اساس فولادهای مقاوم در برابر عوامل شیمیایی

این عنصر مقاومت شیمیائی زنگ نزنی و ضد اسیدی فولاد را بالا برده و در مقاومت فولاد در برابر گرما اثر مثبت دارد.

● طبقه بندی
۱) بر حسب حدود مصرف
الف) فولادهای زنگ نزن و ضد اسید
ب) فولادهای مقاوم در حرارت و پوسته

شدن
۲) بر حسب ساختمان مولکولی
الف) فولادهای فریتی ( فولادهای فریتی خالص و فولادهای فریت مارتنزیتی کرم دار)
ب) فولادهای اوستینتی ( فولادهای اوستینیتی کامل و فولادی اوستنیت فریتی )
۲) اثر عناصر آلیاژِی در مقاومت به عوامل شیمیائی

الف) عناصر آلیاژی در فولادهای زنگ نزن
کرم – نیکل – مولیبدنم – مس – تیتانیوم – تانتالوم – نیوبیوم
ب) عناصر آلیاژی در فولادهای مقاوم در حرارت
کرم – نیکل – آلومینیوم – سیلیسیوم – تینایوم – نیوبیوم
▪ کرم : کرم از ۱۳% به بالا با تشکیل یک قشر حافظ اکسیدی فولاد را تا وقتی که دارای سطح خارجی بدون عیب و نقص باشد منفی نگه می دارد. در این حال فولاد زنگ نزن است با اضافه شدن کرم فولاد در مقابل بسیاری از اسیدها هم مقاومت پیدا می کند.

▪ نیکل : این عنصر مقاومت شیمیائی زنگ نزنی و ضد اسیدی فولاد را بالا برده و در مقاومت فولاد در برابر گرما اثر مثبت دارد.
▪ سیلیسیوم و آلومینیوم : این فلزات هر دو به مقاومت فولاد در گرما و پوسته شدن کمک می کنند و اثری مشابه کرم دارند. مخصوصاً مقاومت علیه پوسته شدن را زیاد می نمایند.
▪ مولیدن و مس : این عناصر مقاومت ضد اسیدی فولاد را بالا می برند تا در برابر مواد خورنده مقاومت نمایند.
تیتانیوم – تانتالوم – نیوبیوم- این مواد مربوط به ثبات هستند که فولاد مقاوم در عوامل شیمیائی را از خوردگی انترکریستال یا ریختن گوشه ها حفظ می نماید. یعنی این مواد فولاد را در حال آلوتروپی خود که اغلب اوستنیت است ثابت نگه داشته و تغییرات درجه حرارت وضع آنها را عوض نمی کند و به این جهت نقطه ضعفی برای خورده شدن یا اکسیدشدن نشان نمی دهد.
۳) انواع خورندگی های شیمیائی
الف) خورندگی سطحی:
در این حالت خورندگی در تمام سطح به طور یکنواخت پخش شده و منضماً از ضخامت می کاهد( زنگ زدن- پوسته شدن – حل شدن در اسیدها)
ب) خورندگی موضعی یا عمقی :
این نوع خورندگی در اثر نفوذ یونهای محلولهای حاوی هالوژنها ( کلر- ید – برم – فلوئور) به قشر حافظ اکسیدی است زیرا این قشر عملاً هیچگاه بدون نقش نمی باشد و ممکن است مواد خورنده از نقاط ضعیف نفوذ نمایند. در بسیاری از اوقات می توان با اضافه کردن مولیبدن

