کشف عامل پنهان خوردگی؛ باران چگونه پوشش فولاد را میشکند؟
گروه: فولاد | کد خبر: ۵۵۸۱ | تاریخ: ۱۴ شهریور ۱۴۰۵ - ۱۰:۰۹
خوردگی فلزات یکی از چالشهای مهم در صنایع فولاد، ساختوساز، دریایی و تجهیزات فضای باز است و پژوهشگران مؤسسه ماکس پلانک آلمان در مطالعهای جدید، سازوکاری متفاوت برای تخریب پوششهای محافظ فلزات شناسایی کردهاند؛ یافتهای که میتواند نگاه این صنایع به فرآیند خوردگی را تغییر دهد. بر اساس این تحقیق، قطرات آب هنگام حرکت روی سطوح میتوانند بار الکتریکی قابلتوجهی به دست آورند و هنگام برخورد با یک پوشش عایق، تخلیهای ایجاد کنند که بهصورت موضعی به لایه محافظ آسیب زده و مسیر را برای خوردگی فلز باز میکند.
خوردگی فولاد و سایر فلزات معمولاً با عواملی مانند رطوبت، بارندگی، آب شور، مواد اسیدی، اکسیژن و تنشهای مکانیکی مرتبط دانسته میشود، اما نتایج این پژوهش نشان میدهد بار الکتریکی قطرات آب نیز میتواند یکی از عوامل مؤثر در تخریب پوششهای ضدخوردگی باشد.
قطرات آب با بار الکتریکی بالا
مبنای این پدیده، فرآیندی موسوم به «الکتریسیته لغزشی» است. در این فرآیند، حرکت قطره آب روی یک سطح باعث جدایی بارهای الکتریکی و ایجاد بار در قطره میشود. اندازهگیریهای انجامشده در سالهای اخیر نشان داده است که ولتاژ برخی قطرات باران میتواند به حدود ۹ هزار ولت برسد؛ مقداری که فاصله قابلتوجهی با ولتاژ ۲۲۰ ولتی برق خانگی دارد.
برای بررسی اثر این بار الکتریکی، محققان قطراتی با حجم حدود ۳۵ میکرولیتر را که از نظر اندازه به قطرات بزرگ باران شباهت دارند، روی سطحی با شیب ۵۰ درجه حرکت دادند. قطرات پس از لغزش روی سطح و کسب بار الکتریکی، روی یک صفحه مسی پوشیدهشده با لایهای بسیار نازک از تفلون فرود آمدند.
نتایج آزمایش نشان داد تکرار برخورد قطرات باردار میتواند حتی یک پوشش عایق را نیز در برابر تخریب آسیبپذیر کند. پس از حدود سه هزار برخورد، آثار خوردگی در صفحه مسی مشاهده شد؛ در حالی که نمونهای که در معرض قطرات بدون بار قرار گرفته بود، تقریباً بدون آسیب باقی ماند.
تخلیه الکتریکی؛ نقطه آغاز تخریب پوشش
بررسیهای دقیقتر با میکروسکوپ نیروی اتمی نشان داد برخی حفرههای ایجادشده در سطح، عمقی بیشتر از ضخامت لایه تفلون داشتند. به این ترتیب، آسیب ایجادشده از سطح پوشش عبور کرده و به فلز زیرین رسیده بود.
دوربینهای پرسرعت نیز نشان دادند که قطرات باردار هنگام نزدیکشدن به سطح، تغییر شکل داده و حالت مخروطی پیدا میکنند. این تغییر شکل نشانهای از تأثیر میدان الکتریکی قدرتمند اطراف قطره است.
محاسبات پژوهشگران نشان میدهد قطرهای با باری در حدود دو نانوکولن میتواند میدان الکتریکی حدود ۶۰ کیلوولت بر میلیمتر ایجاد کند؛ مقداری که به آستانه شکست الکتریکی تفلون نزدیک است و میتواند باعث تخلیه الکتریکی شود.
این فرآیند در فاصلهای بسیار اندک از سطح رخ میدهد؛ بهطوری که در فاصله حدود ۱۰ میکرومتری از پوشش، شرایط برای شکست الکتریکی فراهم میشود. در ادامه، بار قطره تقریباً بهطور کامل به سطح فلزی منتقل شده و تخلیه الکتریکی به پوشش نفوذ میکند.
