17 گزینه مقاوم سازی قطعات در برابر خوردگی

به روز رسانی شده در: 08 فروردین 1403
زمان مورد نیاز برای مطالعه: 13 دقیقه
 17-گزینه-مقاوم-سازی-قطعات-در-برابر-خوردگی

این مقاله روش های مختلف ساخت قطعات فلزی مقاوم در برابر خوردگی را به همراه مواد فلزی مناسب، فرآیندهای تکنولوژیکی مرتبط و گزینه های پس پردازش خلاصه می کند.

 

مقدمه

خوردگی به عنوان فرآیندی طبیعی تعریف می­ شود که باعث تبدیل فلزات به مواد نامطلوب در هنگام واکنش آن­ها با محیط­ های خورنده ­ای مانند آب یا هوا می­ گردد.

محیط­ های خورنده فلز را به اکسیدها، سولفیدها و هیدروکسیدهای خود تبدیل می ­کنند (به عنوان مثال زنگ ­زدگی در آهن) که باعث آسیب و از هم پاشیدگی فلز شده، از قسمتی که در معرض محیط قرار دارد شروع و به کل فلز سرایت می­ کند.

از طرف دیگر، قطعات فلزی مقاوم در برابر خوردگی، در برابر این واکنش‌ها مقاومت نشان داده و به همین دلیل می‌توانند در بسیاری از زمینه‌ها از آشپزی گرفته تا صنایع دفاعی مورد استفاده قرار گیرند. برای ساخت چنین قطعاتی، دو راه حل وجود دارد: انتخاب مواد فلزی مقاوم در برابر خوردگی که معمولا با ماشینکاری CNC فرآوری می­شوند، ورقکاری فلزی و پرینت سه بعدی از طریق تف­جوشی لیزری مستقیم فلز (DMLS) یا بهبود مقاومت قطعات به کمک گزینه ­های پس ­پردازش.

راه 1: انتخاب از میان مواد فلزی معمولی مقاوم در برابر خوردگی

فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ خانواده­ای متشکل از 200 آلیاژ فولاد با مقاومت بالا در برابر حرارت و خوردگی است. درصد کربن این ماده در حالی از 0.03٪ تا 1.2٪ متغیر می­ باشد که ویژگی منحصر به فرد آن مقدار بالای کروم است. فولاد ضد زنگ از حدود 10.5 درصد کروم تشکیل شده که یک لایه­ ی اکسیداسیون غیرفعال ایجاد نموده و از فلز در برابر خوردگی محافظت می ­کند.

فولاد ضد زنگ را می ­توان بر اساس ریزساختار به 3 دسته­ ی اصلی طبقه­ بندی نمود:

·       فولاد ضد زنگ آستنیتی: فولاد ضد زنگ آستنیتی از حداقل 18 درصد کروم و 8 تا 12 درصد نیکل تشکیل شده است. همچنین دارای ترکیبی از نیتروژن، کربن و بسیاری از عناصر دیگر می ­باشد. کروم مقاومت بالایی در برابر خوردگی ایجاد نموده و نیتروژن نیز به عنوان یک عامل مستحکم کننده عمل می­ کند. این طیف از آلیاژها، فولادهای ضد زنگ سری 300 نامیده شده و گریدهای رایج آن­ها عبارتند از فولاد ضد زنگ 304 و فولاد ضد زنگ 316. مورد دوم به عنوان مقاوم­ترین ماده در برابر خوردگی شناخته می ­شود.

·       فولاد ضد زنگ مارتنزیتی: فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی معمولا حاوی 11.5-13٪ کروم، 0.15٪ کربن، 0.1٪ منگنز، مولیبدن و گوگرد یا سلنیوم هستند. این محدوده سری 400 نامیده شده و گرید رایج آن 420A است. کربن به آلیاژ استحکام بخشیده و درصد کروم کم، آن را نسبت به سری 300 در برابر خوردگی مقاوم می ­سازد.

·       فولاد ضد زنگ فریتی: فولاد ضد زنگ فریتی به عنوان یک نوع آلیاژ کرومی غیرقابل سخت­ کاری از سری آلیاژهای ضد زنگ نامیده می­ شود که از 10.5٪ تا 30٪ کروم و کربن زیر 20٪ تشکیل شده است. این فولادها را نمی­توان با استفاده از عملیات حرارتی سخت کرد؛ اما می­ توان به کمک نورد سرد کمی سخت­ کاری نمود. این­ ها در حالی بخشی از سری 400 هستند که 430A یک گرید معمولی محسوب می­ شود.

فولاد ضد زنگ دوفازی

آلیاژ فولاد دوفازی همانطور که از نامش پیداست، شامل دو فاز مختلف است. فولادهای دوفازی بهترین خواص را از فازهای فریتی و آستنیتی گرفته و آن­ها را به پیشرفته ­ترین فلز مقاوم در برابر خوردگی تبدیل می­ نمایند. گریدهای معمولی S32750 با 25% کروم، 7% نیکل و 4% مولیبدن و 2205 با 22% کروم، 5% نیکل و 3% مولیبدن هستند. آن­ها در عملیات­ های مختلف چالش ­برانگیز استفاده می ­شوند.

قطعه ضد زنگ

قطعه ­ی فولادی ضد زنگ تولید شده به وسیله­ ی ورقکاری

سوپرآلیاژها

سوپرآلیاژها، آلیاژهای فلزی با کارایی بالا هستند که مقاومت در برابر خوردگی در دماهای بالا و خواص مکانیکی عالی دارند. به همین دلیل است که این دسته از فلزات مقاوم در برابر خوردگی اغلب در جاهایی که به عملکرد بالا و مقاومت در برابر خوردگی نیاز است (مانند هوافضا و پزشکی) استفاده می­ شوند.

سوپرآلیاژها با عنصر ماتریس اصلی متمایز می ­شوند:

·       سوپرآلیاژ نیکل: سوپرآلیاژهای بر پایه­ ی نیکل نه تنها مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند، بلکه به دلیل ضریب انبساط حرارتی پایین، دارای استحکام و مقاومت حرارتی بالایی نیز هستند. خواص ویژه­ ای مانند حافظه­ ی شکل و قابلیت ماشینکاری عالی، این مواد را منحصر به فرد می­ سازد. اینکونل 718 یک نمونه از آن­ها بوده و می­ توان آن را به صورت سه بعدی نیز چاپ نمود.

·       سوپرآلیاژ کبالت: سوپرآلیاژهای بر پایه­ ی کبالت در مقایسه با همتایان بر پایه­ ی نیکل یا آهن، نقطه ذوب بالاتری دارند. آن­ها همچنین در مقایسه با آلیاژهای بر پایه­ ی نیکل یا آهن، دارای مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی گرم می­ باشند. سوپرآلیاژهای بر پایه ­ی کبالت در مقایسه با آلیاژهای بر پایه­ ی نیکل، جوش ­پذیری بالایی دارند. ضمنا پودرهای کروم کبالت را می ­توان پرینت سه بعدی نمود.

·       سوپرآلیاژ آهن: سوپرآلیاژهای بر پایه­ ی آهن استحکام بالایی در دمای معمولی اتاق داشته و در برابر اکسیداسیون، خزش، سایش و خوردگی بسیار مقاوم هستند. آن­ها بسیار ارزان ­تر از دو مورد بالا می ­باشند.

آلومینیوم

آلومینیوم میل ترکیبی بالایی نسبت به اکسیژن داشته و بنابراین یک لایه­ ی اکسید غیرفعال تشکیل می­ دهد که آن را در برابر خوردگی مقاوم می­ سازد. بیشتر گریدهای آلومینیوم از نظر شیمیایی مقاوم هستند؛ اما گریدهای 1xxx، 3xxx و 5xxx مقاوم‌ترین آن­ها می ­باشند. آن­ها در محدوده­ ی PH 4.5 تا 8.5 که منطقه­ ی خورنده ­ی عمومی است، سخت هستند. آندکاری، راه کاری عالی برای افزودن یک لایه­ ی ضد خوردگی به آلومینیوم معمولی است.

·       سری 1xxx: این گرید فوق­ العاده خالص بوده (حدود 99%) و بهترین مقاومت در برابر خوردگی را در کاربردهای معمولی دارد.

·       سری 3xxx: منگنز، عنصر آلیاژی اصلی در سری 3xxx (آلیاژهایAl-Mn  - تا 1.25% منگنز) است. این امر باعث می­ شود تا در مقایسه با آلومینیوم 1xxx در برابر خوردگی کمی انعطاف­ پذیرتر شود. از سوی دیگر، منگنز آلیاژ را انعطاف­ پذیر می­ نماید. به عنوان مثال آلومینیوم Al-Si1Mg دارای مقاومت در برابر خوردگی بالایی است.

·       سری 5xxx: عنصر آلیاژی اصلی در این نوع آلومینیوم منیزیم بوده و تقریبا مقاومت خوردگی مشابهی با آلومینیوم گرید 3xxx دارد. این گرید نرخ بالایی از کارسختی و همچنین مقاومت در برابر خوردگی بالایی را ارائه داده و سطح روشنی را نیز داراست.