به فولاد از این اثر جلوگیری به عمل آورد.
ج) خورندگی شکاف :
در این حالت در شکافهای کوچک و ترکها یکنواختی قشر حافظ اکسیدی به هم خورده و ممکن است به خوردگی شیمیائی منجر شود.
د) خورندگی اتصالی:
این نوع خورندگی وقتی پیدا می شود که دو فلز با اختلاف پتانسیل مختلف به هم وصل شده و ماده محرکه ای ( الکترولیت) پیدا شود. در این صورت یک پیل گالوانی تشکیل شده و تجزیه شیمیائی ( الکترولیز) انجام می گیرد.
ە) خورندگی در ترکهای ناشی از تنش :
چنانچه در اثر تنش در قطعه ترکهائی پیدا شود و ماده خورنده ضعیفی هم یافت شود این نوع خوردگی به وجود می آید. اغلب در این ترکها پیش روی انترکریستال ( پارگی ) پیدا می شود.
و) خورندگی انترکریستال :
با جدا شدن کربن هنگام سرد شدن فولاد و تشکیل کربور کرم که همراه این پدیده است کرم در فولاد کم شده و در حدود گوشه ها مقاومت شیمیائی خود را از دست می دهد و ممکن است هنگام اثر اسیدها از داخل خورده شود.
این نوع خوردگی یعنی خوردگی انترکریستال را می توان به طرق زیر برطرف کرد:
با تاباندن در حمام نمک مذاب تا ۱۰۵۰ درجه سانتیگراد و سرد کردن بلافاصله و سریع آن
با کاهش مقدار کربن به کمتر از ۱/۰% در فولاد و ثابت کردن آن با تیتانیوم با تانتالوم و یا نیوبیوم.
با کاهش مقدار کربن تا حداکثر ۰۳/۰
۴) اثر عناصر آلیاژ در ساختمان مولکولی
الف) تشکیل دهندگان فریت
کرم – مولیبدن – سیلیسیوم – آلومینیوم – تیتانیوم – تانتالوم – نیوبیوم
ب) تشکیل دهندگان اوستنیت

نیکل – کربن – منگنز – ازت
ساختمان مولکولی فولادی را می توان از دیاگرام شفلر پیدا کرد. بر حسب ترکیبات فولاد عواملی به نام هم ترازی کرم و هم ترازی نیکل محاسبه می شود که با تقاطع این دو مقدار حساب شده در دیاگرام شفلر می توان نوع ساختمان مولکولی فولاد را تشخیص داد. هم ترازی نیکل شامل تمام عوامل تشکیل دهنده اوستنیت و همترازی کرم شامل همه عوامل تشکیل دهنده فریت می باشد.

فولاد ضد زنگ
بر روی کارد و چنگال آشپز خانه کلمات Stain steel را می بینید و همین طور در پشت ساعت ها . فولاد ضد زنگ را فولاد زنگ نزن نیز می گویند . فولاد ضد زنگ آلیاژی است که در آن کروم به کار رفته است . سه نوع فولاد ضد زنگ وجود دارد . نوع اول آن دارای ۱۳ درصد کروم و مقداری نیکل و بقیه آهن . نوع دوم آن دارای ۱۷ درصد کروم و ۲ درصد نیکل و بقیه آهن است . نوع سوم آن دارای ۱۸ درصد کروم و۶ درصد نیکل وبقیه آهن است . فولاد ضد زنگ در تهیه آلات برنده به کار می رود و علت آن مقاومت این آلیاژ در برابر خوردگی است . آلیاژ های کروم بدون آهن شامل آلیاژ نیکروم و

کرومل است که در وسایل گرمایی مختلف به علت خاصیت مقاومت الکتریکی شان به کار می روند .کروم چون زنگ نمی زند برای روکش کردن سایر فلزات به کار می رود . ترکیبات کروم در رنگرزی و دباغی نیز به کار می روند . مواد نسوزی که به عنوان آستر کوره های الکتریکی مصرف می شوند از مخلوط کردن سنگ معدن کرومیت با خاک چینی یا اکسید منیزیم تهیه می شوند . فولاد کروم که دارای ۴ درصد کروم و ۱ در صد کربن است بسیار سخت بوده و موارد استعمال فراوان دارد . فولاد کروم ـ وانادیم خیلی سخت و محکم بوده و در ساختن فنرها و چرخ های اتومبیل به کار می رود .

فولادکروم ـ نیکل در روکش کردن سلاح های جنگی و فولاد های کروم تنگستن و کروم مولیبدن در ساختن ابزار هایی که با سرعت خیلی زیاد کار می کنند مصرف می شود . نیکروم که قبلا به آن اشاره شد آلیاژی است که دارای ۱۱ تا ۲۵ درصد کروم و بقیه نیکل است . استلیت آلیاژی است که دارای کروم کبالت وتنگستن است و در وسایل جراحی و قسمت هایی از موتور اتوموبیل به کار رفته است . در شیشه های رنگی نیز مفداری از نمک های کروم دار مصرف شده است .
آبکاری با نیکل
نیکل یکی از مهمترین فلزاتی است که در آبکاری به کار گرفته می‌شود. تاریخچه آبکاری نیکل به

بیش از صدها سال پیش باز می‌گردد این کار در سال ۱۸۴۳ هنگامی که R.Rotlger توانست رسوبات نیکل را از حمامی شامل سولفات نیکل و آمونیوم بدست آورد آغاز گردید بعد از آن Adams اولین کسی بود که توانست آبکاری نیکل را در موارد تجاری انجام دهد. نیکل رنگی سفید شبیه نقره دارد که کمی متمایل به زرد است و به راحتی صیقل‌پذیر و دارای خاصیت انبساط و انقباض٬