از سوراخشدن پوشش تا آغاز خوردگی فلز
با ایجاد آسیب در پوشش محافظ، فلز زیرین دیگر از تماس مستقیم با محیط در امان نیست. اگر قطره آب حاوی نمک یا سایر ترکیبات شیمیایی باشد، محیط مناسبی برای آغاز واکنشهای خوردگی ایجاد میشود.
در آزمایش انجامشده روی مس، ترکیباتی مانند اکسید مس و کلرید مس در محصولات خوردگی شناسایی شد. این ترکیبات از جمله موادی هستند که در شکلگیری لایههای سبزرنگ روی سازهها و بامهای مسی قدیمی دیده میشوند.
در کنار فلز، خود پوشش پلیمری نیز تحت تأثیر تخلیه الکتریکی قرار میگیرد. بررسیها نشان داد ساختار شیمیایی این مواد تغییر کرده و پیوندهای جدیدی در آنها شکل میگیرد؛ موضوعی که بیانگر نقش مستقیم فرآیندهای الکتریکی در تخریب پوشش است.
افزایش برخورد قطرات، افزایش خوردگی
آزمایشها نشان داد با افزایش تعداد برخورد قطرات، توان حفاظتی پوشش بهتدریج کاهش پیدا میکند. پس از حدود ۱۰ هزار برخورد، عملکرد حفاظتی تفلون در برابر خوردگی به سطحی پایینتر از حالتی رسید که نمونه بیش از چهار ساعت در آب نمک قرار گرفته بود.
این روند در تعداد برخوردهای بالاتر نیز ادامه داشت و پس از ۵۰ هزار برخورد، گستره ناحیه خوردهشده به بیش از یک میلیمتر رسید.
زنگ خطر برای سازههای فولادی
اهمیت این یافته برای صنعت فولاد و معدن از آن جهت است که بسیاری از سازهها و تجهیزات فلزی در محیطهای مرطوب، صنعتی و فضای باز، برای افزایش عمر کاری خود به پوششهای محافظ متکی هستند.
پلها، سازههای فولادی رنگشده، بدنه کشتیها، تجهیزات صنعتی مستقر در فضای باز، محفظههای پلیمری تجهیزات الکترونیکی و حتی سازههای فلزی تاریخی میتوانند از جمله مواردی باشند که در معرض این نوع تخریب قرار دارند.
در صنایع فولادی، عملکرد پوششهای ضدخوردگی یکی از عوامل مهم در افزایش دوام سازهها و کاهش هزینههای تعمیر و نگهداری است. یافته جدید نشان میدهد ارزیابی این پوششها نباید تنها بر مقاومت شیمیایی آنها در برابر آب، نمک و مواد خورنده متمرکز باشد، بلکه مقاومت در برابر میدانهای الکتریکی ناشی از قطرات آب نیز میتواند به یک معیار مهم تبدیل شود.
ضرورت بازنگری در طراحی پوششهای ضدخوردگی
پژوهشگران برای جلوگیری از این نوع آسیب، افزایش ضخامت پوشش را یکی از راهکارهای احتمالی میدانند. آزمایشها نشان دادهاند لایههای پلیاستایرن با ضخامت حدود ۱۳۰ میکرومتر میتوانند در برابر این سازوکار تخریبی مقاومت بیشتری داشته باشند.
با این حال، افزایش ضخامت پوشش در همه کاربردها راهحل عملی نیست. در صنایعی که وزن، ضخامت یا ویژگیهای نوری و سطحی اهمیت بالایی دارد، از جمله پوششهای ضدانعکاس و بدنه هواپیما، محدودیتهای فنی اجازه افزایش قابلتوجه ضخامت را نمیدهد.
از این رو، پژوهشگران بر توسعه نسل جدیدی از پوششهای محافظ تأکید دارند؛ پوششهایی که علاوه بر مقاومت در برابر آب، نمک و مواد شیمیایی، بتوانند میدانهای الکتریکی شدید و تخلیههای ناشی از قطرات باردار را نیز تحمل کنند.
این یافته میتواند مسیر تحقیقات آینده در حوزه پوششهای ضدخوردگی فولاد و فلزات را تغییر دهد و طراحی مواد محافظ را از تمرکز صرف بر مقاومت شیمیایی، به سمت ترکیبی از مقاومت شیمیایی، مکانیکی و الکتریکی سوق دهد.
هیچ دیدگاهی درج نشده - اولین نفر باشید