قیمت تیرآهن در بازار آهن
مسلماً آهن یکی از مهمترین فلزات جهان است. این ماده، نسبتاً قوی، سبک، قابل انعطاف و بسیار حساس به زنگ زدگی می‌باشد. آهن دارای سطوح صاف و نقره‌ای براق مایل به رنگ خاکستری است ولی با گذشت زمان این فلز همه کاره، به رنگ قرمز یا قهوه‌ای در می‌آید که به آنها اکسید دارای ترکیبات آهن یا زنگ آهن گفته می‌شود. این نوشته را تا پایان مطالعه کنید تا از واکنش های شیمیایی زنگ آهن و راه های مقابله با زنگ آهن مطلع شوید.
آنچه در این مقاله خواهید خواند:
- زنگ آهن چگونه به وجود می‌آید؟
- واکنش شیمیایی زنگ آهن
- واکنش های زنگ آهن به طور خلاصه
- روش های جلوگیری از زنگ آهن
- 6 مورد از ساده ترین راه ها برای از بین بردن زنگ آهن
- چه موقع باید فرآیند زنگ زدگی روی تیرآهن انجام شود؟
- راه های جلوگیری از زنگ زدگی تیرآهن
- روش های از بین بردن زنگ تیرآهن
زنگ آهن چگونه به وجود می‌آید ؟
در رابطه با تولید زنگ آهن می‌توان گفت هنگامی که آهن در تماس با آب و اکسیژن قرار می‌گیرد، اکسید یا زنگ زده می‌شود. اگر در محیطی که آهن قرار دارد نمک وجود داشته باشد، آهن تمایل بیشتری به خوردگی یا اکسید شدن دارد. جالب است بدانید وقتی آهن زنگ می‌زند، اکسید های آهن حجم بیشتری از فلز اصلی را می‌گیرند که می‌تواند به سازه ساخته شده آسیب وارد کند.
بیشتر بخوانید: چه فلزاتی زنگ نمی‌زنند؟
واکنش شیمیایی زنگ آهن
با وجود اینکه زنگ آهن یک واکنش شیمایی است ولی باید این موضوع را در نظر گرفت که تمامی اکسیدهای آهن را نمی‌توان زنگ آهن محسوب کرد. همانطور که در بالا هم اشاره کردیم برای ایجاد زنگ آهن، به آب، اکسیژن و آهن نیاز داریم با وجود اینکه 21 در صد از هوا را اکسیژن تشکیل می‌دهد، ولی برای ایجاد زنگ آهن هوای خشک کافی نست و باید رطوبت یا آب وجود داشته باشد.
واکنش اکسیژن و آهن یک واکنش الکتروشیمیایی است که سبب خوردگی آهن می‌شود در این واکنش، دو واکنش الکتروشیمیایی مجزا صورت می‌پذیرد که در ادامه به معرفی آن ها می‌پردازیم:
در واکنش اول، اکسایش آهن اتفاق میفتد:
2Fe→2Fe2++4e−2Fe→2Fe2++4e−
در واکنش دوم کاهش کاتدی اکسیژن صورت می‌پذیرد:
O2+2H2O+4e−→4OH−O2+2H2O+4e−→4OH−
در اثر واکنش هیدروکسید و یون آهن، هیدروکسید آهن تشکیل داده می‌شود.
2Fe2++4OH−→2Fe(OH)22Fe2++4OH−→2Fe(OH)2
لازم به ذکر است گاز اکسیژن، تنها منبع اکسیژن در هوا یا آب نیست بلکه دی اکسید کربن هم منبعی از اکسیژن در فرآیند زنگ آهن به شمار می‌رود. با واکنش دی اکسید کربن و آب، اسید خفیفی به نام کربنیک اسید تولید می‌شود. این اسید الکترولیت بهتری نسبت به آب است. در واقع در اثر واکنش اسید با آهن، مولکول های آب به هیدروژن و اکسیژن شکسته می‌شوند. اکسیژن آزاد شده و آهن حل شده از اکسیدآهن، الکترون آزاد می‌کنند که می‌توانند به تمام سطح فلز منتقل شود و زمانی که زنگ آهن تشکیل می‌گردد، این فرآیند تا خوردگی کامل آهن ادامه پیدا می‌کند.
بیشتر بخوانید: بهترین نوع تیرآهن در بازار آهن ایران
واکنش های زنگ آهن به طور خلاصه
واکنش هایی که سبب تشکیل زنگ آهن می‌شود را به طور خلاصه به همراه پتانسیل استاندارد سلول در زیر معرفی کرده ایم.
