زنگ زدگی در چه فلزاتی رخ نمی‌دهد و دلیل آن چیست؟

زنگ زدگی اصطلاح رایجی است که برای خوردگی آهن به کار می‌رود. البته این موضوع به آهن محدود نمی شود و در بسیاری از فلزات رخ می دهد. در واقع در واکنشی که به نام اکسیداسیون شناخته می شود، فلزات با اکسیژن ترکیب می شوند و خواص اولیه خود را از دست می دهند. این موضوع می تواند به تخریب فلزات منجر شود. در این مطلب از دانشنامه فولاد مهراد قصد داریم فلزاتی را معرفی کنیم که در برابر زنگ زدگی مقاوم هستند.

منظور از زنگ زدگی چیست؟

اکسیداسیون اصطلاحی علمی است که بیانگر واکنش فلز با اکسیژن است. این فرایند که با نام زنگ زدگی نیز شناخته می شود، کاتالیزورهایی همچون رطوبت دارد. منظور از کاتالیزور، موادی است که موجب تسریع فرایند شیمیایی می شود.

زنگ زدگی فلزات به دو شکل رخ می دهد. حالت اول، زمانی است که لایه نازکی از فلز اکسید می شود و از نفوذ زنگ زدگی به لایه های زیرین جلوگیری می کند؛ این موضوع در فلزاتی همچون تیتانیوم قابل مشاهده است. اما حالت دوم، زمانی است که لایه اکسید به سرعت توسعه یافته و موجب ترد شدگی و در نهایت، تخریب فلز خواهد شد. این حالت در آهن مرسوم است.

رخ دادن زنگ زدگی در فلزات موجب کاهش استحکام آن ها و به بار آمدن خسارت های بعدی خواهد شد. به همین دلیل، بشر در تلاش است تا فلزاتی را در پروژه های خود استفاده کند که مقاومت بیشتری در برابر اکسیداسیون دارند. اما این موارد شامل چه فلزاتی است؟ کدام فلز هیچگاه زنگ نمی زند؟

کدام فلزات دچار زنگ زدگی نمی شوند؟

برخی از فلزات یا آلیاژ آن ها مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون و زنگ زدگی دارند؛ از جمله:

• آلومینیوم
• فولاد ضدزنگ
• فولاد گالوانیزه
• فلزات قرمز رنگ (مس، برنج و برنز)
• تیتانیوم
• طلا، نقره و بسیاری از فلزات گران بها

آلومینیوم

آلومینیوم به عنوان یکی از فلزات مقاوم در برابر زنگ زدگی شناخته می شود. این موضوع به معنای اکسید نشدن این فلز نیست. در ابتدای این مطلب در مورد دو نوع مختلف از اکسیداسیون صحبت شد. آلومینیوم از دسته فلزاتی است که دچار اکسیداسیون نوع اول می شود.در واقع، به علت ایجاد یک لایه اکسید نازک بر سطح این فلز، زنگ زدگی به لایه های زیرین آن نفوذ نمی کند.

بنابراین مقاومت و پایداری آن حفظ می شود. از این رو، از آلومینیوم در صنایعی همچون خودورسازی، لوازم خانگی و … استفاده می شود.

فولاد ضد زنگ

یکی دیگر از فلزاتی که خاصیت ضد زنگ مناسبی دارد، فولاد است. البته این موضوع در مورد انواع فولاد یکسان نیست. به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل (Stainless Steel) دارای خاصیت ضد زنگ بیشتری است. فولاد ضد زنگ خود دارای انواع مختلفی از جمله مارتنزیتی، آستنیتی و فریتی است.فولاد استنلس استیل آستنیتی در ترکیب خود از مقدار کروم بیشتری بهره می برد؛ فلزی که خود را در فرایند اکسیداسیون قربانی می کند تا با تشکیل لایه اکسید نازک، سایر عناصر همچون آهن وارد واکنش نشوند.

فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی و فریتی نیز چنین قابلیتی دارند؛ اما به علت استفاده از کروم در مقادیر کمتر، خاصیت ضد زنگ کمتری نسبت به نوع آستنیتی دارند.

فولاد گالوانیزه

فولاد گالوانیزه دسته دیگری از انواع فولاد است که با خاصیت ضد زنگ خود شناخته می شود. این محصول به عنوان فولاد روکش دار شناخته می شود. در واقع برای تولید این محصول، از یک لایه فلز روی (زینک یا Zn) برای پوشش دهی فولاد استفاده می شود. اما کاربرد آن چیست؟وظیفه این لایه روی، فدا کردن خود برای محافظت از فولاد است. در واقع با وارد شدن روی به واکنش اکسیداسیون، یک لایه اکسید نازک بر سطح فولاد شکل می گیرد تا لایه اصلی سالم باقی بماند.

بنابراین اکثر فلزاتی که خاصیت ضد زنگ دارند، در واقع به دلیل وقوع اکسیداسیون نوع اول است که موجب ایجاد یک لایه محافظ بر سطح فلز می گردد.یکی از پرکاربردترین محصولاتی که به این روش تولید می شود، ورق گالوانیزه است. از این نوع ورق در صنایع مختلف و برای تولید محصولات مقاوم در برابر زنگ زدگی استفاده می شود. این موضوع، به افزایش طول عمر وسایل مورد نیاز انسان کمک می کند.

مس، برنج و برنز

مس و آلیاژهای معروف و پرمصرف آن، یعنی برنج و برنز، دسته دیگری از فلزات هستند که در برابر زنگ زدگی مقاوم هستند. البته فلز مس در دراز مدت می تواند اکسید شود و لایه نازکی به رنگ سبزآبی بر سطح آن شکل بگیرد. با این وجود، مس و آلیاژهای آن به عنوان فلز ضد زنگ شناخته می شوند.

طلا، تیتانیوم و فلزات گران بها

فلزاتی که ارزش بیشتری دارند، به علت داشتن ویژگی هایی است که موجب افزایش نقاط قوت آن ها می شود؛ مواردی همچون کمیاب بودن، مقاومت بالا در برابر آسیب های مختلف و ضد زنگ بودن از جمله این ویژگی ها هستند. تیتانیوم یکی از این فلزات است که به دلیل مقاومت بالای خود و همچنین ضد زنگ بودن، ارزش بالایی دارد. در صورت اکسید شدن این فلز، لایه نازکی از اکسید تیتانیوم تشکیل می شود که از لایه زیرین خود محافظت می کند. فلز بعد، طلا است.

یکی از سوالات اساسی در مورد طلا این است که ایا طلا در زیر خاک زنگ میزند؟طلا یکی از خنثی ترین فلزات شناخته شده است و برای شرکت در واکنش های شیمیایی، تمایل چندانی ندارد. به همین دلیل دیدن طلای زنگ زده تقریبا غیرممکن است. حتی این فلز می تواند تا سال ها در زیر خاک سالم و بدون تغییر باقی بماند. البته این نکته را در نظر داشته باشید که اگر زیر خاک تغییر دمای شدیدی رخ دهد، طلا هم می تواند تغییر یابد. اما در شرایط عادی، طلا زیر خاک دچار زنگ زدگی نمی شود.

سرب

سرب سنگین ترین فلز پایدار موجود در جدول تناوبی است. اما سوال اینجاست که آیا سرب زنگ میزند؟ در پاسخ باید گفت که این عنصر نیز همانند موارد قبل، در برابر زنگ زدگی پایداری خوبی دارد؛ اما در صورت اکسیداسیون، لکه هایی بر سطح آن شکل می گیرد.

روش های جلوگیری از زنگ زدگی فلزات چیست؟

برای پیشگیری از زنگ زدگی فلزت پرکاربرد، روش های مختلفی به کار برده می شود. یکی از رایج ترین آن ها، ایجاد آلیاژهای جدید از فلزات است. گالوانیزه کردن، رنگ آمیزی سطوح فلزی، پیشگیری از سایش و فرسایش فلزات، کنترل رطوبت و اکسیژن محیط و … از روش های دیگری هستند که برای ایجاد خاصیت ضد زنگ در فلزات استفاده می شود.

در مجموع فلزاتی که در این مطلب ذکر شد، پایداری مناسبی دارند و می توانند در برابر اکسیداسیون و زنگ زدگی مقاومت خوبی از خود نشان دهند. با وجود اینکه طلا، تیتانیوم، پلاتین و مواردی از این دست واکنش پذیری بسیار کمی دارند، اما به دلیل قیمت بالا، در صنعت استفاده کمتری دارند یا صرفا در صنایع حساس مورد استفاده قرار می گیرند. به همین دلیل، از انواع فولاد، مس و آلیاژهای آن و همچنین آلومینیوم در صنعت استفاده می شود.