مقاومة التآكل لمغناطيسات الألنيكو: الأداء في البيئات الرطبة والحمضية والقاعدية وبيئات رذاذ الملح، وخطر التفتت

1. مقدمة عن مغناطيسات ألنكو

مغناطيسات الألنيكو نوع من المغناطيس الدائم، تتكون أساسًا من الألومنيوم (Al) والنيكل (Ni) والكوبالت (Co) والحديد (Fe)، مع إضافات طفيفة من النحاس (Cu) والتيتانيوم (Ti) وعناصر أخرى. تتميز هذه المغناطيسات بثباتها الحراري الممتاز، حيث تصل درجة حرارة تشغيلها القصوى إلى 550 درجة مئوية ، وقوة إكراه عالية عند درجات الحرارة المرتفعة. تُصنع مغناطيسات الألنيكو من خلال عمليتين رئيسيتين: التلبيد والصب ، وتُعد عملية الصب الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج الأشكال المعقدة.

بسبب خصائصها الفريدة، تُستخدم مغناطيسات ألنكو على نطاق واسع في تطبيقات الفضاء الجوي والعسكرية والسيارات والصناعية ، حيث تعتبر استقرارية درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل أمراً بالغ الأهمية.

2. مقاومة التآكل لمغناطيسات ألنكو

تتميز مغناطيسات الألنيكو بمقاومة جيدة للتآكل ، ويعود ذلك أساسًا إلى تكوّن طبقة أكسيد خاملة مستقرة على سطحها. تعمل هذه الطبقة كحاجز واقٍ يمنع المزيد من التآكل. ويمكن عزو مقاومة الألنيكو للتآكل إلى العوامل التالية:

• محتوى النيكل (Ni) : يعزز النيكل تكوين طبقة أكسيد خاملة، مما يحسن مقاومة التآكل في العديد من البيئات.
• محتوى الكوبالت (Co) : يساهم الكوبالت في استقرار مصفوفة السبيكة، مما يقلل من قابليتها للتآكل الموضعي.
• تركيبة خالية من الكروم : على عكس بعض المواد المغناطيسية الأخرى (مثل NdFeB)، لا يحتوي Alnico على الكروم، والذي يمكن أن يكون عرضة للتآكل النقطي في البيئات الغنية بالكلوريد.

مع ذلك، فإن مقاومة التآكل لمادة الألنيكو ليست موحدة في جميع البيئات. إذ يمكن لعوامل مثل الرطوبة ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة ووجود أيونات عدوانية (مثل أيونات الكلوريد) أن تؤثر بشكل كبير على أدائها.

3. سلوك التآكل في بيئات محددة

3.1 البيئات الرطبة

في البيئات الرطبة ، تتميز مغناطيسات الألنيكو عمومًا بمقاومتها للتآكل نتيجة لتكوّن طبقة رقيقة متماسكة من الأكسيد. مع ذلك، فإن التعرض المطوّل لرطوبة عالية (مثلًا، أكثر من 85% رطوبة نسبية ) قد يؤدي إلى:

• تغير لون السطح : قد يحدث اسمرار طفيف أو بهتان في السطح، ولكن هذا لا يؤثر عادة على الخصائص المغناطيسية.
• التآكل الموضعي : في وجود الملوثات (مثل الغبار والأملاح)، قد يبدأ التآكل النقطي أو التآكل الشقوقي عند عيوب السطح أو الشوائب.

معدل التآكل :
في ظروف درجة حرارة 85 درجة مئوية ورطوبة نسبية 85% ، يكون معدل تآكل مادة الألنيكو عادةً أقل من 0.1 ميكرومتر/سنة ، وهو مشابه لمعدل تآكل المواد المطلية بالنيكل في الظروف المثالية. مع ذلك، إذا تضررت الطبقة الواقية (مثلاً، بسبب الخدوش أو الاحتكاك الميكانيكي)، فقد يرتفع معدل التآكل قليلاً.

3.2 البيئات الحمضية

تتميز مغناطيسات الألنيكو بمقاومة أقل للبيئات الحمضية مقارنةً بالبيئات المتعادلة أو القلوية. ويعتمد سلوك التآكل على نوع الحمض وتركيزه.