جوش‌پذیر بوده و مغناطیسی می‌بلاشد. آبکاری با نیکل اساسا به منظور ایجاد یک لایه براق برای یک لایه بعدی مانند کروم و به منظور فراهم آوردن جلای سطحی خوب و مقاومت در برابر خوردگی برای قطعات فولادی٬ برنجی و حتی بر روی پلاستیکهایی که با روش‌های شیمیایی متالیزه شده‌‌‌اند به کار می‌رود. مواد شیمیایی که در الکترولیتهای نیکل به کار می‌روند عبارتنداز:

نمک فلزی (مهمترین آنها سولفات نیکل است و همچنین از کلرید نیکل و سولفومات نیکل نیز

استفاده می‌شود.)
نمک رسانا (برای بالا بودن قابلیت رسانایی ترجیحا از کلریدها مخصوصا کلرید نیکل استفاده می‌شود.)
مواد تامپونه کننده (برای ثابت نگه داشتن PH اصولا اسید بوریک به کار برده می‌شود
مواد ضد حفره‌ای شدن (برای جلوگیری از حفره ای شدن به الکترولیتهای نیکل موادی اضافه می کنند که مواد ترکننده نامیده می شوند. سابقا از مواد اکسید کننده به عنوان مواد ضد حفره استفاده می‌شد.

آبکاری با کروم
روکش‌های لایه کروم رنگی شبیه نقره٬ سفید مایل به آبی دارند. قدرت انعکاس سطح کروم‌کاری شده و کاملا″ صیقلی شده در حد ۶۵% است (برای نقره ۸۸%و نیکل ۵۵%) در حالی که خاصیت انعکاس نقره و نیکل با گذشت زمان ضایع می‌شود٬ در مورد کروم تغییری حاصل نمی‌شود. لایه‌های کروم قابل جوشکاری نبوده و رنگ‌کاری و نقاشی را نمی‌پذیرند. کروم در مقابل گازها٬ موادقلیایی و نمکها مقاوم است اما اسید سولفوریک واسید کلریدریک وسایر اسیدهای هالوژن‌دار در تمام

غلظتها ودر تمام درجه حرارتها بر روی کروم تاثیر می گذارند. به دنبال رویین شدن شیمیایی٬ روکش‌های کروم مقاومت خوبی در اتمسفر از خود نشان می‌دهند و کدر نمی‌شوند. از این رو به تمیز کردن و یا نو نمودن توسط محلولها یا محصولات حل کننده اکسیدها را ندارند. روکش‌های کروم تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد هیچ تغییری از نظر کدر شدن متحمل نمی‌‌شوند. رویین شدن حالتی است که در طی آن در سطح کروم٬ اکسید کروم (۳+) تشکیل می شود. این عمل موجب جابه‌جایی پتانسیل کروم از ۰.۷۱۷ به ۱.۳۶ ولت می شود و کروم مثل یک فلز نجیب عمل می نماید. لایه های پوششی کروم براق با ضخامت پایین (در حدود ۱ میکرومتر)که غالبا در کروم‌کاری تزیینی با آن روبه رو هستیم فولاد را در مقابل خوردگی حفاظت نمی‌کنند کروم کاری ضخیم که در مقابل خوردگی

ضمانت کافی داشته باشد فقط از طریق کروم‌کاری سخت امکانپذیر است. با توجه به اینکه پوشش‌های کروم الکترولیتی سطح مورد آبکاری را به طور کامل نمی‌پوشانند از این رو کروم‌کاری تزیینی هرگز به تنهایی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد بلکه همواره آن را به عنوان پوشش نهایی بر روی واکنش‌هایی که حفاظت سطح را در مقابل خوردگی ضمانت می‌نمایند به کار می‌روند. معمولا به عنوان پایه محافظ از نیکل استفاده می‌شود.

آبکاری با مس
مس فلزی است با قابلیت کشش بدون پاره شدن٬ نرم و هادی بسیار خوب جریان برق و گرما. مس از هیدروژن نجیب‌تر است و در نتیجه نه تنها در مقابل آب و محلولهای نمک‌دار بلکه در مقابل اسیدهایی که اکسیدکننده نیستند نیز مقاومت دارد. اکسیدکننده‌ها و اکسیژن هوا به راحتی مس را به اکسید مس (I) و یا اکسید مس (II) تبدیل می‌کنند اکسیدهایی که برخلاف خود فلز در اکثر اسیدها حل می‌شوند. به دلیل وجود گازهای مخرب در محیط که دارای گوگرد هستند٬ روی اشیایی که از جنس مس هستند لایه هایی از سولفور مس به رنگ‌های تاریک و یا سبز تشکیل می‌شود.

الکترولیت‌های آبکاری مس
الکتر‌ولیت‌هایی برپایه اسید سولفوریک یا اسید فلوریدریک
الکتر‌ولیت‌هایی که فسفات در بر دارند
الکتر‌ولیت‌ها ی سیانیدی
الکترولیت‌های اسیدی بر پایه سولفات مس به غیر از مس‌اندود نمودن مستقیم سرب٬ مس و نیکل برای دیگر فلزات مناسب نیستند. اینها روی آهن٬ آلومینیم و روی به طور مستقیم تولید روکش نمی‌کنند اگر در یک الکترولیت اسید اشیایی از جنس آهن٬ آلومینیم و روی فرو ببریم یک لایه

اسفنجی در نتیجه مبادله یونی ایجاد می‌شود. این یک لایه پایداری بدون چسبندگی برای لایه‌های دیگر خواهد بود. بنابراین قبل از مس‌اندود نمودن این فلزات در محیط اسیدی باید حتما یک عملیات مس‌اندود نمودن در محیط اسیدی انجام گرفته باشد. الکترولیت‌های سیانیدی٬ علی‌رغم سمی بودنشان به علت دارا بودن خواص خوب اهمیت زیادی پیدا کرده‌اند. پوششهای حاصل از حمام‌های سیانیدی دارای توان پوششی خوبی می‌باشند٬ آنها دارای دانه‌بندی حاصل از چسبندگی

فوق‌العاده‌ای‌اند. در نتیجه پدیده‌های شدید پلاریزاسیون٬ قدرت نفوذ الکترولیت‌های سیانیدی بهتر از حمام های مس‌کاری اسید است. الکترولیت‌های پیروفسفات مس برای ایجاد روکش‌های زینتی روی زاماک٬ فولاد٬ آلیاژهای آلومینیم و برای پوشش سطحی فولاد بعد از عملیات سمانتاسیون به کار برده می‌شود. موارد کابردی دیگر می‌توان مس‌کاری سیم‌ها و شکل‌یابی با برق را نام برد.

آلیاژهای مس
برنج: آْلیاژی از مس و روی که CuZn30 نامیده می‌شود.
برنز: آلیاژی از مس و قلع می‌باشد.
آبکاری با روی
روی فلزی است به رنگ سفید متمایل به آبی٬ بالاتراز ۱۰۰ درجه سانتیگراد شکننده٬ مابین۱۰۰ الی ۲۰۰ درجه سانتیگراد نرم٬ قابل انحنا و انبساط است و می‌توان به صورت ورقه‌های نازک درآورد٬ بالای ۲۰۰ درجه سانتیگراد دوباره شکننده می‌شود. خاصیت تکنیکی خیلی مهم روی حفاظت خیلی خوب پوشش‌های آن در مقابل خوردگی است. این خاصیت ترجیحا بواسطه تشکیل لایه یکنواخت و چسبنده اتمسفر ایجاد می‌شود و عموما شامل اکسید و هیدروکسید کربنات روی و گاهی نیز سولفات و کلرید روی می‌باشد.

الکترولیت‌های آبکاری روی
الکترولیت‌های اسیدی : اسید سولفوریک – اسید کلیدریک و اسید فلوبوریک.
الکترولیت‌های بازی : سیانیدی – زنکاتی و پیروفسفات.
قدیمی‌ترین نوع روی‌کاری گالوانیزاسیون است . در این روش روی کاری٬ قطعات آهنی بعد از عملیات پرداخت در داخل روی مذاب در درجه حرارتی مابین ۴۲۰ الی ۴۵۰ درجه سانتیگراد فرو برده می‌شود. برای اهداف تزئینی از روی‌کاری براق استفاده می‌شود. اساسا″ ترکیب حمام‌های براق شبیه حمام‌های مات است٬ فقط حمام های براق دارای درجه خلوص بالاتر و بعلاوه مواد براق‌کننده آلی و غیرآلی می‌باشند.

