سبائك الفولاذ: التعريف والأنواع والتطبيقات والمزيد!
ما الذي يجعل سبائك الفولاذ حيوية للغاية في حياتنا اليومية والتطبيقات الصناعية؟ توفر سبائك الفولاذ، مع العناصر المضافة مثل الكروم والنيكل، قوة وصلابة ومقاومة للتآكل...
هل تساءلت يوماً لماذا تدوم بعض الهياكل الفولاذية لعقود من الزمن دون أن يصدأ؟ يكشف هذا المقال النقاب عن أسرار سبائك الصلب، وهو مزيج من الحديد والكربون مع عناصر مضافة تمنحه خصائص رائعة مثل القوة العالية ومقاومة التآكل. تعرّف على كيفية تحويل هذه العناصر الفولاذ العادي إلى مادة يمكنها تحمل الظروف القاسية.
سبائك الفولاذ هي نوع من سبائك الحديد والكربون التي تحتوي على عناصر سبائك أخرى إلى جانب الحديد والكربون.
من خلال إضافة عنصر أو أكثر من عناصر السبائك المناسبة إلى الفولاذ الكربوني العادي واعتماد تقنيات المعالجة المناسبة، يمكن الحصول على خصائص خاصة مثل القوة العالية والمتانة ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل ومقاومة درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة درجات الحرارة العالية وعدم المغناطيسية اعتمادًا على العناصر المضافة وطرق المعالجة.
التآكل
التآكل، والذي يشمل أيضًا التأثيرات المشتركة للعوامل المذكورة أعلاه والعوامل الميكانيكية أو البيولوجية.
بعض الظواهر الفيزيائية، مثل الانحلال الفيزيائي لـ مواد معدنية في معادن سائلة معينة، يمكن تصنيفها أيضًا على أنها تآكل المعادن.
بشكل عام، يشير الصدأ بشكل خاص إلى الصلب والسبائك القائمة على الحديد، والتي تشكل تحت تأثير الأكسجين والماء نواتج صدأ تتكون بشكل رئيسي من أكسيد الحديد المائي.
يمكن للمعادن غير الحديدية وسبائكها أن تتآكل دون أن تصدأ، ولكن بدلاً من ذلك تشكل منتجات تآكل مماثلة للصدأ، مثل زنجار النحاس على سطح النحاس وسبائك النحاس، ويشار إليه أحياناً باسم صدأ النحاس.
الصدأ أو الصدأ المعدني
صدأ المعادن هو تفاعل كيميائي أو كهروكيميائي يحدث عندما تتلامس المعادن مع الوسط المحيط بها، مما يؤدي إلى تدمير المعدن.
تأثير عناصر السبائك الرئيسية على أداء الصلب.
شرح تأثيرات عناصر السبائك الرئيسية على أداء الفولاذ في الجدول 1-38.
| اسم العنصر. | التأثير الأساسي على الأداء. |
| آل | وتتمثل الوظيفة الرئيسية في تنقية الحبوب وإزالة الأكسدة. في النيترة الفولاذ، يمكن أن يعزز تكوين طبقات النيتريد. عند وجوده بكميات عالية، يمكنه تحسين مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل بغاز H2S. كما أن له تأثير قوي في تقوية المحلول الصلب، ويحسن من قوة الحرارة للسبائك المقاومة للحرارة، ويعزز من ميل الجرافيت. |
| B | يمكن أن تحسن كميات ضئيلة من البورون من صلابة الفولاذ. ومع ذلك، نظرًا لأن محتوى الكربون في الفولاذ، يضعف التحسن في الصلابة تدريجيًا ويختفي في النهاية. |
| C | مع زيادة المحتوى، فإن الصلابة والقوة من الفولاذ أيضًا. ومع ذلك، تنخفض اللدونة والصلابة وفقًا لذلك. |
| C0 | له تأثير تقوية المحلول الصلب، مما يمنح الفولاذ صلابة حمراء ويحسن أداءه في درجات الحرارة العالية ومقاومة الأكسدة ومقاومة التآكل. وهو عنصر مهم في صناعة السبائك في السبائك عالية الحرارة والفولاذ فائق الصلابة عالي السرعة. ويمكنه أيضًا زيادة الآنسة نقطة الصلب وتقليل صلابته. |
| كر | يعمل على تحسين صلابة الفولاذ وله تأثير تصلب ثانوي، مما يزيد من مقاومة التآكل فولاذ عالي الكربون. عندما يزيد المحتوى عن 12%، فإنه يمنح الفولاذ مقاومة ممتازة للأكسدة في درجات الحرارة العالية ومقاومة تآكل الوسائط المؤكسدة، مما يحسن من قوة حرارة الفولاذ. وهو عنصر السبائك الرئيسي في الفولاذ المقاوم للأحماض والفولاذ المقاوم للحرارة. ومع ذلك، عندما يكون المحتوى مرتفعًا جدًا، يمكن أن يؤدي إلى الهشاشة. |
| النحاس | عند وجوده بكميات منخفضة، تكون وظيفته مشابهة لوظيفة النيكل. ومع ذلك، عندما يكون المحتوى أعلى، يمكن أن يكون ضارًا بمعالجة التشوه الساخن. على سبيل المثال، إذا تجاوز المحتوى 0.30%، يمكن أن يؤدي إلى هشاشة النحاس في درجات الحرارة العالية أثناء معالجة التشوه الساخن. عندما يكون المحتوى أعلى من 0.75%، يمكن أن يحدث تصلب في العمر بعد معالجة المحلول الصلب والشيخوخة. في الفولاذ منخفض السبائك، خاصةً عند وجوده مع الفوسفور، يمكن أن يحسّن مقاومة الفولاذ للتآكل في الغلاف الجوي. في الفولاذ المقاوم للصدأ، يمكن للنحاس 2%-3% أن يحسن مقاومته للتآكل لحمض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك وحمض الهيدروكلوريك وما إلى ذلك، وكذلك ثباته ضد التآكل الإجهادي. |
| من | يقلل من النقطة الحرجة السفلى للصلب، ويزيد من درجة التبريد المنخفضة أثناء الأوستينيت التبريد، ويصقل هيكل البرليت لتحسين خواصه الميكانيكية. وهو عنصر مهم من عناصر السبائك في الفولاذ منخفض السبائك، مما يحسن بشكل كبير من صلابة الفولاذ. ومع ذلك، فإن له أيضًا ميلًا ضارًا نحو خشونة الحبيبات وهشاشة المزاج. |
| مو | يعمل على تحسين صلابة الفولاذ. عندما يكون موجودًا بكمية 0.5%، يمكن أن يقلل من هشاشة المزاج وله تأثير تصلب ثانوي. عندما يكون المحتوى بين 2% و3%، فإنه يزيد من قوة الحرارة وقوة الزحف للفولاذ، وكذلك مقاومته للتآكل بواسطة الأحماض العضوية والوسائط المختزلة. |
| N | كما أن له تأثيرًا خفيًا في تقوية المحلول الصلب ويمكنه تحسين صلابة الفولاذ، بالإضافة إلى زيادة قوة الزحف. عندما يتحد مع عناصر في الفولاذيمكن أن يكون له تأثير تصلب الترسيب. يمكن أن يؤدي نيترة سطح الفولاذ إلى زيادة صلابته ومقاومته للتآكل، وكذلك مقاومته للتآكل. في الفولاذ منخفض الكربون، يمكن أن يؤدي النيتروجين المتبقي إلى تقصف المزاج. |
