مطمئنیم شما هم در مورد زنگ زدن آهن تا به حال مطالب زیادی شنیده‌اید و یا خوانده‌اید. یعنی از دروس دوران دبیرستان گرفته تا مطالب کاملا تخصصی در مورد زنگ آهن نوشته‌اند. در واقع زنگ آهن همان اکسید آهن بوده که رنگ قهوه‌ای مایل به قرمز دارد. این واکنش همیشه در اثر رطوبت در آهن به وجود می‌آید. یعنی آهن و اکسیژن در اثر رطوبت و یا آب یک واکنش نشان داده و زنگ زدگی را به وجود می‌آورند.
این واکنش می‌تواند منجر به خوردگی و یا از بین رفتن آهن شود. شاید شما هم باورتان نشود که یک مصالح بسیار قوی و مقاوم در برابر سخت‌ترین ضربه‌ها و بالاترین نوسانات دمایی، فقط نسبت به رطوبت نقطه ضعف بزرگی داشته و می‌تواند با آن نابود شود!
ما در این مقاله قصد داریم زنگ زدن آهن را بیشتر بررسی کرده و در مورد مطالب پیرامون آن صحبت کنیم. پس برای اطلاعات بیشتر حتما تا آخر این مقاله همراه ما باشید.
زنگ زدن آهن
آشنایی با زنگ آهن
اگر بخواهیم در مورد زنگ زدن آهن و علت تشکیل شدن آن به زبان ساده بگوییم، باید به سه عامل بسیار مهم اشاره کنیم: رطوبت، اکسیژن و آهن.
زمانی که این سه عامل به طور هم‌زمان وجود داشته باشند، زنگ زدگی آهن به وجود می‌آید. یعنی بدون اکسیژن و یا آب اصلا زنگ آهن معنایی ندارد. برخی موارد دیگر می‌تواند به عنوان یک کاتالیزور در زنگ زدن آهن عمل کند. یکی از این موارد وجود نمک در آب یا رطوبت است.
برای مثال، اگر آهن در آب دریا و یا هر مواد مرطوبی که در آن نمک داشته باشد، قرار بگیرد، بیشتر تمایل به زنگ زدگی خواهد داشت. در واقع، اینجا نمک نقش کاتالیزور را ایفا کرده و فرایند زنگ زدگی آهن را تسریع می‌بخشد.
زنگ زدن در آب دریا
مواد دیگری که نقش مخرب در آهن دارند، دی‌اکسید کربن و دی‌اکسید گوگرد هستند. این دو ماده هم می‌توانند فرایند زنگ زدن آهن را بیشتر کنند. معمولا هیدروکسیدها موادی هستند که به فلز نمی‌چسبند اما قادر هستند با پوسته شدن در سطح آهن آن را در معرض خوردگی قرار بدهند. در چنین شرایطی خوردگی آهن تا زمانی ادامه پیدا می‌کند که مواد دی‌اکسید گوگرد و یا دی‌اکسید کربن تا آخرین مقدار، در اثر فرایند خوردگی مصرف و یا خورده شود!
همان‌طور که می‌دانید زنگ زدن آهن برای سازه‌های آهنی بسیار مضر است. چرا که هنگام زنگ زدگی آهن، اکسیدها حجم زیادی را در آن ایجاد می‌کند. ایجاد شدن حجم عظیمی از اکسیدها در آهن، موجب انبساط آن می‌شود. در نتیجه، چنین انبساطی می‌تواند نیروی عظیمی ایجاد کرده و موجب خرابی آن شود. از آنجایی که زنگ آهن در محیط‌های مرطوب بسیار رایج است، باید حتما اقداماتی برای محافظت از این سازه‌ها صورت بگیرد که در ادامه مطلب به آن‌ها اشاره خواهیم کرد.
بیشتر بخوانید : ۵ نوع ورق فولادی که باید بشناسید!
آشنایی با واکنش‌های شیمیایی مربوط به زنگ آهن
معمولا زنگ زدگی آهن مربوط به یک واکنش اکسایش به شمار می‌آید. با این وجود، نمی‌توان گفت تمام اکسیدهای آهن مربوط به زنگ زدن آهن می‌شوند. به خاطر این که برای فرایند خوردگی آهن به جز اکسیژن به عنصر آب هم نیاز خواهد بود که معمولا در رطوبت هوا و یا محیط‌هایی که بسیار مرطوب هستند موجود است.