معمولا لایه‌های پوششی روی عملیات پسین شیمیایی توسط کروماته کردن و یا فسفاته کردن را پذیرا هستند. در نتیجه کروماته کردن لایه های روی خوردگی روی به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد.

آبکاری با کادمیوم
رنگ آن سفید بوده و به نقره شباهت دارد. بسیاری از خواص کادمیوم به روی شبیه اند. لایه کادمیوم به سهولت قابل لحیم‌کاری است. حفاظت ضدخوردگی کادمیوم شدیدا″ تحت تاثیر محیط خورنده می‌باشد. با توجه به اینکه فلز کادمیوم مسموم کننده است٬ بدین جهت از این لایه ها نباید برای قطعاتی که همیشه دم دست هستند و همچنین در صنایع غذایی استفاده نمود.

الکترولیت‌های آبکاری کادمیوم
حمام های کادمیوم کاری بسیار متداول از انحلال اکسید کادمیوم و یا سیانید کادمیوم در سیانید سدیم تولید می‌شوند.
به وجود آمدن شکنندگی توسط هیدروژن در کادمیوم کاری سیانیدی سبب شده است که الکترولیت‌های اسیدی برای کاربردهای ویژه‌ای تهیه شوند. تنها فرایندی که امروزه سودمند است٬ بر پایه حمام‌های فلوئوبرات مبتنی است.
عملیات پسین پوشش‌های کادمیوم نیز به منظور بهتر نمودن منظر قطعه انجام می‌یابد. غوطه‌ور نمودن کوتاه مدت در اسید نیتریک ۰.۵-۰.۳ درصد سبب براق شدن لایه‌ها از نوع نقره خواهد شد. در صورتی که بخواهیم لایه کادمیوم در مقابل خوردگی مقاوم‌تر شود٬ به طریق پسین با استفاده از محلول‌های اسید حاوی یونهای کروم (VI) ممکن خواهد بود. بر طبق غلظت و ترکیب محلول‌های کروم‌دار٬ لایه‌های کرومات به رنگهای آبی آسمانی٬ زرد براق یا سبز زیتونی ایجاد می‌شود که به طور قابل ملاحظه‌ای در مقابل خوردگی لایه را بهتر می‌نمایند.

 

آبکاری با قلع
قلع فلزی است براق٬ دارای رنگ سفید نقره‌ای٬ در درجه حرارت معمولی در مقابل آب و هوا مقاوم است و اسیدها و بازهای ضعیف به سختی روی آن اثر می‌گذارند. برعکس اسید و بازهای قوی به آسانی روی آن اثر می‌گذارند. به راحتی لحیم‌پذیر است. قلع در مقابل مواد غذایی و اتمسفر معمولی تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد. با توجه به اینکه سمی نیست٬ کاربرد زیادی در پوشش‌کاری قطعات صنعتی مواد غذایی و صنعت کنسروسازی دارد. با توجه به لحیم‌کار

ی بسیار عالی در صنعت برق نیز به کار برده می‌شود.

الکترولیت‌های آبکاری قلع
الکترولیت‌های اسیدی : اسید فنل سولفونیک – اسید هیدروفلوریک و اسید فلوئوروبونیک.
الکترولیت‌های قلیایی : براساس استانات سدیم یا پتاسیم و هیدروکسیدهای مربرطه می‌باشد.
پوشش‌های قلع ایجاد شده روی قطعات به طریق الکترولیتی ظاهری کدر دارند با فرو بردن قطعات در حمام روغن داغ (Surfuion) براق می‌شوند. حمام‌های روغن داغ٬ خلل و فرج موجود در پوشش را از بین برده٬ مقاومت در مقابل خوردگی قشر را افزایش می‌دهند. همچنین با استفاده از یک محلول خیلی داغ کرومات قلیایی حاوی یک تر کننده٬ می‌توان مقاومت در مقابل خوردگی قشر قلع‌اندود شده را بهتر نمود.

آبکاری با نقره
نقره فلزی قیمتی (نجیب)٬ به رنگ سفید براق است. اسید کلریدریک٬ اسید سولفوریک و اسید استیک به طور جزیی بر آن اثر می‌کند٬ برعکس اسید نیتریک٬ آن را به صورت نیترات نقره حل می‌کند. نقره توسط سولفور هیدروژن و ترکیبات دیگر گوگرد تولید سولفور نقره به رنگ سیاه می‌نماید. اکسیژن هوا به نقره آسیبی نمی‌رساند.همچنین در مقابل اغلب محلول‌های نمکی و غذایی نیز مقاومت دارد.