آهن یکی از پرکاربردترین فلزات در صنایع مختلف و زندگی روزمره است، اما در برابر رطوبت و اکسیژن هوا آسیب‌پذیر است. تماس طولانی‌مدت با این عوامل باعث بروز یک واکنش شیمیایی طبیعی می‌شود که به زنگ‌زدگی یا خوردگی آهن معروف است. این فرآیند نه‌تنها ظاهر قطعه را خراب می‌کند، بلکه می‌تواند عملکرد آن را مختل کرده و خسارات مالی به همراه داشته باشد. زنگ‌زدگی معمولاً به شکل لایه‌ای قهوه‌ای یا نارنجی‌رنگ روی سطح فلز ظاهر می‌شود و اگر به‌موقع برطرف نشود، ممکن است آسیب‌های گسترده‌تری ایجاد کند. بسته به نوع و اندازه قطعه، روش‌های مختلفی برای از بین بردن زنگ زدگی آهن وجود دارد که هرکدام کاربرد خاص خود را دارند. در این مقاله، با رایج‌ترین و مؤثرترین روش‌های از بین بردن زنگ زدگی آهن آشنا خواهیم شد.
چرا آهن زنگ می‌زند؟
زنگ زدگی آهن فرآیندی شیمیایی است که در اثر تماس فلز با رطوبت و اکسیژن هوا رخ می‌دهد. زمانی که آهن در محیطی مرطوب و در معرض هوا قرار می‌گیرند، واکنشی بین مولکول‌های آب، اکسیژن و آهن آغاز می‌شود که حاصل آن تشکیل ترکیبی به نام اکسید آهن یا همان زنگ آهن است.
زنگ‌زدگی آهن به دو صورت اتفاق می‌افتد: نوع اول حالتی است که در آن یک لایه اکسید روی سطح فلز تشکیل می‌شود و همین لایه مانع از نفوذ بیشتر خوردگی به بخش‌های داخلی می‌گردد. اما در نوع دوم، خوردگی به لایه‌های زیرین نفوذ کرده و به مرور زمان باعث آسیب جدی یا حتی شکست قطعه می‌شود؛ بنابراین باید سریعاً مورد بررسی و ترمیم قرار گیرد.
در نتیجه زنگ زدگی آهن، لایه‌ای قهوه‌ای رنگ بر روی جسم آهنی تشکیل می‌شود. از آنجا که تهیه و نگهداری آهن هزینه‌بر است، حفاظت از آن در برابر زنگ‌زدگی از نظر اقتصادی و فنی اهمیت زیادی دارد. در ادامه با راهکارهای مؤثر برای از بین بردن زنگ زدگی آهن آشنا می‌شویم.
با توجه به نوسانات قیمت آهن امروز و اینکه تهیه و نگهداری آن هزینه‌بر است، حفاظت از آهن در برابر زنگ‌زدگی از نظر اقتصادی و فنی اهمیت بسیار زیادی دارد تا از تحمیل خسارات مالی جلوگیری شود. در ادامه با راهکارهای مؤثر برای از بین بردن زنگ‌زدگی آهن آشنا می‌شویم.
تاثیرات و عواقب زنگ زدگی آهن
در این بخش از مقاله به بررسی این موضوع می‌پردازیم که زنگ زدن آهن چه مشکلاتی به بار می آورد. زنگ زدگی یکی از رایج‌ترین مشکلاتی است که هنگام قرار گرفتن آهن در معرض رطوبت و هوا، اتفاق می‌افتد. وجود مواد الکترولیتی مانند نمک نیز می‌تواند این فرآیند را سرعت ببخشد، چرا که با افزایش رسانایی محیط، تولید اکسیژن و انتقال الکترون‌ها در سطح فلز تسهیل می‌شود. این فرآیند می‌تواند ساختار فلز را به‌تدریج تضعیف کرده و خواص مکانیکی آن را کاهش دهد. این پدیده به مرور زمان موجب پوسیدگی، افت استحکام و کاهش طول عمر قطعات فلزی می‌شود.
در نتیجه زنگ زدگی آهن از استحکام و مقاومت آن کاسته می‌شود و ظاهر آن نیز به‌شدت آسیب می‌بیند و جلوه‌ای فرسوده و ناخوشایند پیدا می‌کند. این تغییرات می‌توانند عملکرد قطعه را مختل کرده و در مواردی حتی خطرآفرین باشند. به همین دلیل، بی‌توجهی به زنگ زدگی ممکن است در بلندمدت خساراتی به‌مراتب بیشتر از آنچه تصور می‌کنید به‌دنبال داشته باشد. بنابراین، بهتر است به‌محض مشاهده علائم اولیه، اقدام به رفع آن کنید.
۶ روش موثر برای از بین بردن زنگ زدگی آهن
همانطور که در بخش قبل نیز اشاره شد، زنگ زدگی آهن ممکن است مشکلات زیادی به همراه داشته باشد، اما راه‌های مختلفی برای از بین بردن زنگ زدگی آهن وجود دارد. بسته به نوع قطعه و میزان خوردگی، می‌توان از روش‌های متنوعی استفاده کرد که هر کدام مزایا و کاربردهای خاص خود را دارند. در ادامه با ۶ روش پرکاربرد و اثربخش برای زنگ‌زدایی آهن آشنا می‌شوید.
زنگ زدایی آهن با سندبلاست
سندبلاست که زیرمجموعه روش ساب‌پاشی است، یکی از تکنیک‌های پرکاربرد برای از بین بردن زنگ‌زدگی آهن و آلودگی از سطوح آهنی محسوب می‌شود. در این فرآیند، ذرات ساینده (معمولاً شن و ماسه) با فشار بالای هوا به سطح مورد نظر پرتاب می‌شوند. این فشار، ذرات ساینده را با سرعت زیاد به سمت آهن زنگ‌زده می‌راند و باعث جدا شدن اکسیدهای آهن و سایر آلاینده‌ها مانند گرد و غبار، روغن و گریس از سطح می‌شود. از دیرباز سندبلاست برای تمیزکاری سطوح مختلف به کار می‌رفته و امروزه نیز به عنوان روشی مؤثر برای آماده‌سازی سطوح قبل از رنگ‌آمیزی یا پوشش‌دهی شناخته می‌شود.
مزیت اصلی سندبلاست در توانایی آن برای حذف طیف وسیعی از آلاینده‌ها بدون نیاز به مواد شیمیایی است. با تنظیم شتاب جریان هوا و نوع مواد ساینده، می‌توان ضخامت‌های متفاوتی از زنگ‌زدگی را از بین برد. با این حال، استفاده از سندبلاست بدون چالش نیست. یکی از معایب آن، احتمال آسیب‌دیدگی یا پاره شدن سطح در حین عملیات است، به خصوص برای سطوح نرم. همچنین، تنفس ذرات ساینده معلق در هوا می‌تواند برای سلامتی مجری مضر باشد، بنابراین رعایت نکات ایمنی و استفاده از تجهیزات حفاظتی مناسب در هنگام انجام سندبلاست ضروری است. به همین دلیل، این روش برای تمام سطوح، به ویژه سطوح حساس، مناسب نیست و باید با دقت انتخاب شود.
استفاده از روش شات بلاست برای از بین بردن زنگ زدگی آهن
شات بلاست، روشی مشابه سندبلاست و از زیرمجموعه‌های ساب‌پاشی است که برای از بین بردن زنگ‌زدگی و بهبود سطوح فلزی استفاده می‌شود. تفاوت اصلی آن با سندبلاست در نوع مواد ساینده مورد استفاده است. در شات بلاست به جای شن و ماسه، از ساچمه‌های فلزی سیلیسی به عنوان مواد ساینده استفاده می‌شود. این ساچمه‌های فلزی به دلیل سختی و چگالی بالاتر، قادرند لایه‌های ضخیم‌تری از اکسید آهن را حذف کنند و به همین دلیل، شات بلاست کاربردهای وسیع‌تری نسبت به سندبلاست دارد.
علاوه بر قابلیت بالای شات بلاست در حذف زنگ‌زدگی و اکسیدها، این روش برای افزایش سختی و ایجاد سطوحی هموار نیز کاربرد دارد. به دلیل فشار بالایی که در این فرآیند به قطعه وارد می‌شود، شات بلاست عمدتاً برای قطعات بزرگ‌تر و مقاوم‌تر مناسب است، در حالی که سندبلاست معمولاً برای قطعات کوچک‌تر به کار می‌رود.
زنگ زدایی با واترجت صنعتی
واترجت صنعتی از جریان پرفشار آب برای از بین بردن زنگ‌زدگی از سطوح آهنی استفاده می‌کند. این روش با تبدیل فشار آب به انرژی مکانیکی توسط یک نازل قدرتمند، اکسید آهن را به آسانی از روی فلز جدا می‌کند. اجزای اصلی دستگاه واترجت شامل پمپ فشار قوی، شیلنگ مقاوم، گان اسپری، فیلتر و پمپ تقویت‌کننده (بوستر) هستند. در این فرآیند، آب با فشار بسیار زیادی از فیلترها عبور کرده و سپس با همان فشار بالا به سمت سطح مورد نظر پرتاب می‌شود تا زنگ‌زدگی را پاک کند.
یکی از مهم‌ترین مزایای واترجت صنعتی در مقایسه با روش‌های سنتی‌تر، عدم ایجاد آلودگی ناشی از ذرات ساینده یا گرد و غبار است. این ویژگی آن را به گزینه‌ای دوستدار محیط زیست تبدیل می‌کند. با این حال، کنترل دقیق فشار آب در این روش از اهمیت بالایی برخوردار است و نیاز به اپراتورهای متخصص و باتجربه دارد تا از آسیب رسیدن به سطح جلوگیری شود و بهترین نتیجه حاصل گردد.
حذف زنگ زدگی آهن با لیزر
پاک کردن زنگ‌زدگی از سطوح با استفاده از لیزر، به یکی از پیشرفته‌ترین و کارآمدترین روش‌های امروزی تبدیل شده است. برخلاف روش‌های سنتی که عمدتاً برای سطوح در دماهای پایین یا معمولی به کار می‌روند، لیزر قادر است ابزارهایی را که در دماهای بالا کار می‌کنند، مانند موتورهای جت، نیز زنگ‌زدایی کند. این ویژگی، لیزر را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای صنعتی حساس تبدیل کرده است.
از بین بردن زنگ زدگی با لیزر بدین صورت است که پرتوهای پرتوان لیزر به سطح مورد نظر تابیده می‌شوند و با تبخیر لایه زنگ‌زدگی، سطح فلز را کاملاً تمیز می‌کنند. از مزایای برجسته این روش می‌توان به عدم نیاز به مواد شیمیایی، سرعت عمل بالا، مصرف بهینه انرژی و کاربرد وسیع آن اشاره کرد. برخلاف شات بلاست، لیزر برای انواع سطوح، چه نرم و چه سخت، و با ابعاد گوناگون قابل استفاده است و هیچ آسیبی به سطح وارد نمی‌کند. علاوه بر آهن، این تکنیک برای تمیز کردن فلزات دیگر مانند مس و آلومینیوم نیز کاربرد دارد، که آن را به ابزاری چندمنظوره برای صنایع مختلف تبدیل کرده است.
اسیدشویی زنگ زدگی آهن
اسیدشویی یکی از روش‌های رایج برای حذف زنگ‌زدگی از سطوح آهنی است که در آن از محلول‌های اسیدی برای تمیز کردن استفاده می‌شود. به عنوان مثال، اسید اگزالیک به دلیل توانایی بالا در واکنش با اکسید آهن، گزینه‌ای محبوب در این زمینه است. برای استفاده از این اسید، معمولاً چند قاشق از آن را در یک گالن آب حل کرده و سپس قطعه زنگ‌زده را در این محلول قرار می‌دهند. اسید اگزالیک با زنگ آهن واکنش داده و آن را در خود حل می‌کند و یک محلول بی‌رنگ به وجود می‌آورد که به "محلول از بین بردن زنگ زدگی آهن" نیز معروف است.
مدت زمان غوطه‌وری قطعه در محلول اسیدی به شدت زنگ‌زدگی و ابعاد قطعه بستگی دارد و ممکن است از چند ساعت تا حتی چند روز متغیر باشد. پس از پایان فرآیند اسیدشویی و خارج کردن قطعه، شستشوی کامل سطح با آب برای حذف بقایای اسید ضروری است. برای اطمینان از پاک شدن کامل اسید و جلوگیری از خوردگی مجدد آهن، می‌توان قطعه را برای چندین ساعت در محلول بی‌کربنات سدیم قرار داد. این روش قادر است حتی زنگ‌زدگی‌های قدیمی و سرسخت را نیز از بین ببرد، اما دارای معایبی نیز هست. از جمله این معایب می‌توان به مصرف بالای آب و تولید پسماندهای اسیدی اشاره کرد که می‌توانند به محیط زیست آسیب برسانند.
زنگ‌زدایی آهن با الکترولیز
روش الکترولیز یکی از روش‌های ساده برای از بین بردن زنگ زدگی آهن است. این فرآیند، با استفاده از جریان الکتریکی و یک محلول رسانا (الکترولیت)، زنگ آهن را به طور مؤثر حذف می‌کند. برای انجام الکترولیز، شما به چند جزء اصلی نیاز دارید: محلول الکترولیت (که می‌تواند ترکیبی از آب و جوش شیرین یا حتی آب، نمک و آبلیمو باشد)، یک آند، یک کاتد و یک آداپتور برای تأمین جریان برق.
در این روش، قطعه‌ای آهنی که قصد زنگ‌زدایی آن را دارید، به عنوان آند عمل می‌کند، در حالی که یک قطعه آهنی دیگر به عنوان کاتد به کار می‌رود. با اتصال این دو به الکترودها، جریان الکتریکی برقرار می‌شود. در نتیجه این جریان، اکسیدهای آهن از روی سطح آند جدا شده و در محلول الکترولیت به سمت کاتد حرکت می‌کنند و روی آن رسوب می‌کنند. مدت زمان لازم برای تکمیل فرآیند الکترولیز به میزان و عمق زنگ‌زدگی و همچنین اندازه قطعه بستگی دارد و ممکن است از چند ساعت تا چند روز به طول انجامد. پس از اتمام عملیات و پاک شدن کامل زنگ، ضروری است که قطعه را به خوبی با آب بشویید تا هرگونه اثری از محلول الکترولیت از روی سطح آن پاک شود.
جمع بندی
در این مقاله، به بررسی جامع پدیده زنگ زدگی آهن پرداختیم و ابتدا با دلایل وقوع آن آشنا شدیم. سپس، به تاثیرات و عواقب مخرب زنگ زدگی بر ظاهر و عملکرد اشیا و سازه‌های آهنی اشاره کردیم که اهمیت مقابله با این فرآیند را دوچندان می‌کند. در ادامه، شش روش موثر و کاربردی برای از بین بردن زنگ زدگی آهن را معرفی و جزئیات هر یک را تشریح کردیم. انتخاب هر یک از این روش‌ها به میزان زنگ زدگی، نوع قطعه آهنی و امکانات در دسترس بستگی دارد. با بکارگیری ابزارهای مناسب، می‌توانید به طور موثری با زنگ زدگی مبارزه کنید و عمر مفید وسایل و سازه‌های آهنی خود را به طور چشمگیری افزایش دهید.