این بدین معناست که ما در زنگ زدن آهن و یا خوردگی آن شاهد یک واکنش الکتروشیمیایی هستیم که در اثر واکنش آب، اکسیژن و آهن رخ می‌دهد. فرمول این واکنش الکتروشیمیایی به شرح ذیل است:
۲Fe →۲Fe۲++۴e-
پس از این فرایند می‌توان شاهد کاهش کاتدی اکسیژن بود که فرمول آن عبارت است از:
O2+2H2O+4e−→۴OH-
سپس هیدروکسید آن شکیل می‌شود که در اثر واکنش هیدروکسید و یون آهن به وجود می‌آید. فرمول این واکنش هم برابر است با:
۲Fe۲++۴OH−→۲Fe(OH)2
در برخی موارد زنگ آهن می‌تواند در اثر واکنش آب با اکسید آهن به وجود بیاید. در چنین شرایطی، وجود الکترولیت‌ها در آب می‌تواند چنین واکنشی را تسریع ببخشد. در بالا هم اشاره کردیم که وجود نمک می‌تواند به عنوان کاتالیزور عمل کند. در نتیجه، می‌توان از این مطالب دریافت که آهن در آب شور، با توجه به وجود الکترولیت‌های بیشتر، سریع‌تر از آب خالص و بدون نمک می‌تواند دچار زنگ‌زدگی شود.
حالا اگر در این روند، یعنی در مراحل تشکیل مقدار اکسیژن کمتر باشد، برخی ترکیبات مگنتیت آهن (II) با فرمولFeO و Fe۳O4 به وجود می‌آید. حالا اگر در این روند میزان اکسیژن بیشتر باشد می‌توان شاهد ترکیباتی از آهن (III) در این واکنش بود.
آشنایی با انواع زنگ آهن
شاید تا اینجای کار تصورمان از زنگ آهن فقط یک نوع از آن بود. اما واقعیت این است که زنگ زدن آهن فقط یک نوع نبوده و به چند نوع مختلف تقسیم‌بندی می‌شود. در واقع هر کدام از این زنگ زدگی آهن در اثر شرایط مختلف با انواع متنوع اکسیدهای آهن به وجود می‌آیند که هر کدام می‌توانند رنگ‌های متفاوتی داشته باشند.
آشنایی به انواع مختلف زنگ زدن آهن خالی از لطف نبوده و می‌تواند به ما کمک کند تا با این واکنش بهتر و بیشتر آشنا شویم. انواع زنگ زدگی آهن به شرح ذیل است:
زنگ آهن قرمز: همان‌طور که از نام این زنگ زدگی آهن مشخص است، رنگ آن قرمز بوده و از اکسید آهن (III) و به خاطر واکنش آب و اکسیژن به وجود می‌آید.
زنگ آهن زرد: معمولا این نوع زنگ زدن آهن در اثر رطوبت بسیار بالا به وجود می‌آید و رنگ آن هم زرد است. گفته می‌شود که این نوع زنگ زدگی آهن بیشتر در بخش‌های محصور سازه‌های فلزی و یا قطعات آهن به وجود می‌آید.
زنگ آهن قهوه‌ای: این نوع زنگ آهن هم، از ترکیب اکسیژن فروان با اکسید آهن (III) و رطوبت کم به وجود می‌آید که رنگ آن هم قهوه‌ای است.
زنگ آهن سیاه: در این نوع زنگ آهن، هم اکسیژن و هم رطوبت بسیار پایین با اکسید آهن (III) واکنش نشان داده و زنگ زدگی را به وجود می‌آورند که رنگ این نوع زنگ زدگی آهن هم، سیاه است.
زنگ زدگی آهن آلات
آیا می‌توان زنگ زدن آهن را پاک کرد؟
اگر بخواهیم در یک کلام به این سوال پاسخ بدهیم، باید بگوییم: بله، با استفاده از برخی روش‌ها می‌توان زنگ زدگی آهن را حذف کرد. برای این کار می‌توان از روش الکترولیز کردن استفاده کرده و با استفاده قطعات کوچک فولادی و یا آهنی این کار را انجام داد. برای این کار نیاز به تجهیزات و یا مواد پیچیده شیمیایی وجود ندارد.
چرا که بسیاری از افراد چنین کاری را حتی در کارگاه‌های کوچک و ساده خانگی توسط یک سطل پلاستیکی و مواد ساده‌ای مانند محلول آب و جوش شیرین انجام می‌دهند. حتی می‌توان در این سطل یک عدد میلگرد قرار داده تا به عنوان یک آند در آن عمل کند. تا اینجای کار با روش کاملا خانگی برای زدودن زنگ آهن آشنا شدیم.
اما برخی از محصولات تجاری هم وجود دارند که مواد تشکیل‌دهنده‌شان شامل اسید فسفریک و اسید تاننیک می‌شود. با این محصولات هم می‌توان به خوبی زنگ آهن را از بین برد.
چگونه از زنگ زدن آهن جلوگیری کنیم؟
با توجه به نوسانات قیمت آهن، بحث تهیه مجدد آن هیچ صرفه اقتصادی نمی‌تواند داشته باشد. در نتیجه بهترین روش پیشگیری به جای درمان است. یعنی به جای این که به فکر زدودن زنگ زدن آهن باشیم، بهتر است از وقوع آن جلوگیری کنیم. چرا که حتی هزینه زدودن زنگ آهن هم می‌تواند بسیار هنگفت باشد و بهتر است که حتما از وقوع زنگ زدگی جلوگیری شود.
یکی از اولین و مهم‌ترین راه‌هایی که می‌توان به آن اشاره کرد، عدم وجود رطوبت هنگام نگهداری و یا انبارداری از آهن است. باید توجه داشته باشید که رطوبت اصلی‌ترین دشمن آهن است. در واقع همه جا اکسیژن وجود دارد و نمی‌توان برای این موضوع کاری انجام داد. اما اکسیژن به تنهایی نمی‌تواند منجر به خوردگی و یا زنگ زدگی آهن شود. چرا که در بالا هم خواندیم، اکسیژن و رطوبت در کنار هم باعث ایجاد زنگ زدن آهن می‌شوند.
زنگ زدن تیر آهن
در نتیجه، تا جایی که امکان داشته باشد، باید حتما آهن را به دور از سطح زمین و در محیطی کاملا خشک و عاری از رطوبت نگهداری بکنید. محیط داخل انبار نباید بسته باشد و باید در آن حتما هوا رد و بدل شود. چرا که رد و بدل شدن هوا جلوی رطوبت را گرفته و اجازه زنگ زدن آهن را نمی‌دهند. اما یکی دیگر از روش‌های محافظت از آهن در برابر زنگ زدگی، گالوانیزه کردن آن است. همان‌طور که می‌دانید فرایند گالوانیزه کردن توسط یک لایه از جنس روی انجام می‌شود.
بیشتر بخوانید : قیمت تیر آهن
بدین معنا که اکثرا مصالح نازکی مانند ورق‌های آهنی و یا فولادی را داخل یک مخزن عظیمی از آلیاژ روی مذاب شده قرار می‌دهند و پس از سرد شدن، این مصالح یک لایه بسیار قوی و مقاوم ضد زنگ در برابر زنگ زدگی پیدا می‌کنند.
کلام آخر
ما در این مقاله سعی کردیم راجع به زنگ زدن آهن به طور مفصل صحبت کنیم و آن را تخصصی‌تر مورد بررسی قرار بدهیم. با مطالعه این مطب می‌توانید به طور کلی با زنگ زدگی آهن آشنا شده و انواع آن را بشناسید. این موضوع می‌توان به شما کمک کند تا در صورت بروز زنگ آهن در محصولاتتان انواع آن‌ها را شناسایی کرده و بر اساس روش‌هایی که در اینجا توضیح دادیم، آن را رفع کنید. البته اگر طبق مواردی که در بالا راجع به جلوگیری از زنگ زدگی آهن توضیح دادیم عمل کنید، دچار چنین مشکلاتی نخواهید شد.