√دنیـــــــای متـــــــــــالورژی فقـــــــط از ایـــــــنجا
به "با سابقه ترين و محبوب ترين وبلاگ متالورژي در ايران" خوش آمديد

تاريخ : پنجشنبه ٢۸ آذر ۱۳۸٧

(226 کیلو بایت دانلود کنید

نویسنده: محمد علی صاحب الزمانی

 

آلیاژ‌هایی که فراموشی نمی‌گیرند!

 آلیاژهای حافظه‌دار به توانایی برگشت به شکل یا اندازه اولیه از پیش تعریف شده طی یک چرخه حرارتی اطلاق می‌شود . به عبارت دیگر ، چنانچه در دمای پایین تر از دمای خاتمه تحول مارتنزیتی یک تغییر شکل پلاستیک در آلیاژ حافظه دار ایجاد شود، با افزایش دما تا بالای دمای خاتمه تحول آستنیتی ، آلیاژ قادر به بازیابی شکل اولیه خود خواهد بود.
آلیاژهای حافظه دار شامل گروهی از مواد فلزی هستند که قابلیت بازگشت به شکل اولیه را هنگامی که تحت بار مکانیکی مناسب قرار گیرند دارند. هنگامی که محدودیت در بازیابی شکل وجود دارد، این آلیاژها نیروهای ارتجاعی بالایی را تولید می‌کنند و به دلیل این خاصیت علاقه تکنولوژیکی زیادی برای استفاده از آلیاژ‌های حافظه‌دار در کاربردهای پزشکی و غیر پزشکی وجود دارد، به عبارت دیگر خواص ترمودینامیکی استثنایی آلیاژهای حافظه‌دار، عامل کاربردهای بسیار مهمی در زمینه مهندسی پزشکی شده است.

آلیاژهای حافظه دار به صورت یک طرفه و دو طرفه ساخته می‌شوند. منظور از یک طرفه بودن این است که این فلزات در یک جهت عملی را انجام می‌دهند و حالت برگشت‌پذیری ندارند. قابلیت آلیاژهای حافظه دار در بازیابی شکل پیش تعیین شده با حرارت دادن بالای دمای تغییر حالت و برگشت به شکل مشخص قبلی با سرد کردن به نام اثر حافظه‌داری دوطرفه خوانده می‌شود.
خانواده آلیاژهای حافظه دار
آلیاژهای حافظه دار مهم عبارتند از :
1-سیستم‌های پایه مس
2- سیستم‌های پایه آهن
3- آلیاژهای طلا-کادمیم
4- آلیاژهای برنج
5- آلیاژهای نیکل- تیتانیم. 
آلیاژهای حافظه‌دار در پزشکی
آلیاژهای حافظه‌دار موادی هستند که پس از اینکه تحت کرنش قرار گرفتند در یک دمای خاص به شکل اصلی خود برمی‌گردند. در فرایند برگشت به شکل به یاد مانده آلیاژ می‌تواند نیروی زیادی تولید کند که جهت تحریک مفید است. این آلیاژها در بیش از 50 سیستم آلیاژی توسعه یافته اند. عمده ترین آلیاژهای حافظه دار که در مصارف پزشکی استفاده می‌شوند عبارتند از:  NiTi (نایتینول)  TiMo,  NiTiMo.
کاربردهای پزشکی آلیاژهای حافظه دار نایتینول
دندان پزشکی (ارتودنسی)
استفاده از آلیاژ حافظه‌دار در ارتودنسی جلوه دیگر از قابلیت‌های آن است. بر خلاف سیم‌های معمول در ارتودنسی که از جنس فولاد ضد زنگ 8-18 هستند و به صورت منقطع قادر به تنظیم و ترتیب دادن دندان‌ها هستند و بیمار را ملزم به مراجعات زیاد به دندانپزشک می‌سازد؛ سیم‌های ارتودنسی از جنس NiTi به دور از مشکلات فوق، نیروی مداوم و تدریجی به دندان‌ها وارد می‌کند که این پدیده بر اساس مسطح بودن منحنی باربرداری این آلیاژ در دامنه زیادی از کرنش‌ها است.
سیم‌های ارتودنسی نایتینول با دندان حرکت کرده و در یک پهنای زمانی درمان و وضعیت دندان، نیروی ثابتی را اعمال می‌کنند. 

کاربردهای دیگر
1-
کاربرد برای درمان بیماری‌های قلبی – عروقی
2- کاربردهای ارتوپدی نایتینول
3- کاربردهای ارتودنسی نایتینول
4- آندوسکوپ‌های فعال و انعطاف پذیر
5- دست مصنوعی
6- عقیم سازی لوله ای
ویژگی‌های آلیاژهای حافظه‌دار نایتینول
1- الاستیسیته‌ی بالا(جایگذاری الاستیک)
2- خاصیت حرارتی برتر(جایگذاری حرارتی)
3- دوام زیاد(مقاومت به تاب و گره)
4- تنش ثابت
5- ممانعت دینامیکی
6- هیسترزیس تنش
7- تنش وابسته به دما

