مواد ضد خوردگی

مهم‌ ترین مواد ضدخوردگی و خواص آن ها

مواد ضدخوردگی ترکیباتی هستند که وقتی به مایع یا گاز اضافه شود، میزان خوردگی فلز یا آلیاژ مورد نظر را، کاهش می دهد.
موادی که مانع از واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی در اثر اختلاف پتانسیل بین دو قسمت یک فلز می شود را مواد ضدخوردگی فلزات یا بازدارنده خوردگی می نامند.
مواد ضد خوردگی ها اغلب با جذب خودشان بر روی سطح فلزات از سطح فلزات محافظت می کند.

مهم‌ترین مواد ضدخوردگی عبارتند از:

1- گرد روی (Zn, ISO 3549)

عنصر روی برای اولین بار در سال 1746 توسط دانشمند آلمانی به نام آندریاس مارگراف (Andreas Marggraf) کشف شد. دو سال قبل از این دانشمند، شیمیدان دیگری به نام آنتوآن وان سواب (Anton Von Swab) روی را شناخته و تجزیه کرده بود ولی تحقیقات آندریاس مارگراف جامع‌تر بود و از این نظر آنان به عنوان کاشفین روی شناخته می‌شوند.

گرد روی به عنوان یکی از مهم‌ترین رنگ‌دانه‌های فلزی در آستری‌های ضدخوردگی کاربرد دارد. این رنگ‌دانه هم در آستری‌های آلی (مانند پوشش‌های اپوکسی) و هم در آستری‌های غیرآلی (مانند پوشش‌های اتیل سیلیکات روی) مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تولید سالانه روی حدود 23 میلیون تن است که بیشترین مقدار آن در کشورهای چین، پرو، استرالیا، ایالات متحده آمریکا، کانادا و هند تولید می‌شود. از روی برای گالوانیزه کردن ورقه‌های فلزی و ساخت آند فداشونده برای سازه‌های فلزی، دریایی و شناورها و از مفتول روی نیز برای اسپری حرارتی استفاده می‌شود.

آستری اتیل سیلیکات روی، به خاطر درصد زیاد روی در آن (بیش از 90 درصد) و تماس ذرات روی با هم، نقش حفاظت کاتدی نیز دارد، یعنی روی به آهن الکترون داده و پتانسیل آهن را منفی‌تر می‌کند.

به دلایل الکتروشیمیایی، خلوص فلز روی نیز مانند سایر مواد معدنی دیگر نظیر تالک و باریت بسیار بااهمیت است. خلوص فلز روی در آستری‌های ضدخوردگی باید بیش از 98.5 درصد بوده و مقدار آن در آستری باید بیش از 94 درصد باشد.

سطح روی در تماس با اتمسفر اکسیدشده و یک لایه اکسیدی تشکیل می‌دهد. در کاربردهای امروزی، خلوص گرد روی 99.5 درصد و مقدار آن در آستری حدودا 97.5 درصد است.

مقدار فلزات ناخالص همراه روی مانند سرب، کادمیوم و آهن نباید از 0.2 درصد بیشتر باشد. مقدار مس هم نباید حداکثر از ppm4 بیشتر باشد. وزن مخصوص روی 7.14 گرم بر سانتی‌متر مکعب و جذب روغن آن 5 تا 8 گرم در صد گرم است.

جدول شماره 1 خصوصیات گرد روی و گرد روی ورقه‌ای را نشان می‌دهد:

جدول 1. خصوصیات گرد روی و گرد روی ورقه‌ای

ویژگی دیگر آستری اتیل سیلیکات روی در مقابل آستری اپوکسی غنی از روی، مقاومت حرارتی آن تا حدود 400 درجه سانتی‌گراد است. برای اعمال آستری اتیل سیلیکات روی بر روی فلز، سطح باید تا درجه Sa3 تمیز شده و محیط اطراف کمی مرطوب باشد ولی برای آستری اپوکسی غنی از روی تمیزی سطح تا درجه Sa2.5 کفایت می‌کند.

رنگ‌دانه‌های مواد ضدخوردگی تاثیراتی مانند غیرفعال‌سازی سطح، جذب عوامل خورنده محیطی مانند CO₂ و SO₂ و حبس محصولات اسیدی تخریب‌شده فیلم را دارند. دو نوع آستری غنی از روی غیرآلی وجود دارد. کیفیت و مقاوم بودن آن‌ها در مقابل خوردگی به درصد روی این آستری‌ها، بستگی خواهد داشت. در جدول شماره 2، دو نوع آستری متفاوت از نظر درصد روی، مورد مقایسه قرار گرفته است.

جدول 2. درصد روی در آستری‌های محتوی روی

آستری با درصد روی بیشتر، مقاومت زیادتری در برابر خوردگی دارد تا آستری با درصد روی کمتر. امروزه میل‌گردهای مورد استفاده در بتن، به خصوص در محیط‌های دریایی، که به بتن مسلح معروفند را با آستری غیرآلی اتیل سیلیکات روی پوشش می‌دهند.

آزمایش‌ها نشان داده‌اند که با این روش طول عمر سازه بتنی تا دو برابر افزایش می‌یابد. آستری‌های یک جزئی غنی از روی، بر پایه رزین پلی استایرن نیز بر روی میل‌گردها، مقاومت خوبی در مقابل خوردگی نشان داده‌اند.

استفاده از آستری‌های آلی بر روی میل‌گردها، مانند اپوکسی‌ها به خاطر ایجاد سطحی صاف و صیقلی، مانع از چسبندگی مناسب بتن با میل‌گرد می‌شود و در مقایسه با آستری‌های غیرآلی روی، مناسب نیستند. کاهش چسبندگی میل‌گرد به بتن منجر به عدم تحمل تنش‌های اعمالی بر بتن مسلح می‌شود و عمر بتن را کاهش می‌دهد.

شکل شماره 4 یک نمونه آستری غنی از روی را با درصدهای مختلف گرد روی نشان می‌دهد. روی، ضمن داشتن نقش حفاظت کاتدی، به دلیل الکترونگاتیوتر بودن نسبت به آهن، به عنوان آند فداشونده نیز عمل می‌کند. آستری‌های دارای گرد روی را برای محیط‌های با نرخ خوردگی بالا، مانند پل‌ها و تاسیسات دریایی مورد استفاده قرار می‌دهند.

شکل 4. آستری غنی از روی با درصدهای مختلف گرد روی

دو گروه از رزین‌ها در ساخت آستری‌های غنی از روی مورد استفاده قرار می‌گیرند. صرف‌نظر از تقسیم‌بندی‌ آن‌ها به رزین‌های آلی و غیرآلی، این دو گروه خود به آستری‌های یک جزئی و دوجزئی مانند زیر تقسیم شده‌اند:

در مورد کربنات کلسیم فراوان ترین ماده معدنی بر روی کره زمین نیز بخوانید:

رزین‌های آلی

الف. سامانه‌های یک جزئی مانند پلی استایرن، کلر کائوچو، پلی وینیل کلراید، اپوکسی استر، رزین‌های سیلیکون و رزین فنلی.

ب. سامانه‌های دوجزئی مانند رزین اپوکسی/پلی آمید، رزین اپوکسی/پلی آمین، رزین پلی یورتان و رزین اپوکسی/ایزوسیانات.

در سامانه‌های دوجزئی آلی، در یک ظرف گرد روی، به صورت پودر و یا خمیری‌شکل و دیسپرس‌شده در رزین و در ظرف دیگر عامل سخت‌کننده که به صورت مایع است عرضه می‌شوند. در آستری‌های غیرآلی اتیل سیلیکات روی، رزین اتیل سیلیکات قبل از اعمال باید با گرد روی مخلوط و در صورت نیاز با استفاده از حلال، گرانول آن تنظیم شود.

شکل شماره 5، نمای یک لایه آستری بر پایه گرد روی را نشان می‌دهد.

شکل 5. نمای آستری اتیل سیلیکات روی

اسپری حرارتی

از مفتول روی، در روش اسپری حرارتی برای حفاظت سطوح فولادی، مانند دریچه‌های سد، استفاده می‌شود. استفاده از پوشش‌های آلی، مانند کولتار و یا کولتار اپوکسی (به عنوان لایه دوم برای دریچه سدها) و یا پوشش‌های دیگر، بسته به محل کاربرد، مقاومت خوردگی فلز را بسیار زیاد افزایش می‌دهد.

در صنایع رنگ سازی نیز لیتوپن و دی اکسید تیتانیوم در رنگدانه های سفید به عنوان پوششی برای بالا بردن مقاومت نیز استفاده می گردند.

در شکل شماره 6 روش اسپری حرارتی مفتول روی بر روی سطح فلز مشاهده می‌شود.