الف) پوشش های فلزی

پوششهای نسبتاً نازک فلزی و یا مواد غیر آلی می تواند سد یا مانع مناسبی بین فلز و محیط آن باشد. کار اصلی اینگونه پوششها (صرفنظر از پوشش های قربانی شونده مثل Zn) بوجود آوردن سدی موثر بین فلز و محیط آن می باشد. پوششهای فلزی با روش آبکاری الکتریکی، پاشیدن مشعلی، روکش کردن، غوطه وری گرم، گازی، بدست می آیند.

پوششهای غیر آلی (معدنی) بوسیله پاشیدن، دیفرزیون، یا تبدیل شیمیائی اعمال می گردند. معمولاً پاشیدن پختن یا حرارت دادن در درجه حرارت بالا را به دنبال دارد. پوشش های فلزی معمولاً قابلیت تغییر شکل پذیری دارند، در حالیکه پوشش های غیر آلی ترد هستند. در هر دو مورد بایستی مانع کاملی روی سطح فلز بوجود آید. تخلخل پوشش یا نواقص دیگر می تواند باعث خوردگی موضعی فلز زمینه در اثر خوردگی گالوانیکی گردد.

مثال هایی از اشیاء پوشش دار، سپرهای اتومبیل، زه های اتومبیل، وسایل خانگی، ظروف نقره ای، فولاد گالوانیزه و قوطی های مواد غذایی می باشند. وانهای حمام و تانکهای فولادی با پوشش شیشه ای مثال هایی از پوشش های سرامیکی می باشند. مثالهایی از پوشش های که بوسیله دیفوزیون و یا تبدیل شیمیائی بدست می آیند به ترتیب فولادکرم کاری و آلومینوم آندیزه می باشند.

۱- آبکاری الکتریکی:

این روش مشتمل بر فرو بردن قطعه در داخل محلولی از فلزی که بایستی پوششی داده شود و عبور جریان مستقیم (D.C) بین قطعه و یک الکترود دیگر، می باشد. مشخصات رسوب بستگی به فاکتورهای متعددی شامل درجه حرارت، دانسیته جریان، زمان و ترکیب شیمیائی محلول دارد. این متغیرها را میتوان طوری تنظیم کرد که پوشش های ضخیمی مثلاً تا ۲ میل یا نازکی تا حدود هزارم میل (هر میل یک هزارم اینچ است) بدست آید. همچنین با تنظیم این متغیرها می توان پوششهای تیره، درخشان، نرم (سرب) یا سخت (کرم)، و انعطاف پذیر یا ترد بدست آورد.

پوششهای سخت برای مبارزه با خوردگی سایشی بکار برده می شوند. پوشش می تواند از یک لایه فلز تشکیل شده باشد، یا از چند لایه فلزی تشکیل یابد، یا حتی دارای ترکیب آلیاژی باشد (مثل برنج). مثلاً سپر اتومبیل دارای یک لایه داخلی مس (برای چسبندگی خوب)، یک لایه داخلی نیکل (برای حفاظت از خوردگی) و یک لایه نازک از کروم صرفاً به خاطر ظاهر می باشد. از نظر مقدار مصرف پوششهای فلزی به ترتیب زیر قرار دارند: روی، نیکل، قلع و کادمیم. پوششهای طلا، نقره و پلاتین نیز معمول هستند. اکثریت فلزات را با آبکاری الکتریکی می توان روی فلزات دیگر پوشش داد.

۲- پاشیدن مشعلی:

این فرآیند که متالیزه کردن نیز نامیده می شود مشتمل است بر هدایت سیم فلزی یا پودر فلزی از طریق یک مشعل که باعث ذوب آن می شود و به صورت ذرات ریز مذاب به سطح فلزی که بایستی پوشش داده شود، پاشیده می شود.