چگونگی اعمال فشار توسط یک بست حافظه دار به شیار شکستگی پس از حرارت دیدن. تصویر پایین نیز تعدادی از اینگونه بست‌ها را نشان می دهد
سازگاری فیزیولوژیک
فولاد ضد زنگ، تیتانیم و فلزت دیگر رابطه خوبی با مواد بیولوژیک ندارند. مقبولیت غیر معمول نایتینول آن را فلزی ساخته است که از لحاظ مکانیکی مشابهت زیادی با مواد بیولوژیک دارد. این مشابهت فیزیولوژیک، رشد داخلی استخوان و به اشتراک گذاشتن بارها با بافت مجاور را باعث شده و سبب استفاده از این آلیاژ در ایمپلنت‌های هیپ، فاصله اندازهای استخوان بست‌های استخوان و صفحات برای شکستگی جمجمه شده است. کاربرد اخیر بیشتر از آن لحاظ جالب است که از نایتینول متخلخل که رشد داخلی بیشتر استخوان را سبب می‌شود، استفاده می‌شود.
سنتز احتراقی یا استفاده از گرمای گداز برای اشتعال، جهت تشکیل نایتینول از نیکل و تیتانیم - نشان داده است که راهی موثر در تولید اسفنج متخلخل نایتینول است که دانسیته‌ای از 40 تا 90% دارد. اسفنجی که دارای خواص سوپرالاستیک و حافظه داری باشد، رشد داخلی استخوان را شتاب می‌بخشد و چسبندگی خوبی را با بافت مجاور ایجاد می‌کند.
زیست سازگاری
زیست سازگاری توانایی ماده در باقی ماندن به صورت بی ضرر از لحاظ بیولوژیک در طی دوره عملکرد خود در درون یک موجود زنده است . این یک فاکتور مهم برای استفاده وسایل حافظه دار در بدن است  یک ماده زیست سازگار نباید واکنش آلرژیک در بدن میزبان ایجاد کند و همچنین نباید در گردش خون یون رها کند. دوره‌ای که بیومواد در بدن انسان می‌ماند مهم ترین وجه مطرح شده در مورد کاربرد آن است.
  عموما زیست سازگاری یک ماده قوی به واکنش آلرژیک بین سطح بیومواد و پاسخ آماسی میزبان بستگی دارد. .وجوه مختلفی در این واکنش‌ها شرکت دارند مثل خصوصیات بیمار ( سلامتی ،سن ، حالت ایمنی بدن و ... ) دارد مثل خصوصیات ماده .آنالیز وجوه مربوطه به زیست سازگاری این آلیاژها توسط اندازه گیری و ارزیابی هر کدام از عناصر نیکل و تیتانیم به صورت جداگانه صورت می گیرد.
نیکل اگر چه برای زندگی لازم است یک عنصر بسیار سمی نیز است. مطالعات نشان داده اند در افرادی که در تماس سیستمیک با نیکل بوده اند مشکلاتی مثل زات الریه، سینوزیت مزمن و ورم غشا مخاط بینی، سرطان ریه و سوراخ بینی، آماس پوست وجود داشته است.
برعکس نیکل ، Ti و ترکیباتش بسیار زیست سازگار هستند . علاوه بر این به خاطر خواص مکانیکی شان اکثرا در ایمپلنت‌های ارتوپدی استفاده می شوند.
به دلیل میزان بالای نیکل در NiTi، از لحاظ تئوری این امکان وجود دارد که به علت خوردگی، نیکل از ماده، حل شده و سبب تاثیرات نامطلوبی شود؛ به همین خاطر، زیست سازگاری NiTi باید قبل از استفاده مطمئن از آن به عنوان ایمپلنت، به خوبی تایید شده باشد .
مرور این مطلب بیشتر از این لحاظ مهم است که دانش کمی از زیست سازگاری NiTi در دست است. مقاومت خوردگی آلیاژ وسمیت فلزات تنهایی که سازنده آلیاژ هستند عوامل اصلی زیست سازگاری هستند. خواص و زیست سازگاری NiTi شاخص‌های ویژه خود را دارد که متفاوت از تیتانیم یا نیکل تنها است. سمیت موضعی و سیستمیک، اثرات سرطان زایی و جنبه‌های ناقص الخلقه سازی نیکل نیاز به بررسی بیشتر دارند .
پاسخ موضعی بافت، مهم‌ترین جنبه زیست سازگاری است .. زیست سازگاری یک ماده در داخل بدن می‌تواند با آنالیز کردن حضور جمعیت سلولی - با اندازه‌گیری سلولهای استخراج شده از محصول متابولیسمی - یا آنالیز کردن شاخص‌های مورفولوژیک بافت در اطراف ایمپلنت بررسی شود. اگرچه نیکل خالص ایمپلنت شده در داخل ماهیچه، تحریک و نکروز شدید بافت موضعی را سبب می‌شود، زیست سازگاری NiTi در بافت ماهیچه ای، حداقل برابر با آلیاژهای Co-Cr و فولاد ضد زنگ و قابل مقایسه با تیتانیم است .
چنانچه دیده شد، ایمپلنت آلیاژ نایتینول به اندازه کافی با بافت بدن سازگار است و دارای توان بالقوه‌ای به عنوان یک بیومواد با قابلیت های بالای حافظه داری و ارتجاعی بودن است.