• حمض الكبريتيك المخفف (H₂SO₄) : عند التركيزات المنخفضة (<10٪)، قد يُظهر Alnico مقاومة معتدلة، ولكن عند التركيزات الأعلى، يتسارع التآكل بسبب ذوبان طبقة الأكسيد والهجوم على مصفوفة السبيكة.
• حمض الهيدروكلوريك (HCl) : حتى حمض الهيدروكلوريك المخفف يمكن أن يسبب تآكلًا سريعًا بسبب الطبيعة العدوانية لأيونات الكلوريد، والتي تعطل الطبقة السلبية وتعزز التنقر.
• الأحماض العضوية (مثل حمض الأسيتيك) : يُظهر الألنيكو مقاومة أفضل للأحماض العضوية الضعيفة مقارنة بالأحماض غير العضوية القوية، ولكن التعرض المطول لا يزال يؤدي إلى تدهور السطح.

معدل التآكل :
في محلول حمض الهيدروكلوريك بتركيز 1 مولار عند درجة حرارة الغرفة ، يمكن أن يصل معدل تآكل مادة الألنيكو إلى عدة ميكرومترات في الساعة ، مما يجعلها غير مناسبة للتعرض طويل الأمد للبيئات الحمضية القوية بدون طلاءات واقية.

3.3 البيئات القلوية

يُظهر الألنيكو مقاومة جيدة للبيئات القلوية المعتدلة (مثل درجة حموضة 8-10 )، لكن أداءه يتدهور في الظروف القلوية الشديدة (مثل درجة حموضة >12).):

• القلوية المعتدلة : تظل طبقة الأكسيد الخاملة مستقرة، ومعدلات التآكل منخفضة (<0.1 ميكرومتر/سنة).
• القلوية القوية : يمكن أن يؤدي ارتفاع الرقم الهيدروجيني إلى إذابة طبقة الأكسيد ومهاجمة مصفوفة السبيكة، مما يؤدي إلى زيادة معدلات التآكل.

معدل التآكل :
في محلول NaOH بتركيز 1 مولار عند درجة حرارة الغرفة ، قد يتجاوز معدل تآكل Alnico 1 ميكرومتر/ساعة ، مما يسلط الضوء على قابليته للتأثر بالمحاليل القلوية القوية.

3.4 بيئات رذاذ الملح

اختبار رش الملح (على سبيل المثال،ASTM B117 يُعد اختبار رذاذ الملح طريقةً قياسيةً لتقييم مقاومة المواد للتآكل في البيئات البحرية أو الغنية بالكلوريدات. تُظهر مغناطيسات الألنيكو أداءً جيدًا عمومًا في اختبارات رذاذ الملح نظرًا لطبقة الأكسيد الخاملة التي تغطيها، ولكن التعرض المطول لها قد يؤدي إلى:

• التآكل النقطي : تخترق أيونات الكلوريد الطبقة الخاملة، مما يتسبب في حدوث حفر موضعية يمكن أن تنمو بمرور الوقت.
• تكوين الصدأ الأبيض : في بعض الحالات، قد يتكون منتج تآكل مسحوقي سائب (يشبه منتجات تآكل الزنك)، ولكن هذا أقل شيوعًا بالنسبة لـ Alnico مقارنة بالمواد القائمة على الزنك.

معدل التآكل :
في محلول ملحي بتركيز 5% من كلوريد الصوديوم عند درجة حرارة 35 درجة مئوية ، تُظهر مغناطيسات الألنيكو عادةً معدل تآكل أقل من 0.5 ميكرومتر/سنة بعد 1000 ساعة من التعرض. مع ذلك، إذا كان السطح متضررًا أو مصقولًا بشكل سيئ، فقد يزداد معدل التآكل بشكل ملحوظ.

4. خطر التفتت

يشير مصطلح التفتت إلى تحلل المادة إلى مسحوق ناعم نتيجة للتآكل أو التلف الميكانيكي. بالنسبة لمغناطيسات الألنيكو، يكون خطر التفتت منخفضًا في الظروف العادية ، ولكن هناك عوامل معينة قد تزيد من احتمالية حدوثه.

• التآكل الشديد : في البيئات شديدة التآكل (مثل الأحماض أو القلويات القوية)، يمكن أن يؤدي التآكل الشديد إلى إضعاف بنية المادة، مما يؤدي إلى تقشر أو تفتت الطبقة السطحية. ومع ذلك، فإن التفتت الكامل (التحلل التام إلى مسحوق) نادر الحدوث بالنسبة لمادة الألنيكو.
• التدوير الحراري : يمكن أن يؤدي التسخين والتبريد المتكرران إلى إجهادات حرارية، مما قد يتسبب في حدوث تشققات دقيقة أو انفصال الطبقة السطحية. ويزداد هذا الأمر أهمية في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية والتغيرات السريعة في درجة الحرارة.
• التآكل الميكانيكي : يمكن أن يؤدي الاحتكاك المستمر أو الصدمات إلى تآكل السطح، ولكن لا يشار إلى هذا عادةً باسم التفتت.

الخلاصة بشأن التفتيت :
لا تتعرض مغناطيسات الألنيكو للتفتت في ظل ظروف التآكل العادية. ومع ذلك، في البيئات القاسية (مثل الأحماض القوية في درجات حرارة مرتفعة)، قد يحدث تدهور سطحي، لكن التفتت الكامل إلى مسحوق أمر غير مرجح.

5. مقارنة مع المواد المغناطيسية الأخرى

ولتوضيح السياق، يمكن مقارنة مقاومة التآكل لمادة ألنكو بمواد المغناطيس الدائم الشائعة الأخرى:

6. تعزيز مقاومة التآكل

على الرغم من أن مادة ألنكو تتمتع بمقاومة جيدة للتآكل بطبيعتها، إلا أنه يمكن تحسين أدائها بشكل أكبر من خلال:

• الطلاءات الواقية : يمكن أن يؤدي تطبيق الطلاءات مثل النيكل (Ni) أو الإيبوكسي أو الباريلين إلى تعزيز مقاومة التآكل، خاصة في البيئات القاسية.
• تلميع السطح : يقلل السطح الأملس والمصقول من احتمالية حدوث تآكل الشقوق ويحسن من التصاق طبقة الأكسيد الخاملة.
• تجنب الملوثات : إن الحفاظ على السطح نظيفًا وخاليًا من الغبار والأملاح أو الملوثات الأخرى يقلل من خطر التآكل الموضعي.

7. ملخص النتائج الرئيسية

1. مقاومة التآكل : تتميز مغناطيسات ألنكو بمقاومة جيدة للتآكل المتأصلة بسبب طبقة أكسيد خاملة مستقرة، مما يجعلها مناسبة للعديد من التطبيقات الصناعية.
2. البيئات الرطبة : معدلات تآكل منخفضة (<0.1 ميكرومتر/سنة) في الرطوبة العالية (85 درجة مئوية/85% رطوبة نسبية).
3. البيئات الحمضية : معرضة للأحماض القوية (مثل HCl و H₂SO₄)، بمعدلات تآكل تتجاوز 1 ميكرومتر/ساعة.
4. البيئات القلوية : مقاومة للقلوية المعتدلة ولكنها تتحلل في القلويات القوية (الأس الهيدروجيني > 12).
5. رذاذ الملح : معدلات التآكل <0.5 ميكرومتر/سنة في رذاذ ملح كلوريد الصوديوم بنسبة 5% بعد 1000 ساعة.
6. خطر التفتت : منخفض في الظروف العادية؛ قد تتسبب البيئات القاسية في تدهور السطح ولكن ليس التفتت الكامل.
7. مقارنة : أكثر مقاومة للتآكل من NdFeB ولكنها أقل تكلفة من SmCo؛ تشبه الفريت في الاستقرار الكيميائي ولكن بخصائص مغناطيسية فائقة.

8. التوصيات

• بالنسبة للبيئات المعتدلة (مثل البيئات الصناعية الداخلية)، يمكن استخدام مغناطيسات ألنكو بدون حماية إضافية.
• بالنسبة للبيئات القاسية (مثل البيئات البحرية، ومعالجة المواد الكيميائية)، يُنصح بتطبيق الطلاءات الواقية أو اختيار مواد بديلة مثل SmCo.
• تجنب تعريض مادة الألنيكو للأحماض أو القلويات القوية دون اتخاذ التدابير الوقائية المناسبة.
• يمكن أن يساعد الفحص والصيانة المنتظمان في تحديد العلامات المبكرة للتآكل ومنع التدهور.

9. الخاتمة

تُعدّ مغناطيسات الألنيكو خيارًا قويًا ومقاومًا للتآكل للتطبيقات التي تتطلب استقرارًا عاليًا في درجات الحرارة المرتفعة ومتانة فائقة. ورغم أنها ليست محصنة تمامًا ضد جميع أنواع التآكل، إلا أن أداءها في البيئات الرطبة والحمضية والقلوية وبيئات رذاذ الملح مقبول عمومًا للعديد من الاستخدامات الصناعية. ومن خلال فهم حدودها وتطبيق تدابير الحماية المناسبة، يمكن لمغناطيسات الألنيكو أن توفر خدمة موثوقة في نطاق واسع من الظروف الصعبة.