وبلاگ

لایه‌های اکسیدی گروهی از پوشش‌های تبدیلی هستند که روی آلیاژ‌های آهنی و غیر‌آهنی اعمال می‌شوند تا آن‌ها را در برابر خوردگی محافظت نمایند. انتخاب جنس پوشش به ظاهری که از قطعه انتظار می‌رود، میزان سهولت اعمال پوشش و شرایط کاربرد قطعه بستگی دارد. ورق‌های فولادی با داشتن خصوصیات بارزی مانند استحکام، شکل پذیری، فراوانی، قیمت مناسب و قابلیت تولید و تنوع محصولات، جایگاهی بی رقیب را در مصارف خانگی و صنعتی کسب کرده‌اند. از سوی دیگر موضوع خوردگی از کارایی قطعات فولادی می‌کاهد و یا عمر مفید آن‌ها را کاهش می‌دهد. به این دلیل ورق‌های فولادی با توجه به نوع کاربرد و انتظاراتی که از عملکرد آن‌ها وجود دارد، باید با لایه مناسبی پوشش داده شوند. در اکثر موارد، لایه‌های اکسیدی پایداری روی سطح فلزات تشکیل می‌شود که با عملیات شیمیایی یا حرارتی در محیط‌های معینی، می‌توان آن‌ها را چنان تثبیت نمود که محافظت کننده فلز پایه باشند [[i]].

 

یکی از روش‌های ایجاد لایه اکسیدی محافظ در برابر زنگ زدگی، فرایند آبی‌کردن[1] است؛ آبی‌کردن، ورق و تسمه‌های فولادی، همچنین قطعات فولادی کوچک را در برابر زنگ زدگی مقاوم می‌سازد [[ii]]. در اوایل، آبی‌کردن با استفاده از زغال چوب در دمایی حدود 750-730 درجه فارنهایت انجام می‌شد. بدین صورت که، ابتدا قطعه با استفاده از عملیات سنگ ‌زنی و سنباده به صافی سطح مطلوب رسیده و سپس با استفاده از مشعل، حرارت دهی می‌شد. آنگاه قطعه درون زغال چوب فرو برده شده و خارج می‌گردید تا باعث تغییر رنگ قطعه و ایجاد پوشش گردد [[iii]]. در دوران جنگ جهانی دوم ساخت فولاد با عناصر آلیاژی بیشتر توسعه یافت، که این فولاد‌ها در مقابل آبی‌کردن با زغال مقاوم بودند و دیگر روش‌های مرسوم آبی کردن با زغال برای آن‌ها قابل استفاده نبود. در این هنگام روش دولایت[2] توسط موزر[3] ابداع شد. در روش دولایت از کوره‌هایی با دمای 700-550 درجه فارنهایت و مواد شیمیایی متفاوتی استفاده می‌شد [[iv]].

 

امروزه فرایند‌های آبی‌کردن به روش‌های شیمیایی و حرارتی قابل اجرا هستند. روش شیمیایی با استفاده از گونه خاصی از نمک داغ[4] در مخزنی که دمای آن حدود 280 درجه فارنهایت است انجام می‌شود [[v]]. روش دیگری از آبی‌کردن شیمیایی روش نیتره[5] است که در آن قطعات در دمای 750-370 درجه فارنهایت به مدت 15-12 دقیقه در نمک‌های مذاب فرو برده می‌شوند؛ در مرحله بعد، قطعات پس از خنک شدن در هوا با آب گرم یا روغن شستشو داده می‌شوند [[vi]]. پوشش‌های اکسیدی آبی رنگی که به روش حرارتی ایجاد می‌شوند به دلیل هزینه کم تولید بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. از دیگر مزایای پوشش‌دهی به روش حرارتی می‌توان به سهولت کنترل ضخامت پوشش، هزینه پایین و قابلیت پوشش‌دهی روی قطعات صنعتی کوچک اشاره نمود.

 

علی‌رغم قدیمی بودن فرایند آبی‌کردن، تاکنون تحقیقات کافی و منسجمی در مورد ارزیابی رفتار خوردگی این پوشش‌ها انجام نشده است. لذا هدف این پژوهش، مطالعه رفتار خوردگی و مشخصات سطحی پوشش‌های اکسیدی و بررسی جنبه‌های اقتصادی ایجاد این نوع پوشش‏‌ها روی ورق‌های فولادی است که در قالب محاسبات یک واحد صنعتی صورت گرفته است. هدف این واحد صنعتی تولید تسمه فولادی پوشش‌دار است. تسمه در بسته‌بندی انواع محصولات فولادی، قطعات سنگین و مصالح سازه‌های ساختمانی جایگاه ویژه ای دارد.

این پایان نامه در شش فصل تنظیم شده است. در فصل دوم، مروری گذرا بر انواع روش‌های پوشش‌دهی با تأكید بر روش مورد نظر این پژوهش یعنی روش آبی‌کردن صورت گرفته و در فصل سوم، به اهم مواد و روش‌های به کار رفته در انجام این تحقیق اشاره شده است. پس از آن در فصل چهارم، نتایج بدست آمده از آزمایش‌های مختلف مورد ارزیابی و بحث قرار گرفته و در فصل پنجم مباحث اقتصادی مربوط به دو روش پوشش‌دهی بررسی شده است. نهایتاً در فصل ششم مباحث مطرح شده جمع بندی شده و نتیجه‌گیری نهایی ارائه گردیده است.

 

فصل دوم: مبانی علمی و مروری بر پژوهش ها

 

1-2- پوشش ها

 

ورق‌‌های فولادی با داشتن خصوصیات بارزی از جمله استحکام، شکل‌پذیری، فراوانی، قیمت مناسب و قابلیت تولید و تنوع محصولات، جایگاهی بی‌رقیب را در مصارف خانگی و صنعتی کسب کرده‌‌اند. از سوی دیگر موضوع واکنش محیط با آهن که منجر به زنگ زدن یا در حالت کلی‌‌تر خوردگی فلز می‌‌شود، حفاظت آلیاژ‌های آهنی را در برابر محیط پیرامون ضروری می‌‌سازد. بدون محافظت مناسب، ابتدا سطح قطعات و کم کم قسمت‌های درونی آن‌ها تحت اثر خورندگی محیط آسیب می‌‌بیند. این تخریب به مرور از کارایی قطعه می‌‌کاهد و یا عمر مفید آن را کاهش می‌‌دهد. به این دلیل ورق‌‌های فولادی را با توجه به نوع کاربرد و انتظاراتی که از عملکرد آن‌ها وجود دارد، باید با لایه مناسبی

 پوشش داد [1].

 

استفاده از پوشش‌های محافظ روی فولاد نه تنها میزان خوردگی را کنترل می‌‌نماید بلکه در اغلب موارد، چندگانه عمل می‌‌کند. به بیان دیگر، پوشش‌‌ها چند منظوره هستند و علاوه بر مقاومت خوردگی، خواصی مانند مقاومت در برابر خراش و سایش، لحیم‌پذیری، اصطکاک، شکل‌پذیری،‌ رنگ‌‌پذیری و زیبایی ظاهری را بهبود می‌بخشند [2].

 

پوشش‌‌ها، ورق فولادی را به دو روش می‌‌توانند حفاظت کنند، یکی با تشکیل حایل فیزیکی بین فولاد و محیط اطراف، زیرا لایه پوشش ارتباط جسم فولادی و محیط خورنده را قطع می‌‌کند. دوم با حفاظت گالوانیک، زیرا فلزی مانند روی که در سری الکتروشیمیایی فعال‌‌تر از آهن است به صورت فداشونده قطعه فولادی را محافظت می‌‌نماید. پوشش مورد نظر را می‌‌توان روی قطعه ساخته شده اعمال نمود یا اینکه در انتهای خط تولید ورق فولادی، پس از رسیدن ورق به ضخامت نهایی، آن را به صورت پیوسته پوشش داد و به بازار عرضه کرد. حالت اخیر به دلایل کیفیتی و محیط زیستی رواج بیشتری یافته و به سرعت رو به گسترش است. ورق‌‌های پوشش‌‌داری که به صورت آماده در اختیار مصرف‌‌کننده قرار می‌‌گیرد نه تنها از استحکام چسبندگی و مشخصات سطحی بالا‌تری برخوردار است، بلکه با حذف نیاز به خطوط پوشش‌‌دهی در واحد‌های کوچک از بروز مشکلات فنی و زیست- ‌محیطی متعددی جلوگیری می‌کند و در مجموع از دیدگاه اقتصادی توجیه خوبی دارد. نوع پوشش‌ها بسیار گسترده بوده و ممکن است از گروه فلزات، پلیمر‌ها و لعاب‌ها باشد. ضخامت، تعداد لایه‌ها و دیگر مشخصات پوشش با توجه به کاربرد ورق تعیین می‌‏شود. پوشش‌های رایج عبارتند از؛ پوشش گالوانیزه، پوشش قلع اندود، پوشش نیکل-کروم، پوشش‌‏های نفوذی، پوشش‏‌های تبدیلی و اکسیدی و پوشش‏‌های فسفاته [[i]]. لازم به ذکر است که تولید چند نوع از ورق‌های فولادی پوشش‏دار اخیراً در کشور آغاز شده است.