منابع :
1) M.Green,D.M.Grant,N.R.Kelly,”Powder Metallurgical Processing of Ni-Ti Shape Memory Alloy”, Powder  Met.,vol.40,No.1,1997

2) J.C.Hey,A,P.Jardine,”Shape Memory NiTi Synthesis From Elemental Powders”,Mater.Sci.Eng.A188,1994

3)  D.G.Morris,M.A.Morris,”NiTi Intermetallic by Mixing,Miling4) 

4) “Shape Memory Materials and Hydrides” ,K.Otsuka, Y.Fukai,1994, Elsevier Pub5)

5) uerig,A.Pelton, D.Stockel,”An Overview Of Nitinol Medical Applications” Mater.Sci.Eng.A,Vol.273-275,1999

6) “Shape Memory Alloys”H.Funakabo, 1986,Newyork,Gordon&Breach Pub

7) J.S.Benyamin, T.E.Volin,”The Mechanism of Mechanical Alloying”, Met.Trans A, Vol.5,pp1929-1934,Aug 1974

8) “Solid state synthesis of nanocrystallin and /or amorphous 50Ni-50Ti Alloy”

9)  Y.W.Gu,C.W.Goh,l.S.Goi,C.S.Lim,2004,Elsevier Pub.

10)  پروژه کارشناسی ارشد درس کاربرد فلزات در پزشکی راضیه خلیفه زاده و ثمین افتخاری دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیر کبیر1385.



ارسال توسط محسن حیدری
تاريخ : پنجشنبه ٢۸ آذر ۱۳۸٧
کارگاه مرمت موزه، تحقیقات و مطالعات گسترده‌ای در زمینه ترکیبات و ساختار آثار موزه‌ای انجام داده است که به شرح زیر است.


ساختار دانه‌ای متغیر در سطح نمونه‌ای از میله‌های مفرغی، دارای 26/98% مس
شناسایی و مطالعه فنی آثار فلزی به دست آمده از منطقه بوکان
مجری طرح: لیلا سوداگر-کارشناس ارشد مرمت آثار تاریخی- فرهنگی
ارزیابی روند تولید اشیاء فلزی از لحظه‌ای که فلز از سنگ معدن جدا گردیده، تا زمانی که ساخته شده و شکل گرفته است و همچنین هنر مردمانی که در طی این مراحل کارکرده اند، قابل توجه و ارزیابی است. به این منظور، شناسایی فنون فلزکاری تپه قلایچی واقع در منطقه بوکان مورد بررسی و پژوهش قرار گرفته است. در این راستا، تکنیک ساخت 14 قلم از اشیاء آهنی و مفرغی این منطقه به همراه مطالعه وضعیت خوردگی، نحوه پیشرفت آن و نیز بررسی صنعت فلزکاری در منطقه شمال غرب ایرانو موقعیت منابع آهن و مس در اطراف منطقه بوکان، با انجام مطالعات میکروسکوپی و آزمایشگاهی مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت.
طبق آنالیزهای انجام شده محتوای قلع در اشیاء مفرغی بین 90/0 تا 52/15% متغیر است. این اشیاء در اکثر موارد تک فازی بوده و توسط عملیات ریخته گری ، چکش کاری و باز پخت ساخته شده‌اند.
مطالعه و بررسی آثار آهنی این منطقه نیز نشانگر این نکته است که این مجموعه از فولاد کم کربن که به طور ناهمگن کربوریزه گردیده، ساخته شده‌اند.
رسوب مس در شکاف‌ها و مرزدانه‌ها در نمونه‌ای از آثار مفرغی موزه بررسی علل تشکیل مس فلزی در محصولات خوردگی آثار موزه رضا عباسی
مجری طرح: پرستو نعیمی طرئی ،کارشناس شیمی،کارشناس ارشد مرمت آثار
تاریخ انجام طرح: 83-82

کوپریت از مهمترین محصولات خوردگی و یک اکسید ناقص است و به عنوان لایه‌ای برای عبور یون‌ها خوردگی را تسهیل می‌کند. در بعضی شرایط بین لایه‌های کوپریت مس فلزی مشاهده می‌شود که می‌تواند ناشی از محیط احیاء در اطراف شیء باشد و یا زمانی ایجاد شود که محصولات خوردگی حل شده و دوباره رسوب کنند از آنجایی که بررسی و مطالعه بر روی محصولات خوردگی به ما در شناخت اثر و نوع خوردگی و نهایتاً انتخاب یک روش حفاظتی مناسب کمک می‌کند لذا بعد از مطالعات آزمایشگاهی بر روی تعدادی از آلیاژهای مس موجود در موزه و تشخیص مس فلزی در محصولات خوردگی آنها دلایل تشکیل مس با انجام مطالعات میکروسکوپی مورد بررسی قرار گرفت و نتایجی مبنی بر خوردگی انتخابی همراه با وجود شرایط احیا ونیز تأثیر مواد شیمیایی به دست آمد. با توجه به اینکه برخی مواد شیمیایی باعث رسوب مس بر سطح آلیاژهای مس می‌شوند، بررسی در خصوص انتخاب روش و مواد شیمیایی مناسب به عنوان حفاظت پیشگرانه از اثر ضروری است.

مطالعه فنی(آسیب‌شناسی و فن‌شناسی) کلاه خود مفرغی ایلامی
مجری طرح:پرستو نعیمی طرئی،کارشناس شیمی،کارشناس ارشد مرمت آثار
تاریخ انجام طرح: 1382

