الحماية من التآكل,تاكل الحديد

الحماية من التآكل تعد ظاهرة التآكل من اخطر الظواهر التي تتعرض لها المعادن واذا ما ترك لها العنان فإنها بالتأكيد ستؤدي الى كوارث كبيرة في الاقتصاد الوطني نتيجة تآكل المعدات واستهلاك الطاقات وهدر الوقت ورغم الاجراءات الكثيرة المتبعة في منع حدوث هذه الظاهرة الفتاكة او الحد منها فان الخسائر الناجمة عنها هائلة .وبشكل عام يقدر ما يتلف بسبب التآكل حوالي ثلث الانتاج العالمي من الفولاذ والحديد كما اظهرت الدراسات التي اجريت عام 1986 ان الخسائر الحاصلة في الولايات المتحدة لوحدها عام 1982 هي 126 بليون دولار..!!.

صوره توضيحيه لتأكل الحديد حول اسنان التروس والعمود 

تعرفنا سابقا انه كي يحدث تآكل في منشاة او قطعة معدنية ما يجب ان تتوفر الاسباب التي تدعو الى ذلك التآكل وبالتالي تتلخص عملية الحماية من التآكل في إزالة هذه الاسباب او إحداها أو جعل تأثيرها طفيف جدا.وهنا نميز اجراءات الحماية الاساسية من التآكل:

1-الاختيار المناسب للمواد
2- التغطية
3-التصميم الهندسي المناسب
4-الحماية المصعدية والمهبطة
5-تعديل الظروف المحيطة

الاختيار المناسب للمواد

لا يوجدبشكل مطلق مواد صامدة تجاه التآكل لكن هناك مواد تقاوم التآكل بشكل جيد لكنها ذات تكاليف اقتصادية كبيرة لذا لا يصنع منها الا الاجزاء الهامة.

عند اختيار المادة المناسب يجب الاخذ بعين الاعتبار أن تكون المادة المختارة مقاومة لتآكل اقصى ما يمكن من جهة ومنخفضة التكلفة الاقتصادية من جهة اخرى.

اختيار المادة المناسبة لمقاومة الاحماض والقلويات

ان درجة حموضة الوسط (PH) لها تأثير واضح في عملية التآكل وتسريع حدوثه فالمعادن الثمينة مثل البلاتين والذهب تقاوم التآكل بالأوساط الحامضية والقلوية (لا تتأثر بقيمة PH) الشكل -1-, وهناك بعض المعادن كالألمنيوم والزنك تعطي في الاوساط الحامضية الشوارد(Al3+) (Zn2+) وفي الاوساط القلوية تعطي (AlO2-) (ZnO2-)وتكون علاقة سرعة التآكل بدلالة (PH) لها شكل قطع مكافئ,يلاحظ ان التآكل الأصغري للألمنيوم عند PH=6.5ولزنك عند PH=11.5 وللرصاص PH=8.0 وللقصدير PH=8.5 الشكل -b-.هناك بعض المعادن تنحل اكاسيدها في الحموض ولا تنحل في القلويات لذا تنقص سرعة تآكل هذا النوع من المعادن في الاوساط القلوية مثل النيكل والنحاس والكروم والكوبالت الشكل-c-.

الشكل -d-سرعة تآكل الحديد بدلالة الPH فعندما يكون الPH <4يحدث تآكل شديد للحديد مع انطلاق الهيدروجين وتتشكل نواتج منحلة وعندما PH=4-9تصبح سرعة التآكل غير متعلقة عمليا ب PH وفي المنطقة القلوية PH=12-14 فان سرعة التآكل تنخفض نتيجة لتشكل مواد منخفضة الانحلالية وعند المحاليل شديدة القلوية PH=12-14 فان سرعة التآكل تزداد بسبب تشكل مركبات الحديد الثلاثي التكافؤ المنحلة

التعديل في بنية المادة
يمكننا اضافة بعض المواد بنسب معينة الى السبيكة من اجل زيادة مقاومتها لتآكل فمثلا اضافة الكروم او النيكل الى الفولاذ تزيد من مقاومته للتآكل كما يوضح الشكل

حيث mm/y هي سرعة التآكل مقدرة ب (الميلي متر\السنة) ونلاحظ انها تنقص بزيادة نسبة الكروم او النيكل.

• · خاصة (passivation) مهمة عند اختيار المعدن لأنها تعطيه حصانة في كثير من الاوساط وخاصة الاوساط المؤكسدة حيث تشكل طبقة تمنع التآكل من الاستمرار
• ويتمتع كل من الالمنيوم والكروم بهذه الخاصية

بعد هذه الدراسة نستطيع اختيار المادة المناسبة لكل وسط كما يوضح الشكل

التغطية من التاكل

هي عزل المعدن عن الوسط المؤثر بطبقة رقيقة مقاومة للوسط بهدف حمايته من التآكل تقسم التغطية الى ثلاثة انواع
· تغطية بمعدن
· تغطية بمادة لا عضوية
· تغطية بمادة عضوية

التغطية بمعدن

وهي طلي المعدن المراد حمايته بطبقة رقيقة من معدن آخر مقاوم للوسط بهدف حماية المعدن الاساس من استمرار التآكل .

الطلاءات العضوية للتاكل

لا يتحمل هذا النوع من الطلاءات درجات الحرارة العالية .وهي تشمل الدهانات والمواد الراتنجية والورنيشات وفي بعض الاحيان يستعمل الاسفلت وبعض اصناف الشحوم

تتوقف جودة الطلي بدرجة كبيرة على المعالجات الاولية للأسطح المراد طلائها حيث يجب ان تنظف من الصداء او من الطبقات القشرية الاخرى الناتجة عن التآكل والاكسدة ومن الاوساخ والدهون العالقة

بعدها يطلى المعدن بطبقة اساسية مانعة لتأكسد وفي الغالب يستعمل لهذه الغاية اكسيد الرصاص الاحمر (الزيرقون Pb3O4,) ويمكن استعمال كرومات الرصاص وكرومات الزنك ومهمة هذه الطبقة الاساسية جعل المعدن يتصف بالخصائص السلبية وبعد ذلك يطلى المعدن بطبقة او اكثر من الدهان.

كما يمكن طلي المعدن المراد حمايته بطبقة رقيقة من بعض المواد البوليميرية التي تمنع الغازات او الماء من الوصول الى المعدن ويمكن لهذه الطبقة اضافة الى دورها الاساسي ان تؤدي الى تحسين المظهر العام للمعدن

الطلاءات الاعضوية للتاكل

تتميز هذه الطلاءات بمقاومتها الجيدة للحرارة وغالبا ما تكون ذات مقاومة جيدة لمواد الكيميائية وبشكل عام يطلى المعدن بطبقة من الخزف او الزجاج او الاكاسيد المعدنية ولكن هذا النوع من الطلاء سريع الكسر لا يقاوم الصدمات.مع مراعاة ان يكون معامل التمدد الحراري للطلاء قريب من معامل التمدد الحراري للمعدن حتى لايحدث تصدعات.

ويمكن ان تتم التغطية بالفوسفات (الفسفتة) التي تستخدم لحماية الفولاذ وسبائك الزنك من التآكل

تعالج قطعة الفولاذ المراد حمايتها في محلول من حمض الفوسفور واحد الاملاح المعدنية للفوسفات كفوسفات الحديد والمنغنيز عند الدرجة 100 م .

يتشكل على سطح الفولاذ طبقة رمادية اللون من Fe3(po4)2 ذات سماكة صغيرة (0.0005mm) ورغم تأثيرها المحدود في الحماية الا نها تشكل اساسا ممتازا لطبقات الدهان او الورنيش او اللكر وتطبق هذه الطريقة لحماية انابيب النفط اذ تستخدم مادة لاصقة تحوي حمض الفوسفور(H3PO4)
التصميم الهندسي المناسب

التقليل من التآكل

يمكن الحد والتقليل من التآكل ايضاً باختيار التصميم المناسب , وذلك بمراعاة النقاط التالية:

1. - يجب تجنب الوصلات بين القطع , التي تساهم في حدوث الصدأ المتوقع . فإذا كان لابد من استخدام معدنين غير متماثلين , فيجب اختيارهما بحيث يكونا متقاربين في السلسلة الغلفانية , وذلك بأن يحققا فرقاً في الكمون قدره
2. - يفضل اللحام واللصق على البراشيم والبراغي عند الربط بين القطع . او اللجوء الى عزل المعدنين المختلفين عن بعضهما بعازل يمنع تلامسهما ويعوق تشكيل خلية غلفانية كما هو مبين في الشكل,التصميم (a) خاطئ التصميم (b) صحيح -التصميم (c) خاطئ والتصميم (d) صحيح لأنه بين نقاط اللحام تتشكل مناطق يتجمع فيها المائع مشكلا نقاط تآكل- التصميم (e)خاطئ التصميم (f)صحيح لوجود عازل
3. - واذا كان من الضروري استخدام معدنين غير متماثلين , فيجب ان تكون المساحة المصعدية كبيرة بالنسبة للمساحة المهبطة . لأنه لو حدث العكس , تصبح كثافة التيار عبر المساحة المصعدية كبيرة , مما يؤدي الى حدوث التأكل وبعمق أشد .
4. - يجب ان تبقى الاسطح المعرضة للتآكل صغيرة قدر الامكان , كما هو موضح بالشكل كما يجب ان يتجنب المهندس في التصميم الاسطح الافقية والقطع على شكل قضبان صغيرة واطراف قطع حرة .

المراجع
كتاب:Callister - Materials Science and Engineering - An Introduction 7e (Wiley, 2007)
كتاب :Corrosion and Protection (Engineering Materials and Processes)-EinarBardal
كتاب :الكيمياء الصناعية د صلاح عمر