چطور از زنگ‌زدگی آهن جلوگیری کنیم؟ شناخت کامل علل و روش‌های مقابله

راه‌های جلوگیری از زنگ‌زدن آهن به دلیل تاثیر مستقیم بر دوام، ایمنی و پایداری سازه‌ها از اهمیت بسیار زیادی دارند. آهن به عنوان یکی از فلزات پرکاربرد در بازار فولاد شناخته می‌شود که در صنایع گوناگون از جمله ساختمان‌سازی، خودروسازی، کشتی‌سازی و لوازم خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما با وجود استحکام و کارایی بالا، این فلز در برابر شرایط آب‌وهوایی نامناسب و رطوبت زیاد مقاومت بالایی ندارد و دچار زنگ‌زدگی می‌شود. به همین علت، شناخت روش‌های موثر برای جلوگیری از زنگ زدن آهن و دلایل آن، منجر به افزایش طول عمر و دوام سازه‌ها و تجهیزات فلزی می‌شود. ادامه این مقاله از آهن صد، به معرفی زنگ‌زدگی و پاسخ به سوال “چگونه از زنگ زدن آهن جلوگیری کنیم؟” پرداخته می‌شود.

زنگ‌زدگی آهن چیست؟ بررسی انواع زنگ زدن آهن

در واقع، زنگ زدن آهن یک واکنش شیمیایی است که وقتی آهن یا آلیاژهای دارای آهن، در معرض اکسیژن هوا، رطوبت و آب‌وهوای نامناسب قرار می‌گیرند، دچار اکسیداسیون می‌شوند. در نتیجه این واکنش شیمیایی، لایه‌ای قهوه‌ای یا نارنجی رنگ روی سطح آهن ایجاد می‌شود که به آن زنگ آهن می‌گویند. وجود آب یا بخار روی سطح آهن، واکنش اکسیژن موجود در هوا با مولکول‌های آهن و رطوبت زیاد از جمله عواملی هستند که منجر به ایجاد این خوردگی و فرسایش در آهن آلات می‌شوند. تعریف علمی زنگ‌زدگی آهن به شرح زیر است.

Fe + O₂ + H₂O → Fe₂O₃H₂O

زنگ‌زدگی و خوردگی آهن به مرور منجر به کاهش استحکام، تغییر شکل ظاهری و کاهش مقاومت قطعات و سازه‌های فلزی می‌شود. علاوه بر این، خوردگی آهن به انواع مختلفی تقسیم می‌شود که عبارتند از:

• خوردگی یکنواخت: یکی از رایج‌ترین نوع از خوردگی‌ها، یکنواخت است که سطح کل فلز به صورت یکسان در معرض خوردگی قرار می‌گیرد. زنگ‌زدگی عادی سطحی فولاد در هوای مرطوب، نمونه‌ای از خوردگی یکنواخت است. این نوع خوردگی سرعت پیشروی قابل پیش‌بینی دارد و در طولانی مدت اتفاق می‌افتد.
• خوردگی حفره‌ای: در این نوع خوردگی حفره‌های کوچک اما عمیق در سطح فلز ایجاد می‌شوند که به سرعت می‌توانند باعث شکستگی فلزات شوند. یون کلرید، اختلاف دما و غلظت اکسیژن از عواملی هستند که می‌توانند باعث تشدید این اتفاق شوند.
• خوردگی گالوانیک: از دیگر انواع خوردگی آهن، خوردگی گالوانیک است. خوردگی گالوانیک زمانی رخ می‌دهد که دو فلز متفاوت با یکدیگر در محیط خورنده تماس داشته باشند، فلز فعال‌تر سریع‌تر خورده می‌شود. به عنوان مثال، اگر مس و آهن با یکدیگر تماس داشته باشند، آهن سریع‌تر دچار زنگ‌زدگی می‌شود.
• خوردگی سایشی: این نوع از خوردگی آهن در اثر سایش و حرکت آب یا ذرات روی سطح فلز ایجاد می‌شود. خوردگی سایشی معمولا در زمانی فلزات در معرض آب و مایعات قرار دارند، اتفاق می‌افتد. به عنوان مثال، پره‌های توربین بخار و لوله‌های آب معمولا دچار این نوع خوردگی می‌شوند.
• خوردگی شکافی: خوردگی شکافی معمولا در شکاف‌هایی رخ می‌دهد که به آن‌ها اکسیژن نمی‌رسد. قسمت‌های زیر پیچ‌ها یا درزهای فلزی از جمله مکان‌هایی هستند که احتمال بروز خوردگی شکافی در آن‌ها وجود دارد. لازم به ذکر است که این نوع خوردگی اغلب به‌صورت مخفی بوده و به سرعت باعث تضعیف نقاط مختلف فلز می‌شود.
• خوردگی بین‌دانه‌ای: نوع خوردگی اغلب در مرز دانه‌های فلز اتفاق می‌افتد که سرعت پخش به شدت بالایی دارد. خوردگی بین‌دانه‌ای فلز را ضعیف و شکننده می‌کند؛ حتی اگر سطح ظاهری سالم باشد که بیشتر در فولادهای خاص و آلیاژها دیده می‌شود.

