تحليل الأسباب الرئيسية لتآكل المعادن

تآكل المعادن ظاهرة شائعة ومعقدة لتدهور المواد، وترتبط ارتباطًا وثيقًا بخصائص المعدن نفسه، بالإضافة إلى البيئة الخارجية وعملية المعالجة. فيما يلي تحليل منهجي لأسباب تآكل المعادن من ثلاثة جوانب.

1. العوامل الداخلية لتآكل المعدن

من منظور الديناميكا الحرارية، تكون المعادن نفسها في حالة طاقة أعلى مقارنةً بمنتجات التآكل الخاصة بها، وهي حالة غير مستقرة، وبالتالي تميل إلى التحول بشكل طبيعي إلى منتجات تآكل منخفضة الطاقة (مثل الأكاسيد والهيدروكسيدات، إلخ). لذلك، يُعد تآكل المعادن ظاهرة طبيعية تلقائية وغير قابلة للعكس. في التطبيقات الصناعية، تتكون معظم المعادن من سبائك متعددة المكونات. ونظرًا لتركيبها المعدني المعقد ووجود عدم تجانس فيزيائي وكيميائي وكهروكيميائي بين المكونات المختلفة، بالإضافة إلى الشوائب المحتملة والإجهاد غير المتساوي والتشوه الميكانيكي في المادة، فإن هذه العيوب الهيكلية الداخلية عرضة لتكوين خلايا دقيقة عند ملامستها للوسائط الخارجية مثل الرطوبة ورذاذ الملح، مما قد يُسبب تآكلًا كيميائيًا أو كهروكيميائيًا.

2. العوامل الخارجية لتآكل المعادن

 الرطوبة النسبية

كلما ارتفعت رطوبة الهواء، سهّلت تكوّن طبقة مائية على سطح المعدن، مما يوفر وسطًا لنفاذ الأكسجين والتفاعلات الكهروكيميائية. عندما تتجاوز الرطوبة النسبية قيمة حرجة معينة (مثل حوالي 70% للصلب)، يزداد معدل التآكل بشكل حاد.

 درجة حرارة 

في البيئة الجافة، حتى مع ارتفاع درجة الحرارة، يقل احتمال حدوث الصدأ. ولكن عندما تتجاوز الرطوبة القيمة الحرجة، يكون التأثير المتسارع لدرجة الحرارة على التآكل كبيرًا جدًا. بشكل عام، مع كل زيادة في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية، يزداد معدل تآكل المعدن بمقدار الضعف تقريبًا، ولهذا السبب تكون المعدات في المناطق الاستوائية الرطبة أو المواسم الممطرة أكثر عرضة للصدأ.

 الأكسجين 

يُعد الأكسجين عنصرًا أساسيًا في عملية تآكل المعادن. تتضمن عملية التفاعل النموذجية ما يلي:

Fe + H? O → Fe(OH)?

Fe(OH)? + H?O + O? → Fe(OH)?

Fe + H? O + O? → Fe(OH)?

يتضح أنه بدون التفاعل المشترك للماء والأكسجين، لن يتشكل الصدأ. تبلغ نسبة الأكسجين في الهواء حوالي ٢٠٪، ونفاذيته عالية جدًا.

 الملوثات الجوية الأخرى

 إذا كان الهواء يحتوي على ملوثات مثل رذاذ الملح، وثاني أكسيد الكبريت، وكبريتيد الهيدروجين، والغبار، وما إلى ذلك، فسوف يؤدي ذلك إلى تسريع معدل التآكل بشكل كبير. ولذلك، هناك اختلافات كبيرة في البيئة المسببة للتآكل بين المناطق المختلفة - على سبيل المثال، التآكل في المناطق الحضرية أعلى بشكل عام من المناطق الريفية، والمناطق الصناعية أعلى من المناطق السكنية، والمناطق الساحلية أعلى من المناطق الداخلية، والمناطق ذات التركيز العالي للغبار أعلى من البيئات النظيفة. 

3. محفزات التآكل أثناء المعالجة

أثناء إنتاج واستخدام المعادن، قد تصبح بعض عمليات المعالجة أيضًا مصادر للتآكل.

على سبيل المثال:

1. سطح المادة الخام به صدأ لم يتم تنظيفه جيدًا؛

2. سائل القطع المتبقي وزيت التشحيم أثناء المعالجة الميكانيكية؛

3. عدم كفاية التحييد أو الشطف بعد معالجة الغسيل الحمضي؛

4. يحدث الأكسدة أو انفصال طبقة الكربون أثناء عملية المعالجة الحرارية؛

5. عدم إزالة الملح المتبقي بشكل كامل بعد التنظيف؛

6. أثناء التجميع أو المناولة، قد يتراكم العرق على سطح المعدن لدى العاملين؛

7. عملية التلدين غير السليمة بالإجهاد أو هشاشة الهيدروجين؛

8. الفشل في منع الصدأ في الوقت المناسب بين العمليات، أو تدابير الختم غير الكافية.

قد تصبح العوامل المذكورة أعلاه "نقاط التحفيز" للتآكل، مما يتسبب في تآكل المعدن قبل استخدامه.

خاتمة

تآكل المعادن هو نتيجة تضافر عوامل داخلية وخارجية متعددة. ولإطالة عمر المكونات المعدنية بفعالية، من الضروري إدارة عملية التصنيع بشكل شامل، بدءًا من اختيار المواد، ومراقبة العملية، وإجراءات الحماية، وبيئة الاستخدام. ولا يمكننا تحقيق منع الصدأ علميًا، وخفض التكاليف، وتحسين الكفاءة إلا من خلال الوقاية من المصدر.