انجام مطالعات آسیب شناسی بر روی اشیاء فلزی و بررسی مکانیزم تخریب آنها، نقش عمده‌ای در حفظ و نگهداری این گونه آثار دارد. چنین بررسی در مورد یک کلاه خود مفرغی متعلق به منطقه ایلام که با شماره ک.ص. 175 در موزه نگهداری می‌شود، در بخش مرمت موزه بعمل آمد و در زمینه مکانیزم تخریب و علل پیشروی آن مطالعات کاملی صورت گرفت.
این کلاه خود متعلق به اواخر هزارة دوم و اوایل هزارة اول ق.م و ناحیة پیدایش این کلاه‌خود منطقة سفید رود گیلان بوده است. در قسمت جلوی آن تزییناتی به صورت سه پیکره مشاهده می‌شود که با توجه به مطالعات تطبیقی انجام شده هنر ایلام میانی را نشان می‌دهد.تزئیناتی به صورت گل‌میخ نیز در اطراف این کلاه‌خود دیده می‌شود.با توجه به نتایج به دست آمده از مطالعات آزمایشگاهی و میکروسکوپی، بدنة این اثر از آلیاژ مس و قلع (برنز) ساخته شده و پوشیده از محصولات خوردگی پایدار است.آزمایش‌های دستگاهی بر روی ترکیب اصلی پیکره‌ها، نوعی هیدروکربن طبیعی (Bitumen) را به همراه مقادیری عناصر فلزی نشان می‌دهد که با لایه‌ای از آلیاژنقره(با مقادیری مس) و در نهایت پوششی از طلا (با مقادیر اندکی نقره) پوشانده شده است. خوردگی انتخابی مس در اثر خوردگی گالوانیکی در لایة نقره و نیز تجزیه و تخریب قسمت هیدروکربنی باعث آسیب شدید بخصوص در قسمت میانی پیکرة وسط گشته است. مطالعه بر روی گل‌میخ‌های این کلاه‌خود ترکیب آلیاژی نقره با مقادیر اندکی مس را نشان می‌دهد که محصولات خوردگی سبز رنگ بر روی آنها حاصل خوردگی مس می‌باشد

نمایی از بازوان دندریتی در نمونه ای از دهانه اسب. مفرغی لرستان بعد از حکاکی (Etching)
بررسی متالورژیکی مفرغ‌های لرستان موزه رضاعباسی
مجری طرح: لیلا سوداگر،کارشناس ارشد مرمت آثار تاریخی- فرهنگی
تاریخ انجام طرح: 1374

تاکنون در مورد برخی از مجموعه‌های پراکنده از اشیاء فلزی دوره پیش از تاریخ ایران، از نقطه نظر فنی و تاریخی، طبقه‌بندی و شناسایی دقیق انجام گرفته است. آلیاژ شناسی و بررسی نحوه ساخت این گونه اشیاء به شناسایی چگونگی سیر تحول فنی، هنر و صنعت فلزکاری در ایران باستان کمک می کند. در این راستا تعدادی از قطعات مجموعه مفرغ‌های لرستان موزه رضاعباسی با استفاده از روش‌های آزمایشگاهی و میکروسکوپی تحت تجزیه عنصری و مطالعات ساختاری به منظور شناخت ترکیبات اصلی و روش‌های ساخت و نیز بررسی وضعیت و تاثیرات خوردگی قرار گرفتند. ترکیب اصلی این آثار عمدتاً مس و قلع به همراه فسفر، آنتیموان وارسنیک بوده است واکثراً با استفاده از روش‌های ریخته‌گری و چکش‌کاری ساخته شده‌اند. خوردگی در این اشیاء از فازی که در آلیاژ دارای خلوص کمتری است شروع شده و نهایتاً در برنزهای تک‌فازی به طور واضح از مرزدانه‌های غنی از قلع شروع شده وبه طرف محلول جامد پیشرفت می‌کند.

ذرات و محصولات خوردگی سرب در نمونه‌ای از آثار برنجی موزه
بررسی وجود آلاینده‌های سربی حاصل از ترافیک اطراف موزه رضا عباسی
بر آلیاژ‌های مس

مجری طرح:پرستو نعیمی طرئی ،کارشناس شیمی،کارشناس ارشد مرمت آثار
تاریخ انجام طرح: 83-82

نوع محصولات تشکیل‌شده بر روی آثار فلزی بستگی به شرایط محیط اطراف شیء دارد. در طول زمان نگهداری از آثار در مخازن موزه ها، محصولات خوردگی مختلفی با توجه به شرایط محیطی بر سطح آنها تشکیل می‌شوند. حضور موزه‌ها در شهرهای صنعتی و پرترافیک منجر به تشکیل محصولات خاص می‌گردد. با وجود آلودگی‌های سرب در هوای شهرها امکان ایجاد محیط‌های کوچک و تشکیل محصولات خوردگی سرب - مس دور از انتظار نیست.
جهت بررسی در خصوص حضور این آلاینده‌های سربی محصولات خوردگی تعداد زیادی از آثارمورد آزمایش و تجزیه دستگاهی قرارگرفت و با توجه به حضور محصولات خوردگی سرب در محصولات خوردگی تعدادی از آثار، مطالعات میکروسکوپی و ساختاری نیز انجام شد. با توجه به شواهد به دست آمده، سرب موجود در محصولات خوردگی این اشیاء به دلیل وجود این عنصر در ساختار آلیاژی اشیاء بوده و هیچ نمونه‌ای مبنی بر حضور آلاینده‌های سربی در فضای مخزن موزه مشاهده نگردید.