البته باید توجه داشته باشید که هر یک از این خوردگی‌ها در انواع مختلف فلزات ممکن است به شکل‌های متفاوتی رخ دهد. جنس فلز، ترکیب آلیاژی و ویژگی‌های فیزیکی آن نقش مهمی در میزان مقاومت در برابر خوردگی دارند.

علت زنگ‌زدن آهن

همانطور که گفته شد، زنگ‌زدگی یک واکنش شیمیایی است که می‌تواند بر اثر عوامل مختلف اتفاق بیفتد. شناخت این عوامل برای جلوگیری از زنگ زدن آهن از اهمیت بالایی برخوردار است. از مهم‌ترین عوامل زنگ زدن آهن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

1. عوامل محیطی: یکی از مهم‌ترین علت‌هایی که زنگ‌زدگی رخ می‌دهد، عوامل محیطی هستند. رطوبت، باران، مجاورت با آب شور، محیط مرطوب از عوامل محیطی هستند که بر زنگ‌زدگی آن اثرگذار هستند. به طور معمول، زمانی که آب روی سطح فلز قرار می‌گیرد به عنوان یک الکترولیت عمل می‌کند و با یون‌ها واکنش نشان می‌دهد و اکسیداسیون می‌شود. همچنین، آب‌های شور به دلیل داشتن نمک خاصیت رسانایی بیشتری دارند و خوردگی را سریع‌تر می‌کنند.
2. عوامل شیمیایی: از دیگر علت‌های زنگ‌زدگی آهن، عوامل شیمیایی همچون نمک، اسیدها و مواد خورنده هستند. نمک‌ها توانایی تشدید اکسیداسیون آن را دارند و زمانی که با سطح فلز در تماس هستند، سرعت خوردگی را افزایش می‌دهند. همچنین، اسیدها و مواد خورنده به دلیل داشتن pH پایین باعث حل شدن سریع‌تر فلز و لایه محافظ می‌شوند و باعث خوردگی و زنگ‌زدن آهن می‌شوند.
3. عوامل مکانیکی: آسیب دیدن سطح آهن مانند خراشیدگی یا ضربه و حرکت قطعات روی هم یا تماس با مواد سخت منجر به از بین رفتن لایه‌های محافظ می‌شود و سطح را در معرض رطوبت و اکسیژن قرار می‌دهد. این قرارگیری در معرض اکسیژن می‌تواند منجر به زنگ‌زدگی آهن شود.
4. تماس با فلزات دیگر و ایجاد خوردگی گالوانیک: آخرین علتی که می‌تواند منجر به زنگ‌زدگی آهن شود، تماس فیزیکی با دیگر فلزات مانند مس، آلومینیوم، فولاد ضدزنگ و… است که منجر به ایجاد خوردگی گالوانیک می‌شود.