واکنش در آند:
Fe(s)⟶Fe2+(aq)+2e −E∘Fe2+/Fe=−0.44VFe(s)⟶Fe2+(aq)+2e −EFe2+/Fe∘=−0.44V
واکنش در کاتد:
O2(g)+4H+(aq)+4e−⟶2H2O(l)E∘O2/O2=+1.23VO2(g)+4H+(aq)+4e−⟶2H2O(l)EO2/O2∘=+1.23V
واکنش کلی:
2Fe (s)+O2(g)+4H+(aq)⟶2Fe 2+(aq)+2 H2O(l)E∘cell=+1.67V2Fe (s)+O2(g)+4H+(aq)⟶2Fe 2+(aq)+2 H2O(l)Ecell∘=+1.67V
چیزی که ما به عنوان زنگ آهن می‌شناسیم، در واقع آهن (III) اکسید آبدار است که به هنگام واکنش یون آهن (II) با اکسیژن اضافی ایجاد می‌گردد.
4Fe2+(aq)+O2(g)+(4+2x)H2O(l)⟶2Fe2O3⋅xH2O(s)+8H+(aq)4Fe2+(aq)+O2(g)+(4+2x)H2O(l)⟶2Fe2O3⋅xH2O(s)+8H+(aq)
لازم به ذکر است تعداد مولکول های آب در ترکیب آبدار، متغیر است بنابراین با نماد XX نشان داده شده است.
روشهای جلوگیری از زنگ آهن
با توجه به گستردگی کاربرد محصولات فولادی، یکی از فعالیت های اقتصادی و فناورانه، جلوگیری از تشکیل زنگ آهن می‌باشد. لازم به ذکر است زنگ آهن در مقابل هوا نفوذپذیر است و در نتیجه لایه های زیرین زنگ زده هم در معرض خوردگی قرار داند. در نتیجه برای جلوگیری از تشکیل زنگ آهن و خوردگی، به پوشش های نیاز داریم تا این نفوذپذیری را از بین ببرند که در زیر به معرفی برخی از آنها پرداخته ایم:
آلیاژهای ضدزنگ
این روش، لایه ای از کروم اسید تولید می‌کند تا فرآیند غیرفعال سازی را انجام دهد. این رفتار در منیزیم، تیتانیوم، روی، پلی آنیلین، اکسیدهای روم و آلومینیوم هم دیده می‌شود. در طراحی محصولات و موادی که دچار زنگ زدگی می‌شوند باید بدترین شرایط را درنظر گرفت چون این مواد حتی در بهترین شرایط هم به فرآیند زنگ زدن ادامه می‌دهند.
گالوانیزه کردن (Galvanization) فولاد
این روش پوششی از جنس روی است که به عنوان محافظ بر روی فولاد قرار می‌گیرد دلیل استفاده از پوشش روی، ارزان بودن آن است از طرفی فلز روی، یک حفاظت کاتدی بر روی فولاد ایجاد می‌کند و به خوبی بر روی فولاد میچسبد. توجه داشته باشید این پوشش برای محیط هایی که خورندگی بیشتری همچون آب شور دارند، از آبکاری کادمیم استفاده می‌کنند بنابراین این روش برای شکاف ها، درزها، لوله ها و اتصالات به علت ایجاد شدن فضای خالی در پوشش مناسب نیست. در این شرایط پوشش همچون حفاظت کاتدی جزئی برای فلز عمل می‌کند ولی به علت داشتن نقش گاند آلوانی، از زنگ زدن لایه های زیرین جلوگیری کرده و برای مدت محدودی، فولاد از زنگ آهن مصون می‌ماند. پوشش معمولی که برای فولاد در نظر گرفته شده، پوششی از جنس روی با ضخامت 85 میکرومتر می‌باشد.
تصویر شماره 2 - گالوانیزه کردن فولاد
حفاظت کاتدی
این روش برای محافظت از خوردگی و تشکیل زنگ آهن در تأسیسات زیرزمین عمل می‌کند. حفاظت کاتدی، واکنش الکتروشیمیایی را با بارالکتریکی محدود می‌کند. با به کارگیری صحیح این روش، عمل خوردگی به طور کامل متوقف می‌شود. به طور معمول در حفاظت کاتدی، یک آند فداشونده به سیستم متصل می‌شود و آهن یا فولاد، نقش کاتد را در سلول الکتروشیمیایی ایفا می‌کنند.
رنگ زدن و پوشش روغن یا گریس
از فرآیند زنگ آهن می‌توان با استفاده از پوشش هایی همچون رنگ یا موم جلوگیری کرد در واقع با این عمل، ارتباط آهن یا فولاد با محیط قطع می‌شود. به طور مثال در داخل کشتی و خودروها، قسمت هایی که سربسته هستند را به کمک تزریق موادی بر پایه موم، در برابر خوردگی از آن ها محافظت می‌کنند.
زمانی که قصد جلوگیری از فرآیند زنگ زدگی یا خوردگی را برای مدت محدودی داشته باشیم، می‌توانیم لایه نازکی از روغن، گریس و.. روی آهن یا فولاد اعمال کنیم. از کاربردهای این روش می‌توان یه استفاده در صنعت حمل و نقل یا نگه داری محصولات اشاره کرد یا حتی برای جلوگیری از تشکیل زنگ آهن در سطوح ماشینکاری شده یا رشته های فلزی می‌توانیم از این روش استفاده کنیم.
تصویر شماره 3 - رنگ زدن تیرآهن
ممانعت کننده‌‌ها
به کمک این روش، می‌توان از خوردگی محفظه های عایق جلوگیری کرد. ممانعت کننده ها در محیط های باز و در معرض جریان هوا کاربردی ندارند.
کنترل رطوبت
رطوبت، یکی از عوامل تشدید کننده زنگ زدگی در فولاد و آهن است که ظاهر زشتی را به فولاد می‌دهد برای جلوگیری از این اتفاق، باید رطوبت محیط را کنترل کرد تا وسایل و تجهیزاتی که مستعد زنگ زدگی هستند، مصون بمانند. جالب است بدانید گرد و خاک می‌تواند رطوبت را در دام خود بیندازد بنابراین یکی از راه های جلوگیری از زنگ زدگی وسایل، تمیزکردن مرتب و مداوم آن هاست.
6 مورد از ساده ترین راه ها برای از بین بردن زنگ آهن
همانطور که اشاره کردیم، بهترین راه مبارزه با زنگ آهن، حفظ آهن یا فولاد از رطوبت است ولی در ادامه قصد داریم به 6 مورد از روش هایی که با زنگ زدگی مقابله می‌کنند، اشاره کنیم.
- تمیز کردن: می‌توانیم با استفاده از فرچه، سطح مورد نظر را تمیز و آن را عاری از گرد و غبار کنیم. اگر زنگ زدگی وسیله شما سطحی و کم باشد، با انجام این کار به راحتی می‌توانید زنگ زدگی آن را از بین ببرید ولی اگر زنگ آهن عمیق باشد در هر صورت باید وسیله را از گرد و غبار تمیز کنید.
- استفاده از سرکه سفید: اغلب زنگ زدگی ها با کمک سرکه سفید از بین می‌رود. استیک اسید موجود در سرکه، سبب می‌شود زنگ آهن حل شود. پیشنهاد می‌شود برای تمیزکردن جواهرات خود از سرکه سفید استفاده کنید ولی به این نکته توجه داشته باشید پس از اتمام کار حتما باید وسیله یا جواهر موردنظر خود را با دقت بشویید چرا که سرکه سفید باعث خوردگی فلز می‌شود.
- جوش شیرین: از جوش شیرین برای تمیز کردن بسیاری از وسایل می‌توان استفاده کرد ابتدا یک خمیر ضخیم به کمک جوش شیرین و آب درست کنید سپس آن را به طور کامل روی سطح فلز موردنظر پخش کنید اجازه دهید این خمیر برای مدتی بر روی فلز بماند سپس فلز را تمیز کنید برای پاک کردن فلز هم می‌توانید از فرچه یا سیم ظرفشویی کمک بگیرید.
- سیب زمینی: از یک برش سیب زمینی می‌توانیم برای از بین بردن زنگ زدگی استفاده کنیم. سیب زمینی برای از بین بردن زنگ آهن بر روی چاقو و ماهیتابه به خوبی عمل می‌کند کافی است یک برش از سیب زمینی را برداریم سپس مقداری نمک یا جوش شیرین بر روی آن بریزیم و بر سطح فلز بکشیم یا فلز را به درون سیب زمینی فرو کنیم و برای مدتی آن را به حال خود رها کنیم. الگزالیک موجود در سیب زمینی سبب می‌شود زنگ آهن موجود بر روی وسیله حل شود.
- آب لیمو: از آب لیمو هم می‌توان برای از بین بردن زنگ آهن استفاده کرد برای اینکار بهتر است به آبلیمو نمک یا سرکه سفید اضافه کنید تا محلول قوی تری به دست آورید سپس محلول را بر روی سطح موردنظر بریزید تا زنگ آهن را حل کند.
- نوشابه: شاید تا کنون برای شما اتفاق افتاده کلید یا سکه به درون بطری نوشابه بیفتد پس از خارج کردن آن از بطری، تمیز شده آن را دیده باشید علت آن هم فسفریک اسید موجود در نوشابه است. نوشابه برای بین بردن زنگ آهن و تمیز کردن سر باطری ها هم کاربرد دارد.
بعد از تمام شدن فرآیند زنگ زدایی، سطح موردنظر را با دقت خشک کنید زیرا رطوبت سبب زنگ زدگی مجدد سطح می‌شود.
بیشتر بخوانید: 5 روش برای از بین بردن زنگ زدگی آهن
چه موقع باید فرآیند زنگ زدگی روی تیرآهن انجام شود؟
همانطور که می‍دانیم، تیرآهن هم یک محصول فولادی است که از قائده زنگ زدگی مستثنی نیست بنابراین اگر زنگ زدگی تیرآهن حالت پوسته پوسته داشته باشد، نیاز است قسمت زنگ زده پاکسازی شود حتی می‌توانید با فشار وارد کردن و ایجاد خراش بر روی تیرآهن، از میزان زنگ زدگی و چسبندگی آن ها به سطح آگاه شد.
تصویر شماره‌ی 4 - زنگ زدن تیرآهن
بیشتر بخوانید: محاسبه تیرآهن برای ساحتمان دو طبقه
راه های جلوگیری از زنگ زدگی تیرآهن
با نکاتی که در زیر به آن ها اشاره کردیم، می‌توانیم تا حدی جلوی زنگ زدگی تیرآهن را بگیریم.
- تیرآهن را از عوامل و محیط های خورنده دور نگه دارید.
- با ضد زنگ، تیرآهن را بپوشانید.
- تیرآهن های انبار شده را مدام بررسی کنید و به محض رصد کردن کمترین زنگ زدگی، آن را پاکسازی کنید.
- تیرآهن‌ها را چرب کرده و جلا دهید. به خاطر داشته باشید قبل از استفاده باید این مواد روغنی از روی تیرآهن‌ها پاک شوند.
- به منظور جلوگیری از زنگ زدگی، تیرآهن ها را روغنی و چرب کرده ولی فراموش نکنید قبل از استفاده آن ها را پاکسازی کنید.
- از پوشش های ضد خوردگی و زنگ زدگی مانند آبکاری استفاده کنید.
بیشتر بخوانید: 5 مطلب مهم در مورد تیرآهن
روشهای از بین بردن زنگ تیرآهن
روش های علمی و کاربردی بسیاری برای از بین بردن زنگ تیرآهن استفاده می‌شود همچون سند بلاست یا شات، لیزر، واترجت، اسیدشویی و الکترولیز و... که در ادامه این مطلب به طور مختصر به معرفی برخی از آنها می‌پردازیم.
1. پاکسازی زنگ‌زدگی تیرآهن با روش سند بلاست
همانطور که در بالا هم اشاره شد، برای جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی، مقاطع فولادی همچون تیرآهن را می‌توان رنگ آمیزی یا پوشش مناسب بر سطح آن ها اعمال کرد.
به دلیل وجود لبه های تیز در تیرآهن، این محصول فولادی بیشتر از سایر محصولات در معرض زنگ زدگی وجود دارد. سند بلاست یکی از روش های پاکسازی تیرآهن از زنگ زدگی است که با استفاده از این روش، یک لایه از روی تیرآهن برداشته می‌شود. لازم به ذکر است این روش مطابق با استانداردهای BS، EN وISO 8501-1، و بازدهی آن حدود 90 درصد می‌باشد.
2. پاکسازی زنگ تیرآهن با شعله
با عبور فولاد از شعله داغ، سطوح زنگ زده از آن جدامی‌شود. عملکرد این روش بدین صورت است که با شوک گرمای وارد شده به سطح فولاد، تماس بخش زنگ زده با تیرآهن کم شده و از آن جدا می‌شود. ولی از این روش به علت مقرون به صرفه بودن، استفاده نمی‌گردد.
3. پاکسازی زنگ تیرآهن با اسید شویی
اکثر پاک کننده های شیمیایی، بهترین گزینه برای از بین بردن زنگ زدگی هستند. ساختار شیمیایی آن ها به گونه ای است که فقط زنگ زدگی را از سطح فولاد پاک می‌کند. در پاک کننده های شیمایی از اسید های بسیار قوی برای پاکسازی فولاد استفاده می‌کنند.
روش های دیگری هم برای پاکسازی فولاد وجود دارد از جمله آن ها می‌توان به پاکسازی فولاد با لیزر، واترجت، الکترولیز و ... اشاره کرد.
جمع بندی
با مطالب ذکر شده می‌توان نتیجه گرفت برای تشکیل زنگ آهن، آب، اکسیژن و آهن نیاز است. همچنین برای جلوگیری از تشکیل زنگ آهن می‌توان مواردی را روی فولاد اعمال کرد تا فرآیند زنگ زدگی به تعویق بیفتد یا کلا صورت نپذیرد.