ما هي المادة التي تحمي الحديد من الصدأ لمئة عام
المادة التي تمنع الصدأ لمائة عام
المعدن الأكثر استخداما وشهرة في الحياة هو “الحديد”، ولكنه يتعرض للصدأ مع مرور الوقت ويصبح خشنا، ولمنع هذا الصدأ استخدمت الكثير من الوسائل والبراعة في الرسم الزيتي، ولكن الصدأ سيظهر في البيئات القاسية مثل شاطئ البحر. من المهم أن تتوفر بعض المواد التي تحمي الحديد من الصدأ لعقود قد تصل إلى مائة عام، وهذه المادة هي “التيتانيوم“، وهو معدن نشط جدا وله قوة ارتباط قوية بالأكسجين. وبالتالي، يتشكل فيلم أكسيد على سطحه، ولكنه فيلم سلبي مستقر للغاية ولا يتأكسد بشكل أكبر لأنه لا يسمح بتمرير الأكسجين. ويتميز بمقاومته للتآكل في مياه البحر جنبا إلى جنب مع البلاتين، وحتى إذا تعرض السطح للخدش، يتم إصلاح فيلم الأكسيد على الفور، مما يحافظ على مقاومة التآكل للأبد.
من الجدير بالذكر أن التيتانيوم من المعادن غير القابلة للصدأ، وعندما يتكون فيلم أكسيد التيتانيوم على السطح، فإن الأكسجين لا يمكن أن يمر ويتأكسد، وبالتالي لا يتأكسد، ويحمي الحديد من الصدأ لمدة تصل إلى مائة عام.
مقارنة بين التيتانيوم والفولاذ في مقاومة الصدأ
الفولاذ هو مادة مقاومة للصدأ مثل التيتانيوم، ولكن التيتانيوم أقوى وأفضل منه في مقاومة التآكل، وبالتالي يمكن مقارنة المقاومة للتآكل بينهما
- تتوفر العديد من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ، حيث يتم خلط الكروم والنيكل مع الحديد لتكوين سبيكة، حيث تنتج المواد المضافة فيلمًا سلبيًا على السطح، ما يحمي الداخل ويجعله من المعادن المقاومة للصدأ، تمامًا مثل التيتانيوم.
- عادةً ما يتم تدمير الفيلم السلبي من الفولاذ المقاوم للصدأ بواسطة الأحماض أو أيون الكلوريد، ومع ذلك، يتم تآكل التيتانيوم بواسطة أيون الكلوريد، وهذا هو أحد الاختلافات بين التيتانيوم والفولاذ المقاومللصدأ.
- الفولاذ المقاوم للصدأ هو سبيكة، أما التيتانيوم فهو عنصر معدني نقي، وهذا يفسر الاختلاف في مقاومة التآكل بين التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ.
- من السهل أن يتم استبدال ذرات الأكسجين وأيونات الكلوريد في الفيلم السلبي للفولاذ المقاوم للصدأ، ويتم تشكيل كلوريد المعدن القابل للذوبان في المياه بسهولة، وسيذوب فيلم ذلك الجزء في المياه ويضيع، وكذلك تبعًا لأن نصف قطر أيون الكلوريد المائي صغير، فإنه يمر بسهولة من خلال المسام الدقيقة لطلاء السطح، وعندما يمر فإنه يصدأ، وبالتالي فإن الفولاذ المقاوم للصدأ ليس مقاومًا للتآكل لأيونات الكلوريد، أما فيلم أكسيد التيتانيوم فهو مستقر ضد أيونات الكلوريد، ولذا يُظهر مقاومة للتآكل عالية جدًا حتى في محاليل الكلوريد، ويتآكل التيتانيوم كذلك لتقليل الأحماض (مثل حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك)، في حين أنه من الممكن تثبيته بوضع كمية قليلة من العامل المؤكسد.
- يمكن أن يحدث التآكل نتيجة خلط الفولاذ المقاوم للصدأ، أو بسبب ضعف الفيلم السلبي في الفولاذ المقاوم للصدأ.
استخدام التيتانيوم في معدات الهواء الطلق والمباني
إن التيتانيوم مادة رائعة لاستخدامها في المرافق والمعدات الخارجية والموضوعة في الهواء الطلق، وهذا لأنه لا يصدأ حتى مع حالات سقوط الأمطار أو ماء البحر، ولذا فهي تُعتبر عنصر مناسب للغاية من أجل البنية التحتية مثل الأنابيب والدرابزين، وهذا لأن الأسقف، الجدران، الأنفاق والجسور والأشياء المشابهة لها لا تحتاج إلى صيانة على وجه الخصوص، كما أنه من أسباب استخدام التيتانيوم أنه إذا كانت الأشياء مصنوعة منه فسوف تكون قوية وستظهر بشكل عالي الجودة.