قطعات مقاوم

  قطعه­ ی آلومینیومی تولید شده با ماشینکاری CNC

آلیاژهای مس

آلیاژهای مس دارای هدایت حرارتی بالا، مقاومت در برابر خوردگی، سختی عالی و استحکام در دماهای بالا هستند. مس، مقاومت خوبی در برابر خوردگی داشته و در سایر آلیاژهای فلزی نیز برای بهبود مقاومت به خوردگی مربوطه استفاده می­ شود. متداول­ ترین فلزات مقاوم در برابر خوردگی در گروه آلیاژ مس عبارتند از:

·       برنز: برنز یکی از قدیمی­ ترین مواد شناخته شده بوده و نوع مدرن آن از 88 درصد مس و 12 درصد قلع تشکیل شده است. این ماده ممکن است حاوی نیکل، منگنز، آلومینیوم، سیلیکون، روی یا آرسنیک نیز باشد. مقدار کمی سیلیکون اضافه شده به این آلیاژ باعث بهبود مقاومت در برابر خوردگی آن می ­شود.

·       برنج: برنج ­ها آلیاژهای مس و روی هستند. آن­ها در حالی ممکن است حاوی مقادیر کمی قلع برای افزایش خواص ضد خوردگی باشند که روی موجود ممکن است همان مقدار را کاهش دهد. برنج ­ها معمولا مقاومت در برابر خوردگی و استحکام کششی خوبی داشته و نقطه ذوب کمتری نسبت به برنز یا حتی مس خالص دارند.

آلیاژ های مس

  پایانه­ های الکتریکی مسی

تیتانیوم

تیتانیوم یک فلز بسیار بادوام بوده و به طور گسترده برای کاربردهای مهندسی استفاده می ­شود؛ زیرا این فلز در برابر خوردگی مقاوم بوده و نسبت استحکام به وزن خوبی دارد. ضمنا 40 درصد سبک ­تر از فولاد است، اما دارای استحکامی مشابه آن می ­باشد.

مانند سایر مواد فلزی مقاوم در برابر خوردگی، تیتانیوم نیز اکسیدهای غیرفعالی تشکیل می­ دهد که بدون آن­ها فورا خورده می­ شود. ویژگی منحصر به فرد تیتانیوم مقاومت آن در برابر کلر است. تیتانیوم 3.7164 (تیتانیوم گرید 5) نمونه ­ی خوبی از مواد مقاوم در برابر خوردگی محسوب می­ شود.

پیچ های تیتانیوم

  پیچ­ های آلیاژ تیتانیوم

 

راه 2: بهبود مقاومت قطعات در برابر خوردگی با عملیات­ های پس­ پردازش

مقاومت در برابر خوردگی قطعات ماشینکاری CNC، ورقکاری و پرینت سه بعدی نیز می ­تواند به کمک گزینه­ های مختلف پرداخت کاری سطح بهبود یابد:

·       آندکاری: یک فلز در ماشینکاری (عمدتا قطعات آلومینیومی) از فرآیند اکسیداسیون جهت سخت­کاری سطح قطعه برای مقاومت در برابر سایش استفاده می ­کند.

·       فرآوری با استفاده از اسپری رنگ: اسپری رنگ از زنگ ­زدگی قطعاتی مانند لوازم مورد نیاز روزانه، محفظه ­های تجهیزات الکتریکی، لوله ­ها و غیره جلوگیری می­ کند.

·       آبکاری: سطح قطعه با فلزات غیر خورنده­ ی دیگری جهت جلوگیری از خوردگی پوشش داده می­ شود. گاهی اوقات فلزات مقاوم در برابر خوردگی مذکور بر روی فلزات معمولی پوشش داده می­ شوند تا عمر آن­ها افزایش یابد.

·       پولیش سطح: پلیسه­ های سطحی قطعات ماشینکاری CNC فرآوری می­ شوند تا برآمدگی­ های تیز ایجاد شده­ ی حاصل از ماشینکاری از بین بروند. توصیه می­گردد قسمت تیز گوشه ­ها را به صورت صاف پولیش نمایید تا در هنگام استفاده آسیبی به بدن انسان وارد نشود.

رنگ کاری قطعات

  فرآوری با استفاده از اسپری رنگ

نتیجه­ گیری

مجموعه 3DHUB خدمات ماشینکاری CNC و پرینت سه بعدی فلزات را جهت انجام پروژه ­های پرینت سه بعدی درخواستی، هم برای تولید نمونه ­های اولیه و هم دسته­ های بزرگ ارائه می ­دهد. برای دریافت هزینه های ساخت می توانید فایل قطعه خود را در داخل سایت آپلود و یا جهت مشاوره با همکاران ما تماس بگیرید.

 

دیدگاه خود را بنویسید دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *