لماذا لا يصدأ الفولاذ المقاوم للصدأ

الفولاذ المقاوم للصدأ مادة موجودة في كل مكان مع مجموعة متنوعة من التطبيقات - من الاستخدام في الأجهزة الطبية ، إلى قطع غيار السيارات ، إلى المجوهرات وأواني الطبخ. الكثير من "سحر" هذه المادة المعدنية هو أنها غير قابلة للصدأ ، نظريًا ، لا تصدأ. ومع ذلك ، إذا كنت قد امتلكت أو استخدمت منتجًا من الفولاذ المقاوم للصدأ ، فمن المحتمل أنك لاحظت الصدأ (التآكل) وربما تكون قد تساءلت عما إذا كان اسمه تسمية خاطئة. لماذا مادة توصف بأنها صدأ "غير قابل للصدأ"؟ الصدأ

معظم الناس على دراية بالمعادن ، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ ، الذي يتآكل عندما يتعرض لبيئات مثل مياه البحر. في كثير من الأحيان ، دون فهم العلم الدقيق لما يحدث ، يقبل الناس أن تعريض منتج معدني لمياه البحر له تأثير ضار. العلم وراء التآكل من مياه البحر هو أن الماء يحتوي على الكلور ، وهو مادة تآكل للمعادن ، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ. ومع ذلك ، يمكن أن يحدث تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا دون إنتاج أي منتجات تآكل لتحليلها (بخلاف الصدأ) ، وعندما يتعذر اكتشاف بيئة تآكل واضحة.

لفهم ما الذي يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ يصدأ ، من المهم أولاً فهم العلم الذي يمنعه عادةً من الصدأ. يتكون الفولاذ من الحديد والكربون ، ويحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ على الحديد والكربون وفي أي مكان من 12-30٪ كروم. يمكن أن يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ على عناصر أخرى مثل النيكل والمنغنيز ، ولكن الكروم هو العنصر الأساسي الذي يجعله مقاومًا للصدأ. عندما يتعرض سطح الفولاذ العادي للأكسجين ، فإنه عادة ما يشكل أكسيد الحديديك (Fe2O3) الذي له لون الصدأ الأحمر المعروف. لا يشكل أكسيد الحديديك طبقة متصلة على الفولاذ لأن جزيء الأكسيد يحتوي على حجم أكبر من ذرات الحديد الأساسية ، وفي النهاية ينفجر تاركًا الفولاذ الطازج مكشوفًا مما يؤدي بعد ذلك إلى بدء دورة صدأ ضارة. عندما يتعرض الفولاذ المقاوم للصدأ للأكسجين ، يتشكل أكسيد الكروم على سطح الفولاذ لأن الكروم له صلة قوية جدًا بالأكسجين. أكسيد الكروم عبارة عن طبقة رقيقة جدًا لا تتشقق وتمنع المزيد من أكسدة الفولاذ المقاوم للصدأ. حتى إذا تم خدش الفولاذ المقاوم للصدأ وإزالة طبقة أكسيد الكروم ، فإن طبقة أكسيد الكروم الجديدة سوف تتشكل وتحمي بقية الفولاذ المقاوم للصدأ تحتها. طالما أن هناك كمية كافية من الكروم ، فإن طبقة أكسيد الكروم ستستمر في حماية الفولاذ المقاوم للصدأ وتمنعه ​​من الصدأ.

هل سبق لك استخدام عجلة من الأسلاك الفولاذية أو ليفة فولاذية لتنظيف أداة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، ثم صدأ الأداة غير القابل للصدأ في نفس المكان الذي تم تنظيفه بالفرشاة؟ أو هل رأيت وعاء من الفولاذ المقاوم للصدأ أو صدأ بالوعة؟ عادة ما يكون التآكل غير القابل للصدأ في حالة عدم وجود عنصر تآكل (مثل الكلور) ناتجًا عن جزيئات فولاذية صغيرة جدًا تلامس سطح الفولاذ المقاوم للصدأ. يمكن أن يحمي الكروم الفولاذ المقاوم للصدأ إذا كان التركيز الموضعي يزيد عن 12٪ ، ولكن إذا قمت بتغطية السطح المقاوم للصدأ بجزيئات فولاذية كافية ، فيمكن أن ينخفض ​​التركيز المحلي للكروم إلى أقل من عتبة 12٪ وتفشل طبقة أكسيد الكروم في حماية الفولاذ المقاوم للصدأ من هجوم الأكسجين. إذا حدث هذا النوع من التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ ، فيمكن إصلاحه عن طريق: (أ) تنظيف كل الصدأ ، ثم (ب) إزالة جزيئات الفولاذ الصغيرة عن طريق تنظيف جزء الفولاذ المقاوم للصدأ تمامًا ، عادةً باستخدام مذيب. يجب أن تسمح هاتان الخطوتان لطبقة أكسيد الكروم بحماية الفولاذ المقاوم للصدأ من المزيد من الأكسدة.

شكل أقل شيوعًا من الصدأ في الفولاذ المقاوم للصدأ هو بعد تعرض الفولاذ المقاوم للصدأ لدرجات حرارة عالية جدًا ، غالبًا في نطاق 750-1550 درجة فهرنهايت (400-850 درجة مئوية) 1. غالبًا ما يظهر هذا النوع من التآكل في تطبيقات اللحام حيث يتم تسخين الفولاذ المقاوم للصدأ ثم تبريده. إذا حدث هذا ، يمكن أن يحدث "التحسس" حيث يترابط الكربون والكروم معًا في الفولاذ المقاوم للصدأ وتشكيل الكربيدات. تقع هذه الكربيدات عند حدود حبيبات الفولاذ المقاوم للصدأ ، وتصبح حدود الحبوب ناقصة الكروم. مع تركيزات منخفضة من الكروم عند حدود الحبوب ، يمكن أن تصبح الطبقة الواقية من أكسيد الكروم متقطعة ويصبح الصدأ ممكنًا. "التحسس" يمكن أن يفسد الفولاذ المقاوم للصدأ إلى الأبد ؛ ومع ذلك ، يمكن أحيانًا تخفيف الضرر بالمعالجة الحرارية المعقدة.

على الرغم من أن الصدأ هو شيء يراه معظمنا على أساس يومي ويبدو أنه حدث بسيط ، إلا أنه يمكن أن ينتج عن عدد من العمليات المعقدة. يعد فهم علم المواد الخاص بالمعادن أمرًا بالغ الأهمية لضمان الأداء الصحيح للمنتج وإصلاح المشكلات ، مثل الصدأ ، عند حدوثه. من المهم أيضًا فهم علم المواد الخاص بالمعادن والصدأ عند العمل على تحقيق تحليل الفشل الذي يتضمن التآكل