يتم استخدام التيتانيوم مع المركبات لأن غالبية المركبات تستخدم في الهواء الطلق، وبالتالي فإن التيتانيوم يتناسب مع البيئة التي تتضمن مقاومة التآكل والمتانة بدون صدأ. ولذلك، فإن التيتانيوم هو واحد من أكثر المواد المناسبة من حيث القوة والخفة ومقاومة التآكل لقطع الغيار للسيارات والدراجات والطائرات والسفن، وكذلك لأجزاء السفن الفضائية.
استخدامات التيتانيوم في الزينة
يستخدم التيتانيوم أحيانا كمادة زخرفية في الحلي لأنه لا يصدأ ولا يصبح باردا، ولأنه خفيف وجميل، فهو يسهل ارتداء الحلي المباشرة على الجسم دون الحاجة إلى القلق بشأن التحسس أو التآكل، مثل الخواتم والقلائد والأقراط.
حماية الحديد من الصدأ بطريقة الجلفنة
في الماضي، اكتشف العالم الإيطالي (لويجي جالفاني) كيفية حماية الحديد من الصدأ باستخدام طريقة الجلفنة، وهي عملية وضع طلاء الزنك الواقي على مادتي الحديد والفولاذ لحمايتهم من الصدأ، ومن بين الطرق الأكثر شيوعا هي الجلفنة بالغمس الساخن، والتي تتم من خلال غمر المقاطع الفولاذية في حوض من الزنك المصهور، ويجب الإشارة إلى أن الجلفنة تحمي من الصدأ لعدة أسباب كالتالي:
- يحمي الزنك معدنه الأساسي من التآكل قبل الحديد.
- يعمل هذا على تشكيل حاجز يمنع وصول المواد التي تتسبب في التآكل إلى الفولاذ أو الحديد الأساسي.
- يتفاعل سطح الزنك مع الغلاف الجوي ليشكل زنجارًا مضغوطًا وملتصقًا غير قابل للذوبان في الأمطار.
- يعمل الزنك كأنود ذبيح، حيث إذا تم خدش الطلاء، سيبقى الفولاذ المكشوف محميًا بواسطة الزنك المتبقي.
طرق لمنع صدأ الحديد
توجد طرق عديدة لحماية الحديد من الصدأ غير استخدام مادة التيتانيوم، ولكنها لا تتمتع بنفس الجودة والكفاءة، وعلى الرغم من ذلك إلا أنها تقوم بالغرض بطريقة ما، وتحتاج إلى إعادة تطبيقها بشكل دوري، ومن بين تلك الطرق بعضها
- تطبيق طلاء جاف: هذا الطلاء هو منتج خاص يحمي الأجزاء المعدنية والمعدات من الصدأ، وهو جاف ولا يترك أي بقايا، ويعمل كحاجز واق.
- دهان المعدن: هناك العديد من أنواع دهان الحديد المضاد للصدأ، ويجدر الإشارة إلى أن الدهان الجيد سوف يبطئ عملية الصدأ عن طريق منع الرطوبة من الوصول إلى المعدن
- التخزين بشكل صحيح: عند تخزين المعادن في مكان ذو رطوبة منخفضة، أو في بيئة يتم التحكم في درجات الحرارة والرطوبة فيها، ستتباطأ عملية الصدأ بشكل ملحوظ
- طلاء المسحوق: من خلال استخدام طبقة من الأكريليك أو الفينيل أو الإيبوكسي أو غيرها من المواد، يتم منع وصول الرطوبة إلى المعادن، وبالتالي يتم منع عملية الصدأ.
- التزريق: تتمثل تلك العملية في وضع طبقة من المغنتيت فوق المعدن لمنع الصدأ، ويجب تزييت المعدن بانتظام للحفاظ على مقاومته للصدأ، وفي هذه العملية سيتحول المعدن إلى اللون الأزرق أو الأسود.
- تغليف VCI: مثبطات التآكل البخارية (VCI) هي مركبات كيميائية يتم غمرها في مواد تغليف مختلفة، وتحمي المعادن من التآكل عن طريق إطلاق بخار يحمي السطح المعدني في فراغ مغلق لمنع حدوث التآكل.