اکسیژن و استیلن یا پروپان معمولاً برای ایجاد شعله بکار برده میشود. این پوششها معمولاً متخلخل بوده ودر شرایط حاد خورنده مرطوب محافظ نیستند. معمولاً با افزایش نقطه ذوب فلز، تخلخل پوشش افزایش می یابد. روی، قلع و سرب از این نظر بهتر از فولاد یا فولاد زنگ نزن می باشند. سطحی که بایستی پوشیده شود بایستی زیر گردد (با ماسه پاشی) تا باند یا اتصال مکانیکی بوجود آید. گاهی اوقات یک پوشش رنگ روی پوششی که به این طریق حاصل می شود اعمال می گردد تا حفره ها را پر نماید و مانع بهتری بوجود آید. فلز متخلخل زمینه مناسبی برای رنگ بوده و اتصال خوبی بوجود می آید.

پاشیدن مشعلی یک روش اقتصادی برای بازیابی سطوح فرسوده مثل شفتها می باشد. فلزات با نقطه ذوب بالا را میتوان با جت های پلاسما رسوب داد.

کاربردهای پاشیدن مشعلی مشتمل است بر تمام انواع تانکها و مخازن، پلها، بدنه کشتیها و اسکلت داخلی آنها و بسیاری محصولات فولادی دیگر.

دودکشهای پوشیده به وسیله آلومینیوم و آب بندی شده به وسیله یک پوشش آلی سیلیسیم- آلومینیوم تا ۹۰۰ درجه فارنهایت محافظ هستند فولاد زنگ نزن ۸-۱۸ که توسط این روش و با آلومینیوم پوشش داده شده است تا حوالی F⁰ 1500 در هوا مقاوم می باشد. قیمت پوششی به ضخامت ۵ میل، ۶ سنت بر فوت مربع برای آلومینیوم و ۱۲ سنت بر فوت مربع برای روی می باشد.

۳- روکش کردن:

این روش مشتمل است بر پوشش دادن سطح فلز به وسیله نورد کردن دو ورق فلزی به یکدیگر. مثلاً با نورد گرم یک ورق فولادی و ورق نیکلی می توان یک ورق دوبله مثلاً با ضخامت ۱/۸ اینچ نیکل و یک اینچ فولاد به وجود اورد. فلز روکش معمولاً نازکتر از فلز زمینه است. آلومینوم با استحکام بالا، غالباً به وسیله آلومینوم خالص تجرایت روکش داده میشود تا مانعی در مقابل SCC آلومینوم زمینه گردد.

گاهی اوقات یک لایه نازک را به دیواره های تانک های فولادی نقطه جوش می کنند. Ti. Cu, Al, Ni و فولاد زنگ نزن وفلزات دیگر غالباً برای روکش کردن فولاد بکار برده می شوند.

توسعه فولادهای زنگ نزن کم کربن (L 304) کاربرد مخازن روکش داده شده را افزایش داده است. یک تانک فولادی با روکش فولاد زنگ نزن را نمی توان عملات حرارتی، کوانچ و آنیل نمود. موقع جوش دادن قطعات روکش شده برای اجتناب از رقیق شدن فلز جوش، لازم است الکترود بر آلیاژی تری استفاده کرد. مثلاً الکترود فولاد زنگ نزن نوع ۳۱۰ برای اتصال ورق فولاد روکش شده به وسیله نوع L 304 به کار می رود. روکش کرن مزایای اقتصادی بسیار زیادی دارد زیرا در آن مانع خوردگی یا فلز گرانتر نسبتاً نازک بوده و به وسیله لایه زیری ارزان قیمت فولادی تقویت می شود. مثال خوبی در این مورد یک مخزن تخت فشار بالاست که دارای روکش ۱/۸ یا ۱/۱۶ اینچ روی فولاد به ضخامت ۳ اینچ می باشد. اگر تمام فولاد از فلز گرانقیمت مقاوم خوردگی انتخاب می شد، قیمت چندین برابر بود.

۴- روش غوطه ور گرم:

با فرو بردن فلزات به داخل حمام مذاب فلز با نقطه ذوب پائین، عمدتاً Al, pb, Sn, Zn که بایستی پوشش داده شود، انجام می شود. این فرآیند یکی از روشهای قدیمی پوشش دادن فلزات است. فولاد گالوانیزه مثالی معروفی است. ضخامت پوشش خیلی بیشتر از حالت آبکاری الکتریکی است زیرا بدست آوردن ضخامت های نازک بسیار مشکل است. قطعات پوشش داده شده را با عملیات حرارتی و بوجود آوردن باند آلیاژی بین پوشش و فلز زمینه می توان کامل تر نمود.