چرا جلوگیری از زنگ‌زدن آهن اهمیت دارد؟

همان‌طور که گفته شد، زنگ‌زدگی آهن‌آلات می‌تواند تاثیر مستقیمی بر استحکام و مقاومت سازه‌ها و تجهیزات داشته باشد، همچنین منجر به افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری و کاهش ایمنی می‌شود. از این رو، جلوگیری از زنگ‌زدن آهن برای افزایش طول عمر قطعات، حفظ استحکام سازه‌ها، صرفه‌جویی در هزینه‌های تعمیر و تعویض و ارتقاء ایمنی در ساختمان‌سازی و صنایع اهمیت بالایی دارد. علاوه بر این، پیشگیری به‌موقع می‌تواند عمر مفید تجهیزات را افزایش دهد، هزینه‌ها را کاهش داده و از هدررفت منابع و آثار منفی زیست‌محیطی جلوگیری کند.

روش‌های علمی و عملی جلوگیری از زنگ‌زدگی آهن

برای جلوگیری از زنگ‌زدگی آهن روش‌های علمی و دقیقی وجود دارد که هر یک با توجه به شرایط و نوع خوردگی کارایی دارند. در ادامه هر یک از راه های جلوگیری از زنگ زدن آهن مورد بررسی قرار گرفته‌اند. 

1. روش‌های پوششی جلوگیری از زنگ زدن آهن

یکی از راهکارهای علمی برای جلوگیری از زنگ‌زدگی آهن آلات، استفاده از روش‌های پوششی است. در این روش، سطح فلز با یک لایه پوشانده می‌شود تا مقاومت آن بالا رود. یکی از بهترین پوشش‌ها استفاده از رنگ‌آمیزی ضد زنگ است. این رنگ‌ها می‌توانند در انواع مختلف مانند اپوکسی، پلی‌یورتان، روغنی و ضدزنگ قرمز مورد استفاده قرار بگیرند. همچنین، استفاده از آبکاری و گالوانیزه کردن با روش‌های  غوطه‌وری گرم و گالوانیزه سرد نیز می‌تواند از زنگ‌زدگی جلوگیری کند. در نهایت، با استفاده از پوشش پودری الکترواستاتیک و پوشش‌های پلاستیکی یا رزینی می‌توانید به راحتی از زنگ زدن مقاطع آهنی جلوگیری کنید. 

2. روش‌های شیمیایی جلوگیری از زنگ زدن آهن

از دیگر راهکارهای موثر برای از بین بردن زنگ زدگی آهن، استفاده از روش‌های شیمیایی مانند روغن، گریس و آبکاری، است که سرعت خوردگی را به شدت کاهش می‌دهند. با استفاده از روغن‌ها و گریس‌ها می‌توان لایه محافظی بر روی آهن آلات و قطعات متحرک مانند لولا، چرخ‌دنده و زنجیر ایجاد کرد که از ترکیب شدن آهن با اکسیژن جلوگیری می‌کند. همچنین، آبکاری با استفاده از فلزاتی مانند کروم، نیکل یا روی سطح آهن، می‌تواند از تماس مستقیم با عوامل خورنده جلوگیری کند. 

3. روش‌های مکانیکی و فیزیکی جلوگیری از زنگ زدن آهن

روش‌های مکانیکی و فیزیکی متعددی نیز برای جلوگیری از زنگ‌زدگی آهن وجود دارد. برای افزایش طول عمر و پیشگیری از خوردگی محصولات آهنی، می‌توان آن‌ها را در مکان‌های خشک و دارای تهویه مناسب نگهداری کرد. استفاده از خشک‌کن‌ها و سیلیکاژل‌ها در انبارها که توانایی جذب رطوبت دارند، محیطی خشک و مناسب ایجاد می‌کنند. علاوه بر این، شست‌وشوی دوره‌ای جهت حذف گرد و غبار و نمک از سطح آهن، اقدامی بسیار ضروری و موثر است. 

