مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
اکسیداسیون یا همان زنگ‌زدگی فولاد یکی از چالش‌های اساسی در صنایع فلزی و ساختمانی است. این پدیده که ناشی از واکنش فولاد با اکسیژن و رطوبت هواست، می‌تواند به مرور زمان باعث کاهش مقاومت، زیبایی و دوام سازه‌ها شود. در این مقاله بررسی می‌کنیم که اکسیداسیون فولاد چیست، چرا اتفاق می‌افتد، چگونه می‌توان از آن پیشگیری کرد و به طور کلی چرا زنگ‌زدگی فولاد اهمیت دارد؟
اکسیداسیون در فولاد چیست؟
اکسیداسیون در فولاد فرایندی شیمیایی است که در آن آهن موجود در فولاد با اکسیژن واکنش می‌دهد و ترکیباتی نظیر اکسید آهن (زنگ آهن) تشکیل می‌دهد. در محیط‌های مرطوب، این واکنش تسریع می‌شود و سطح فولاد را با لایه‌ای از زنگ پوشش می‌دهد. زنگ زدن نه تنها ظاهر فولاد را خراب می‌کند، بلکه باعث کاهش استحکام آن نیز می‌شود.
فرآیند شیمیایی زنگ‌زدگی فولاد
درک نحوه انجام واکنش اکسیداسیون برای شناخت عمیق‌تر این پدیده حیاتی است. به همین دلیل باید به واکنش شیمیایی دقیق آن توجه کرد.
معادله‌ی واکنش شیمیایی اصلی به صورت زیر است:
Fe + O₂ + H₂O → Fe₂O₃·nH₂O
در این واکنش، آهن با اکسیژن و آب ترکیب شده و اکسید هیدراته آهن تولید می‌شود که همان زنگ آهن است. این لایه نه‌تنها محافظتی ایجاد نمی‌کند بلکه ساختار فولاد را نیز تخریب می‌کند.
علت زنگ زدن فولاد چیست؟
اکسیداسیون فولاد ممکن است به دلایل متعددی اتفاق بیفتد. در این بخش مهم‌ترین دلایل آن را بررسی می‌کنیم.
1- رطوبت و شرایط آب‌وهوایی
رطوبت بالا، بارندگی، مه و قرار گرفتن فولاد در محیط‌های شرجی، احتمال زنگ‌زدگی را به شدت افزایش می‌دهد. محیط‌های ساحلی نیز به علت وجود نمک در هوا، نرخ خوردگی را چند برابر می‌کنند.
2- عدم وجود پوشش محافظ
در بسیاری از پروژه‌ها به دلایل اقتصادی یا فنی، فولاد بدون پوشش محافظ استفاده می‌شود که این کار خطر زنگ‌زدگی را چند برابر می‌کند.
اگر فولاد بدون رنگ، روکش گالوانیزه یا دیگر پوشش‌های محافظ مورد استفاده قرار گیرد، مستقیماً در معرض اکسیژن و آب قرار می‌گیرد و زنگ می‌زند.
3- شکستگی در لایه‌های محافظ
گاهی پوشش‌های حفاظتی روی فولاد دچار ترک، شکست یا سایش می‌شوند. همین موضوع می‌تواند نقطه شروع خوردگی باشد.
حتی فولادهای با پوشش گالوانیزه اگر دچار ترک یا شکستگی شوند، نقاط باز شده محل شروع خوردگی خواهند بود.
روش‌های جلوگیری از اکسیداسیون فولاد
برای مقابله با زنگ‌زدگی، راهکارهای متنوعی وجود دارد که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شوید.
1- استفاده از پوشش گالوانیزه (Galvanization)
این روش به عنوان یکی از اصلی‌ترین راهکارهای صنعتی در برابر اکسیداسیون مطرح است و دوام بالایی دارد.
یکی از مؤثرترین روش‌ها برای محافظت از فولاد، استفاده از روکش گالوانیزه است. در این روش، فولاد در یک حمام از روی ذوب‌شده فرو برده می‌شود. روی (Zinc) به عنوان یک لایه محافظ عمل کرده و حتی در صورت خراش، مانع از زنگ‌زدگی فولاد می‌شود.
2- رنگ‌آمیزی و استفاده از پوشش‌های پلیمری
رنگ‌آمیزی یکی از روش‌های مرسوم و اقتصادی برای حفاظت از فولاد در پروژه‌های ساختمانی و صنعتی است.
استفاده از رنگ‌های صنعتی ضدزنگ مانند اپوکسی، پلی‌اورتان یا پوشش‌های پودری باعث جلوگیری از تماس مستقیم اکسیژن و آب با سطح فولاد می‌شود. این روش بیشتر در کاربردهای ساختمانی و صنعتی رایج است.
3- استفاده از فولاد ضدزنگ (Stainless Steel)
در بسیاری از پروژه‌ها که با رطوبت دائمی مواجه هستند، به جای استفاده از فولاد معمولی، از فولاد ضدزنگ استفاده می‌شود.
در مواردی که نیاز به مقاومت بالاتر در برابر خوردگی وجود دارد، از فولادهای آلیاژی مثل فولاد ضدزنگ استفاده می‌شود. این فولادها دارای درصد بالایی از کروم هستند که با تشکیل لایه‌ای نازک از اکسید کروم، سطح فلز را از تماس با هوا و رطوبت محافظت می‌کند.
4- استفاده از موانع فیزیکی و آب‌بندی‌ها
محافظت مکانیکی نیز یکی از روش‌های مکمل برای جلوگیری از نفوذ عوامل خورنده است.
در ساختارهایی مانند پل‌ها یا خطوط لوله، استفاده از آب‌بندهای مناسب و درزبندی می‌تواند مانع نفوذ رطوبت و در نتیجه زنگ‌زدگی شود.
بیشتر بخوانید: 5 مزیت فولاد گالوانیزه
روش‌های نوین کنترل خوردگی در فولاد
با پیشرفت فناوری، راهکارهای نوینی برای مهار خوردگی فولاد به وجود آمده است که در ادامه به دو مورد برجسته اشاره می‌کنیم.
حفاظت کاتدی (Cathodic Protection)
این روش با استفاده از جریان الکتریکی یا فلز قربانی، فولاد را در برابر اکسیداسیون محافظت می‌کند.
در این روش، با ایجاد جریان الکتریکی یا اتصال فلز قربانی (مانند منیزیم یا آلومینیوم)، خوردگی فولاد کنترل می‌شود. این روش در خطوط لوله زیرزمینی، کشتی‌ها و تانک‌های نگهداری سوخت کاربرد دارد.
استفاده از نانوپوشش‌ها
استفاده از فناوری نانو در سال‌های اخیر در صنایع مختلف رواج یافته و صنعت فولاد نیز از آن بهره‌مند شده است.
نانوپوشش‌های ضدخوردگی امروزه توانسته‌اند با استفاده از ذرات نانومتری عملکردی بهتر نسبت به پوشش‌های معمولی ارائه دهند. این پوشش‌ها بسیار نازک، سبک و با چسبندگی بالا هستند و می‌توانند دوام فولاد را تا چند برابر افزایش دهند.
تاثیر زنگ‌زدگی فولاد بر سازه‌های عمرانی
اکسیداسیون فولاد تنها یک مشکل سطحی نیست. این پدیده می‌تواند تأثیرات جدی بر ایمنی و عملکرد سازه‌ها بگذارد.
اکسیداسیون فولاد در سازه‌ها می‌تواند باعث تضعیف ستون‌ها، تیرها و اتصال‌ها شود. این مسئله در پل‌ها، برج‌ها، سوله‌ها و حتی میلگردهای بتن‌آرمه دیده می‌شود. کاهش مقطع مؤثر فولاد به دلیل زنگ‌زدگی، می‌تواند مقاومت سازه را به‌شدت کاهش دهد و در بلندمدت خطرناک باشد.
پرسش‌های متداول درباره زنگ زدن فولاد
در این بخش به رایج‌ترین سوالاتی که کاربران درباره اکسیداسیون فولاد دارند پاسخ می‌دهیم.
آیا رنگ‌آمیزی برای همیشه از زنگ‌زدگی جلوگیری می‌کند؟
خیر. رنگ‌آمیزی باید به‌طور منظم بازبینی و در صورت نیاز ترمیم شود. ترک‌های ریز در رنگ می‌توانند آغازگر خوردگی باشند.
آیا فولاد ضدزنگ هیچ‌وقت زنگ نمی‌زند؟
اگرچه فولاد ضدزنگ در برابر خوردگی بسیار مقاوم است، اما در محیط‌های بسیار اسیدی یا قلیایی یا در صورت خراش شدید می‌تواند دچار زنگ‌زدگی سطحی شود.
بهترین روش ضدزنگ برای میلگرد چیست؟
استفاده از میلگرد گالوانیزه، میلگرد اپوکسی‌پوشش‌دار یا بتن با طرح اختلاط مناسب (دارای افزودنی‌های ضدخوردگی) از روش‌های رایج برای حفاظت از میلگرد است.
نتیجه‌گیری: راهکار مناسب بسته به کاربرد انتخاب می‌شود
اکسیداسیون فولاد پدیده‌ای اجتناب‌ناپذیر است، اما با شناخت دقیق از شرایط محیطی، انتخاب روش مناسب محافظت و استفاده از تکنولوژی‌های نوین، می‌توان طول عمر فولاد و سازه‌های فلزی را به شکل چشم‌گیری افزایش داد. انتخاب روش مقابله با خوردگی باید بر اساس نوع کاربرد، شرایط محیطی و هزینه‌ی قابل‌قبول انجام شود.
