چگونه میتوان از مقاومت خوردگی مواد اولیه زنجیرهای غلتکی اطمینان حاصل کرد؟
۱. انتخاب مواد
۱.۱ فولادی با مقاومت خوردگی بالا انتخاب کنید
فولاد ماده اولیه اصلی زنجیرهای غلتکی است و مقاومت در برابر خوردگی آن مستقیماً بر عمر مفید و عملکرد زنجیرهای غلتکی تأثیر میگذارد. انتخاب فولاد با مقاومت در برابر خوردگی قوی اولین قدم برای اطمینان از مقاومت در برابر خوردگی زنجیرهای غلتکی است.زنجیرهای غلتکی.
کاربرد مواد فولاد ضد زنگ: فولاد ضد زنگ یکی از فولادهای مقاوم در برابر خوردگی است که معمولاً مورد استفاده قرار میگیرد. این فولاد حاوی نسبت مشخصی از عناصر کروم است که میتواند یک لایه اکسید کروم متراکم روی سطح تشکیل دهد تا از تماس محیط خورنده با داخل فولاد جلوگیری کند. به عنوان مثال، میزان کروم فولاد ضد زنگ 304 حدود 18٪ است که مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد و برای محیطهای خورنده عمومی مناسب است. در برخی از محیطهای خاص، مانند محیطهای آب دریا با محتوای یون کلرید بالا، فولاد ضد زنگ 316 به دلیل افزودن عناصر مولیبدن، مقاومت بیشتری در برابر حفره دار شدن دارد و مقاومت در برابر خوردگی آن حدود 30٪ بیشتر از فولاد ضد زنگ 304 است.
مقاومت در برابر خوردگی فولاد آلیاژی: فولاد آلیاژی میتواند با افزودن عناصر آلیاژی متنوع مانند نیکل، مس، تیتانیوم و غیره، مقاومت در برابر خوردگی فولاد را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. به عنوان مثال، افزودن نیکل میتواند پایداری لایه غیرفعال فولاد را بهبود بخشد و مس میتواند مقاومت در برابر خوردگی فولاد را در محیط جوی بهبود بخشد. پس از عملیات حرارتی مناسب، برخی از فولادهای آلیاژی با استحکام بالا میتوانند یک لایه اکسید یکنواخت روی سطح تشکیل دهند و مقاومت در برابر خوردگی آنها را بیشتر افزایش دهند. به عنوان مثال، یک فولاد آلیاژی حاوی نیکل و مس، میزان خوردگی آن در محیط جوی صنعتی تنها 1/5 فولاد کربنی معمولی است.
تأثیر عملیات سطحی فولاد بر مقاومت در برابر خوردگی: علاوه بر انتخاب فولاد مناسب، عملیات سطحی نیز وسیله مهمی برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی فولاد است. به عنوان مثال، یک لایه روی، نیکل و سایر فلزات از طریق فناوری آبکاری روی سطح فولاد آبکاری میشوند تا یک مانع فیزیکی برای جلوگیری از تماس مواد خورنده با فولاد ایجاد کنند. لایه گالوانیزه در محیط جوی مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد و عمر مقاومت در برابر خوردگی آن میتواند به دههها برسد. لایه آبکاری شده با نیکل سختی بالاتر و مقاومت در برابر سایش بهتری دارد و همچنین میتواند به طور مؤثر مقاومت در برابر خوردگی فولاد را بهبود بخشد. علاوه بر این، عملیات تبدیل شیمیایی مانند فسفاته کردن میتواند یک فیلم تبدیل شیمیایی روی سطح فولاد تشکیل دهد تا مقاومت در برابر خوردگی و چسبندگی پوشش فولاد را بهبود بخشد.
2. عملیات سطحی
۲.۱ گالوانیزه کردن
گالوانیزه کردن یکی از روشهای مهم برای عملیات سطحی فولاد زنجیر غلتکی است. با پوشش سطح فولاد با لایهای از روی، مقاومت خوردگی آن میتواند به طور موثری بهبود یابد.
اصل محافظت از لایه گالوانیزه: روی یک لایه اکسید روی متراکم در محیط جوی تشکیل میدهد که میتواند از تماس محیط خورنده با فولاد جلوگیری کند. هنگامی که لایه گالوانیزه آسیب میبیند، روی همچنین به عنوان یک آند فداشونده برای محافظت از فولاد در برابر خوردگی عمل میکند. مطالعات نشان داده است که مقاومت در برابر خوردگی لایه گالوانیزه میتواند به دههها برسد و میزان خوردگی آن در یک محیط جوی عمومی تنها حدود ۱/۱۰ فولاد معمولی است.
تأثیر فرآیند گالوانیزه بر مقاومت در برابر خوردگی: فرآیندهای گالوانیزه رایج شامل گالوانیزه گرم، الکتروگالوانیزه و غیره است. لایه روی تشکیل شده توسط گالوانیزه گرم ضخیمتر است و مقاومت در برابر خوردگی بهتری دارد، اما ممکن است مقداری ناهمواری روی سطح ایجاد شود. الکتروگالوانیزه میتواند ضخامت لایه روی را کنترل کند تا سطح یکنواختتر و صافتر شود. به عنوان مثال، با استفاده از فرآیند الکتروگالوانیزه، ضخامت لایه روی را میتوان بین 5 تا 15 میکرومتر کنترل کرد و مقاومت در برابر خوردگی آن با گالوانیزه گرم قابل مقایسه است و کیفیت سطح آن بهتر است که برای محصولات زنجیر غلتکی با نیازهای سطحی بالا مناسب است.
نگهداری و اقدامات احتیاطی لایه گالوانیزه: لایه گالوانیزه در حین استفاده باید نگهداری شود تا از آسیب مکانیکی جلوگیری شود. در صورت آسیب دیدن لایه گالوانیزه، باید به موقع تعمیر شود تا از قرار گرفتن فولاد در معرض محیط خورنده جلوگیری شود. علاوه بر این، در برخی محیطهای خاص، مانند محیطهای اسیدی یا قلیایی قوی، مقاومت در برابر خوردگی لایه گالوانیزه تا حدی تحت تأثیر قرار میگیرد و لازم است فرآیند گالوانیزه مناسب و اقدامات حفاظتی بعدی مطابق با محیط خاص انتخاب شود.
۲.۲ عملیات آبکاری نیکل
آبکاری نیکل یکی دیگر از روشهای مؤثر برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی فولاد زنجیر غلتکی است. لایه آبکاری نیکل از مقاومت در برابر خوردگی و سایش خوبی برخوردار است.
مقاومت در برابر خوردگی آبکاری نیکل: نیکل خواص الکتروشیمیایی پایداری دارد و میتواند در بسیاری از محیطهای خورنده یک لایه غیرفعال پایدار تشکیل دهد و از این طریق به طور مؤثر از تماس محیط خورنده با فولاد جلوگیری کند. مقاومت در برابر خوردگی لایه آبکاری نیکل بهتر از لایه آبکاری روی است، به خصوص در محیطی حاوی یونهای کلرید، و مقاومت آن در برابر حفرهدار شدن قویتر است. به عنوان مثال، در محیط آب دریا حاوی یونهای کلرید، عمر مقاومت در برابر خوردگی لایه آبکاری نیکل 3-5 برابر لایه آبکاری روی است.