| ن ب | له تأثير كبير على تقوية المحلول الصلب، مما يحسن من صلابة الفولاذ (عند إذابته في الأوستينيت)، مما يزيد من ثبات التقسية، ويكون له تأثير تصلب ثانوي. كما يمكن أن يزيد من قوة وصلابة الصلب. عندما يكون المحتوى عاليًا (أكثر من 8 أضعاف محتوى الكربون)، فإنه يمنح الفولاذ مقاومة ممتازة للهيدروجين ويحسن أداء درجات الحرارة العالية (قوة الزحف، إلخ) للفولاذ المقاوم للحرارة. |
| ني | يزيد من ليونة وصلابة الفولاذ، مع تحسن أكبر في الصلابة في درجات الحرارة المنخفضة. كما أنه يحسن من مقاومة التآكل. عند استخدامه مع الكروم والموليبدينوم، يمكن أن يحسن من قوة حرارة الفولاذ. وهو أحد عناصر صناعة السبائك الرئيسية في الفولاذ المقاوم للحرارة والفولاذ المقاوم للأحماض غير القابل للصدأ. |
| P | له تأثير جيد في تقوية المحلول الصلب وتأثير تصلب العمل على البارد. عند استخدامه مع النحاس، يمكن أن يحسن مقاومة التآكل في الغلاف الجوي للفولاذ منخفض السبائك عالي القوة ولكنه قد يقلل من أداء الختم البارد. عند استخدامه مع الكبريت والمنجنيز، فإنه يحسن من قابلية التشغيل الآلي، ولكنه يزيد من هشاشة المزاج والحساسية للهشاشة على البارد. |
| باء باء | يحسن من قابلية التشغيل الآلي. |
| إعادة | ويشمل ذلك عناصر اللانثانيد، بالإضافة إلى الإيتريوم والسكانديوم، بإجمالي 17 عنصرًا. ولها تأثير مزيل للأكسدة ونزع الكبريت والتنقية الذي يحسّن هيكل الصلب المصبوب. يمكن لمحتوى 0.2% تحسين مقاومة الأكسدة وقوة درجات الحرارة العالية وقوة الزحف ومقاومة التآكل. |
| S | يحسن قابلية التشغيل الآلي. ومع ذلك، يمكن أن ينتج عنه هشاشة ساخنة، مما يؤدي إلى تدهور جودة الفولاذ. يمكن أن يكون لارتفاع محتوى الكبريت تأثير سلبي على قابلية اللحام. |
| سي | وتتميز مزيلات الأكسدة الشائعة بتأثير تقوية نقطة الانصهار الصلبة، وزيادة المقاومة الكهربائية، وتقليل فقدان التباطؤ المغناطيسي، وتحسين النفاذية المغناطيسية، وتعزيز الصلابة ومقاومة التصلب والمزاج. وهي مفيدة في تحسين الخواص الميكانيكية الإجمالية، وزيادة الحد المرن، وتعزيز مقاومة التآكل في الظروف الطبيعية. ومع ذلك، عند وجود محتويات أعلى، يمكن أن تقلل من قابلية اللحام وتؤدي إلى هشاشة على البارد. يكون الفولاذ متوسط الكربون والفولاذ عالي الكربون عرضة للتجريف أثناء التقسية. |
| تي | له تأثير قوي في تقوية المحلول الصلب، ولكنه يمكن أن يقلل من صلابة المحلول الصلب. عند إذابته في الأوستينيت، يمكنه تحسين صلابة الفولاذ، ولكن عند دمجه مع تيتانيوميقلل من صلابة الفولاذ. يحسن من ثبات التقسية وله تأثير تصلب ثانوي، مما يزيد من مقاومة الأكسدة والقوة الحرارية للفولاذ المقاوم للحرارة، مثل قوة الزحف والقوة المستدامة، ويحسن من قابليتها للحام. |
| V | عندما يذوب في الأوستينيت، يمكنه تحسين صلابة الفولاذ. ومع ذلك، إذا كان الفاناديوم موجودًا في حالة مركبة، يمكن أن يقلل من صلابة الفولاذ. يزيد من ثبات التقسية وله تأثير تصلب ثانوي قوي. عندما يذوب في الفريت، يكون له تأثير قوي للغاية في تقوية المحلول الصلب. يعمل على صقل الحبيبات لتحسين صلابة الصدمات في درجات الحرارة المنخفضة. كربيد الفاناديوم هو أقسى كربيد معدني وأكثرها مقاومة للتآكل، مما يطيل عمر فولاذ الأدوات بشكل كبير. كما أنه يحسّن أيضًا من قوة الزحف والقوة المستدامة للفولاذ. عندما تتجاوز نسبة الفاناديوم إلى الكربون 5.7، يمكن أن يزيد بشكل كبير من مقاومة الفولاذ للتآكل الهيدروجيني في درجات الحرارة العالية والضغط العالي، ولكنه قد يقلل قليلاً من مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية. |
| W | وله تأثير تصلب ثانوي، مما يجعل الفولاذ أكثر صلابة ويحسن من مقاومة التآكل. وتتشابه تأثيراته على الصلابة واستقرار التقسية والخصائص الميكانيكية وقوة حرارة الفولاذ مع تأثيرات الموليبدينوم. ومع ذلك، قد يقلل قليلاً من مقاومة الفولاذ للأكسدة. |
| Zr | للزركونيوم تأثيرات مماثلة في الفولاذ مثل النيوبيوم والتيتانيوم والفاناديوم. وبكميات صغيرة، يكون له تأثير مزيل للأكسدة والتنقية وتنقية وتكرير الحبوب، مما يحسن صلابة الفولاذ في درجات الحرارة المنخفضة ويزيل ظواهر الشيخوخة. ويمكنه أيضًا تحسين أداء ختم الفولاذ. |
يشير التآكل المعدني إلى الظاهرة التي تفقد فيها المعادن خواصها الفعالة بسبب التآكل بعد تعرضها للمحاليل الحمضية القاعدية والغازات الحمضية القاعدية والمذيبات والمواد الوسيطة والكحوليات والدهون وغيرها.
غالبًا ما تتعرض المعادن لتفاعلات كيميائية وكهروكيميائية تحت تأثير العوامل البيئية الخارجية، مما يسبب التآكل، والذي يمكن أن يؤدي إلى مخاطر السلامة من خلال إتلاف المعدن.
يعد الفشل الناجم عن تآكل المعادن ظاهرة شائعة في الدراسات المختبرية.
على سبيل المثال، تصدأ الهياكل الفولاذية في الغلاف الجوي، وتتآكل الهياكل المعدنية للسفن في مياه البحر، وتتآكل الحاويات المعدنية لتخزين السوائل الحمضية أو القاعدية، وتثقب الأنابيب المعدنية تحت الأرض، وتتلف غلايات محطات الطاقة الحرارية، وتتلف الحاويات المعدنية في المصانع الكيميائية.
كل هذه أمثلة على فشل تآكل المعدن، الناجم عن تفاعلات كيميائية أو كهروكيميائية بين سطح المعدن ووسط البيئة، مما يؤدي إلى تدمير المعدن أو تدهوره، وهو ما يعرف بتآكل المعدن.