برای مقاوم ساختن اجسام در موقع بهره‌برداری از پوشش‏‌های فلزی استفاده می‌‌شود. پوشش‌‏های فلزی به دو دلیل اساسی مورد استفاده قرار می‌‌گیرند؛

 

 الف) به منظور تزئین فلزات

 

ب) برای حفاظت از قطعات فلزی

 

پوششی که فقط به منظور حفاظت از خوردگی فلز پایه به کار می‌‌رود ممکن است خود ذاتاً تزیینی نباشد ولی پوششی که برای تزئین اعمال می‌‌گردد نمی‌‌تواند مدت درازی این نقش را داشته باشد، مگر اینکه بتواند از خوردگی فلز پایه جلوگیری بعمل آورد. بنابراین می‌‌توان نتیجه گرفت که هدف نهایی و اصلی کاربرد پوشش‏‌ها کنترل خوردگی است [3].

 

2-2- تاثیر پوشش بر مقاومت خوردگی

 

خوردگی عبارت است از تخریب نا‌خواسته یک ماده بر اثر واکنش آن با محیط اطرافش. خوردگی عامل بخش عمده‌‌ای از تخریب سازه‌‌های فلزی است و اهمیت آن نه تنها از این نظر است که تخریب ناشی از آن در برخی موارد ناگهانی است، بلکه بیشتر به علت حضور و تأثیر همه جانبه آن می‌‌باشد.

 

امروزه اهمیت خوردگی فلزات بیشتر از گذشته شده است؛ زیرا در کشورهای صنعتی هزینه سالانه خوردگی به اضافه هزینه حفاظت به حدود 5/3 تا 5 درصد درآمد ناخالص ملی می‌رسد [3]. هزینه مبارزه با خوردگی را می‌‌توان به هزینه‌های مستقیم و غیر مستقیم تقسیم کرد. در هزینه مستقیم خوردگی باید هزینه رنگ و مواد بازدارنده از خوردگی، هزینه تعمیرات قطعات خورده شده و هزینه استفاده از مواد گران‌تر نظیر فولاد‌های زنگ نزن به جای مواد ارزان‌تر مثل فولاد‌های ساده کربنی را در نظر داشت. در هزینه غیر مستقیم خوردگی نیز باید هزینه‌‌های ناشی از تعطیل شدن و یا از کار افتادن یک کارخانه به علت خوردگی تجهیزات آن، هزینه‌‌های خرابی و نابودی تاسیسات بزرگ به دلیل خوردگی بخش کوچکی از آن، هزینه‌‌های اتلاف مواد مانند نشت آب و یا روغن بر اثر خورده شدن لوله‌‌ها و یا ظروف و بالاخره خطرات جانی و زیست محیطی را که گاهی غیر قابل جبران‌‌اند، منظور کرد.

 

استفاده از عملیات سطحی برای بهبود مقاومت به خوردگی روش خاصی است که تغییری در خواص مکانیکی ایجاد نمی‌‌کند، اما مقاومت آن را در مقابل خوردگی افزایش می‌‌دهد. عملیات سطحی را می‌‌توان به دنبال ساخت مکانیکی قطعات انجام داد. در هر صورت روش‌های سطحی، عملیات تکمیلی هستند. در این روش هزینه اضافی تهیه آلیاژ‌های ویژه حذف شده، بدین ترتیب که فلز یا آلیاژ نسبتاً ارزانی نظیر فولاد ساده کربنی انتخاب شده و برای ایجاد خواص سطحی فلزات گران‌تر نظیر کروم یا قلع روی آن پوشش داده می‌شود [3].

 

[7] مجموعه مقاله‌های همایش تولید و مصرف ورق قلع اندود در کشور، ویرایش فخرالدین اشرفی زاده، شرکت فولاد مبارکه، اردیبهشت 1382

 

[1] Bluing

 

[2] Dulite

 

[3] Mauser

 

[4] Chemical Hot-Salt Bluing

 

[5] Nitre

 

[1] قربانی، م، پوشش دادن فلزات، جلد 1، انتشارات دانشگاه صنعتی شریف، 1383.

 

[2] قربانی، م، پوشش دادن فلزات، جلد 2، انتشارات دانشگاه صنعتی شریف، 1383.

 

[3] مجد نیا خواجه، ف، خواجه نصیری، ن، آبکاری فلزات، جهاد دانشگاهی،1380.

 

[[iv]] http://www.en.wikipedia.org/wiki/Bluing_(steel)

 

[[v]] Kenneth, G., Surface engineering  for wear resistance, Prentice Hall, Newjersey, 1988.

 

[[vi]] Marjore, A., Electrofinishing, American Elsevier publishing company, NewYork, 1965.