018،14l12)، فولاد آلیاژی (4130) و فولاد ضد زنگ (304،316) هستند. اکسیژن موجود در مولکول های آب با آهن ترکیب می شود و اکسید آهن را تشکیل می دهد. اکسید آهن در اصل زنگ زده است. برای جلوگیری از تجمع اکسید آهن ماشینها، مخازن و سایر فرمهای فلزی حاوی آهن یا فولاد باید به درستی مراقبت شوند، به ویژه در محیط های بیرونی! مثال های زیر برخی از بهترین راهکارها برای جلوگیری و پاک کردن زنگ زدگی آهن ارائه می دهند.
خراش یا ترکهای فلزی آب را نگه می دارند. هنگامی که این اتفاق رخ می دهد، آب در تماس با آهن باقی مانده و باعث زنگ زدگی می شود. فولاد نورد سرد نسبت به فولاد نورد گرم در برابر خوردگی مقاومت بیشتری از خود نشان داده است. نورد سرد سطح صافتر بدون بافت ایجاد کرده که آب را به دام انداخته و نگه می دارد. اگر متوجه خراش عمیقی روی سطح فلز آهنی خود شدید، باید در اسرع وقت نسبت به رفع آن اقدام کنید.
فرو بردن اجسام فلزی مانند ساعت، در محلول آبی رنگی از آب، هیدروکسید سدیم و نیترات پتاسیم باعث ایجاد مقاومت در برابر خوردگی قوی می شود. محصولات تجاری پیشگیری از زنگ زدگی در قالب اسپریهای آئروسل یا دستمالهای پارچه ای نیز می توانند از اجسام فلزی مانند ابزار، وسایل در فضای باز، وسایل نقلیه و قطعات فلزی بزرگ در برابر زنگ زدگی محافظت کنند.
آلیاژهای فولاد ضد زنگ حاوی آهن هستند. با این حال، فولادهای ضد زنگ به دلیل دارا بودن درصد بالایی از محتوای کروم واکنش پذیر، که حتی واکنش پذیرتر از آهن است، در برابر زنگ زدگی مقاومت می کنند. کروم موجود در آلیاژ به سرعت اکسید می شود و یک لایه محافظ از اکسید کروم بر روی سطح فلز تشکیل می دهد و از رسیدن اکسیژن به فولاد زیرین جلوگیری می کند.
گالوانیزه کردن، یک فرایند پوششی است که برای حفظ فولاد زیر لایه استفاده می شود و برای چندین سال محافظت بدون زنگ زدگی ایجاد می کند. در فرایند گالوانیزه کردن، یک قطعه فولاد با روی مایع، بر روی سطح آهن پوشانده می شود. روی از فولاد به سه روش مختلف محافظت می کند.
ابتدا پوشش روی به عنوان مانعی عمل می کند که از رسیدن اکسیژن و آب به فولاد جلوگیری خواهد کرد. دوم، حتی اگر پوشش خراشیده شود، روی از طریق حفاظت کاتدی از نواحی نزدیک فلز محافظت می کند. روش سوم، روی نسبت به اکسیژن بسیار واکنش پذیر است و به سرعت پوشش محافظ اکسید روی را تشکیل می دهد و از اکسید شدن بیشتر آهن جلوگیری می کند.
از آنجا که زنگ به سرعت پخش میشود، بسیار مهم است که به محض ظاهر شدن آن را خراش دهید. پس از خراشیدن، با آب گرم و صابون بشویید و یک نرم کننده فلزی یا پوشش محافظ دیگری برای جلوگیری از اکسیداسیون بیشتر اعمال کنید. در صورت لزوم، از یک لایه رنگ جدید برای منطقه استفاده کنید.
با پاک کردن فلزات آهنی مرطوب و خشک نگه داشتن آنها تا حد امکان، جلوگیری از زنگ زدگی امکان پذیر است. همچنین اجسام آهنی محصور در محیط های مرطوب مانند گاراژ یا زیرزمین از نصب رطوبت گیر سود می برند. در واقع هر نوع گل یا کثیفی که به سطح چسبیده باشد میتواند آب را نگه دارند، بنابراین تمیز نگه داشتن فلزات جز نکات ضروری محسوب میشود.
در صنعت برای برطرف کردن زنگ آهن از روش های کاربردی مختلفی استفاده می شود. از جمله میتوان به سندبلاست، شات بلاست، واتر جت،لیزر زنی، الکترولیز و … اشاره کرد. ازجمله راهکارهای دیگر که برای حذف زنگ زدگی آهن به کار می روند می توان روش های شیمیایی مانند اسیدشویی و استفاده از مواد شوینده را نام برد.
زنگ زدایی با سندبلاست:
سند بلاست یکی از روش های ساب پاشی بوده که برای تمیز کردن سطوح فلزی از زنگ زدگی و آلودگی سطحی به کار گرفته می شود. سندبلاست نوعی فرآیند سطحی است که با استفاده از ساینده های طبیعی با فشار بالای هوا، سطح را تمیزکاری می کند. سندبلاست، شن زنی یا شن پاشی، به صورت پرتاب شن و ماسه از طریق جریان فشرده هوا به سمت سطح فلزی تعریف می شود.
هوای فشرده در سندبلاست به عنوان نیروی محرکه پرتاب ماسه مورد استفاده قرار می گیرد. در اصل هوای فشرده مواد ساینده همچون شن و ماسه را با فشار بسیار بالایی به سمت فلز زنگ زده پرتاب می کند. این روش سنتی نه تنها برای تمیز نمودن سطح از زنگ زدگی، بلکه در تمیزکاری سطوح از گرد و غبار، روغن و گریس نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
سندبلاست بطور گسترده در تمیزکاری و آماده سازی سطح پیش از رنگ آمیزی مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش برای رفع زنگ آهن از سطوح فلزی از مواد طبیعی مثل سیلیس و اکسید فلزات در اندازه های مختلف استفاده می شود. این راهکار فشار هوا و اندازه مواد ساینده، ضخامت لایه سطحی تمیز کاری شده را کنترل می کند .سدبلاست روشی است که از مواد شیمیایی عاری بوده و امکان دسترسی به مناطق دورتر به هنگام تمیزکاری را ایجاد می کند.
این روش از بیش از صد سال پیش، برای تمیز کردن سطوح به کار رفته است. از جمله معایب این روش می توان به امکان پارگی سطح در هنگام انجام فرآیند تمیزکاری سطحی اشاره کرد. از جهت بهداشتی، استنشاق ذرات ساینده که در هنگام تمیزکاری در فضا پراکنده می شوند، برای سلامتی مضر هستند. همچنین این روش در اغلب مواقع برای سطوح فلزی با سختی بالا مورد استفاده قرار می گیرد.
زنگ زدایی با شات بلاست:
زنگ زدائی با شات بلاست، از دیگر روش های ساب پاشی سطحی است که عملکردی شبیه به سندبلاست دارد؛ با این وجود که از نظر مواد سایند، با سندبلاست متفاوت است. این روش که برای برطرف نمودن اکسیدهای سطحی آهن مورد استفاده قرار می گیرد و ساچمه فلزی جایگزین ذرات شن و ماسه سیلیسی شده است. شدت تمیزکاری این روش نسبت به سند بلاست بیشتر بوده و اغلب مواقع برای تمیزکاری لایه های اکسیدی ضخیم تر استفاده می شود.
این راهکار مزیت های بسیاری دارد برای مثال می توان به افزایش سختی سطح، افزایش استحکام سطحی و ایجاد سطح صاف و هموار، علاوه بر تمیزکاری سطحی اشاره نمود. لازم به ذکر است که فرآیند شات بلاست برای قطعات کوچک کاربردی ندارد؛ زیرا فشار بالای تمیزکاری باعث تغییرشکل قطعه فلزی می شود.
زنگ زدایی با واترجت:
فرآیند واترجت با استفاده از فشار قوی برای تمیزکردن سطوح زنگ زده، استفاده می شود. در این روش با استفاده از یک نازل فشار قوی، انرژی فشاری آب را به انرژی جنبشی و مکانیکی تبدیل می کند. این فشار بالا باعث برطرف شدن لایه اکسید سطحی از سطح فلز آهن می شود.از جمله اجزا تشکیل دهنده واتر جت میتوان به پمپ فشار قوی، شیلنگ فشار قوی، گان اسپری آب فشار قوی، فیلتر و پمپ بوستر اشاره کرد. موقع کار با واتر جت، ابتدا میزان فشار آب با استفاده از پمپ فشار قوی تا سه برابر افزایش داده می شود.
این میزان فشار آب، بعد از عبور از فیلترها و رسیدن به نازل دستگاه تا ۲۵۰۰ بار افزایش داده شده و آماده پرتاب می شود. مزیت اصلی روش این راهکار نسبت به روش های دیگر، این است که هیچ گونه آلودگی سطحی ایجاد نمی کند. شایان ذکر است میزان فشار و دبی جریان آب، بهمنظور عملکرد صحیح واترجت باید به طور کامل کنترل و بررسی شود.
زنگ زدایی با لیزر زنی:
استفاده از لیزر، جز پیشرفته ترین و به روزترین روش های برطرف کردن اکسیدها و زنگ آهن از سطح قطعات آهنی به شمار می آید. این فرآیند با کمترین میزان مصرف انرژی، قابلیت پاک سازی سطحی طیف وسیعی از سطوح زنگ زده را دارد. از لیزر زنی می توان برای تمیزکاری سطحی ابزارآلاتی نظیر موتورهای جت، محفظه های احتراق و … که در دماهای بالا کاربرد دارند، استفاده کرد. تمیزکاری با استفاده از لیزر به این صورت است که پرتوهای پر انرژی لیزر به سطح اکسیدشده تابیده و باعث از بین رفتن هرگونه اکسید و رسوب سطحی ناشی از زنگ زدگی می شود.
استفاده از این روش، به دلیل کیفیت بالا، غیر شیمیایی بودن، سرعت عملیاتی و همچنین کارایی وسیع، توجه افراد زیادی را به خود جذب کرده است. از این راهکار برای تمیز کردن انواع قطعات مانند آنهایی که سطح نرم دارند و با ابعاد کوچک قابل استفاده هستند. از لیزر زنی، نه تنها برای تمیزکاری سطح آهن بلکه برای تمیزکاری قطعات از جنس آلومینیوم، مس، برنج، فولاد نیمه سخت، آلومینیوم انودایز شده، پلاستیک ضخیم و فولاد آلیاژی نیز استفاده می شود.
زنگ زدایی با اسیدشوئی:
استفاده از محلولهای اسیدی برای رفع زنگ آهن و تمیزکاری سطحی، یکی از پرکاربردترین روش ها محسوب می شود. از جمله اسیدهای مورد استفاده در روش اسیدشوئی، اسید اگزالیک است. در کار با این اسید، به ازای هر گالن آب، به میزان یک تا سه قاشق غذاخوری اسید استفاده می شود. طرز کار اسید اگزالیک گونهای است که به محض اضافه شدن به فلز اکسیدشده با اکسید آهن، یک واکنش شیمیایی تشکیل داده و یک ترکیب یونی بی رنگ محلول در آب را تشکیل می دهد. در اصل این اسید، باعث تبدیل زنگ آهن به محلول یونی می شود و به راحتی با استفاده از آب قابل شستوشو و تمیزکاری است.
مدت زمان مورد نیاز برای غوطه ور نمودن قطعات آهنی در محلول اسید اگزالیک، از چندین ساعت تا چندین روز متغیر است و به میزان زنگ زدگی و اندازه قطعه کار بستگی دارد. بعد از حذف اکسیدهای سطحی با استفاده از جریان آب فشار قوی، قطعات آهنی به خوبی شست و شو می شوند.
به منظور اطمینان یافتن از برطرف شدن کامل اسید از سطح قطعه، قطعات را در درون محلول بی کربنات سدیم بهمدت چند ساعت غوطهور می نمایند. در بیان علت باید گفت که اگر اسیدی روی سطح قطعه باقی بماند، باعث خوردگی و فرسایش فلز می شود. از جمله مزیتهای استفاده از روش اسیدشویی این است که میتواند زنگ زدگیهای قدیمی را نیز از سطح قطعه پاک نماید. از معایب اصلی این روش میتوان به مصرف بیش از حد آب و ایجاد پسماندهای اسیدی در پایان کار اشاره نمود که محیط زیست را آلوده می کند.
زنگ زدگی بهطور معمول در دو دسته مخرب و پایدار اتفاق می افتد. نوع پایدار بهصورتی است که از زنگزدگی قسمتهای زیرین جلوگیری می کند و بهنوعی یک زنگزدگی مفید است. این در حالی است که نوع مخرب آن، باعث پوسیدگی و از بین رفتن فلز می شود. بهطور کلی اگر فلزات با واکنشهای شیمیایی برخورد داشته باشند، باعث خورد شدن سطح فلز می شوند. اگر زنگزدگی از روی سطح فلز تمیز نشود، به مرور به لایههای زیرین نفوذ کرده و باعث فرسودگی آنها خواهد شد.
همانطور که می دانید بسیاری از وسایلی که در اطراف ما وجود دارند، از آهن تشکیل شدهاند؛ بنابراین لازم است روش های مختلف از بین بردن زنگ زدگی آهن را بدانیم. اگر عملیات جلوگیری زنگ زدگی به موقع انجام شود، باعث بهبود عملکرد قطعه و همچنین طول عمر آن خواهد شد. از جمله روشهایی که از زنگ زدگی جلوگیری می کنند راهکارهای سندبلاست، شات بلاست، واترجت، لیزر زنی و اسیدشوئی هستند.
علت زنگ زدگی آهن این است که آهن موجود در فلزات با اکسيژن و رطوبت هوا واکنش داده و باعث خوردگی و تخریب قطعه کار میشود.
از جمله روشهای برطرف کردن زنگ زدگی آهن، می توان به سندبلاست، شات بلاست، واتر جت، لیزر زنی، الکترولیز و … اشاره نمود.
فلزات آهنی رایج شامل فولاد کربن (1018،1412)، فولاد آلیاژی(4130) و فولاد ضد زنگ (304،316) میشوند.