لمنع تآكل المعادن، من الضروري منع كل من التآكل الكيميائي والكهروكيميائي.
التآكل الكيميائي هو التلف الناجم عن التفاعل الكيميائي بين سطح المعدن والوسط المحيط به، حيث يوجد محلول إلكتروليت موصل للكهرباء أثناء عملية التآكل، وبالتالي يتولد تيار كهربائي.
هذا النوع من التآكل هو الأكثر شيوعًا ويتضمن التآكل الجوي وتآكل التربة وتآكل مياه البحر وتآكل المحلول الإلكتروليتي وتآكل الملح المنصهر.
الأسباب الرئيسية الثلاثة لصدأ المعادن هي:
1. الرطوبة: يتراوح مستوى الرطوبة الحرجة للعديد من المعادن بين 50% و80%، حيث يبلغ مستوى الرطوبة الحرجة للصلب حوالي 75%. إذا كانت الرطوبة البيئية أقل من الرطوبة الحرجة للمعدن، فإن معدل أكسدة المعدن وتآكله سيكون أبطأ. وعلى العكس من ذلك، إذا كانت الرطوبة أعلى، فسوف يسرّع ذلك من حدوث صدأ المعدن.
2. درجة الحرارة: من المعتقد بشكل عام أنه عندما تصل درجة حرارة تشغيل المعدن إلى 30%-40% من درجة انصهاره (درجة الحرارة المطلقة)، يمكن اعتباره بيئة تآكل ذات درجة حرارة عالية. وكلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت احتمالية تآكل المعدن وزاد معدل التآكل.
3. عوامل التآكل: أثناء معالجة معادن معينة، قد تنتج غازات أكالة مثل الكلوريدات والكبريتيدات، وهي عوامل مباشرة تسرع من أكسدة المعادن والصدأ.
يتم تشكيل سبائك الصلب بإضافة عناصر السبائك إلى مواد الصلب. خلال هذه العملية، يتم إضافة عناصر الصلبأي الحديد والكربون، سيتفاعلان مع عناصر السبائك المضافة حديثًا.
وفي ظل هذه التفاعلات، سيخضع هيكل الفولاذ وجوهره لتغيرات معينة، كما سيتم تحسين الأداء العام وجودة الفولاذ.
ولذلك، يتزايد إنتاج سبائك الفولاذ، ويصبح نطاق تطبيقه أكثر اتساعًا.
تتمتع السبائك المقاومة للتآكل بالقدرة على مقاومة تآكل الوسائط، ولكن لا يمكن استخدامها في البيئات التي تحتوي على الفلور.
من بينها، تشمل المواد المعدنية المقاومة للتآكل بشكل أساسي ثلاثة أنواع: السبائك القائمة على الحديد (أي الفولاذ المقاوم للصدأ)، والسبائك المقاومة للتآكل القائمة على النيكل، والمعادن التفاعلية:
1. يشير الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للتآكل بشكل أساسي إلى سلسلة 300 من الفولاذ المقاوم للصدأ، مثل مثل 304 التي تقاوم التآكل في الغلاف الجوي أو مياه البحر، والسبائك الأكثر استخدامًا المقاومة للتآكل - Hastelloy C-276، 316L، 317L، إلخ؛ الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ ذو المقاومة الأقوى للتآكل، مثل 904L، 254SMO؛ الفولاذ المزدوج 2205، 2507، إلخ؛ سبيكة 20 المقاومة للتآكل المحتوية على النحاس وغيرها.
2. تشمل سبائك النيكل المقاومة للتآكل القائمة على النيكل بشكل أساسي سبائك Hastelloy وسبائك النيكل والنحاس.
ونظرًا للبنية المكعبة المتمركزة على الوجه للنيكل نفسه، فإن ثباته البلوري يسمح له باستيعاب عناصر السبائك مثل الكروم والموديم أكثر من الحديد، وبالتالي تحقيق القدرة على مقاومة البيئات المختلفة.
وفي الوقت نفسه، يتمتع النيكل نفسه بمقاومة معينة للتآكل، خاصةً مقاومة التآكل الإجهادي الناجم عن أيونات الكلوريد.
في البيئات شديدة التآكل المختزلة بشدة، والبيئات الحمضية المختلطة المعقدة، والمحاليل التي تحتوي على أيونات الهاليد، تتمتع السبائك المقاومة للتآكل القائمة على النيكل والمتمثلة في Hastelloy بمزايا مطلقة على الفولاذ المقاوم للصدأ القائم على الحديد.
3. المعادن المتفاعلة، التي تتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل، تتمثل عادةً في التيتانيوم والزنك والتا. التيتانيوم هو الممثل الأكثر نموذجية، ولمواد التيتانيوم استخدامات واسعة النطاق، خاصةً في البيئات المسببة للتآكل التي لا يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ التكيف معها.
مبدأ مقاومة مادة التيتانيوم للتآكل هو تشكيل طبقة أكسيد كثيفة في جو مؤكسد لتوفير الحماية.
ولذلك، لا يمكن استخدامه بشكل عام في البيئات شديدة الاختزال أو عالية التآكل.
وفي الوقت نفسه، تكون درجة حرارة استخدام مادة التيتانيوم أقل من 300 درجة مئوية بشكل عام. من المهم ملاحظة أنه لا يمكن استخدام المعادن التفاعلية في البيئات التي تحتوي على الفلور.
تتمثل مزايا استخدام السبائك المقاومة للتآكل فيما يلي:
1. لا تكون السبائك حساسة لدرجات الحرارة مثل البطانات المطاطية والراتنجية، وهي أقل عرضة للتلف في ظروف التشغيل غير الطبيعية.
2. لا تتطلب الأجهزة المصنوعة من جميع السبائك عموماً أنظمة تبريد طارئة.
3. تنظيف المكونات المصنوعة من السبائك وإزالة الترسبات منها أسهل بكثير من الطلاء، دون القلق بشأن إتلاف الطلاء.
4. كما أن فحص وإصلاح الأسطح المصنوعة من السبائك أسهل بكثير، ولا يحتاج الأمر سوى عمال اللحام المؤهلين لأعمال الإصلاح.
5. على الرغم من وجود اشتراطات معينة لطريقة البناء وبيئة مكونات السبائك، فإنها أقل صرامة بكثير من تلك الخاصة بالبطانات المطاطية والراتنج.
6. تكون التغييرات في أداء منتجات السبائك أقل عموماً من تلك الخاصة بالمطاط والراتنج التي لها عمر افتراضي. وبالإضافة إلى ذلك، فإن فحص مواد السبائك بسيط نسبياً.
مقاومة التآكل: يُطلق على قدرة المادة المعدنية على مقاومة التآكل التدميري للوسط المحيط بها اسم مقاومة التآكل. ويتم تحديدها من خلال التركيب والخصائص الكيميائية والتشكل الهيكلي للمادة. يمكن إضافة الكروم والنيكل والألومنيوم والتيتانيوم والتيتانيوم إلى الفولاذ لتشكيل طبقة واقية، بينما يمكن للنحاس أن يغير من إمكانات القطب الكهربائي ويمكن للتيتانيوم والنيوبيوم تحسين التآكل بين الخلايا الحبيبية مما يحسن من مقاومة التآكل.
مقدمة
تُستخدم المواد المعدنية على نطاق واسع في مختلف المجالات نظرًا لتعدد استخداماتها وسهولة الوصول إليها، ولكن قابليتها للتآكل تؤثر أيضًا على أدائها، مما يحد من استخدام المواد المعدنية.
لمعالجة هذه المشكلة، يمكن تقليل استخدام المعادن أو تجنب التلامس المباشر مع الوسائط التفاعلية قدر الإمكان عند استخدام المواد المعدنية.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن تنفيذ الحماية الكهروكيميائية من التآكل باستخدام التأثير الاستقطابي للين واليانغ لتحسين حماية المواد المعدنية. وهذا له أهمية عملية كبيرة لإطالة عمر المواد المعدنية وتقليل تكاليف التطبيق وتحسين كفاءة التطبيق.
1. تآكل المواد المعدنية ومخاطره
1.1 تآكل المواد المعدنية
يشير تآكل المواد المعدنية إلى ظاهرة تتضرر فيها المواد المعدنية بسبب تفاعلات كيميائية أو كهروكيميائية عندما تتلامس مع الوسائط المحيطة بها.
في الطبيعة، توجد معظم الفلزات في أشكال مختلفة من المركبات، والنشاط الكيميائي لـ عناصر معدنية عادةً أعلى من مركباتها.
ولذلك، تتطور هذه المعادن تلقائيًا إلى حالات وجودها الطبيعي، مما يجعل تآكل المعادن ظاهرة تلقائية وعالمية لا يمكن تجنبها.
وفقًا لآلية مادة معدنية التآكل، يمكن تقسيم التآكل عادةً إلى تآكل كيميائي وتآكل كهروكيميائي.
يشير التآكل الكيميائي إلى ظاهرة التآكل التي تحدث عندما تتلامس المواد المعدنية مع الشوارد غير الكهربية في الوسط المحيط وتخضع لتفاعلات كيميائية بين الأكسدة والاختزال.
هذا هو التآكل الذي يحدث عندما تكون المواد المعدنية في محاليل عضوية (الهيدروكربونات العطرية والنفط الخام، إلخ).
يشير التآكل الكهروكيميائي بشكل أساسي إلى ظاهرة التآكل التي تحدث عندما تتلامس المواد المعدنية مع الإلكتروليتات، ويتفاعل سطح المعدن كيميائيًا مع محلول الإلكتروليت ليشكل تآكل امتصاص الهيدروجين أو تآكل تطور الهيدروجين. على سبيل المثال، يتفاعل الفولاذ الكربوني مع الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والماء في الهواء لتكوين الصدأ.
1.2 مخاطر التآكل
يؤدي التآكل إلى إضعاف قوة و الخواص الميكانيكية للمعادن المواد، مما يقلل من عمرها الافتراضي، بل ويجعل المواد المعدنية غير فعالة، مما يتسبب في خسائر اقتصادية. ووفقًا للتقارير، تجاوزت الخسائر الاقتصادية للصين الناجمة عن التآكل في عام 2014 بالفعل 200 مليار يوان صيني.
على المستوى العالمي، فإن الخسائر الاقتصادية الناجمة عن التآكل تفوق الخيال. وتشمل الخسائر الناجمة عن التآكل أيضاً الطاقة المستهلكة أثناء صهر المعادن وإعادة تدويرها.
وفي الوقت نفسه، يمكن أن يتسبب التآكل أيضًا في تلوث موارد الأرض والمياه. ويمكن أن يتسبب التآكل أيضًا في إلحاق الضرر بالمعدات الصناعية وإنشاءات الجسور والسفن، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية أو حتى يشكل تهديدًا للسلامة الشخصية. وتنتج العديد من الحوادث بشكل مباشر أو غير مباشر عن التآكل.
ولذلك، فإن البحث في مجال مكافحة تآكل المواد المعدنية له أهمية كبيرة.
2. العوامل المؤثرة على التآكل
2.1 أسباب جوهرية معدنية
إن تآكل المعادن له علاقة وثيقة بالمعدن نفسه، مثل القوى المتولدة على سطح المواد المعدنية والخصائص الداخلية، وكلها لها علاقة مباشرة بتآكل المعادن. عادةً ما تتمتع المعادن ذات الأشكال الخارجية المنتظمة والسليمة من الناحية الهيكلية بمقاومة أفضل للتآكل من المعادن ذات العيوب السطحية.
عندما تتركز القوى الداخلية، فإن معدل التآكل المتسارع للمعدن يمكن أن يهدد جودة المعدن ويسبب ضررًا أكبر لسطح المعدن.
2.2 الظروف الخارجية للمعدن
تشمل الأسباب الخارجية الرئيسية لتسريع تآكل المعادن ما يلي:
(1) وسائط التشغيل. إن العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على المواد الفولاذية في وسائط التشغيل هو قيمة الأس الهيدروجيني، وهو مؤشر مهم لتمييز محاليل الإلكتروليت. ولذلك، فإن تأثير قيمة الأس الهيدروجيني على درجة التآكل معقد.
(2) التغيرات في درجة الحرارة. بشكل عام، كلما ارتفعت درجة الحرارة، كلما كان معدل تآكل المعدن أسرع.
(3) الاختلافات في الضغط. بشكل عام، تؤدي زيادة الضغط إلى زيادة ذوبان الغاز في المحلول، مما يؤدي إلى اتساع مساحة التآكل في المعدن حتى ينتشر على سطح المعدن بالكامل تدريجياً.
3. الوقاية من تآكل المعادن
3.1 حماية السطح المعدني
هناك طريقتان للمعالجة، وهما الفوسفات والكلورة.
فوسفرة المعدن:
بعد إزالة الزيت والصدأ من منتجات الفولاذ، يتم غمرها في محلول يتكون من المعدن وأيون الكربونات. بعد المعالجة بمحلول يحتوي على فوسفات الزنك والمنغنيز والكروم والحديد وغيرها، تتكون طبقة ملح فوسفات غير قابلة للذوبان على سطح المعدن، والتي تشكل مكونًا غير قابل للذوبان في الماء.
تسمى هذه العملية بالمعالجة بالفوسفات. يتغير لون طبقة الفوسفات من الرمادي الداكن إلى الرمادي الأسود، ويتراوح سمكها من خمسة إلى عشرين ميكرون مع مقاومة قوية للتآكل ومقاومة قوية للتآكل.
يحتوي هيكل غشاء الفوسفات على العديد من المسام، ويمتص الطلاء بسهولة، وإذا تم استخدامه في الجزء السفلي من طبقة الطلاء، فيمكنه تعزيز مقاومته للتآكل.
كلورة المعدن: تتم معالجة منتجات الصلب بمزيج من كلوريد الصوديوم ومحلول نيتريت الصوديوم بعد المعالجة الساخنة، وتتكون طبقة أكسيد الحديد الزرقاء على السطح، والتي تسمى "الأزرق". هذه الطبقة الهيدروجينية مرنة ومزلقة، ولا تؤثر على دقة الأجزاء.
يمكن استخدام المعدات الدقيقة مثل الفولاذ الزنبركي والأسلاك الحديدية الدقيقة، وكذلك مكونات المعدات البصرية للمعالجة الزرقاء.
طريقة أخرى مضادة للتآكل هي الطلاء غير المعدني: السطح المعدني المطلي بالبلاستيك أفضل من الطلاء، وطبقة التغطية البلاستيكية رقيقة وسلسة، واللون مشرق للغاية، ولها وظيفة التآكل والزخرفة المضادة للتآكل. السيراميك الذي يحتوي على SiO2مثل السيراميك الزجاجي الذي يحتوي على نسبة عالية من SiO2، له تأثيرات جيدة مضادة للتآكل.
3.2 تقنية الطلاء المضاد للتآكل للخدمة الشاقة
إن عملية طلاء الطلاء المضاد للتآكل للخدمة الشاقة أنيقة وبسيطة للغاية، ولا تزال تستخدم في العديد من الأماكن. وفقًا لتطور تكنولوجيا الطلاء، فإن الطلاء المضاد للتآكل لسطح الجسر الفولاذي هو مفتاح مقاومة التآكل للجسور الفولاذية.
في هذا الصدد، تتشابه عمليات وأنواع الطلاءات ذات العلامات التجارية الأجنبية والطلاءات المحلية ذات العلامات التجارية القديمة في عمليات وأنواع الطلاء المضادة للتآكل، والتي تتكون من العديد من أنظمة الطلاء، بما في ذلك الطلاء التمهيدي والطبقة الوسيطة والطلاء العلوي.
أنواع الطلاءات هي طلاء الإيبوكسي الغني بالزنك التمهيدي، وطلاء الإيبوكسي الميكا أكسيد الحديد الوسيط، والبولي يوريثان الإيبوكسي والطلاء العلوي الملون الإيبوكسي والطلاء العلوي المطاطي المكلور، إلخ. يتم فصل الفولاذ والبيئة المسببة للتآكل عن طريق طلاء الطلاء.
في التأثير السلبي المقاوم للتآكل لنظام الطلاء، يكون للطلاء التمهيدي الأول للمصنع تأثير سلبي مقاوم للتآكل، ولكن تأثير التعقيم ليس مثاليًا.
في ظل الحماية الكاثودية للطلاء التمهيدي المضاد للتآكل، إذا تمت إضافة مسحوق الزنك والطلاء التمهيدي الغني بالزنك، فسوف يساعد ذلك على الحماية الكاثودية للصلب.
3.3 تقنية الرذاذ الساخن المضاد للتآكل بالرش الساخن
هناك نوعان من الطلاء بالرش، الرش باللهب والرش القوسي. رذاذ اللهب: مصدره الحراري هو الغاز القابل للاحتراق، وطريقته هي إذابة السلك المعدني والمسحوق، ثم التفتيت والرش على سطح الجسم.
كان رذاذ اللهب O2 و C2H2 هو الرذاذ الأولي المضاد للتآكل للجسور الفولاذية الأوروبية والأمريكية وحقق تأثيرات كبيرة مضادة للتآكل.
الرش القوسي: استخدام جهاز الرش القوسي، والتسخين، والصهر، والتذرية، والرش بسلكين معدنيين مشحونين لإنتاج طلاءات مضادة للتآكل، بالإضافة إلى طلاءات مركبة مضادة للتآكل طويلة الأمد مع ختم عضوي، هو مبدأ الرش القوسي المضاد للتآكل.
3.4 تقنية الزرع الأيوني
تم تطوير تقنية الزرع الأيوني في سبعينيات القرن الماضي وهي تقنية تعديل السطح تختلف عن تقنيات الطلاء العادية مثل الطلاء الكهربائي والطلاء بالليثيوم الكهربائي والترسيب الكيميائي بالبخار.
وهي تقنية جديدة تستخدم تأثيرات عالية السرعة عالية الطاقة لتغيير خصائص السطح، ويتم زرع أيونات عالية الطاقة بسرعة في سطح الركيزة في حالة الفراغ، والتي يمكن أن تؤدي إلى كثافة بنية السطح، وزرع سطح الركيزة بمحاليل صلبة عالية التشبع، وأطوار غير مستقرة وسبائك غير بلورية ومتوازنة، وبالتالي تحسين مقاومة سطح الركيزة للتآكل والتآكل.
على سبيل المثال، يُستخدم غرس الأيونات في المعادن لتحسين الخواص الكيميائية للسطح وتعزيز وظيفة مقاومة التآكل لسطح المعدن. وقد كان تعديل أسطح سبائك الألومنيوم والزنك نقطة بحثية ساخنة بالفعل عندما تم تطوير تقنية الغرس الأيوني.
في السنوات الأخيرة، تم تطبيق تقنية الزرع الأيوني تدريجيًا على سبائك المغنيسيوم لتحسين قدرتها على مقاومة التآكل.
3.5 تقنية مقاومة التآكل بالغمس الساخن للجلفنة بالغمس الساخن
الجلفنة بالغمس الساخن هي تقنية مضادة للتآكل تُستخدم لطلاء المعادن مثل الزنك والقصدير والرصاص وغيرها من المعادن ذات درجة الانصهار المنخفضة.
يتم إنتاج الطلاءات المعدنية عن طريق غمر المعدن في حمام من المعدن المنصهر. وتستخدم هذه التقنية على نطاق واسع لإنتاج ألواح الصلب الرقيقة وحاويات تخزين الأغذية، وكذلك لمقاومة التآكل الكيميائي وطلاء الكابلات الكهربائية.
تُستخدم الجلفنة بالغمس الساخن للألومنيوم بشكل أساسي للحماية من أكسدة مكونات الصلب في درجات الحرارة العالية.
مع زيادة الطلب على الطلاءات المضادة للتآكل والتحكم في التكلفة في عملية التصنيع، تتطور تكنولوجيا الجلفنة بالغمس الساخن تدريجيًا نحو تطوير تكنولوجيا طلاء السبائك المعدنية.
3.6 تقنية الحماية من التآكل الكهروكيميائية
استنادًا إلى النظرية ذات الصلة في الكيمياء الكهربائية، يتم استخدام "طريقة الحماية الكهروكيميائية" على الأجهزة المعدنية وتصبح كاثود خلية التآكل، وبالتالي منع أو تقليل تآكل المعدن وتآكله.
الطريقة الأولى هي "طريقة حماية الأنود القرباني"، والتي تستخدم معدن أو سبيكة ذات جهد كهربائي أقل من المعدن المحمي كأنود مثبت على المعدن المحمي لتشكيل "قطب كهربائي للتآكل"، وبالتالي حماية المعدن كقطب سالب. يشيع استخدام الزنك والألومنيوم والسبائك كأنودات مضحية.
تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي لحماية الأجهزة المعدنية المختلفة الموجودة في البحر، مثل هيكل السفن ولزيادة مقاومة التآكل في الأجهزة مثل خزانات النفط وخطوط أنابيب النفط.
الطريقة الثانية هي تطبيق تيار خارجي، باستخدام المعدن المحمي وقطب إضافي آخر كقطبين للبطارية، بحيث يكون المعدن محميًا كقطب كاثود تحت تأثير التيار المباشر الخارجي.
تُستخدم هذه الطريقة في الغالب لمنع تآكل الأجهزة المعدنية وتآكلها بفعل التربة ومياه البحر ومياه الأنهار.
الخاتمة
وفي الختام، فإن المواد المعدنية لها قيمة تطبيقية مهمة، كما أن حماية المواد المعدنية من التآكل هي أيضًا موضوع بحث مهم للعاملين في مجال التكنولوجيا.
في الآونة الأخيرة، مع البحث المتعمق في أعمال تآكل المواد المعدنية، حققت تكنولوجيا المواد المعدنية المضادة للتآكل وعملية مكافحة التآكل نتائج معينة.
ومع ذلك، فإن بعض مواد جديدة ذات المقاومة القوية للتآكل مقيدة في ترويجها واستخدامها لأسباب تتعلق بالتكلفة، كما تواجه بعض طرق المعالجة المضادة للتآكل مشاكل مثل الإضرار بالبيئة وارتفاع تكلفة العملية وظروف التشغيل المعقدة.
ولذلك، فإن إجراء المزيد من الأبحاث حول تدابير الحماية من التآكل للمواد المعدنية لا يزال له قيمة بحثية مهمة وأهمية عملية.
مقاومة التآكل للفلزات غير الحديدية وسبائكها
| جدول اختيار استخدام المواد المعدنية | ||||||||||||||
| السوائل | المواد | |||||||||||||
| الفولاذ الكربوني | حديد الزهر | 302/304 | 316 | البرونز | مونيل | هاستيلوي ب | هاستيلوي C | الفولاذ المقاوم للصدأ | تيتانيوم | الكوبالت - الكروم | 416 | 440C | 17-4 فهرنهايت | |
| الفولاذ المقاوم للصدأ | الفولاذ المقاوم للصدأ | 20# | سبيكة 6# | الفولاذ المقاوم للصدأ | الفولاذ المقاوم للصدأ | |||||||||
| الأسيتالديهيد | A | A | A | A | A | A | ط 、ل | A | A | ط 、ل | ط 、ل | A | A | A |
| حمض الخليك، الغاز | C | C | B | B | B | B | A | A | A | A | A | C | C | B |
| حمض الأسيتيك، التبخير | C | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | C | C | B |
| حمض الخليك، البخار | C | C | A | A | B | B | ط 、ل | A | B | A | A | C | C | B |
| الأسيتون | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| الأسيتيلين | A | A | A | A | ط 、ل | A | A | A | A | ط 、ل | A | A | A | A |
| الكحول | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| كبريتات الرصاص | C | C | A | A | B | B | A | A | A | A | ط 、ل | C | C | ط 、ل |
| الأمونيا | A | A | A | A | C | A | A | A | A | A | A | A | A | ط 、ل |
| كلوريد الأمونيوم | C | C | B | B | B | B | A | A | A | A | B | C | C | ط 、ل |
| نترات الأمونيوم | A | C | A | A | C | C | A | A | A | A | A | C | B | ط 、ل |
| فوسفات الأمونيوم (أحادي القاعدي) | C | C | A | A | B | B | A | A | B | A | A | B | B | ط 、ل |
| كبريتات الأمونيوم | C | C | B | A | B | A | A | A | A | A | A | C | C | ط 、ل |
| كبريتيت الأمونيوم | C | C | A | A | C | C | ط 、ل | A | A | A | A | B | B | ط 、ل |
| أنيلين | C | C | A | A | C | B | A | A | A | A | A | C | C | ط 、ل |
| البنزين | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| حمض البنزويك | C | C | A | A | A | A | ط 、ل | A | A | A | ط 、ل | A | A | A |
| حمض البوريك | C | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | B | B | ط 、ل |
| البوتان | A | A | A | A | A | A | A | A | A | ط 、ل | A | A | A | A |
| كلوريد الكالسيوم | B | B | C | B | C | A | A | A | A | A | ط 、ل | C | C | ط 、ل |
| هيبوكلوريت الكالسيوم | C | C | B | B | B | B | C | A | A | A | ط 、ل | C | C | ط 、ل |
| حمض الكاربوليك | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | ط 、ل | ط 、ل | ط 、ل |
| حمض الكاربوليك | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| ثاني أكسيد الكربون (جاف) | C | C | A | A | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| ثاني أكسيد الكربون (رطب) | A | A | A | A | C | B | A | A | A | A | A | B | B | ط 、ل |
| ثاني أكسيد الكربون | B | B | B | B | A | A | B | A | A | A | ط 、ل | C | A | ط 、ل |
| رابع كلوريد الكربون | C | C | B | B | B | A | A | A | A | ط 、ل | ط 、ل | A | A | A |
| حمض الكربونيك H2C03 | A | A | B | B | B | A | A | A | A | C | B | C | C | C |
| كلور، جاف | C | C | C | C | C | C | C | B | C | A | B | C | C | C |
| كلور، رطب | C | C | C | C | B | C | C | A | B | C | B | C | C | C |
| كلور، سائل | C | C | C | B | C | A | C | A | C | A | B | C | C | C |
| حمض الكروميك H2Cr04 | A | A | A | A | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A |
| غاز فرن فحم الكوك | C | C | B | B | B | C | ط 、ل | A | A | A | ط 、ل | A | A | A |
| كبريتات النحاس | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| الإيثان | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| الأثير | C | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | B | B | ط 、ل |
| كلورو إيثان | A | A | A | A | A | A | ط 、ل | A | A | A | A | A | A | A |
| الإيثيلين | A | A | A | A | A | A | ط 、ل | ط 、ل | A | ط 、ل | A | A | A | A |
| جلايكول | C | C | C | C | C | C | C | B | C | A | B | C | C | ط 、ل |
| كلوريد الحديديك | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| ميثيل كيتون الميثيل كيتون HCHO | ط 、ل | C | B | B | A | A | A | A | A | C | B | C | C | B |
| الفورمالدهايد HCO2H | B | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | ط 、ل | ط 、ل | ط 、ل |
| الفريون، رطب | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | ط 、ل | ط 、ل | ط 、ل |
| الفريون، جاف | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | B | B | ط 、ل |
| البنزين، المكرر | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| حمض الهيدروكلوريك، التبخير | C | C | C | C | C | C | A | B | C | C | B | C | C | C |
| حمض الهيدروكلوريك، حر | C | C | C | C | C | C | A | B | C | C | B | C | C | C |
| حمض الهيدروفلوريك، التبخير | B | C | C | B | C | C | A | A | B | C | B | C | C | C |
| حمض الهيدروفلوريك، حر | A | C | C | B | C | A | A | A | B | C | ط 、ل | B | B | ط 、ل |
| الهيدروجين | A | A | A | A | A | A | B | A | A | A | A | A | A | A |
| بيروكسيد الهيدروجين | ط 、ل | A | A | A | C | B | A | B | A | A | ط 、ل | B | B | ط 、ل |
| كبريتيد الهيدروجين، سائل | C | C | A | A | C | C | A | A | B | A | A | C | C | ط 、ل |
| هيدروكسيد المغنيسيوم | A | A | A | A | B | A | A | A | A | A | A | A | A | ط 、ل |
| ميثيل كيتون الميثيل كيتون | A | A | A | A | A | A | A | A | A | ط 、ل | A | A | A | A |
| الغاز الطبيعي | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| حمض النيتريك | C | C | A | B | C | C | C | B | A | A | C | C | C | B |
| الأكسالات | C | C | B | B | B | B | A | A | A | B | B | B | B | ط 、ل |
| الأكسجين | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| الميثانول | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | B | A |
| زيت التشحيم، المكرر | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| حمض الفوسفوريك، التبخير | C | C | A | A | C | C | A | A | A | B | A | C | C | ط 、ل |
| حمض الفوسفوريك، حر | C | C | A | A | C | B | A | A | A | B | A | C | C | ط 、ل |
| بخار حمض الفوسفوريك | C | C | B | B | C | C | A | ط 、ل | A | B | C | C | ط 、ل | |
| حمض البيكريك | C | C | A | A | C | C | A | A | A | ط 、ل | ط 、ل | B | B | ط 、ل |
| كلوريت الكالسيوم | B | B | A | A | B | B | A | A | A | A | ط 、ل | C | C | ط 、ل |
| هيدروكسيد البوتاسيوم | B | B | A | A | B | B | A | A | A | A | ط 、ل | B | B | ط 、ل |
| البروبان | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| الصنوبري، الصنوبري | B | B | A | A | A | A | A | A | A | ط 、ل | A | A | A | A |
| أسيتات الصوديوم، وكربونات الصوديوم، وكلوريد الصوديوم | A | A | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| كرومات الصوديوم | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | B | B | A |
| هيدروكسيد الصوديوم | C | C | B | B | A | A | A | A | A | A | A | B | B | B |
| هيبوكلوريت الصوديوم | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| ثيوكبريتات الصوديوم | A | A | A | A | C | A | A | A | A | A | A | B | B | A |
| ثنائي كلوريد القصدير | C | C | C | C | ب-ج | ب-ج | C | A | B | A | ط 、ل | C | C | ط 、ل |
| الحمض الصلب | C | C | A | A | C | C | A | A | A | A | ط 、ل | B | B | ط 、ل |
| محلول الكبريتات | B | B | C | A | C | B | A | A | A | A | ط 、ل | C | C | ط 、ل |
| الكبريت | A | C | A | A | B | B | A | A | A | A | B | B | B | ط 、ل |
| ثاني كبريتيد الأكسجين الجاف | A | A | A | A | C | A | A | A | A | A | A | ط 、ل | ط 、ل | ط 、ل |
| ثاني أكسيد الكبريت الجاف | A | A | A | A | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| حمض الكبريتيك، التبخير | A | A | A | A | A | A | B | A | A | A | A | B | B | ط 、ل |
| حمض الكبريتيك، حر | A | A | A | A | A | A | B | A | A | A | A | B | B | ط 、ل |
| الكبريتيت | C | C | C | C | C | C | A | A | A | B | B | C | C | C |
| القطران | C | C | C | C | B | B | A | A | A | B | B | C | C | C |
| الكبريتيت | C | C | B | B | B | C | A | A | A | A | B | C | C | ط 、ل |
| القطران | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
| ثلاثي فلورو الإيثيلين | B | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | B | B | ط 、ل |
| زيت التربنتين | B | B | A | A | A | B | A | A | A | A | A | A | A | A |
| الخل | C | C | A | A | B | A | A | A | A | ط 、ل | A | C | C | A |
| المياه، وإمدادات مياه الغلايات | B | C | A | A | C | A | A | A | A | A | A | B | A | A |
| الماء، الماء والماء المقطر | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | B | B | ط 、ل |
| مياه البحر | B | B | B | B | A | A | A | A | A | A | A | C | C | A |
| كلوريد الزنك | C | C | C | C | C | C | A | A | A | A | B | C | C | ط 、ل |
| كبريتات الزنك | C | C | A | A | B | A | A | A | A | A | A | B | B | ط 、ل |
| الرمز: | أ - قادر على أو يتم تطبيقه حاليًا بنجاح | |||||||||||||
| ب - الاهتمام بعملية التقديم | ||||||||||||||
| ج - لا يمكن تطبيقه | ||||||||||||||
| لام - نقص المعلومات | ||||||||||||||
| يستخدم هذا الجدول لتوضيح كيفية اختيار المادة المناسبة عند التفاعل مع مائع ما. التوصيات الواردة في الجدول ليست مطلقة، حيث أن تآكل المواد يرتبط بعوامل مثل تركيز المائع ودرجة الحرارة والضغط والشوائب. لذلك، يجب التأكيد على أن هذا الجدول يمكن أن يكون بمثابة دليل فقط. | ||||||||||||||
| مونيل | ||||||||||||||
| هاستيلوي"B"、"C"、"B"、"C | ||||||||||||||
| فولاذ مقاوم للصدأ # 20-Durimet20 | ||||||||||||||
| سبيكة الكوبالت والكروم # 6-Alloy6 (Co Cr) | ||||||||||||||
مقاومة التآكل للمعادن غير الحديدية والسبائك غير الحديدية
في الصناعة، يُشار إلى الفولاذ في الصناعة على أنه معدن أسود بينما يُشار إلى جميع المعادن الأخرى على أنها معادن غير حديدية. وغالباً ما تُستخدم المعادن غير الحديدية وسبائكها في صناعة معدات معالجة المياه والحاويات الكيميائية ومكونات المعدات ذات الصلة نظراً لمقاومتها الجيدة للتآكل وأدائها الجيد في درجات الحرارة المنخفضة.
النحاس وسبائكه
يتمتع النحاس وسبائكه بموصلية عالية، وموصلية حرارية، وليونة وقابلية تشغيل على البارد، ومقاومة جيدة للتآكل في العديد من الوسائط.
1. نحاس نقي
يُعرف أيضاً باسم النحاس الأحمر. النحاس مستقر نسبياً في الظروف الجوية العامة، والظروف الجوية الصناعية، والظروف الجوية البحرية، وهو مستقر أيضاً في القلويات والأحماض غير المؤكسدة الضعيفة إلى المتوسطة القوة.
إذا كان المحلول يحتوي على أكسجين أو مؤكسدات، سيكون التآكل أكثر حدة. لا يقاوم النحاس تآكل الكبريتيدات (مثل H2S).
يتميز النحاس بموصلية عالية، وموصلية حرارية، وليونة، وخصائص معالجة جيدة، كما أن له قابلية جيدة للتشغيل على البارد. ومع ذلك، فإن النحاس له قوة منخفضة وقابلية صب ضعيفة ومقاومة ضعيفة للتآكل في بعض الوسائط، ونادراً ما يستخدم كمادة هيكلية.
2. سبائك النحاس
سبائك النحاس الشائعة هي النحاس الأصفر والبرونز.
1） نحاس أصفر
تسمى سبيكة من النحاس والزنك بالنحاس الأصفر. ولتحسين أدائه، غالبًا ما يُضاف القصدير والألومنيوم والسيليكون والنيكل والمنجنيز والرصاص والحديد وعناصر أخرى لتحسين أدائه، مما يشكل سبيكة نحاس خاصة.
الميزات: وترتبط الخواص الميكانيكية ارتباطًا وثيقًا بمحتوى الزنك؛ وقابلية الصب جيدة؛ ومقاومة التآكل جيدة؛ يمكن أن يتسبب النحاس الأصفر الذي يحتوي على محتوى زنك أكبر من 20% في حدوث تكسير إجهادي في الأجواء الرطبة ومياه البحر، ودرجة الحرارة العالية والمياه ذات الضغط العالي والبخار وجميع البيئات التي تحتوي على الأمونيا بعد العمل على البارد.
النحاس النحاسي عرضة للتآكل الناتج عن إزالة الزنك في المحاليل المحايدة، ومياه البحر، ومحاليل التخليل الحمضية بعد التلدينوالذي يمكن منعه عن طريق إضافة 0.021 تيرابايت 3 تيرابايت من الزرنيخ إلى النحاس الأصفر.
2） برونزي
يُشار عادةً إلى جميع سبائك النحاس التي لا يكون العنصر الرئيسي المضاف فيها ليس الزنك بل القصدير والألومنيوم والسيليكون وعناصر أخرى باسم البرونز. تشمل البرونزات الشائعة برونز القصدير وبرونز الألومنيوم وبرونز السيليكون.
الميزات: يتميز برونز القصدير بقابلية صب أسوأ من النحاس الأصفر ومقاومة أفضل للتآكل من النحاس النقي والنحاس الأصفر، ولكن مقاومته للتآكل الحمضي ضعيفة.
يتميز برونز الألومنيوم بخصائص ميكانيكية أفضل من النحاس الأصفر وبرونز القصدير، ومقاومة أعلى للتآكل في الأجواء، ومياه البحر، وحمض الكربونيك، ومعظم الأحماض العضوية مقارنةً بالنحاس الأصفر وبرونز القصدير.
يتمتع برونز السيليكون بخصائص ميكانيكية أعلى من برونز القصدير وسعر أقل، كما يتميز بخصائص معالجة جيدة على البارد والساخن.
الألومنيوم وسبائكه
1. ألومنيوم
الميزات: يتميز الألومنيوم بكثافة منخفضة، حيث يبلغ ثقله النوعي 2.7، أي حوالي ثلث النحاس؛ كما أنه يتمتع بموصلية جيدة، وموصلية حرارية، وليونة وقابلية للتشغيل على البارد، ولكن قوته منخفضة، والتي يمكن تحسينها عن طريق التشوه البارد؛ ويمكنه تحمل مختلف عمليات المعالجة بالضغط.
والألومنيوم عنصر ذو جهد كهربائي سالب للغاية، كما أن الألومنيوم مستقر في الأوساط المؤكسدة القوية والأحماض المؤكسدة (مثل حمض النيتريك).
إن أيونات الهالوجين لها تأثير مدمر على طبقة أكسيد الألومنيوم، لذا فإن الألومنيوم غير مقاوم للتآكل في حمض الهيدروفلوريك وحمض الهيدروكلوريك ومياه البحر والمحاليل الأخرى التي تحتوي على أيونات الهالوجين.
التطبيقات: تستخدم على نطاق واسع في تصنيع المفاعلات، والمبادلات الحرارية، والمبردات، والمضخات، والصمامات، وعربات الصهاريج، وتجهيزات الأنابيب، إلخ.
يتميز الألومنيوم النقي بقوة منخفضة، ولكن إذا أضيفت بعض العناصر مثل النحاس والمغنيسيوم والزنك والمنجنيز والسيليكون وغيرها إلى الألومنيوم
التيتانيوم وسبائكه:
1. تيتانيوم نقي:
الخصائص: التيتانيوم النقي هو عنصر تفاعلي. ويتمتع بخصائص تخميل جيدة، مع طبقة تخميل مستقرة تُظهر مقاومة جيدة للتآكل في العديد من البيئات. يُعرف باسم "ملك مقاومة التآكل في مياه البحر".
عند درجات الحرارة المرتفعة، يكون التيتانيوم نشطاً كيميائياً للغاية ويتفاعل بعنف مع عناصر مثل الهالوجينات والأكسجين والنيتروجين والكربون والكبريت.
لا يتعرض التيتانيوم عمومًا للتآكل، وباستثناء بعض الوسائط الفردية (مثل حمض النيتريك الدخاني ومحلول الميثانول)، فإنه لا يخضع للتآكل التآكل بين الخلايا الحبيبية؛ يتميز التيتانيوم بحساسية منخفضة للتشقق الإجهادي والتآكل الإجهادي وخصائص إجهاد جيدة ضد التآكل، ومقاومة جيدة للتآكل الشقوق.
2. سبائك التيتانيوم:
الخصائص: يتم تحسين الخصائص الميكانيكية ومقاومة التآكل لسبائك التيتانيوم بشكل كبير مقارنةً بالتيتانيوم النقي.
في الصناعة، تُستخدم سبائك التيتانيوم بدلاً من التيتانيوم النقي. الأشكال الرئيسية للتآكل في سبائك التيتانيوم هي تكسير الهيدروجين والتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي.
النيكل وسبائكه:
1. نيكل:
الخصائص: يتمتع النيكل بمقاومة عالية جدًا للتآكل في جميع درجات الحرارة ونطاقات تركيز المحاليل القلوية وجميع أنواع القلويات المنصهرة.
ومع ذلك، فإن النيكل ليس مقاومًا جدًا للتآكل في البيئات التي تحتوي على غازات الكبريت، وماء الأمونيا المركز، ومحاليل الأمونيا شديدة الهواية، وكذلك أحماض الأكسجين وحمض الهيدروكلوريك.
يتميز النيكل بقوة عالية وليونة عالية وصلابة على البارد ويمكن دحرجته على البارد في صفائح رقيقة للغاية وسحبه في أسلاك دقيقة.
النيكل نادر وباهظ الثمن ويستخدم بشكل رئيسي في هندسة معالجة المياه والهندسة الكيميائية لتصنيع معدات للوسائط القلوية، وفي العمليات التي قد تسبب فيها أيونات الحديد تداخلًا حفازًا ولا يمكن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ.
2. سبائك النيكل:
تتميز سبيكة مونيل في سبائك Ni-Cu بخصائص ميكانيكية جيدة وقابلية تشغيلها آليًا، كما أنها سهلة المعالجة تحت الضغط والقطع، وتتمتع بمقاومة جيدة للتآكل. تُستخدم بشكل أساسي في الأجزاء والمعدات المقاومة للتآكل التي تعمل تحت أحمال درجات حرارة عالية.
إن سبيكة Hastelloy (0Cr16Ni57Mo16Fe6W4) في سبائك Ni-Mo مقاومة لجميع تركيزات حمض الهيدروكلوريك وحمض الهيدروفلوريك في درجة حرارة الغرفة.
تتمتع سبيكة Inconel (0Cr15Ni57Fe) في سبائك Ni-Cr بخصائص ميكانيكية جيدة في درجات الحرارة العالية ومقاومة عالية للأكسدة، وهي واحدة من المواد القليلة التي يمكنها مقاومة تآكل MgCl2 المركز.
نقدم في هذه المقالة ما هي السبائك، ونوضح الفرق بين التآكل والصدأ، ونحلل بالتفصيل مزايا السبائك المقاومة للتآكل واستخدام السبائك المقاومة للتآكل. بالإضافة إلى ذلك، نناقش أيضًا بالتفصيل العوامل التي تؤثر على مقاومة المواد المعدنية للتآكل. أخيرًا، نقدم جدول أداء مقاومة التآكل للمواد المعدنية الرئيسية ونحلل مقاومة التآكل للمعادن غير الحديدية وسبائكها.
بعد قراءة هذا، أعتقد أن لديك الآن إجابة واضحة على سؤال "هل تصدأ السبائك المعدنية؟
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO