بازدارنده های خوردگی در صنعت رنگ

یک زمینه فلزی با فرآیند اکسید شدن و با مکانیسم الکتروشیمیایی خورده می شود. خوردگی بر روی سطح فلز و در “سل های موضعی” که حاوی کاتد و آند می باشند اتفاق می افتد. خوردگی همواره در آند رخ می دهد نه در کاتد: از این اصل مهم جهت بازدارندگی خوردگی در سطح فلز بهره برداری می کنند . معمولاًبازدارنده های خوردگی درعمل کننده های اولیه درروکش های تبدیل پذیر و آستر سیستم های روکش بکار می روند تا بستر فلزی را در مقابل خورده شدن بطریق مکانیسم فوق الذکر محافظت کنند. هرچند که معمولاً آلیاژهای آهنی روکش می شوند ، فلزات غیر آهنی دیگر نیز مانند منیزیم، قلع، مس، برنج ، روی و غیره توسط سیستم های روکش آلی محافظت می شوند.

روکش ها اساساً به طرق زیر بستر فلزی را محافظت می کنند:
۱- باتشکیل سد(مقاومت الکتریکی را افزایش می دهند)
۲- افزایش قطبی شدن در آند و کاتد.
۳- یک فلز دارای میل ترکیبی بیشتر (معمولاً روی) را به طور مصنوعی واردسطح فلز کاتد یک می نمایند تا نقش آند را ایفا کند و در جریان خوردی فدا شود.
عامل سد محافظ به طریقی کار می کند که ممکن است فوراً آشکار نگردد. وجود رطوبت و اکسیژن در سطح فلز باعث خوردگی می شود. هرچند که اکثر فیلم های حفاظت کننده ، نفوذ پذیری رطوبت و اکسیژن را کاهش می دهندولی نمی توانند نفوذ آن ها را کاملاً متوقف کنند. در حقیقت رنگدانه یارهایی مانند میکا و پرک های فولادی ضد زنگ به عنوان سد محافظ از طریق صف بندی و فشردن ذرات ورقه ای خود در فیلم های خشک مورد استفاده قرار می گیرند. این عمل ممکن است به کاهش نفوذ آب کمک مکند ولی در محافظ روکش سدی در واقع با عایق الکتریکی کردن سطح فلز نقش خود را انجام می دهد. اگر مقاومت الکتریکی روکش در سطح خیلی بالایی نگهداشته شود خوردگی الکتروشیمیایی نمی تواند انجام گیرد. این اصل اساسی هنگام کاربرد روکش سدی در مقابل خوردگی حاکم است.
روش دیگری برای جلوگیری از خوردگی زمینه فلزی استفاده از بازدارنده هایی است که زمینه فلزی را غیرفعال می کنند. این مواد بازدارنده های معدنی هستند که تا حدودی در آب حل می شوند. این مواد در داخل فیلم در اثر نفوذ رطوبت به کندی حل می شوند. یون های بازدارنده تشکیل شده درروکش به فصل مشترک فیلم – فلز منتقل می شوند. این یون ها درلایه مرزی ، پتانسیل الکتریکی خوردگی را از طریق پلاریزاسیون به حد آسیب ناپذیر افزایش می دهند به گونه ای که به طور چشمگیری از سرعت خوردگی کاسته می شود. انتخاب یک بازدارنده که زمینه فلزی را غیر فعال کند و حلالیت بهینه داشته باشد جهت روکش مورد نظر با اهمیت است. اگر نمک در آب بسیار محلول باشد به مرور زمان از بین می رود و عمل حفاظت را فقط برای مدت کوتاهی انجام می دهد. از طرف دیگر اگر نمک فوق بسیار کم محلول باشد یون های مورد نیازجهت نفوذ به فصل مشترک فلز – روکش کافی نخواهد بود. ایده آل آن است که بازدارنده حلالیت کافی د رآب داشته باشد تا یون کافی جهت بازدارندگی در فصل مشترک روکش – فلز تأمین کند و زمان آزادسازی یون را بهینه کند.
دسته ای از بازدارنده های خوردگی که معمولاً در روکش مورد استفاده قرار می گیرند به شرح زیر هستند.
- کرومات ها
- مولیبدات ها
- فسفات ها
- ترکیبات سرب
کرومات ها یکی از معمول ترین بازدارنده های مصرفی در روکش ها هستند. این مواد نه تنها برای محافظت آلیاژهای آهنی به کار می روند بلکه برای آلومینیم ، قلع ، منیزیم و دیگر فلزات نیز کاربرد دارند. معمول ترین نمونه ها از نمک های کرومات مورد استفاده در روکش ها عبارتند از :

کرومات روی
سیلیکو کرومات سرب
کرومات استرانسیوم
زرد روی (۴ ZnO , K2 O , 4CrO3 , 3H2O)
این ترکیبات آنقدر قابل حل هستند که به رطوبت اجازه نفوذ از طریق فیلم و خیس کردن یون های کرومات را می دهند تا این یون ها در فصل مشترک فیلم – فلز مانع خوردگی شوند. نمک هایی مانند سدیم کرمات حلالیت زیادی دارند درحالیکه نمک هایی مانند سرب کرومات حلالیت کافی برای مؤثر بودن ندارند. کرومات ها آلیاژهای آهن را نه تنها با روئین کردن آن ها محافظت می کنند بلکه با نفوذ به سطح بستر فلزی و تشکیل کمپلکس در آنجا موجب محافظت می شوند. فاکتور محدود کننده در کاربرد کرومات ها سمی بودن زیاد آنهاست که باعث سرطان ریه می شوند. این مواد تنها از طریق دستورالعمل های ایمنی باید بکار روند. به هنگام مصرف کرومات ها باید کلیه مقررات و ضوابط را رعایت کرد.با معلوم شدن خاصیت سمی کرومات ها و ترکیبات سرب، مصرف فسفات ها به عنوان بازدارنده های خوردگی توجه بیشتری را به خود جلب کرده است که با موفقیت کمی روبرو بوده است.
مولیبدات ها نیز درست مانند فسفات ها و به خاطر سمی بودن زیاد ترکیبات سرب و کرومات به تازگی مورد توجه قرار گرفته اند. مولیبدات هایی که از این لحاظ رضایت بخش گزارش شده اند مولیبدات پایه روی و مولیبدات پایه روی کلسیم است. مسئله ای که درمورد کاربرد مولیبدات ها گزارش شده است مسئله تاول زنی اسمزی است . مولیبدات ها نیز سمی هستند.
بازدارنده هایی که تا به اینجا نام برده شدند به حد کافی قابل حمل هستند و اجازه نفوذ رطوبت و حمل یون به اندازه کافی به فصل مشترک را می دهند. از طرف دیگر بازدارنده های بازی نیز وجود دارد که نامحلول بوده و با مکانیسمی متفاوت کار می کنند. مثال اصلی در این مورد اکسید سرب قرمز(ارتوپلمبات سرب Pb2 PbO4) می باشد. از لحاظ سابقه سرب قرمز یکی از بازدارنده های خوردگی است که برای محافظت بسترهای آهنی بطور مؤثر بکار می رود. سرب قرمز درآسترهای پایه روغن بذرک بیشتر مؤثر می باشد. ظاهراً سرب قرمز با اسید چرب واکنش داده و محصولاتی تجزیه ای از روغن بذرک تولید می کند و تشکیل صابون های بازدارنده خوردگی می دهد. ممکن است سرب قرمز برای تعدادی از رنگپایه های دیگر مؤثر نباشد. ترکیبات دیگر رسوب نیز مانند کرومات های سرب، به عنوان بازدارده های خوردگی بکار می روند. به خاطر مسائل محیط زیستی و به خاطر سمیت زیاد ، کاربرد ترکیبات سرب رو به کاهش است. در حقیقت قوانین دولتی از کاربرد ترکیبات سرب در روکش ها جلوگیری نموده و یا شدیداً آن ها را محدود کرده است.
غالباً وقوع خوردگی در محیط های قلیایی احتمال کمی دارد در صورتیکه در محیط اسیدی این احتمال زیاد است. بدین خاطر گزارش شده است که رنگدانه یارهای اصلی مانند کلسیم کربنات سرعت خوردگی را کند می کنند. رنگدانه یار اکسید روی نیز طبق گزارش های موجود عمل خوردگی را کند می کند. از اکسید آهن قرمز به عنوان بازدارنده خوردگی استفاده می شود. بعضی مواقه باریم متابورات نیز به عنوان رنگدانه باز دارنده خوردگی آسترها بکاربرده می شود.
به جز محافظت کننده سدی و بازدارنده ها برای جلوگیری از خوردگی سطوح فلزی روش سومی نیز وجود دارد که روش حفاظت کاتدی نام دارد. حفاظت کاتدی با افزایش یک پودر فلزی فعال تر به فیلم مورد محافظت عملی می گردد که از لحاظ الکترو شیمیایی فلز فوق به صورت آند در آمده و به جای بستر فلزی به عنوان فدا شونده خورده می شود. معمول ترین رش بکارگیری این نوع محافظت با استفاده از آستر روغنی از روی ممکن می شود. غلظت پودر روی در یک آسترخشک باید به حد کافی بالا باشد تا اجازه تماس ذرات را با یکدیگر بدهد و بگذارد بین ذرات فوق در آستر و بستر فلزی جریان الکتریکی برقرار گردد. چون فلز روی فعال تر از آهن است به شکل آند در آمده و به صورت فدا شونده خورده می شود. وقتی فلز روی به طور کامل اکسید شد دیگر نمی تواند عمل محافظت را انجام دهد. لذا محافظت برای مدت محدودی انجام خواهد گرفت . با این وجود آسترهای غنی از روی به عنوان بازدارنده های بسیار مؤثر خوردگی مقبولیت زیادی کسب کرده اند.هنگام کار با پودر روی باید دقت کافی به عمل آید تا عاری از رطوبت باشد در غیر اینصورت هیدروژن تولید می شود. هیدروژن آزاد خطر انفجار دارد. گرد و غبار روی نیز با هوا مخلوطی قابل انفجار درست می کند که خطرناک است.