يشير الفولاذ المقاوم للتآكل الجوي (أي الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية) إلى فولاذ منخفض السبيكة يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل الجوي من خلال إضافة كمية معينة من عناصر السبيكة مثل النحاس (Cu)، الفوسفور (P)، الكربون (C) أو النيكل (Ni)، الموليبدينوم (Mo)، النيوبيوم (Nb)، التيتانيوم (Ti) وغيرها إلى الفولاذ. في البيئات الجوية الصناعية والريفية، يتمتع الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية بمقاومة ممتازة للتآكل الجوي بسبب تكوين طبقة أكسيد واقية كثيفة ومستقرة على سطحه، مما يعيق دخول الوسائط المسببة للتآكل. ومع ذلك، فإن طبقة الصدأ التي تتكون نتيجة التآكل على سطح الفولاذ الكربوني العادي تكون فضفاضة وتحتوي على شقوق دقيقة، مما لا يمكنها من حماية الفولاذ الأساسي بشكل حقيقي.
آلية مقاومة التآكل
من تأثير منتجات التآكل على عملية التآكل، يعتبر التآكل الجوي للفولاذ عملية تحدث فيها تفاعلات كهروكيميائية للأكسجين في الهواء من خلال طبقة الصدأ بوجود فيلم مائي. تتكون طبقة الصدأ من طبقة صدأ خارجية فضفاضة وطبقة صدأ داخلية كثيفة، وتعمل عناصر السبيكة في الفولاذ بشكل رئيسي من خلال تأثير الطبقة الداخلية للصدأ. في منتجات التآكل للفولاذ المقاوم للعوامل الجوية، يمكن ملاحظة أن طبقات الصدأ الداخلية الكثيفة من النحاس (Cu) والفوسفور (P) والكروم (Cr) تكون غنية. لا ترتبط المقاومة العالية للتآكل للفولاذ المقاوم للعوامل الجوية فقط بالمقاومة العالية للطبقة الداخلية للصدأ، بل أيضًا بحجم الحبيبات الكثيفة والدقيقة للطبقة الداخلية للصدأ وغنى النحاس والفوسفور. ينعكس وجود هذه الطبقة الداخلية الكثيفة للصدأ في السلوك الكهروكيميائي للفولاذ، الذي يعيقه العملية الأنودية. توضح عملية تحسين كثافتها تدريجيًا خلال عملية التآكل بشكل دقيق خاصية الوقت الأطول والمقاومة الأقوى للتآكل.
التآكل الجوي
من منظور عالمي، تظل المكونات الرئيسية للغلاف الجوي دون تغيير إلى حد كبير. من خلال القياسات التجريبية، يتكون الهواء من حوالي 78% نيتروجين، 21% أكسجين، 0.94% غازات نادرة، 0.03% ثاني أكسيد الكربون، و0.03% غازات وشوائب أخرى. بسبب الموقع الطبيعي والمناخ والتلوث البيئي البشري، أصبح تركيب الغلاف الجوي معقدًا ومتعددًا، مع إظهار بعض المكونات الضارة اتجاهًا متزايدًا تدريجيًا. خاصة الأمطار الحمضية العالمية الناجمة عن ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد النيتروجين في الهواء تزيد من تآكل المواد الفولاذية، على الرغم من عدم وجود ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد النيتروجين بشكل طبيعي. ومع ذلك، يتم توليد الغالبية العظمى من هذه الملوثات الجوية الأساسية بواسطة الأنشطة البشرية. بمجرد أن تدخل ملوثات ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد النيتروجين التي يطلقها البشر إلى الغلاف الجوي، قد تتحول إلى ملوثات ثانوية مثل حمض النيتريك وحمض الكبريتيك، التي تذوب بسهولة في الماء وتشكل قطرات ماء حمضية تعود إلى الأرض لتشكل الأمطار الحمضية والثلوج الحمضية، إلخ.
تؤثر أنواع مختلفة من الشوائب في الغلاف الجوي على معدل تآكل الفولاذ بطرق مختلفة. يكون تأثير ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي الصناعي وجزيئات الملح في الغلاف الجوي البحري على معدل تآكل الفولاذ هو الأكبر، ويكون معدل تآكل الفولاذ منخفضًا جدًا في البيئة الجوية الريفية النقية. يعتبر التآكل الجوي للفولاذ نظامًا معقدًا، وبالإضافة إلى التلوث البيئي البشري، يرتبط معدل التآكل أيضًا بسرعة الرياح واتجاهها، ودرجة الحرارة وهطول الأمطار، وفترة الندى، والإشعاع الشمسي، والتغيرات الموسمية، وحتى الغبار الطبيعي في الغلاف الجوي. حتى تحت نفس الظروف الخارجية، يكون معدل التآكل على الجانب الخلفي للفولاذ أعلى بشكل ملحوظ من الجانب المشمس بسبب تراكم مياه الأمطار.
الاستخدام
تم استخدام الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية على نطاق واسع في الهياكل الفولاذية مثل المباني والمركبات والجسور والأبراج بسبب مقاومته الممتازة للتآكل. هناك ثلاث طرق رئيسية لاستخدام الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية: الاستخدام المكشوف، استخدام الطلاء، والاستخدام بعد معالجة استقرار الصدأ.
(1) الاستخدام العاري
الاستخدام الأكثر شيوعًا للفولاذ المقاوم للعوامل الجوية هو الاستخدام المكشوف. بعد 3 إلى 10 سنوات من الاستخدام، تستقر طبقة الصدأ على سطح الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية تدريجيًا، ويتباطأ تطور التآكل، ويأخذ المظهر لونًا جميلًا يشبه الشوكولاتة.
بسبب تأثير عوامل مثل التركيب الكيميائي للفولاذ، بيئة الاستخدام، احتباس الماء وتراكم الغبار في التفاصيل الهيكلية، والتآكل الميكانيكي، يتأثر عملية استقرار طبقة الصدأ في الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية. لذلك، إذا تم استخدامه بشكل غير صحيح وتم تعطيل شروط تكوين طبقة الصدأ المستقرة، فسوف يتعرض الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية أيضًا لتآكل شديد.
(2) تطبيق الطلاء
في العديد من الأقسام مثل البناء والجسور والمركبات، يتم استخدام الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية، مثل الفولاذ العادي، في الغالب للطلاء. مقارنة بالفولاذ العادي، يظهر الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية المطلي مقاومة فائقة للتآكل. ومع ذلك، بسبب زيادة تكاليف الاستخدام والإجراءات التشغيلية، يصعب استخدام الطلاء على نطاق واسع على المكونات الكبيرة.
(3) الاستخدام بعد معالجة الاستقرار
في البداية، يتم تطبيق معالجة على سطح المكون لتقصير عملية تكوين طبقة الصدأ المستقرة للفولاذ المقاوم للعوامل الجوية. يمكن أن يمنع ذلك ظاهرة تعليق السائل الأصفر الصدأ في المرحلة المبكرة من استخدام الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية، ويمنع التلوث، ويشكل طبقة صدأ مستقرة. على الرغم من أن الاستخدام المكشوف هو طريقة اقتصادية وفريدة لاستخدام الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية، إلا أنه يستغرق وقتًا كبيرًا لإكمال عملية استقرار طبقة الصدأ في البيئة الطبيعية. قبل تشكيل طبقة الصدأ المستقرة، غالبًا ما يحدث تعليق السائل الصدأ المبكر وتلوث الطيران للبيئة المحيطة.