۵- روش گازی:

این کار در یک محفظه باخلاء نسبتاً بالا انجام می شود. فلزی که بایستی پوشش باشد به وسیله جریان الکتریکی حرارت داده می شود و بخار حاصل از آن روی سطح قطعه ای که بایستی پوشش داده شود می نشیند. این روش گرانتر از روشهای دیگر بوده و معمولاً کاربرد آن محدود به قطعات بحرانی و خاصی می باشد، به عنوان مثال قطعاتی با استحکام بالا برای راکت ها و موشکها، به استثنای روش جدیدی که در یک خط تولید فولاد را به وسیله Al پوشش می دهند.

۶- روش نفوذی:

این روش مشتمل است بر عملیات حرارتی برای به وجود آوردن آلیاژ روی سطح در اثر نفوذ یک فلز به داخل فلز دیگر. به این دلیل این روش «آلیاژ سازی سطحی» نیز نامیده میشود. قطعاتی که بایستی پوشش داده شوند در مواد جامد مناسب یا محیط گازی مناسب قرار می گیرند. گالوانیزه خشک (پوشش روی) کرمایز کردن پوشش کرم، آلونایز کردن پوشش آلومینیوم مثالهایی در این مورد می باشند. در مورد آلونایز کردن، سطح را نیز اکسید می نمایند تا یک لایه محافظ AL₂O₃ نیز به وجودآید.

فولادهای ساده کربنی، کم آلیاژی، و زنگ نزن را میتوان آلونایز کرد. مقاومت خرودگی خوبی در برابر هوا و گازهای گوگرد دار در دماهای بالا (حدود F⁰ 1650) ایجاد می شود. این فولادهای آلونایز شده در صنایع نفت و شیمیایی برای مبدلهای حرارت یا سطوح داغ دیگر به کار می روند (مثلاً در تولید اسید سولفوریک). این روش معمولاً برای محیطهای آبی توصیه نمی شود.

۷- تبدیل شیمیایی:

در این روش با خورده شده سطح فلز یک لایه ای از محصول خوردگی که محافظ باشد، به وجود می آورند. آندیزه کردن مشتمل است بر اکسیداسیون آندی در یک حمام اسیدی برای به وجود آوردن لایه اکسیدی، معروفترین مثال در این مورد آلومینیوم آندیزه شده است که روی آن پوسته محافظ (AL₂O₃) به وجود آمده است.

بهبود خیلی زیادی در مقاومت خوردگی به وجود نخواهد آمد، لذا آلومینیوم آندایزه شده نبایستی در جاهائیکه آلومینوم معمولی سریعاً خورده شده بکار رود.

پوسته به وجود آمده متخلخل بوده و لذا برای رنگ بسیار مناسب است. البته چنانچه سطح آندیزه شده در معرض آب جوش قرار بگیرد، به اصطلاح آب بندی می شوند. در واقع آلومینیوم آندیزه شده عمداً اکسید شده، تا لایه سطحی یکنواختی روی آن به وجود آید. آلومینیوم آندایز شده برای بسیاری از مقاصد آرشیتکتی (مثلاً پانلهای دیواری در ساختمانها) و سایر مواردی که که ظاهر مجذوب مورد نظر است بکار می رود. به بیان دیگر، آندایز کردن آلومینیوم را میتوان یک اکسیداسیون کنترل شده در نظر گرفت که به منظور ایجاد یک لایه سطحی یکنواخت انجام می شود.

مثال هایی دیگر در این مورد باندریزه کردن و پارکریزه کردن (فسفاته کردن در حمام اسید فسفریک)، کروماتیزه کردن (در معرض اسید کرومیک و دی کروماتها قرار دادن)، و پوششهای اکسیدی یا حرارتی روی فولادها می باشد.

بدنه های اتومبیل بهترین مثال برای فسفاته کردن می باشد. در اینجا زمینه خوبی برای رنگ کاری بعدی فراهم می آید. و همچنین در صورتی که رنگ صدمه ببیند، شروع زنگ زدگی مدتی به تاخیر می افتد. کروماته کردن به قطعاتی که از منیزیم یا روی ساخته شده اند اعمال می گردد و تا حدودی مقاومت خوردگی را افزایش می دهد، لکن غالباً قطعات رنگ می شوند. پوسته های اکسیدی روی فولاد با حرارت دادن در هوا یا فرو بردن در محلولهای داغ به وجود می آید. این پوسته ها را به منظور جلوگیری از زنگ زدگی بایستی با یک محصول نفتی روغن کاری نمود. برای آبی کردن لوله های تفنگ آنها را به داخل محلول داغ قلیایی فرو برده و سپس سطح اکسید شده فلز را با روغن برزک خام، در حالی که فلز داغ است ماساژ می دهند.

۸- ایجاد تغییرات در سطح فلز:

عملیات سطحی مشتمل بر تابش اشعه های پر انرژی به طور افزاینده ای مورد توجه قرار دارند. موقعی که عناصر آلیاژی مثل کرم به سهولت قابل دسرسی نباشند، در آینده این روشها به کار خواهند رفت.

آلیاژ سازی سطحی بالیزر در یک مقاله پیمایشی به وسیله دریپر بیان شده است. در این مقاله روش ها، ملاحظات اساسی و نتایج تشریع شده اند. لیزرهای CO₂ متداولترین هستند. یک کتاب خوب شامل مباحث اثرات تابش مستقیم و رفتار حاصله آلیاژهای مختلف فولاد، آلومینیوم، و مس (برنز Fe-Al) وجود دارد. مک کافرتی نشان داده است که تابش لیزر مقاومت خوردگی آلومینیوم ۳۰۰۳ در اسید کلریدریک و محلولهای سیتراتی را بهبود می بخشد، و هیچگونه تاثیری روی پتانسیل حفره دار شدن در محلول ۱/۰ مولار نمک طعام ندارد. مورومک کافرتی نشان داده اند که فولاد آلیاژ شده با ۵، ۲۰، ۸۰ درصد کرم غیر فعال شده است. لیزر همچنین برای وارد ساختن ذرات سخت در فلز (مثل WC و TIC) برای بهبود مقاومت سایشی به کار می رود.

۹- کاشت یون:

کاربرد کاشت یون برای ایجاد تغییرات در سطح، روش دیگری است که در آینده کاربردهای عملی پیدا خواهد کرد. پاترو همکاران در یک مقاله پیمایشی نتایج مفید این روش بر مقاومت خوردگی را بحث می کنند.

فولاد با لعاب شیشه ای، فلز مهمی برای صنایع شیمیائی و همچنین منازل می باشد، از مزایای این روش آسانی تمیز کردن سطوح صاف است (مخصوصاً موقعی که مواد چسبنده در میان باشند مثل صمغ یا بعضی رزین ها).

فولادهای لعابدار به طور وسیعی در صنایع داروسازی صنایع غذایی، نوشابه سازی و بسیاری کاربردهای دیگری که مشتمل بر محیط های بسیار خورنده می باشند یا آلودگی محصول مهم است به کار می روند.

بتن کاربردهای زیادی در زمینه خوردگی دارد. مثالهایی در این مورد، پوشاندن فولادهای ساختمانی (همچنین برای ضد آتش کردن) لوله هایی با لایه بتن، و مخازن بتنی هستند.

ب) پوشش های آلی

پوششهای آلی مشتمل بر مانع نسبتاً نازکی بین فلز و محیط آن می باشند. رنگها، حلالها، لاکها بدون شک از نقطه نظر تناژ بیشتر از هر دو روش دیگر برای حفاظتی فلزات به کار می روند. پوششهای مورد استفاده برای سطوح خارجی برای همه آشناست، ولی پوشش ها یا روکش های داخلی نیز به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند.

در ایالات متحده سالانه حدود ۲ میلیون دلار صرف پوششهای آلی میشود. انواع و اقسام و محصولات مختلفی وجود دارد که بعضی از انها خواص مفیدی دارند. اطلاعات زیادی در این زمینه پیچیده، لازم است تا عملکرد موفق باشد. بهترین روش برای کسی که تازه وارد این زمینه می شود آن است که با تولید کنندگان معتبر پوششهای آلی مشورت کند. به عنوان یک قانون کلی، این پوشش ها در محیطهایی که به سرعت فلز زمینه را می خورند نباستی به کار برده شوند.

مثلاً رنگ برای حفاظت فولاد در مقابل اسید کلریدریک به کار نخواهد رفت، زیرا نواقص کوچک رنگ باعث سوارخ شدن سریع فلز می گردد. همچنین توصیه می شود آزمایشاتی برای ارزیابی استقامت رنگ به عمل آید.

جدا از کاربرد صحیح، سه فاکتور اصلی برای پوششهای آلی، به ترتیب اهمیت عبارتند از:

۱) آماده کردن سطح

۲) انتخاب آستر

۳) انتخاب صحیح لایه یا لایه های رویی.

اگر سطح فلز به طور صحیح آماده نگردد، در اثر اتصال ضعیف ممکن است رنگ پوسته پوسته شود. اگر آستر چسبندگی خوبی نداشته باشد یا با لایه رویی سازگار نباشد، سیستم پوشش عمر طولانی نخواهد داشت. اگر دو فاکتور اولی مناسب نباشند، سیستم پوشش بدون توجه به کیفیت و نوع لایه رویی به سرعت از بین خواهد رفت. در اکثر موارد عمر کم پوششها در اثر عدم آماده سازی سطحی و انتخاب صحیح می باشد.

آماده کردن سطح: عبارت است از زبر کردن سطح برای بدست آوردن اتصال مکانیکی (دندانه های سطحی) و همچنین تمیز کردن کثافات، زنگ، پوسته اکسیدی، روغن، گریس، فلاکسهای جوشکاری، علائم رنگی و نوشته های روی سطح فلز، و ناخالصی های دیگر. به عبارت دیگر بدست آوردن یک سطح تمیز و خشن. ماسه پاشی سطح فولاد بهترین روش است. روشهای دیگر عبارتند از: اسید شویی یا عملیات شیمیایی دیگر، کاردک زدن، برس زدن، تمیز کردن به روش شعله ای (حرارت دادن به وسیله مشعل و سپس تمیز کردن کثافات و اکسیدهای سطحی) و تراشیدن با اسکنه. در یک مطالعه تاثیر آماده سازی سطحی نشان داده شد که عمر رنگ با روش ماسه پاشی ۳-۱۰ سال، با روش اسید شویی ۶-۹ سال و ۲-۳ سال برای روش تمیز کردن دستی بوده است.

مکهای درز جوش و لبه های تیز را بایستی با سنگ زنی آماده کرد تا از اتصال بین رنگ و فلز اطمینان حاصل شود. روشهای شیمیایی دیگر عبارتند از: تمیز کردن با حلالهای آلی، تمیز کردن با مواد قلیایی گرم یا سرد، فسفاته کردن، کروماته کردن و روشهای الکتروشیمیایی مثل آندیزه کردن و تمیز کردن به روش کاتدی.

علاوه بر ملاحظات اقتصادی، انتخاب روش آماده سازی سطحی بستگی به فاکتورهای مختلفی دارد، مثل نوع فلز، شکل، اندازه و امکان دسترسی به آن، سیستم پوشش و شرایط کار سیستم.

آسترها: می توانند شامل مواد رنگی ضد زنگ ها مثل کرومات روی و پودر روی باشند و به این ترتیب علاوه بر ایجاد یک مانع نقش دیگری نیز ایفا نمایند. برای اینکه شیارها و نواقص سطحی دیگر به وسیله آستر پر شوند قابلیت تر کردن نیز بایستی وجود داشته باشد، زمان خشک شدن بایستی کوتاه باشد تا از آلوده شدن سطح قبل از اعمال لایه رویی جلوگیری شود، مخصوصاً در شرایط عملی.

لایه رویی: انتخاب لایه رویی بسیار مهم است. انتخاب لایه رنگی رویی ارازن قیمت روش اشتباهی است، زیرا قسمت عمده هزینه های رنگ کاری، مخارج نیروی انسانی است. در بسیاری موارد، هدف از رنگ کاری حفظ ظاهر است، در غیر این صورت اگر در ابتدا فولاد را کمی ضخیم تر می گرفتند، مسئله خوردگی ارزانتر حل می شد. ولی هیچکس وجود تجهیزات زنگ زده را در اطراف خود نمی پسندد. نکته مهم در اینجا این است که با صرف یک مقدار اضافی خیلی کم (کسری از یک سنت بر فوت مربع در سال) و با انتخاب یک لایه رویی صحیح، ظاهر مطلوب و حفاظت خوب در برابر خوردگی، حتی درآتمسفرهای خورنده قابل حصول است.

