یکی از مواردی که در خرید مقاطع فولادی چون میلگرد آجدار، تیرآهن، ورق و… برای مشتری و همچنین در قیمت آهن آلات تاثیر گذار است، زنگ زدگی آهن آلات و به تعریف علمی اکسیداسیون مقاطع فولادی است. تقریباً تمامی مواد میتوانند با اکسیژن و دیگر گازها واکنش دهند این واکنشها میتوانند مانند خوردگی، ترکیب، خواص یا تمامیت ماده را تغییر دهند. در این مقاله قصد داریم به صورت کاملا علمی مسئله زنگ آهن یا اکسیداسیون فلزات خصوصا فلزات آهنی را بررسی کنیم.
تعریف اکسیداسیون فلزات و اهمیت آنها
اغلب فلزات و آلیاژها میتوانند با انجام واکنش با اکسیژن تولید اکسید کنند. امروزه اکسیداسیون فلزات و آلیاژها در دماهای بالا بهویژه در طراحی مهندسی، توربینهای گازی، موتورهای جت و راکتها و تجهیزات پتروشیمی در دمای بالا از اهمیت خاصی برخوردارند. برای اکسیداسیون منیزیوم و آلومینیوم نیروی محرکه بالایی وجود دارد اما برای اکسیداسیون نیکل یا مس تمایل نسبتاً کم است.
جنبه های مورد توجه در این روند
واکنش اکسیداسیون از سه جنبه مورد توجه است: سهولتی که با آن فلز و یا آلیاژ اکسیده میشود، طبیعت لایه اکسیدی که شکل میگیرد و سرعتی که با آن اکسیداسیون انجام مییابد. سهولتی که با آن اکسیداسیون انجام میشود به وسیله انرژی آزاد برای شکلگیری اکسید داده شده است.
اکسیداسیون فلزات و فرمولاسیون آن
موقعی که با اکسیداسیون فلزی در محیط حاوی گاز اکسیژن لایه نازکی از اکسید شکل میگیرد. این لایه از طریق فرایند الکترو شیمیایی و نه بهسادگی با ترکیب شیمیایی فلزی با اکسیژن با فرمول
شکل گرفتهاست. بنابراین واکنشهای اکسیداسیون و احیا برای شکلگیری یونهای دو ظرفیتی بهصورت زیر است .
واکنش اکسیداسیون ()
واکنش احیا ()
در مرحله اولیه اکسیداسیون، لایه اکسید بهصورت ناپیوسته است و با کشش جانبی هستههای اکسید مجزا شروع میشود. بعد از اینکه هستهها درهم آمیختند، انتقال جرم یونها در جهتی عمود بر سطح فلز انجام مییابد. شکل(A) در اغلب موارد فلز بهعنوان کاتیونها و الکترونها همچنان که در شکل(الف) نشاندادهشده از داخل لایه اکسید عبور میکند.
مکانیزم های اکسیداسیون
جزئیات مکانیزمهای اکسیداسیون فلزات و آلیاژها میتواند بسیار پیچیده باشد، بهویژه موقعی که لایههایی با ترکیب مختلف و ساختارهای معیوب ایجاد شوند. برای مثال، موقعی که آهن در دماهای بالا اکسید شود، یکسری اکسید هایی، مثل () شکل میگیرند. اکسیداسیون آلیاژها با واکنش عناصر آلیاژی پیجی پیچیدهتر است.
محافظ بودن لایه اکسیدی برای حفاظت بقیه فلز از اکسیداسیون به عوامل متعددی بستگی دارد که مهمترین آنها عبارتاند از:
- نسبت حجمی اکسید به فلز بعد از اکسیداسیون باید به یک نزدیک شود.
- لایه نازک اکسید باید چسبندگی خوبی به فلز زمین داشته باشد.
- نقطه ذوب اکسید باید بالا باشد.
- لایه نازک اکسید باید فشار بخار کمی داشته باشد.
- لایه نازک اکسید باید دارای ضریب انبساطی تقریباً برابر فلز داشته باشد.
- لایه نازک اکسید باید برای جلوگیری از شکست خواص پلاستیکی بالایی در دمای بالا داشته باشد.
- لایه نازک اکسید باید ضریب هدایت پایین و ضریب نفوذ پایین برای یونهای فلز و اکسیژن داشته باشد.
نسبت حجمی اکسید
محاسبه ی نسبت حجمی اکسید به فلز بعد از اکسیداسیون اولین گامی است که میتوان برای پی بردن به توانایی حفاظتی لایه اکسید یک فلز کمک کنند. این نسبت به نسبت پیلینگ بدورت(Pillinfg-Bedworth) مشهور است و میتواند بهصورت رابطه زیر بیان شود:
اگر این نسبت کمتر از یک باشد، مانند حالتی که برای فلزات قلیایی برقرار است (برای مثال برای Na این نسبت بر ۰.۵۷۶ است)، اکسید فلز متخلخل و غیر محافظ خواهد بود. اگر نسبت حجم اکسید و فلز مصرفشده(P.B) بیشتر از یک باشد، همچنان که برای آهن است ()، تنشهای فشاری موجود خواهد بود و اکسید تمایل به ترک برداری و خرد شدن خواهد داشت. اگر نسبت P.B نزدیک به یک باشد، اکسید میتواند محافظ باشد، اما تعدادی از عوامل لیست شده باید برقرار باشد. بنابراین نسبت P.B بهتنهایی مشخصکننده محافظ بودن اکسید نیست.
تضمین کیفیت بار در پارسیان آهن
ما در پارسیان آهن با فروش بالا و نماندن بار در انبار، کیفیت بار را هم از نظر اصالت و هم از نظر اکسیداسیون تضمین می کنیم. بنابراین شما می توانید با خاطری آسوده از خرید تمامی مقاطع فولادی اعم از: میلگرد آجدار، تیرآهن، میلگرد ساده، انواع ورق و… اطمینان حاصل فرمایید. شما مشتریان عزیز می توانید از طریق فرم درخواست در سایت، شبکه های اجتماعی و شماره تلفن های ۳۵۷۵-۰۳۱ با کارشناسان مجرب ما در ارتباط باشید.