مقاومت در برابر خوردگی آهنرباهای آلنیکو: عملکرد در محیطهای مرطوب، اسید-باز و اسپری نمک و خطر پودر شدن
1. مقدمهای بر آهنرباهای آلنیکو
آهنرباهای آلنیکو نوعی آهنربای دائمی هستند که عمدتاً از آلومینیوم (Al)، نیکل (Ni)، کبالت (Co) و آهن (Fe) تشکیل شدهاند و به مقدار کمی مس (Cu)، تیتانیوم (Ti) و سایر عناصر نیز به آنها اضافه شده است. آنها به دلیل پایداری حرارتی عالی، حداکثر دمای کارکرد تا 550 درجه سانتیگراد و وادارندگی بالا در دماهای بالا شناخته شدهاند. آهنرباهای آلنیکو از طریق دو فرآیند اصلی تولید میشوند: تفجوشی و ریختهگری ، که ریختهگری روش رایجتری برای تولید اشکال پیچیده است.
با توجه به خواص منحصر به فرد آنها، آهنرباهای آلنیکو به طور گسترده در کاربردهای هوافضا، نظامی، خودرو و صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند، جایی که پایداری در دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی بسیار مهم است.
2. مقاومت در برابر خوردگی آهنرباهای آلنیکو
آهنرباهای آلنیکو مقاومت ذاتی خوبی در برابر خوردگی نشان میدهند، که عمدتاً به دلیل تشکیل یک لایه اکسید غیرفعال پایدار روی سطح آنها است. این لایه اکسید به عنوان یک مانع محافظ عمل میکند و از خوردگی بیشتر جلوگیری میکند. مقاومت در برابر خوردگی آلنیکو را میتوان به عوامل زیر نسبت داد:
- محتوای نیکل (Ni) : نیکل تشکیل یک لایه اکسید غیرفعال را افزایش میدهد و مقاومت در برابر خوردگی را در بسیاری از محیطها بهبود میبخشد.
- محتوای کبالت (Co) : کبالت به پایداری ماتریس آلیاژ کمک میکند و حساسیت به خوردگی موضعی را کاهش میدهد.
- ترکیب بدون کروم : برخلاف برخی دیگر از مواد مغناطیسی (مانند NdFeB)، آلنیکو حاوی کروم نیست، که میتواند در محیطهای غنی از کلرید مستعد خوردگی حفرهای باشد.
با این حال، مقاومت خوردگی آلنیکو در همه محیطها یکسان نیست. عواملی مانند رطوبت، دما، pH و وجود یونهای خورنده (مثلاً Cl⁻) میتوانند به طور قابل توجهی بر عملکرد آن تأثیر بگذارند.
۳. رفتار خوردگی در محیطهای خاص
۳.۱ محیطهای مرطوب
در محیطهای مرطوب ، آهنرباهای آلنیکو به دلیل تشکیل یک لایه اکسید نازک و چسبنده، عموماً در برابر خوردگی مقاوم هستند. با این حال، قرار گرفتن طولانی مدت در معرض رطوبت بالا (به عنوان مثال، رطوبت نسبی >85٪ ) میتواند منجر به موارد زیر شود:
- تغییر رنگ سطح : ممکن است کمی تیره یا کدر شدن سطح رخ دهد، اما این معمولاً بر خواص مغناطیسی تأثیر نمیگذارد.
- خوردگی موضعی : در حضور آلایندهها (مثلاً گرد و غبار، نمکها)، خوردگی حفرهای یا شکافی ممکن است در عیوب یا ناخالصیهای سطحی آغاز شود.
نرخ خوردگی :
در شرایط دمایی ۸۵ درجه سانتیگراد/رطوبت نسبی ۸۵٪ ، نرخ خوردگی آلنیکو معمولاً کمتر از ۰.۱ میکرومتر در سال است که مشابه مواد اندود شده با نیکل در شرایط ایدهآل است. با این حال، اگر لایه غیرفعال آسیب ببیند (مثلاً در اثر خراش یا سایش مکانیکی)، نرخ خوردگی ممکن است کمی افزایش یابد.
۳.۲ محیطهای اسیدی
آهنرباهای آلنیکو در مقایسه با شرایط خنثی یا قلیایی ، در محیطهای اسیدی مقاومت کمتری دارند. رفتار خوردگی آنها به نوع و غلظت اسید بستگی دارد:
- اسید سولفوریک رقیق (H₂SO₄) : در غلظتهای پایین (<10%)، آلنیکو ممکن است مقاومت متوسطی از خود نشان دهد، اما در غلظتهای بالاتر، خوردگی به دلیل انحلال لایه اکسید و حمله به ماتریس آلیاژ تسریع میشود.