ضخامت پوشش بایستی به اندازه ای باشد که تمام سطح فلز را بپوشاند. پوشاندن کامل سطح فلز، یا عدم وجود کامل مک ها یا نواقص دیگر، با یک بار رنگ کردن، مک های یک لایه به وسیله لایه بعدی پوشیده خواهد شد. ضخامت پوشش نیز مهم است زیرا در اثر تماس رنگ با محیط نیز فساد ایجاد شده و به مرور زمان پوشش از بین می رود.

به روشهای مختلفی می توان مخارج تعمیرات و نگهداری پوشش ها را تقلیل داد. مثلاً انجام برنامه های لکه گیری (کاری که در مورد اتومبیل خود نیز بایستی انجام دهید) نقاط ضعیف به جای اینکه آنقدر صبر کنیم که پوشش آنقدر خراب شده باشد که احتیاج به رنگ کاری مجدد باشد.

بندرت پیش آید که یک پوشش در یک زمان در تمام نقاط از بین برود. یک روش دیگر کاربرد رنگ بوسیله روش پاشیدن به صورت گرم می باشد. در این روش به خاطر بالا بودن درجه حرارت، جامدات بیشتر (باتینر کمتر) به سطح پاشیده می شود و ضخامت بیشتری در هر لایه ایجاد می گردد. کاربرد نوارهایی روی لبه ها برای محافظت آنها، روش دیگری در این مورد است، بدیهی است که لبه ها را مشکل تر می توان حفاظت نمود. یک روش دیگر این است که سیستم را طوری طراحی کنیم که مقدار سطح و لبه ها حداقل باشد (استفاده از یک ستون استوانه ای یا لوله ای بجای ستون شکل).

اغلب کارخانجات، رنگ کاری مورد نیاز خود رابه صورت مناقصه به شرکتهای دیگر واگذاری می کنند. این عمل ممکن است ابتدا باعث هزینه کمتری گردد، ولی معمولاً در دراز مدت پر خرج تر خواهد بود. اگر در یک کارخانه رنگ کاری به مقدار کافی وجود داشته باشد، بهتر است خود اقدام به استخدام و تربیت رنگ کار نماید. یک کارخانه این کار را انجام داد و سالانه هزار دلار صرفه جویی نمود.

بطور خلاصه، رنگ کاری خوب مشتمل است بر آماده سازی سطحی مناسب، انتخاب پوشش مناسب، و کاربرد صحیح آن. انواع بسیار زیادی از رنگ های مختلف وجود دارند، لکن ذکر جزئیات آنها در محدوده این کتاب نیست، غالباً رنگهای قیر معدنی و بیتومینی برای پوشش دادن لوله ها بکار می روند.

گاهی اوقات برای تقویت پوشش بوسیله پارچه آغشته به رنگ، لوله ها را نوار پیچی می کنند. رنگهای آلکید ، گلیپتول، بتن، سرب قرمز، اکسید آهن، فنولیک، لیتوپون، دی اکسید تیتانیم و لاستیک کلرینه شده تنها مثالهای معدودی در این زمینه می باشند. رنگهای وینیل و اپوکسی بطور وسیعی در کاربردهای مشتمل بر خوردگی مصرف می شوند.

یک دستورالعمل عالی در مورد رنگ ها و پوشش های محافظ که به وسیله وزارتخانه های ارتش، نیروی دریایی و نیروی هوایی تهیه شده و به قیمت ارزان قابل تهیه است توصیه می گردد.

کربی تعمیرات و نگهداری رنگ را در دو مقاله بحث کرده است.  ضخامت مورد نیاز، تعداد لایه ها، موقعیت (داخل سالن یا در هوای باز) کار، زمان رنگ آمیزی (با مشاهده اولین علامت زنگ) توضیح داده شده است.