ذرات خاکستری سولفید مس در نمونه‌ای از آثار برنجی موزه رضاعباسی
بررسی و مطالعه در مورد حضور آلاینده های آلی و معدنی در فضای مخزن موزه رضا عباسی
مجری طرح: پرستو نعیمی طرئی ،کارشناس شیمی،کارشناس ارشد مرمت آثار
تاریخ انجام طرح: 83-82

وجود نقاط سیاه رنگ وتیره سولفید مس بر روی اشیاء (آلیاژهای مس) در موزه‌ها به دلیل ترکیباتی چون سولفید هیدروژن،کربونیل سولفید و گازهای آلی سولفیدی(دی‌متیل‌سولفید و دی‌متیل‌دی‌سولفید ) می‌باشد. وجود این گازهای آلاینده حاصل از آلودگی‌های شهری و صنعتی، مواد انتخابی نامناسب برای نمایش آثار(مواد پروتئینی سولفوردار) و یا تجزیه میکروبیولوژیکی مواد آلی می‌باشد. علاوه بر ترکیبات معدنی غلظت بالای ترکیبات آلی در فضای مخزن موزه‌ها برای اشیاء خطرآفرین است فقط مقادیر بسیار اندک(قسمت در بیلیون)این مواد در مجموعه ها ایجاد خطر نمی‌کند
وجود نمک‌های آلی مس در لایه‌های خوردگی می‌تواند نتیجه تغییر و تبدیل محصولات خوردگی بر اثر شرایط نامناسب و حضور اسیدهای آلی، الکل‌ها و آلدئیدها در فضای نگهداری آثار باشد. جهت بررسی در مورد حضور آلاینده‌های آلی و معدنی در مخزن، محصولات خوردگی تعداد زیادی از آثار برنزی موزه با استفاده از روش‌های دستگاهی و آزمایشگاهی مناسب مورد مطالعه قرار گرفت و با وجود شواهد و نتایج به دست آمده احتمال حضور آلاینده‌های سولفیدی و عدم حضور آلاینده‌های آلی درفضای مخزن موزه روشن شد.


ارسال توسط محسن حیدری
تاريخ : پنجشنبه ٢۸ آذر ۱۳۸٧
خوردگی
نویسنده زابل عباسی   

 خوردگیخوردگی چیست؟

خوردگی در زبان فارسی ترجمه واژه ای انگلیسی  (Corrosion) است که معنای آن جویده شده و گاز گرفته شده است. به نظر می‌رسد ظاهر قطعه خورده شده ، این تداعی معنایی را سبب شده باشد. برای بیشتر مردم، خوردگی با مصادیقش شناخته می‌شود، از قبیل زنگ زدگی و سیاه شدن قاشقهای نقره‌ای. در واقع خوردگی همه اینها هست، اما به‌تنهایی هیچ یک نیست. بطور مثال ، زنگ زدگی فقط به خوردگی آلیاژهای آهن اطلاق می‌شود.

 

استاندارد ایزو 8044 ، خوردگی را بدین شکل تعریف می‌کند:

«« واکنش فیزیکی – شیمیایی متقابل بین فلز و محیط اطرافش که معمولا دارای طبیعت الکتروشیمیایی است و نتیجه‌اش تغییر در خواص فلز می‌باشد. این تغییرات خواص ممکن است منجر به از دست رفتن عملکرد فلز ، محیط یا دستگاهی شود که این دو ، قسمتی از آن را تشکیل می‌دهند. »»

 

خوردگی ، اثر تخریبی محیط بر فلزات و آلیاژها میباشد. خوردگی ، پدیدهای خودبهخودی است و همه مردم در زندگی روزمره خود ، از بدو پیدایش فلزات با آن روبرو هستند. در واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات ، عبارت از اکسیداسیون فلز است.

فلزات در اثر اصطکاک ، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب میشوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست.

همان طور که گفته شد خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش میرود که به حالت پایدار برسد. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ میزند که یک نوع خوردگی و پدیدهای خودبهخودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز میتوانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند.

Imageترمودینامیک و خوردگی

ترمودینامیک یکی از رشته های فیزیکی – شیمی، است. یکی از ویژگی‌های علم ترمودینامیک این است که می‌تواند پیش‌بینی کند که آیا واکنشهای خاصی رخ خواهند داد یا نه. تعیین زمانی واکنشی که ترمودینامیک ، انجام آن را پیش بینی می‌کند، موضوع علم سینتیک است. خوردگی را می‌توان میل ترمودینامیکی برای بازگشت به اصل خود فلز دانست و آن را چنین توضیح داد:

فلزات اکثرا به شکل ترکیبات شیمیایی در سنگهای معدنی موجود هستند. فلز در این حالت به خاطر وضعیت ترمودینامیکی خود ، حالت پایدار دارد، یعنی از نظر ترمودینامیکی اگر نیرویی از خارج بر سنگ معدن وارد نشود، فلز میل دارد که در سنگ بماند و حالت ترکیبی خود را حفظ نماید. وقتی سنگ معدن از معدن جدا می‌شود، طی فرآیندهای خاصی ، فلز از سنگ استخراج می‌شود و به حالت فلز خالص در می آید.

عمل استخراج فلز ، از نظر شیمیایی یک فرآیند الکترون گیری یا احیا به حساب می‌آید. به این ترتیب فلز موجود در سنگ معدن ، الکترون می‌گیرد و به حالت فلز خالص در می‌آید. اما در اینجا وضعیتی ناگوار وجود دارد: الکترونهایی که طی فرآیند استخراج گرفته شده‌اند، برای فلز به شکل مهمان ناخوانده در می‌آیند. فلز علاوه بر الکترونهایی که خود دارد، الکترونهای زیادتری را نیز طی استخراج به سوی خود فرا خوانده ، با مهمان کردن الکترونهای اضافی از چنگ سنگ گریخته است. اما این مهمانان تبدیل به ناخواستگانی شده‌اند که فلز دائما در جستجوی راهی برای بیرون راندن آنهاست. به زبان ترمودینامیکی ، بی‌قراری فلز را ناپایداری ترمودینامیکی می‌نامند.

هنگامی که فلز موفق به از دست دادن الکترون می‌شود، واکنش اکسیداسیون رخ می‌دهد و می‌گویند خوردگی اتفاق افتاده است. وقتی فلز خورده شد، آنچه از واکنش باقی می‌ماند (اصطلاحا محصولات خوردگی) به لحاظ ترمودینامیکی پایدار خواهد بود و از این نظر مانند فلز در حالت معدنی (در حالتی که به شکل ترکیب در سنگ معدن وجود داشت) رفتار می‌کند.

 

جالب آنکه از نظر شیمیایی نیز محصولات خوردگی مثل سولفات آهن ، اکسید روی و غیره ، همان ترکیباتی هستند که در سنگ معدن فلز یافت می‌شود.

 

خوردگی ، یک واکنش طبیعی

از آنچه گفته شد، می‌توان نتیجه گرفت که خوردگی یک واکنش طبیعی است و انجام می‌شود. اما چنانکه خواهیم دید، خوردگی دارای زیانهای بسیاری است که ما را وادار می‌کند تا ترجیح دهیم این واکنش انجام نشود. انجام نشدن خوردگی مثل آن است که بخواهیم آبشاری به جای آنکه از بالای صخره به پایین بریزد، از پایین به بالا بریزد. اگر چه امکان ندارد که ریزش آبشار را وارونه کنیم، اما خواهیم دید که روشهایی وجود دارند که با استفاده از آنها می‌توان نه تنها خوردگی را مهار کرد، بلکه آن را برعکس نمود

 

Imageفرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی

خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M+n می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

 

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانی‌ها و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

 

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

 

در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند. وقتی فلزی را در اسید حل می‌‌کنیم و یا در و پنجره دچار خوردگی می‌‌شوند، دیگر قابل بازیابی نیستند. پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است.

 

 

خوردگی از ۸ روش می تواند به سطوح فلزی حمله کند . این ۸ روش عبارتند از :

 

حمله یکنواخت Uniform Attack : در این نوع خوردگی که متداول ترین نوع خوردگی محسوب می شود ، خوردگی به صورتی یکنواخت به سطح فلز حمله می کند و به این ترتیب نرخ آن از طریق آزمایش قابل پیشبینی است .

 

خوردگی گالوانیک Galvanic Corrosion : این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که دو فلز یا آلیاژ متفاوت ( یا دو ماده متفاوت دیگر همانند الیاف کربن و فلز ) در حضور یک ذره خورنده با یکدیگر تماس پیدا کنند . در منطقه تماس ، فرایندی الکترو شیمیایی به وقوع می پیوندد که در آن ماده ای به عنوان کاتد عمل کرده و ماده دیگر آند می شود . در این فرآیند کاتد در برابر اکسیداسیون محافظت شده و آند اکسید می شود .

 

خوردگی شکافی Crevice Corrosion : این ساز و کار وقتی رخ می دهد که یک ذره خورنده در فاصله ای باریک ، بین دو جزء گیر کند . با پیشرفت واکنش ، غلظت عامل خورنده افزایش می یابد . بنابراین واکنش با نرخ فزاینده ای پیشروی می کند.

 

آبشویی ترجیحی Selective Leaching : این نوع خوردگی انتخابی وقتی رخ می دهد که عنصری از یک آلیاژ جامد از طریق یک فرآیند خوردگی ترجیحی و عموما با قرار گرفتن آلیاژ در معرض اسیدهای آبی خورده می شود . متداول ترین مثال جدا شدن روی از آلیاژ برنج است . ولی آلومینیوم ، آهن ، کبالت و زیرکونیم نیز این قابلیت را دارند .

 

خوردگی درون دانه ای Intergranular Corrosion : این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که مرز دانه ها در یک فلز پلی کریستال به صورت ترجیحی مورد حمله قرار می گیرد . چندین عامل می تواند آلیاژی مثل فولاد زنگ نزن آستنیتی را مستعد این نوع خوردگی سازد؛ از جمله حضور ناخالصی ها و غنی بودن یا تهی بودن مرزدانه از یکی از عناصر آلیاژی .

 

خوردگی حفره ای Pitting Corrosion : این نوع خوردگی تقریبا همیشه به وسیله یون های کلر و کلرید ایجاد می شود و به ویژه برای فولاد ضد زنگ بسیار مخرب است ؛ چون در این خوردگی ، سازه با چند درصد کاهش وزن نسبت به وزن واقعی اش ، به راحتی دچار شکست می شود . معمولا عمق این حفرات برابر یا بیشتر از قطر آنهاست و با رشد حفرات ، ماده سوراخ می شود .

 

خوردگی فرسایشی Erosion Corrosion : این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که محیطی نسبت به یک محیط ثابت دیگر حرکت کند ( به عنوان نمونه مایعی که درون یک لوله جریان دارد ) یک پدیده مرتبط با ین گونه خوردگی ، Fretting است که هنگام تماس دو ماده با یکدیگر و حرکت نسبی آنها از جمله ارتعاش به وجود می آید . این عمل می تواند پوشش های ضد خوردگی را از بین برده و باعث آغاز خوردگی شود .

 

خوردگی تنشی Stress Corrosion : این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که ماده ای تحت تنش کششی در معرض یک محیط خورنده قرار گیرد . ترکیب این عوامل با هم ، ترک هایی را در قطعه تحت تنش آغاز می کند .

 

مقابله با خوردگی

 

پوششهای رنگها و جلاها

ساده‌ترین راه مقابله با خوردگی ، اعمال یک لایه رنگ است. با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رویه ، می‌‌توان ارتباط فلزات را با محیط تا اندازه‌ای قطع کرد و در نتیجه موجب محافظت تاسیسات فلزی شد. به روشهای ساده‌ای می‌‌توان رنگها را بروی فلزات ثابت کرد که می‌‌توان روش پاششی را نام برد. به کمک روشهای رنگ‌دهی ، می‌‌توان ضخامت معینی از رنگها را روی تاسیسات فلزی قرار داد.

جدیدترین پدیده در صنایع رنگ سازی ساخت رنگهای الکتروستاتیک است که به میدان الکتریکی پاسخ می‌‌دهند و به ‌این ترتیب می‌توان از پراکندگی و تلف شدن رنگ جلوگیری کرد.

 

 

 

پوششهای فسفاتی و کروماتی

این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده می‌‌شوند، پوششهایی هستند که ‌از خود فلز ایجاد می‌‌شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده ‌از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز می‌‌کنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند.

این پوششها بیشتر به ‌این دلیل فراهم می‌‌شوند که ‌از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد. پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد. رنگ کم و بیش دارای تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند.

 

پوششهای اکسید فلزات

اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری می‌‌کند. بعنوان مثال ، می‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر روی آلومینیوم نشاند. اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث می‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد. همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و می‌‌توان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد. اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار می‌‌گیرد.

همچنین با پدیده ‌الکترولیز ، آهن را به ‌اکسید آهن سیاه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبدیل می‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگی است که به آن "سیاه‌کاری آهن یا فولاد" می‌‌گویند که در قطعات یدکی ماشین دیده می‌‌شود.

 

پوششهای گالوانیزه

گالوانیزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روی است. گالوانیزه ، بطرق مختلف انجام می‌‌گیرد که یکی از این طرق ، آبکاری با برق است. در آبکاری با برق ، قطعه‌ای که می‌‌خواهیم گالوانیزه کنیم، کاتد الکترولیز را تشکیل می‌‌دهد و فلز روی در آند قرار می‌‌گیرد. یکی دیگر از روشهای گالوانیزه ، استفاده ‌از فلز مذاب یا روی مذاب است. روی دارای نقطه ذوب پایینی است.

در گالوانیزه با روی مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار می‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازی فلز در روی مذاب ، لایه‌ای از روی در سطح فلز تشکیل می‌‌شود که به ‌این پدیده ، غوطه‌وری داغ (Hot dip galvanizing) می‌گویند. لوله‌های گالوانیزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشی منازل و آبرسانی و ... مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

 

پوششهای قلع

قلع از فلزاتی است که ذاتا براحتی اکسید می‌‌شود و از طریق ایجاد اکسید در مقابل اتمسفر مقاوم می‌‌شود و در محیطهای بسیار خورنده مثل اسیدها و نمکها و ... بخوبی پایداری می‌‌کند. به همین دلیل در موارد حساس که خوردگی قابل کنترل نیست، از قطعات قلع یا پوششهای قلع استفاده می‌‌شود. مصرف زیاد این نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازی می‌‌باشد که بر روی ظروف آهنی این پوششها را قرار می‌‌دهند.

 

پوششهای کادمیم

این پوششها بر روی فولاد از طریق آبگیری انجام می‌‌گیرد. معمولا پیچ و مهره‌های فولادی با این فلز ، روکش داده می‌‌شوند.

 

 

فولاد زنگ‌نزن

این نوع فولاد ، جزو فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع شیر آلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فولاد ، آلیاژ فولاد با کروم می‌‌باشد و گاهی نیکل نیز به ‌این آلیاژ اضافه می‌‌شود.

 

 

Imageمقابله با خوردگی بتن

مسأله خوردگی فولاد در بتن از معضلات عمده کشورهای مختلف جهان است. این مسأله حتی در کشورهای پیشرفته همچون آمریکا، کانادا، ژاپن و بعضی کشورهای اروپایی هزینه های زیادی را برای تعمیر آنها به دنبال داشته است. به عنوان مثال درگزارش های اخیر بررسی پل ها در امریکا حدود 140،000 پل مسأله داشته اند. این مسأله در کشورهای در حال توسعه و در کشورهای حاشیه خلیج فارس بسیار شدیدتر بوده و سازه های بتنی زیادی در زمانی نه چندان طولانی دچار خوردگی و خرابی گشته اند. بررسی ها در این مناطق نشان می دهد که اگر مصالح مناسب انتخاب گردد، بتن با مشخصات فنی ویژه این مناطق طرح گردد، در اجرای بتن از افراد کاردان استفاده شود و سرانجام اگر عمل آوری کافی ومناسب اعمال شود، بسیاری از مسائل بتن بر طرف خواهد گشت. به هرحال برای پیشگیری در سال های اخیر روش ها و موادی توصیه و به کار گرفته شده است که تا حدی جوابگوی مسأله بوده است.

استفاده از آرماتورهای ضدزنگ و نیز آرماتورهای با الیاف پلاستیکیfrp یکی از این روش ها است که به علت گرانی آن هنوز کاملا توسعه نیافته است. به علاوه عملکرد دراز مدت این مواد باید پس از تحقیقات روشن گردد.

از روش های دیگر کاربرد حفاظت کاتدیک در بتن می باشد با استفاده از جریان معکوس با آند قربانی شونده می توان محافظت خوبی برای آرماتورها ایجاد نمود. این روش نیاز به مراقبت دائم دارد ونسبتا پرخرج است ولی روش مطمئنی می باشد.

برای محافظت آمارتور در مقابل خوردگی، چند سالی است که از آرماتور با پوشش اپوکسی استفاده می شود. تاریخچه مصرف این آرماتورها بویژه در محیط های خورنده نشان می دهد که در بعضی موارد این روش موفق و در پاره ای نا موفق بوده است. به هرحال اگر پوشش سالم بکار گرفته شود با این روش می توان حدود 10 تا 15 سال خوردگی را عقب انداخت.

استفاده از ممانعت کننده ها و بازدارنده های خوردگی بتن نیز به دو دهه اخیر برمی گردد. مصرف بعضی از این مواد همچون نیترات کلسیم و نیترات سدیم جنبه تجارتی یافته است. به هر حال عملکرد این مواد در تاخیر انداختن خوردگی در تحقیقات آزمایشگاهی و نیز در محیط های واقعی مناسب بوده است. بازدارنده های دیگری از نوع آندی و کاتدی مورد آزمایش قرار گرفته اند ولی دلیل گرانی زیاد هنوز کاربرد صنعتی پیدا نکرده اند.

برای محافظت بیشتر آرماتور و کم کردن نفوذپذیری پوشش های مختلف سطحی نیز روی بتن آزمایش و به کار گرفته شده است. این پوشش ها که اغلب پایه سیمانی و یا رزینی دارند با دقت روی سطح بتن اعمال می گردند. عملکرد دوام این پوشش به شرایط محیطی وابسته بوده و در بعضی محیط ها عمر کوتاهی داشته و نیاز به تجدید پوشش بوده است. روی هم رفته پوشش های با پایه سیمانی هم ارزانتر بوده و هم به علت سازگاری با بتن پایه پیوستگی و دوام بهتری در محیط های خورنده و گرم نشان می دهند.

با پیشرفت روزافرون انقلاب تکنولوژیک به ویژه در تولید بتن های خاص برای مناطق و شرایط خاص می توان از این بتن ها در ساخت وسازهای آینده استفاده نمود. دانش استفاده صحیح از مصالح، اجرای مناسب و عمل آوری کافی می تواند به دوام بتن ها در مناطق خاص بیفزاید. تحقیفات گسترده و دامنه داری برای بررسی دوام بتن های خاص در شرایط ویژه و در دراز مدت بایستی برنامه ریزی و به صورت جهانی به اجرا گذاشته شود.

 

جنبه‌های اقتصادی فرایند خوردگی

برآوردی که در مورد ضررهای خوردگی انجام گرفته، نشان می‌‌دهد سالانه هزینه تحمیل شده از سوی خوردگی ، بالغ بر ۵ میلیارد دلار است. بعنوان مثال هزینه های خوردگی در خودروها) سیستم سوخت، رادیاتور، اگزوز، و بدنه( در حدود میلیاردها دلار است. بیشترین ضررهای خوردگی، هزینههایی است که برای جلوگیری از خوردگی تحمیل می‌‌شود.  بهر ترتیب خوردگی زیان اقتصادی عظیمی است و برای کاهش آن کارهای زیادی می توان انجام داد.

برخی خسارات ناشی از خوردگی عبارتند از:

 

ظاهر نامطلوب مانند خوردگی رنگ خودرو

مخارج تعمیرات و نگهداری و بهره برداری

خواباندن کارخانه، آلوده شدن محصول

نشت یا از بین رفتن محصولات با ارزش مانند نشت مخازن حاوی اورانیوم

اثر بر امنیت و قابلیت اعتماد.

 

به هر ترتیب، همکاری نزدیکتر بین مهندسین خوردگی و دیگر مهندسین مواد و مهندسین طراح یک اجبار است.

مهندس خوردگی باید از شروع پروژه عضوی از تیم طراحی باشد.



ارسال توسط محسن حیدری
تاريخ : چهارشنبه ۱۳ آذر ۱۳۸٧

در  خواست دعوتنامه پرشین گیگ  ** رایگان **                              

با ارسال موضوع  در خواست دعوتنامه و اسم کوچک  و ایمیل خود به شماره ٠٩٣۵۵٠٢٨٠۵٣ دعوتنامه به شما ارسال خواهد شد-   

این متن تاریخ انقضا نخواهد داشت   

ارادتمتد همه شما دوستداران متالورژی-محسن حیدری  



ارسال توسط محسن حیدری
تاريخ : چهارشنبه ۱۳ آذر ۱۳۸٧
ارسال توسط محسن حیدری
تاريخ : چهارشنبه ۱۳ آذر ۱۳۸٧
نرم افزار الکترود شناسی برای موبایل

نرم افزار الکترود شناسی مخصوص موبایل. این نرم افزار توسط جاوا نوشته شده است و بنابراین بر روی اکثر گوشی های موبایل قابل استفاده است.کلیه جوشکاران،مهندسین جوش،مهندسین تولید،مربیان جوشکاری می توانند از این نرم افزار بهره ببرند.

Electrode Software

دانلود



ارسال توسط محسن حیدری
آخرين مطالب
کارت اعتباری ویزا

کتاب کسب درآمد از اینترنت در ۷ روز

آدرس مجازی خارجی برای گوگل ادسنس