- اسید هیدروکلریک (HCl) : حتی HCl رقیق نیز به دلیل ماهیت تهاجمی یونهای کلرید که لایه غیرفعال را مختل کرده و باعث ایجاد حفره میشوند، میتواند باعث خوردگی سریع شود.
- اسیدهای آلی (به عنوان مثال، اسید استیک) : آلنیکو در مقایسه با اسیدهای معدنی قوی، مقاومت بهتری در برابر اسیدهای آلی ضعیف نشان میدهد، اما قرار گرفتن طولانی مدت در معرض آنها همچنان میتواند منجر به تخریب سطح شود.
نرخ خوردگی :
در دمای اتاق و در محلول ۱ مولار هیدروکلراید ، سرعت خوردگی آلنیکو میتواند به چندین میکرومتر در ساعت برسد، که آن را برای قرار گرفتن طولانی مدت در معرض محیطهای اسیدی قوی بدون پوششهای محافظ نامناسب میکند.
۳.۳ محیطهای قلیایی
آلنیکو مقاومت خوبی در برابر محیطهای قلیایی ملایم (مثلاً pH 8-10 ) نشان میدهد، اما عملکرد آن در شرایط قلیایی شدید (مثلاً pH >12) کاهش مییابد.
- قلیائیت ملایم : لایه اکسید غیرفعال پایدار میماند و نرخ خوردگی پایین است (کمتر از 0.1 میکرومتر در سال).
- قلیائیت شدید : pH بالا میتواند لایه اکسید را حل کند و به ماتریس آلیاژ حمله کند و منجر به افزایش سرعت خوردگی شود.
نرخ خوردگی :
در محلول ۱ مولار NaOH در دمای اتاق ، سرعت خوردگی آلنیکو ممکن است از ۱ میکرومتر در ساعت فراتر رود که نشاندهنده آسیبپذیری آن در برابر محلولهای قلیایی قوی است.
۳.۴ محیطهای اسپری نمک
آزمایش اسپری نمک (به عنوان مثال،ASTM B117 ) یک روش استاندارد برای ارزیابی مقاومت در برابر خوردگی مواد در محیطهای دریایی یا غنی از کلرید است. آهنرباهای آلنیکو به دلیل لایه اکسید غیرفعال خود معمولاً در آزمایشهای اسپری نمک عملکرد خوبی دارند، اما قرار گرفتن طولانی مدت در معرض آن میتواند منجر به موارد زیر شود:
- خوردگی حفرهای : یونهای کلرید به لایه غیرفعال نفوذ میکنند و باعث ایجاد حفرههای موضعی میشوند که میتوانند به مرور زمان رشد کنند.
- تشکیل زنگ سفید : در برخی موارد، ممکن است یک محصول خوردگی پودری و شل (مشابه محصولات خوردگی روی) تشکیل شود، اما این مورد برای آلنیکو در مقایسه با مواد پایه روی کمتر رایج است.
نرخ خوردگی :
در اسپری نمک NaCl 5% در دمای 35 درجه سانتیگراد ، آهنرباهای آلنیکو معمولاً پس از 1000 ساعت قرار گرفتن در معرض آن ، کمتر از 0.5 میکرومتر در سال خوردگی نشان میدهند. با این حال، اگر سطح آسیب دیده یا به خوبی صیقل داده نشده باشد، میزان خوردگی ممکن است به طور قابل توجهی افزایش یابد.
۴. خطر پودر شدن
پودر شدن به تجزیه یک ماده به پودر ریز به دلیل خوردگی یا تخریب مکانیکی اشاره دارد. برای آهنرباهای آلنیکو، خطر پودر شدن در شرایط عادی کم است، اما عوامل خاصی میتوانند احتمال آن را افزایش دهند:
- خوردگی شدید : در محیطهای بسیار خورنده (مثلاً اسیدهای قوی یا قلیاها)، خوردگی گسترده میتواند ساختار ماده را تضعیف کند و منجر به پوسته پوسته شدن یا پوسته پوسته شدن لایه سطحی شود. با این حال، پودر شدن واقعی (تجزیه کامل به پودر) برای آلنیکو نادر است.
- چرخه حرارتی : گرمایش و سرمایش مکرر میتواند تنشهای حرارتی ایجاد کند که به طور بالقوه باعث ایجاد ریزترک یا لایه لایه شدن لایه سطحی میشود. این امر در کاربردهای دمای بالا با تغییرات سریع دما، بیشتر اهمیت دارد.
- سایش مکانیکی : اصطکاک یا ضربه مداوم میتواند سطح را فرسوده کند، اما معمولاً به آن پودر شدن نمیگویند.
نتیجهگیری در مورد پودرسازی :
آهنرباهای آلنیکو در شرایط خوردگی معمولی مستعد پودر شدن نیستند . با این حال، در محیطهای شدید (به عنوان مثال، اسیدهای قوی در دماهای بالا)، ممکن است تخریب سطح رخ دهد، اما تجزیه کامل به پودر بعید است.
۵. مقایسه با سایر مواد مغناطیسی
برای روشن شدن موضوع، مقاومت خوردگی آلنیکو را میتوان با سایر مواد آهنربای دائمی رایج مقایسه کرد:
| مواد | مقاومت در برابر خوردگی | مشاهدات کلیدی |
|---|---|---|
| آلنیکو | خوب (ذاتی) | لایه اکسید غیرفعال؛ در برابر اسیدها/قلیاهای قوی آسیبپذیر است. |
| NdFeB | ضعیف (نیاز به پوشش دارد) | بدون پوششهای محافظ (مثلاً نیکل، روی، اپوکسی) بسیار مستعد خوردگی است. |
| اسمکتو | عالی | در برابر اکثر محیطها بسیار مقاوم است؛ مشابه آلنیکو اما گرانتر است. |
| فریت | خوب (پایدار از نظر شیمیایی) | مقاوم در برابر اسیدها/قلیاها اما محصولی شکننده و کم انرژی. |
۶. افزایش مقاومت در برابر خوردگی
اگرچه آلنیکو مقاومت خوردگی ذاتی خوبی دارد، اما عملکرد آن میتواند از طریق موارد زیر بهبود یابد:
- پوششهای محافظ : اعمال پوششهایی مانند نیکل (Ni)، اپوکسی یا پاریلن میتواند مقاومت در برابر خوردگی را به ویژه در محیطهای خشن افزایش دهد.
- صیقلکاری سطح : یک سطح صاف و صیقلی، احتمال خوردگی شیاری را کاهش داده و چسبندگی لایه اکسید غیرفعال را بهبود میبخشد.
- اجتناب از آلایندهها : تمیز و عاری نگه داشتن سطح از گرد و غبار، نمکها یا سایر آلایندهها، خطر خوردگی موضعی را به حداقل میرساند.
۷. خلاصه یافتههای کلیدی
- مقاومت در برابر خوردگی : آهنرباهای آلنیکو به دلیل داشتن یک لایه اکسید غیرفعال پایدار، مقاومت خوبی در برابر خوردگی ذاتی از خود نشان میدهند و همین امر آنها را برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب میکند.
- محیطهای مرطوب : نرخ خوردگی پایین (کمتر از 0.1 میکرومتر در سال) در رطوبت بالا (85 درجه سانتیگراد/85٪ رطوبت نسبی).
- محیطهای اسیدی : در برابر اسیدهای قوی (مانند HCl، H₂SO₄) آسیبپذیر هستند و سرعت خوردگی آنها بیش از 1 میکرومتر در ساعت است.
- محیطهای قلیایی : در برابر قلیائیت ملایم مقاوم است اما در قلیائیتهای قوی (pH >12) تخریب میشود.
- اسپری نمک : نرخ خوردگی کمتر از 0.5 میکرومتر در سال در اسپری نمک 5% NaCl پس از 1000 ساعت.
- خطر پودر شدن : در شرایط عادی کم است؛ محیطهای نامناسب ممکن است باعث تخریب سطح شوند اما پودر شدن کامل را به دنبال ندارند.
- مقایسه : مقاوم در برابر خوردگی بیشتر از NdFeB اما ارزانتر از SmCo؛ از نظر پایداری شیمیایی مشابه فریت اما با خواص مغناطیسی برتر.
۸. توصیهها
- برای محیطهای متوسط (مثلاً محیطهای صنعتی سرپوشیده)، آهنرباهای آلنیکو را میتوان بدون حفاظت اضافی استفاده کرد.
- برای محیطهای خشن (مثلاً دریایی، فرآوری شیمیایی)، استفاده از پوششهای محافظ یا انتخاب مواد جایگزین مانند SmCo را در نظر بگیرید.
- از قرار دادن آلنیکو در معرض اسیدهای قوی یا قلیاها بدون رعایت نکات ایمنی مناسب خودداری کنید.
- بازرسی و نگهداری منظم میتواند به شناسایی علائم اولیه خوردگی و جلوگیری از تخریب کمک کند.
۹. نتیجهگیری
آهنرباهای آلنیکو انتخابی قوی و مقاوم در برابر خوردگی برای کاربردهایی هستند که نیاز به پایداری و دوام در دمای بالا دارند. اگرچه آنها در برابر همه اشکال خوردگی مصون نیستند، اما عملکرد آنها در محیطهای مرطوب، اسیدی، قلیایی و اسپری نمک به طور کلی برای بسیاری از کاربردهای صنعتی قابل قبول است. با درک محدودیتهای آنها و اجرای اقدامات حفاظتی مناسب، آهنرباهای آلنیکو میتوانند خدمات قابل اعتمادی را در طیف وسیعی از شرایط چالش برانگیز ارائه دهند.
