آهن زنگ نزن چیست
آهن زنگ نزن
کشف این آلیاژ جدید، بدین گونه رخ داد که روزی دانشمندان متوجه شدند که اگر بر فولاد، حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد فلز « کُرُم » و اندکی « نیکل » بیفزایند، فولادی به دست می آید که در برابر اکسایش و زنگ زدگی و حمله اسیدها، مقاومت خواهد کرد.
مصارف فولاد زنگ نزن بسیار است. ما در زندگی روزانه ی خود با صدها جنس سر و کار داریم که همه از فولاد زنگ نزن، ساخـته شده اند. مانند: چاقو، دستگیره ی در، سر چوگان گلف، لوازم برقی، وسایل ماهی گیری و بسیاری از چیزهای دیگر. فولاد زنگ نزن بسیار خوب صـیقل می خورد و براق می شود. از این رو، می توان از آن به جای آینه و نورافکن نیز استفاده کرد.
در جایی که آینه شیشه ای، در معرض شکستن باشد به جایش فولاد زنگ نزن را همچون آینه، قرار می دهند، پس فولاد زنگ نزن همان فولاد معمولی است که مقداری کرم و گاهی نیز اندکی نیکل بر آن افزوده اندآیا توجّه کرده اید که بعضی از فلزات زنگ
می زنند و بعضی دیگر٬زنگ نمی زنند؟آهن معموأ زنگ می زند.به همین علّت است که وقتی رنگ
قسمتی از بدنه اتومبیل از بین می رود٬هوا باعث می شود که آهن یر قسمت رنگ شده خیلی
زود زنگ بزند
فرایند زنگ زدن
زنگ زدن عبارتی است که به اکسیداسیون آهن اطلاق میشود. اکسیداسیون آهن معمولا از طریق واکنش با اکسیژن صورت می‌گیرد اما نوع‌های دیگری از زنگ زدن وجود دارد که حاصل واکنش آهن و کلر است که به آن زنگ سبز می‌گویند. “زنگ” نام متداول یکی از ترکیبات بسیار رایج یعنی اکسید آهن با فرمول Fe2O3 است. این نام رایج است زیرا آهن به سرعت با اکسیژن ترکیب شده و تشکیل زنگ آهن را می دهد. در حقیقت آهن را به ندرت می توان به صورت خالص در طبیعت پیدا کرد. زنگ آهن (یا فولاد) نمونه ای از فرایند خوردگی است: فرایند الکتروشیمیایی شامل آند (یک قطعه فلز که به راحتی الکترون از دست می دهد)، الکترولیت (مایعی که به حرکت الکترون ها کمک می کند) و یک کاتد (یک قطعه فلز که به راحتی الکترون می پذیرد) است. وقتی فلزی خورده می شود، الکترولیت به تولید اکسیژن در آند کمک می کند. سپس اکسیژن با فلز ترکیب شده و الکترون آزاد می شود. وقتی الکترون ها از طریق الکترولیت به سمت کاتد جریان می یابند، آند با جریان الکتریکی حذف می شود یا به کاتیون های فلزی تبدیل شده و زنگ تشکیل می شود.
اکسیده شدن آهن
برای این که آهن اکسید شود به سه ماده نیاز است: آهن، آب و اکسیژن. و اما فرایند زنگ زدن: با افتادن یک قطره آب بر روی اشیای آهن فورا دو اتفاق می افتد. نخست آن که آب به عنوان یک الکترولیت خوب با دی اکسیدکربن موجود در هوا واکنش داده و اسید کربنیک که یک اسید ضعیف است تشکیل می شود. اسید کربنیک نسبت به آب، الکترولیت بهتری است. پس از تشکیل اسید و حل شدن آهن در آن، ملکول های آب به اجزای سازنده آن یعنی اکسیژن و هیدروژن تبدیل می شود. اکسیژن آزاد و آهن حل شده با هم پیوند داده و اکسید آهن را تشکیل می دهند. در این فرایند الکترون آزاد می شود. الکترون های آزاد از بخش آند که همان آهن است به سمت کاتد که ممکن است فلزی با واکنش پذیری کمتر از آهن یا بخش دیگری از سطح آهنی باشد، جریان می یابد. مایعاتی مانند باران های اسیدی، آب دریا و افشانه نمکی برای ذوب کردن برف جاده های یخی به علت ترکیبات موجود در آنها نسبت به آب الکترولیت های قوی تری هستند. به همین دلیل آهن و فلزات دیگر در این محیط ها با سرعت بیشتری زنگ زده و خورده می شوند.
چرا آهن زنگ می زند؟
آیا توجّه کرده اید که بعضی از فلزات زنگ می زنند و بعضی دیگر٬زنگ نمی زنند؟آهن معموأ زنگ می زند. به همین علّت است که وقتی رنگ قسمتی از بدنه اتومبیل از بین می رود٬هوا باعث می شود که آهن زیر قسمت رنگ شده خیلی زود زنگ بزند.
برای آن که آهن با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شود و اکسیدآهن قرمز رنگ را (که همان زنگ آهن است) تولید می کند. در هر صورت نوعی آهن وجود دارد که زنگ نمی زند. اختراع یاکشف این آهن امری تصادفی بود! در سال۱۹۱۳ هری بریرلی٬ که متخصص ذوب فلزات بود٬ برای ساختن لوله تفنگ٬ دنبال فلزی مناسب می گشت. از این رو فلزات گوناگون را با هم ترکیب کردو آلیاژهای مختلفی به دست آورد. امّا پس از انجام آزمایش ها٬ تمام نمونه ها را به گوشه ای انداخت. چند ماه بعد متوجّه شد در حالی که همه نمونه های دور ریخته شده٬ زنگ زده اند٬ یکی از آنها زنگ نزده است! بریرلی این آلیاژ را با دقّت بررسی کرد و فهمید که ۱۴٪ آن کروم است.
به این ترتیب فلز زنگ نزن یا استنلس استیل وارد زندگی بشر شد. امروزه اغلب لوازم آشپزخانه ها از آهن زنگ نزن هستند. جنس بیشتر دیگ ها٬ کتری ها٬ ماهی تابه ها٬ قاشق و چنگال ها٬ چاقو ها و لگن ظرفشویی آشپزخانه ها از آهن زنگ نزن است؛ همین طور بسیاری از لوازم جرّاحی و قطعات خودرو ها از این فلز ساخته می شوند. فولاد زنگ نزن ، جزو فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع شیر آلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فولاد ، آلیاژ فولاد با کروم میباشد و گاهی نیکل نیز به این آلیاژ اضافه میشود.
نکته:کروم یا کرومیوم فلزی سخت٬خاکستری و دیر گداز است با علامت اختصاریcr.
نکته:آلیاژ فلزی است که از ترکیب دو یا چند فلز به دست می آید.
کاربردهای آهن
کاربرد آهن از تمامی فلزات بیشتر است و ۹۵ درصد فلزات تولید شده در سراسر جهان را تشکیل می‌دهد. قیمت ارزان و مقاومت بالای ترکیب آن استفاده از آنرا بخصوص در اتومبیلها ، بدنه کشتی‌های بزرگ و ساختمانها اجتناب ناپذیر می‌کند. فولاد معروف‌ترین آلیاژ آهن است و تعدادی از گونه‌های آهن به شرح زیر میباشد:
• آهن خام که دارای ۵%- ۴% کربن و مقادیر متفاوتی ناخالصی از قبیل گوگرد ، سیلیکون و فسفر است و اهمیت آن فقط به این علت است که در مرحله میانی مسیر سنگ آهن تا چدن و فولاد قرار دارد.
• چدن ، شامل ۵/۳%-۲% کربن و مقدار کمی منگنز میباشد. ناخالصی‌های موجود در آهن خام مثل گوگرد و فسفر که خصوصیات آنرا تحت تاثیر منفی قرار می‌دهد، در چدن تا حد قابل قبولی کاهش می‌یابند. نقطه ذوب چدن بین k 1470-1420 میباشد که از هر دو ترکیب اصلی آن کمتر است و آنرا به اولین محصول ذوب شده پس از گرم شدن همزمان کربن و آهن تبدیل می‌کند. چدن بسیار محکم ، سخت و شکننده میباشد. چدن مورد استفاده حتی چدن گرمای سفید موجب شکستن اجسام میشود.
• فولاد کربن شامل ۵/۱% – ۵/۰% کربن و مقادیر کم منگنز ، گوگرد ، فسفر و سیلیکون است.
• آهن ورزیده ( آهن نرم) دارای کمتر از ۵/۰% کربن میباشد و محصولی محکم و چکش‌خوار است، اما به اندازه آهن خام گدازپذیر نیست. حاوی مقادیر بسیار کمی کربن است ( چند دهم درصد). اگر یک لبه آن تیز شود، به‌سرعت تیزی خود را از دست می‌دهد.
فولادهای آلیاژ حاوی مقادیر متفاوتی کربن بعلاوه فلزات دیگر مانند کروم ، وانادیم ، مولیبدن ، نیکل ، تنگستن و … میباشد. اکسیدهای آهن برای ساخت ذخیره مغناطیسی در کامپیوتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها اغلب با ترکیبات دیگری مخلوط شده و خصوصیات مغناطیسی خود را بصورت محلول هم حفظ می‌کنند.
روش های کنترل زنگ زدن فلزات
ماده ای که به طور ذاتی نسبت به محیط اطراف خود مقاومت نشان می دهد و پوسیده نمی شود (البته به طور ایده آل)، اولین انتخاب در نیازهای مکانیکی و اقتصادی خواهد بود؛ متاسفانه اغلب چنین نیست و بسیاری از مواد به روشی برای کنترل زنگ خوردگی خود نیاز دارند؛ به همین دلیل سه روش عمده برای این کار وجود دارد:
1-اصلاح محیط اطراف ماده ای که در معرض این محیط قرار دارد
2-روش های کنترل الکتریکی
3-استفاده از روکش های محافظ
لایه نشانی و روکش به روش اسپری حرارتی برای کنترل زنگ زدن:
روکش محافظی که به روش حرارتی روی ماده مورد نظر اسپری می شود، برای بسیاری از مواد مورد استفاده است. در این روش، گزینه های لازم برای روکش کردن مواد و اسپری بسیار زیاد است. این روش به سه گروه اصلی تقسیم می شود:
روکش آندی
روکش کاتدی
روکش خنثی یا بی طرف
روش اسپری برای روکش کردن فلزات
روکش آندی
روکش آندی برای محافظت زیرلایه های آهن و فولاد تقریبا فقط به روکش های روی (Zn) و آلومینیوم (Al) یا آلیاژهای آن ها محدود می شود. محافظ زنگ زدن این زیرلایه بایستی محافظ کاتدی یا محافظ قربانی باشد. زیرلایه نقش کاتد را در این روش ایفا کرده و روکش روی آن، نقش آند قربانی را خواهد داشت. مکانیسم محافظت زنگ خوردگی فلزات به دو دسته تقسیم می شود:
محافظت کاتدی یا قربانی شدن روکش
سد محافظ در برابر محیط اطراف
حال به توضیح این روش ها می پردازیم.
روکش قربانی:
یک روش پیچیده تر برای روکش کردن، اعمال اندکی بار منفی به فلز است؛ پس واکنش این فلز به صورت M → M2+ + ۲e-سخت تر اتفاق خواهد افتاد. برای این کار می توان با فراهم کردن بار منفی و اعمال آن به روکشی از یک فلز فعال تر ، به این هدف دست یافت. یعنی یک روش رایج برای محافظت فولاد، لایه نشانی آن با لایه نازکی از روی است ؛ این فرایند ” گالوانیزه کردن” نامیده می شود. روکش روی، واکنش پذیری بیش تر از آهن دارد و تمایل دارد به طور انتخابی زنگ بخورد. حل شدن این روکش قربانی ، الکترون هایی را به جا می گذارد که در آهن جمع می شوند و آن را کاتدی می کنند؛ بنابراین از خوردگی و حل شدن آهن جلوگیری می شود(شکل پایین، سمت چپ).
تأثیر روکش کردن آهن با یک فلز که واکنش پذیری کم تری دارد، یک پدیده جالب به وجود می آورد. یک مثال خوب از این حالت، روکشی از قلع است(شکل بالا، سمت راست). تا جایی که روکش قلع دست نخورده باقی می ماند، همه چیز خوب است؛ اما حتی اگر قسمت کوچکی از آهنی که در زیر قلع قرار گرفته، در معرض رطوبت محیط اطراف قرار بگیرد، پوسیدگی آغاز می شود. الکترون ها از آهن آزاد شده و به سمت قلع می آیند و آهن را آندی تر می کنند؛ پس اکنون قلع، پوسیدگی آهن را بیش تر می کند! حتما زنگ خوردن قوطی کنسروها را بعد از باز شدن درب آن ها دیده اید.
محافظت کاتدی:
یک روش عالی برای این که بارهای الکتریکی منفی به طور پیوسته در روی فلز باقی بمانند، آن است که از حل شدن و از بین رفتن یون های مثبت جلوگیری شود. از آن جایی که کل سطح به وضعیت کاتدی در می آید، این روش را” محافظت کاتدی” می گویند. منبع الکترون ها می تواند یک منبع تغذیه جریان مستقیم خارجی باشد (این روش برای محافظت خط لوله های نفت و دیگر تجهیزات زیر خاک به کار می رود) یا می تواند زنگ خوردگی فلز فعال دیگری مانند تکه ای آلومینیوم یا روی در زیر زمین و در کنار فلز اصلی باشد؛ در مخزن پروپان شکل زیر در زیر زمین چنین کاری صورت گرفته است.
روکش خنثی:
مواد خنثایی مانند آلومینیوم یا سرامیک های اکسید کروم با حذف محیط بسیار خورنده از ماده ای که استعداد زنگ زدن را دارد، محافظ های خوبی برای زنگ زدگی هستند. معمولا یک ماده خنثی، حتی اگر روکش آن تا اندازه ای نشت پذیر باشد (یک استثنا برای این حالت، فولاد زنگ نزن است که حذف اکسیژن می تواند باعث زنگ زدن شکاف دار آن ها شود و روکش های پیوندی نیکل کروم برای جلوگیری از زنگ زدن چنین موادی مناسب هستند) سرعت زنگ زدن را زیاد نمی کنند. اما در هر حالت برای محافظت بیش تر، ضخیم ترین و متراکم ترین روکش های اسپری پلاسما لازم اند.
هم کلاسی - آهن زنگ نزن چیست
منبع : هم کلاسی
http://khublink.ir