فرآیند آبکاری نیکل و تأثیر آن بر عملکرد: فرآیندهای رایج آبکاری نیکل شامل آبکاری الکتریکی و آبکاری شیمیایی نیکل است. لایه نیکل آبکاری شده دارای سختی بالا و مقاومت سایشی خوبی است، اما برای صاف بودن سطح زیرلایه الزامات بالایی دارد. آبکاری شیمیایی نیکل میتواند یک پوشش یکنواخت روی سطح یک زیرلایه نارسانا تشکیل دهد و ضخامت و ترکیب پوشش را میتوان از طریق پارامترهای فرآیند تنظیم کرد. به عنوان مثال، با استفاده از فرآیند آبکاری شیمیایی نیکل، میتوان یک لایه آبکاری نیکل با ضخامت 10-20 میکرومتر روی سطح فولاد زنجیر غلتکی تشکیل داد و سختی آن میتواند به بیش از HV700 برسد که نه تنها مقاومت در برابر خوردگی خوبی دارد، بلکه مقاومت سایشی خوبی نیز دارد.
کاربرد و محدودیتهای آبکاری نیکل: آبکاری نیکل به طور گسترده در محصولات زنجیر غلتکی با الزامات بالا برای مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش، مانند صنایع شیمیایی، فرآوری مواد غذایی و سایر صنایع، استفاده میشود. با این حال، فرآیند آبکاری نیکل نسبتاً پیچیده و پرهزینه است و در برخی از محیطهای اسیدی و قلیایی قوی، مقاومت در برابر خوردگی لایه آبکاری نیکل نیز تا حدودی محدود خواهد شد. علاوه بر این، فاضلاب تولید شده در طول فرآیند آبکاری نیکل باید به شدت تصفیه شود تا از آلودگی محیط زیست جلوگیری شود.
۳. فرآیند عملیات حرارتی
۳.۱ عملیات کوئنچ و تمپرینگ
عملیات کوئنچ و تمپرینگ یک فرآیند کلیدی برای عملیات حرارتی مواد اولیه زنجیر غلتکی است. از طریق ترکیب کوئنچ و تمپرینگ در دمای بالا، عملکرد کلی فولاد میتواند به طور قابل توجهی بهبود یابد و در نتیجه مقاومت در برابر خوردگی آن افزایش یابد.
نقش کوئنچ و انتخاب پارامتر: کوئنچ میتواند به سرعت فولاد را خنک کند، ساختارهای با استحکام بالا مانند مارتنزیت را تشکیل دهد و سختی و استحکام فولاد را بهبود بخشد. برای مواد اولیه زنجیر غلتکی، محیطهای کوئنچ متداول شامل روغن و آب هستند. به عنوان مثال، برای برخی از فولادهای آلیاژی با کربن متوسط، کوئنچ روغنی میتواند از ایجاد ترکهای کوئنچ جلوگیری کرده و سختی بالاتری را به دست آورد. انتخاب دمای کوئنچ بسیار مهم است، عموماً بین 800 تا 900 درجه سانتیگراد، و سختی پس از کوئنچ میتواند به HRC45-55 برسد. اگرچه سختی فولاد کوئنچ شده زیاد است، اما تنش پسماند داخلی زیاد و چقرمگی ضعیف است، بنابراین برای بهبود این خواص، تمپر کردن در دمای بالا مورد نیاز است.
بهینهسازی بازپخت در دمای بالا: بازپخت در دمای بالا معمولاً بین ۵۰۰ تا ۶۵۰ درجه سانتیگراد انجام میشود و زمان بازپخت عموماً ۲ تا ۴ ساعت است. در طول فرآیند بازپخت، تنش پسماند در فولاد آزاد میشود، سختی کمی کاهش مییابد، اما چقرمگی به طور قابل توجهی بهبود مییابد و میتوان یک ساختار تروستیت بازپخت شده پایدار تشکیل داد که دارای خواص مکانیکی جامع و مقاومت در برابر خوردگی خوبی است. مطالعات نشان دادهاند که مقاومت در برابر خوردگی فولاد پس از کوئنچ و بازپخت میتواند ۳۰ تا ۵۰ درصد بهبود یابد. به عنوان مثال، در یک محیط اتمسفری صنعتی، میزان خوردگی مواد اولیه زنجیرهای غلتکی که کوئنچ و بازپخت شدهاند، تنها حدود ۱/۳ فولاد بدون عملیات حرارتی است. علاوه بر این، کوئنچ و بازپخت همچنین میتواند عملکرد خستگی فولاد را بهبود بخشد، که برای استفاده طولانی مدت از زنجیرهای غلتکی تحت بارهای دینامیکی از اهمیت بالایی برخوردار است.
مکانیسم تأثیر کوئنچ و تمپر بر مقاومت در برابر خوردگی: کوئنچ و تمپر، ریزساختار فولاد را بهبود میبخشد، سختی و چقرمگی سطح آن را افزایش میدهد و در نتیجه توانایی آن را در مقاومت در برابر فرسایش توسط محیطهای خورنده افزایش میدهد. از یک طرف، سختی بالاتر میتواند سایش مکانیکی محیط خورنده روی سطح فولاد را کاهش داده و سرعت خوردگی را کاهش دهد. از طرف دیگر، یک ساختار سازمانی پایدار میتواند سرعت انتشار محیط خورنده را کاهش داده و وقوع واکنشهای خوردگی را به تأخیر بیندازد. در عین حال، کوئنچ و تمپر همچنین میتواند مقاومت فولاد در برابر تردی هیدروژنی را بهبود بخشد. در برخی از محیطهای خورنده حاوی یونهای هیدروژن، میتواند به طور مؤثر از خرابی زودرس فولاد به دلیل تردی هیدروژنی جلوگیری کند.
۴. بازرسی کیفیت
۴.۱ روش آزمون مقاومت در برابر خوردگی
آزمایش مقاومت در برابر خوردگی مواد اولیه زنجیر غلتکی، حلقه کلیدی در تضمین کیفیت آن است. از طریق روشهای آزمایش علمی و معقول، میتوان مقاومت در برابر خوردگی مواد را در محیطهای مختلف به طور دقیق ارزیابی کرد و از این طریق، تضمینی برای قابلیت اطمینان محصول ارائه داد.
۱. تست اسپری نمک
آزمایش اسپری نمک یک روش آزمایش خوردگی تسریعشده است که یک محیط اقیانوسی یا مرطوب را شبیهسازی میکند و به طور گسترده برای ارزیابی مقاومت در برابر خوردگی مواد فلزی استفاده میشود.
اصل آزمایش: نمونه زنجیر غلتکی در محفظه آزمایش اسپری نمک قرار داده میشود تا سطح نمونه به طور مداوم در معرض غلظت مشخصی از محیط اسپری نمک قرار گیرد. یونهای کلرید موجود در اسپری نمک، واکنش خوردگی سطح فلز را تسریع میکنند. مقاومت در برابر خوردگی نمونه با مشاهده میزان خوردگی نمونه در یک دوره زمانی مشخص ارزیابی میشود. به عنوان مثال، مطابق با استاندارد بینالمللی ISO 9227، آزمایش اسپری نمک خنثی با محلول اسپری نمک با غلظت 5٪ NaCl، دمای کنترل شده در حدود 35 درجه سانتیگراد و زمان آزمایش معمولاً 96 ساعت انجام میشود.
ارزیابی نتایج: مقاومت در برابر خوردگی بر اساس شاخصهایی مانند محصولات خوردگی، عمق حفره و نرخ خوردگی روی سطح نمونه ارزیابی میشود. برای زنجیرهای غلتکی از جنس فولاد ضد زنگ، پس از آزمایش اسپری نمک ۹۶ ساعته، عمق حفره سطحی باید کمتر از ۰.۱ میلیمتر و نرخ خوردگی باید کمتر از ۰.۱ میلیمتر در سال باشد تا الزامات استفاده در محیطهای صنعتی عمومی را برآورده کند. برای زنجیرهای غلتکی از جنس فولاد آلیاژی، پس از گالوانیزه یا آبکاری نیکل، نتایج آزمایش اسپری نمک باید استانداردهای بالاتری را برآورده کند. به عنوان مثال، پس از آزمایش اسپری نمک ۹۶ ساعته، زنجیر غلتکی آبکاری شده با نیکل هیچ خوردگی آشکاری روی سطح ندارد و عمق حفره کمتر از ۰.۰۵ میلیمتر است.
۲. آزمایش الکتروشیمیایی
آزمایش الکتروشیمیایی میتواند با اندازهگیری رفتار الکتروشیمیایی فلزات در محیطهای خورنده، درک عمیقتری از مقاومت خوردگی مواد ارائه دهد.
آزمایش منحنی قطبش: نمونه زنجیر غلتکی به عنوان الکترود کار استفاده شده و در یک محیط خورنده (مانند محلول 3.5٪ NaCl یا محلول 0.1mol/L H₂SO₄) غوطهور میشود و منحنی قطبش آن توسط یک ایستگاه کاری الکتروشیمیایی ثبت میشود. منحنی قطبش میتواند پارامترهایی مانند چگالی جریان خوردگی و پتانسیل خوردگی ماده را منعکس کند. به عنوان مثال، برای زنجیر غلتکی از جنس فولاد ضد زنگ 316، چگالی جریان خوردگی در محلول 3.5٪ NaCl باید کمتر از 1μA/cm² باشد و پتانسیل خوردگی باید نزدیک به -0.5V (نسبت به الکترود کالومل اشباع) باشد، که نشان میدهد مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد.
آزمون طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS): آزمون EIS میتواند امپدانس انتقال بار و امپدانس انتشار ماده را در محیط خورنده اندازهگیری کند تا یکپارچگی و پایداری لایه سطحی آن را ارزیابی کند. مقاومت خوردگی ماده را میتوان با تجزیه و تحلیل پارامترهایی مانند قوس خازنی و ثابت زمانی در طیف امپدانس قضاوت کرد. به عنوان مثال، امپدانس انتقال بار فولاد زنجیر غلتکی که کوئنچ و تمپر شده است، باید در آزمون EIS بیشتر از 10⁴Ω·cm² باشد، که نشان میدهد لایه سطحی آن اثر محافظتی خوبی دارد.
۳. آزمایش غوطهوری
آزمایش غوطهوری یک روش آزمایش خوردگی است که محیط واقعی استفاده را شبیهسازی میکند. نمونه زنجیر غلتکی برای مدت طولانی در یک محیط خورنده خاص غوطهور میشود تا رفتار خوردگی و تغییرات عملکرد آن مشاهده شود.
شرایط آزمایش: با توجه به محیط واقعی استفاده از زنجیر غلتکی، محیط خورنده مناسب مانند محلول اسیدی (اسید سولفوریک، اسید هیدروکلریک و غیره)، محلول قلیایی (هیدروکسید سدیم و غیره) یا محلول خنثی (مانند آب دریا) را انتخاب کنید. دمای آزمایش معمولاً در دمای اتاق یا محدوده دمای واقعی استفاده کنترل میشود و زمان آزمایش معمولاً چند هفته تا چند ماه است. به عنوان مثال، برای زنجیرهای غلتکی مورد استفاده در محیطهای شیمیایی، آنها به مدت 30 روز در محلول 3٪ H₂SO₄ در دمای 40 درجه سانتیگراد غوطهور میشوند.
تحلیل نتایج: مقاومت در برابر خوردگی با اندازهگیری شاخصهایی مانند کاهش جرم، تغییر ابعاد و تغییر خواص مکانیکی نمونه ارزیابی میشود. نرخ کاهش جرم، شاخص مهمی برای اندازهگیری درجه خوردگی است. برای زنجیرهای غلتکی از جنس فولاد ضد زنگ، نرخ کاهش جرم پس از 30 روز آزمایش غوطهوری باید کمتر از 0.5٪ باشد. برای زنجیرهای غلتکی از جنس فولاد آلیاژی، نرخ کاهش جرم پس از عملیات سطحی باید کمتر از 0.2٪ باشد. علاوه بر این، تغییرات در خواص مکانیکی مانند استحکام کششی و سختی نمونه نیز باید آزمایش شود تا اطمینان حاصل شود که هنوز میتواند الزامات استفاده در یک محیط خورنده را برآورده کند.
۴. آزمایش آویزان کردن در محل
آزمایش آویزان کردن در محل، قرار دادن مستقیم نمونه زنجیر غلتکی در معرض محیط استفاده واقعی و ارزیابی مقاومت خوردگی با مشاهده خوردگی آن برای مدت طولانی است.
ترتیب آزمایش: یک محیط نمونه واقعی مانند کارگاه شیمیایی، سکوی دریایی، کارخانه فرآوری مواد غذایی و غیره را انتخاب کنید و نمونه زنجیر غلتکی را در یک بازه زمانی مشخص روی تجهیزات آویزان یا ثابت کنید. زمان آزمایش معمولاً چند ماه تا چند سال است تا اطمینان حاصل شود که رفتار خوردگی نمونه در محیط واقعی به طور کامل قابل مشاهده است.
ثبت و تحلیل نتایج: نمونهها را مرتباً مشاهده و آزمایش کنید و اطلاعاتی مانند خوردگی سطح و مورفولوژی محصول خوردگی را ثبت کنید. به عنوان مثال، در یک محیط کارگاه شیمیایی، پس از ۱ سال آزمایش آویزان کردن، هیچ علامت خوردگی آشکاری روی سطح زنجیر غلتکی آبکاری شده با نیکل وجود ندارد، در حالی که ممکن است مقدار کمی حفره روی سطح زنجیر غلتکی گالوانیزه ظاهر شود. با مقایسه خوردگی نمونههای مواد مختلف و فرآیندهای تصفیه در محیط واقعی، میتوان مقاومت در برابر خوردگی آن را با دقت بیشتری ارزیابی کرد و مبنای مهمی برای انتخاب مواد و طراحی محصول فراهم کرد.
۵. خلاصه
تضمین مقاومت در برابر خوردگی مواد اولیه زنجیر غلتکی یک پروژه سیستماتیک است که شامل چندین مرحله مانند انتخاب مواد، عملیات سطحی، فرآیند عملیات حرارتی و بازرسی دقیق کیفیت میشود. با انتخاب مواد فولادی مناسب با مقاومت در برابر خوردگی قوی، مانند فولاد ضد زنگ و فولاد آلیاژی، و ترکیب فرآیندهای عملیات سطحی مانند گالوانیزه کردن و آبکاری نیکل، مقاومت در برابر خوردگی زنجیرهای غلتکی میتواند به طور قابل توجهی بهبود یابد. عملیات کوئنچ و تمپرینگ در فرآیند عملیات حرارتی، با بهینهسازی پارامترهای کوئنچ و تمپرینگ، عملکرد جامع فولاد را بیشتر بهبود میبخشد، به طوری که در محیطهای پیچیده مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی بهتری دارد.
از نظر بازرسی کیفیت، استفاده از روشهای مختلف آزمایش مانند آزمایش اسپری نمک، آزمایش الکتروشیمیایی، آزمایش غوطهوری و آزمایش آویزان شدن در محل، مبنای علمی برای ارزیابی جامع مقاومت خوردگی مواد اولیه زنجیر غلتکی فراهم میکند. این روشهای آزمایش میتوانند محیطهای مختلف استفاده واقعی را شبیهسازی کرده و رفتار خوردگی و تغییرات عملکرد مواد را در شرایط مختلف به طور دقیق تشخیص دهند و در نتیجه قابلیت اطمینان و دوام محصول را در کاربردهای واقعی تضمین کنند.
به طور کلی، از طریق بهینهسازی هماهنگ پیوندهای فوق، مقاومت در برابر خوردگی مواد اولیه زنجیر غلتکی میتواند به طور مؤثر بهبود یابد، عمر مفید آن افزایش یابد و الزامات استفاده در محیطهای صنعتی مختلف برآورده شود.
زمان ارسال: ۱۶ آوریل ۲۰۲۵