4. روش‌های نوین و صنعتی جلوگیری از زنگ زدن آهن

برخی روش‌های نوین و صنعتی نیز برای جلوگیری از زنگ‌زدن آهن وجود دارند که کارایی بالایی برخوردار هستند. در روش حفاظت کاتدی، فلزاتی مانند روی، منیزیم یا آلومینیوم به‌عنوان آند بر روی آهن قرار می‌گیرند؛ این فلزات به جای آهن اکسید شده و مانع از خوردگی سطح آن می‌شوند. همچنین، استفاده از پوشش‌های نانویی ضد خوردگی با ایجاد یک لایه محافظ، فلز را در برابر نفوذ رطوبت، اکسیژن و مواد خورنده محافظت می‌کنند. علاوه بر این، پوشش‌های سرامیکی و کامپوزیتی با تشکیل یک لایه سخت و غیرقابل نفوذ روی سطح آهن، مقاومت بالایی در برابر زنگ‌زدگی ایجاد می‌کنند.

اشتباهات رایج در محافظت از آهن که باعث زنگ‌زدگی می‌شوند

در فرآیند محافظت از آهن آلات و جلوگیری از زنگ‌ زدن، برخی اشتباهات رایج وجود دارند که منجر به افزایش سرعت خوردگی می‌شوند. بررسی و شناخت این اشتباهات می‌تواند از برخی از هزینه‌های اضافی جلوگیری کند و طول عمر مفید سازه را افزایش دهد. 

از مهم‌ترین اشتباهاتی که می‌تواند منجر به خوردگی و فرسایش فلزات شود، استفاده از رنگ‌های بی کیفیت یا تک لایه است. رنگ‌های بی کیفیت یا پوشش‌های تک لایه، مقاومت بالایی در برابر عوامل محیطی ندارند و به سرعت پوسته پوسته می‌شوند که این منجر می‌شود تا رطوبت به راحتی به سطح آهن نفوذ کند. با استفاده از  پرایمر ضد زنگ با کیفیت به‌عنوان لایه اول، می‌توان از زنگ‌زدگی جلوگیری کرد. 

همچنین، اگر قبل از رنگ‌کاری سطح فلز و آهن به درستی تمیز نشده باشد، باعث می‌شود که پوشش رنگ به درستی به آن نچسبد و در مدت کوتاهی جدا شود. استفاده از روش‌های تمیزکاری مانند سنباده‌زنی، برس سیمی و چربی زدایی می‌تواند از این مشکل جلوگیری کند. از سوی دیگر، در برخی موارد، افراد آهن آلات را در فضای بسته و مرطوب نگهداری می‌کنند که این باعث می‌شود هوا به درستی جریان نداشته باشد و شرایط برای زنگ‌زدگی ایجاد شود. پس باید سعی شود، محصولات آهنی در فضای خشک و به دور از رطوبت نگهداری شود. علاوه بر این، شست‌وشو با آب شور یا مواد اسیدی بدون محافظ نیز از دیگر اشتباهات رایجی است که می‌تواند منجر به زنگ‌زدگی شود. 

روش‌های خانگی و کم‌هزینه برای جلوگیری از زنگ‌زدگی

برخی روش‌های خانگی و کم هزینه برای جلوگیری از زنگ‌زدگی و خوردگی آهن آلات وجود دارد که عبارتند از: 

1. استفاده از روغن سوخته یا روغن موتور برای ابزارها: یکی از روش‌های خانگی و موثر برای پیشگیری از زنگ‌زدگی، استفاده از روغن سوخته با روغن موتور است. با پوشش دادن سطح فلزات با لایه‌ای از روغن، از نفوذ رطوبت جلوگیری می‌شود. این روش برای ابزارهایی مانند دستی، پیچ‌گوشتی، کلید، قفل و.. مناسب است. 
2. پوشش پارافین یا واکس برای قطعات کوچک: برای از بین بردن زنگ زدگی آهن در برخی از وسایل کوچک می‌توان از لایه نازکی واکس یا پارافین استفاده کرد تا از رسیدن رطوبت و هوا به سطح آن پیشگیری کرد. معمولا از این روش برای وسایل دکوری و قطعات کوچک می‌توان استفاده کرد. 
3. جلوگیری از تماس مستقیم آهن با زمین و آب: برخی از فلزات آهنی که دارای پوشش محافظ نیستند را در سطوح خشک و بالاتر از سطح زمین نگهدار کرد. همچنین، می‌توان از پلاستیک یا پارچه‌های ضد آب برای جلوگیری از نفوذ آب استفاده کرد. 

چگونه زنگ‌زدگی ایجاد شده بر روی آهن را برطرف کنیم؟

با توجه به اینکه زنگ‌زدگی آهن آلات تاثیر مستقیم بر کارایی آنها دارد، روش‌های متعددی برای از بین بردن زنگ زدگی آهن نیز وجود دارد که هر یک بسته نوع زنگ‌زدگی می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. یکی از روش‌های موثر برای برطرف کردن زنگ‌زدگی، روش مکانیکی است. روش مکانیکی شامل سنباده‌زنی، برس سیمی، سندبلاست است که معمولا برای زنگ‌زدگی‌های سطحی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از دیگر روش‌ها برای از بین بردن زنگ‌زدگی آهن، استفاده از محلول‌های شیمیایی است. این محلول‌ها حاوی اسید فسفریک یا اسید سیتریک هستند که با تماس با سطح زنگ زده با آن واکنش داده و آن را از بین می‌برد. با وجود اینکه این روش برای زنگ‌زدگی‌های عمیق مناسب است، اما نیاز به رعایت نکات ایمنی هنگام کار با مواد شیمیایی دارد. همچنین، برای از بین بردن زنگ‌زدگی می‌توان از تبدیل‌کننده‌های زنگ نیز استفاده کرد که از ترکیباتی مانند تانیک اسید یا اسید فسفریک ساخته می‌شوند. در این روش، مواد شیمیایی با لایه زنگ موجود واکنش می‌دهند و آن را به یک ترکیب پایدار و غیرقابل نفوذ تبدیل می‌کنند. سپس از آن با لایه از رنگ پوشانده می‌شوند. 

نکات طلایی نگهداری آهن بدون زنگ‌زدگی

با توجه به اینکه آهن آلات و مقاطع فلزی مستعد زنگ‌زدگی هستند، برای افزایش دوام و طول عمر آهن آلات و مقاطع فلزی، نیاز است تا به برخی از نکات مهم نگهداری توجه داشته باشد. نکات طلایی برای نگهداری از فلزات شامل موارد زیر می‌شوند: 

• بازدید و رسیدگی دوره‌ای
• تعویض یا ترمیم سریع لایه‌های آسیب‌دیده
• جلوگیری از تماس طولانی با آب
• استفاده از محافظ مناسب با توجه به محیط
• پوشاندن با لایه محافظ
• جلوگیری از تماس با مواد خورنده

نتیجه‌گیری و توصیه نهایی

آهن یکی از فلزات پرکاربرد در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، ساختمان‌سازی، کشتی‌سازی و لوازم خانگی است که زمانی که در معرض آب، رطوبت و گرد و غبار قرار گیرد، دچار زنگ‌زدگی می‌شود. این موضوع باعث می‌شود که طول عمر، استحکام و پایداری سازه‌ها و قطعات کاهش یابد. از این رو، آشنایی با علل زنگ‌زدگی و انتخاب روش‌های مناسب برای جلوگیری از آن، از اهمیت بالایی برخوردار است. برای از بین بردن زنگ‌زدگی روش‌های متعدد از جمله شیمیایی، پوششی، مکانیکی و فیزیکی وجود دارند که هر یک برای زنگ‌زدگی‌های مختلفی مناسب هستند. 

---

سوالات متداول جلوگیری از زنگ زدن آهن: