آهن زنگ نزن

تاریخچه آهن

در ادامه مطلب

تاریخچه آهن

اولین آهن شکل گرفته که توسط نوع بشر در دورهٔ پیش از تاریخ مصرف شد از شهاب سنگ‌ها آمده بود. ذوب آهن در کوره‌ها در هزارهٔ دوم پیش از میلاد شروع شد، آثار مکشوفه از آهن ذوب شده از ۱۲۰۰-۱۸۰۰ پیش از میلاد در هند و در مشرق از حدود ۱۵۰۰ پیش از میلاد بدست آمد (که گمان می‌رود ناشی از ذوب آهن در آناتولی یا قفقاز بوده‌است). چدن برای اولین بار در حدود ۵۵۰ پیش از میلاد در چین تولید شد اما در اروپا تا سال‌های قرون وسطا تولید نشد، در طول دوران قرون وسطا ابزاری در اروپا کشف شد که از آهن شکل یافته از چدن (pig Iron) با استفاده از ریخته گری زیور آلات تولید شده بودند، برای تمام این فرآیندها از ذغال چوب به عنوان سوخت استفاده شد. فولاد (که با کربن کمتر از pig Iron است اما آهن شکل یافته بیشتری دارد) اولین بار در دوران باستان تولید شد. روش‌های تازهٔ تولید آن به وسیلهٔ میله‌های کربنیزه کردن آهن در فرآیند سیمانی کردن در قرن هفدهم بعد از میلاد ابداع شد. در انقلاب صنعتی روش‌های جدید تولید آهن بدون ذغال چوب ابداع شد و این روش‌ها بعداً در تولید فولاد مورد استفاده قرار گرفتند. در اواخر دههٔ ۱۸۵۰، هنری بسمر فرآیند جدیدی برای ساخت فولاد اختراع کرد که شامل دمیدن هوا از روی چدن مذاب برای تولید فولاد نرم بود. این فرآیند و دیگر فرآیندهای ابداع شده در قرن ۱۹ و بعد از آن منجر یه آن شد که دیگر آهن شکل یافته تولید نشود.

آهن چیست؟

آهن عنصر شیمیایی فلزی ای با نماد Fe، عدد اتمی ۲۶ و چگالی 7.87g/cm3 است، آهن در گروه ۸ و دورهٔ ۴ عناصر است، بنابراین به عنوان فلز واسطه دسته‌بندی شده‌است. آهن و آلیاژهای آن از رایج‌ترین فلزات و رایج‌ترین مواد فرومغناطیسی در کاربردهای روزمره هستند. آهن دارای سطوح صاف و نقره‌ای براق مایل به رنگ خاکستری‌ست اما وقتی در هوا با اکسیژن ترکیب می‌شود به رنگ قرمز یا قهوه‌ای در می‌آید که به آنها اکسید درای ترکیبات آهن یا زنگ گفته می‌شود. کریستال‌های خالص آهن نرمه (نرم تر از آلمینیوم) و با اضافه کردن مقدار کمی ناخالصی مانند کربن مقدار قابل توجهی تقویت می‌شود. مقادیر مناسب و کمی (تا چند درصد) از فلزات دیگر و کربن، تولید فولاد می‌کند که می‌تواند ۱۰۰۰ بار سخت تر از آهن خالص باشد. Fe56 سنگین‌ترین ایزوتوپ پایدار (تولید شده توسط فرآیند آلفا در نکلئوسنتز استلار) است که با عناصر سنگین‌تر از آهن و نیکل برای تشکیلشان به سوپر نوا احتیاج دارند. آهن فراوان‌ترین عنصر در غول‌های قرمز است، و فراوان‌ترین فلز در شهاب‌سنگ‌ها و در هستهٔ فلزی متراکم در سیاراتی مثل زمین است.

پیدایش آهن

هن ششمین عنصر از لحاظ فراوانی در جهان است که در آخرین کنش نکلئوسنتز در ستاره‌های بزرگ از طریق سیلیکون فیوزینگ ایجاد می‌شود در حالی که آهن حدود ۵% از پوستهٔ زمین را تشکیل می‌دهد، اعتقاد بر این است که هستهٔ زمین در حد زیادی از یک آلیاژ آهن-نیکل تشکیل شده‌است که ۳۵% جرم کل زمین را تشکیل می‌دهد، بنابر این آهن فراوانترین عنصر روی زمین است ولی در پوستهٔ زمین چهارمین عنصر از لحاظ فراوانی می‌باشد. بیشتر آهن پوسته به شکل ترکیبی با اکسیژن به صورت سنگ‌های معدنی اکسید آهن مثل هماتیت و مگنتیت یافت می‌شود. حدود یکی از بیست شهاب سنگ تنها از مواد معدنی آهن-نیکل تائنیت (۳۵-۸۰% آهن) و کاماسیت (۹۰-۹۵% آهن) تشکیل شده‌اند. اگر چه نادر، شهاب سنگ‌های آهنی بیشترین شکل آهن فلزی طبیعی در سطح زمین می‌باشند. تصور بر این است که رنگ قرمز سطح مریخ ناشی از رگولیت غنی اکسید آهن است.

آهن زنگ نزن

در سال 1913 میلادی، وقتی یک محقق انگلیسی درباره چگونگی بهبود کیفیت لوله اسلحه‌های نظامی تحقیق می‌کرد، متوجه شد که افزودن مقداری کروم به فولاد می‌تواند نقش بسیار مهمی در افزایش مقاومت آن داشته باشد.

امروز علاوه بر کربن، آهن و کروم، عناصر دیگری مانند نیکل، نیوبیوم و تیتانیوم نیز در فولاد ضدزنگ وجود دارد. این عناصر مقاومت فولاد را در برابر زنگ‌زدگی و هر نوع خوردگی افزایش می‌دهند. اگر در فولادی که از آن در ساخت ابزارهای مختلف استفاده می‌شود، حداقل 12 درصد کروم وجود داشته باشد، این ماده ضدزنگ خواهد بود.

کروم موجود در فولاد با اکسیژن موجود در هوای اطراف ترکیب شده و یک لایه بسیار نازک و نامرئی از اکسید کروم را در سطح این فلز به وجود می‌آورد که سطحی غیرفعال و واکنش‌ناپذیر است. از آنجا که ابعاد اتم‌های کروم و اکسید کروم یکسان است، این اتم‌ها در سطح این فلز در مجاورت هم قرار می‌گیرند و پوشش پایداری را در سطح این اتم ایجاد می‌کنند که ضخامت آن تنها به اندازه چند اتم است.

اگر در سطح این فلز هر گونه شکاف یا خراشی ایجاد شود و به عبارتی دیگر سطح غیرفعال ایجاد شده روی این فلز به هر‌علتی آسیب ببیند، بلافاصله تعدادی اتم‌های اکسید کروم در محل آسیب دیده مستقر خواهند شد تا از قرار گرفتن بخش آسیب‌دیده در معرض هوا جلوگیری کنند و به این ترتیب از زنگ‌زدگی فولاد ممانعت به عمل خواهد آمد.

اما جالب است بدانید که اتم‌های آهن بسیار کوچک‌تر از اکسید‌آهن هستند و از آنجا که مولکول‌های اکسید آهن به شیوه نامنظمی در کنار اتم‌های آهن قرار می‌گیرند، لایه‌ای از اکسید آهن که در سطح این فلز ایجاد می‌شود، نمی‌تواند همانند لایه اکسیدکروم از زنگ‌زدگی جلوگیری کند. برای این که سطح غیرفعال ایجاد شده در سطح فولاد بتواند ویژگی خود را حفظ کند به اکسیژن نیاز دارد و به همین دلیل گفته می‌شود اجسامی که از جنس فولاد ضدزنگ هستند در محیط‌هایی که میزان اکسیژن آن کافی نباشد در مقابل خوردکی و فرسایش از مقاومت کمتری برخوردار هستند.

در آب دریا، کلر موجود در نمک آب دریا سطح غیرفعال ایجاد شده در جسمی که از فولاد ضدزنگ ساخته شده است را هدف قرار داده و آن را از بین می‌برد و به همین دلیل پیش از آن که اتم‌های کروم موجود در این سطح بتوانند با استفاده از اکسیژن موجود در محیط ویژگی از دست رفته خود را به دست آورند، اتم‌های دیگر در معرض پدیده زنگ‌زدگی قرار خواهند گرفت.

اگر بتوانیم از طریق فرآیند اثرناپذیری اتم‌های آزاد آهن را از سطح فولاد حذف می‌کنیم، می‌توانیم مقاومت این فلز را در برابر خوردگی یا به اصطلاح همان زنگ‌زدگی به میزان قابل توجهی افزایش دهیم برای انجام این کار، فولاد را در یک محلول اکسیدان غوطه‌ور می‌سازند و به این ترتیب با حذف لایه آهنی موجود در سطح، از تغییر رنگ سطح فولاد به دلیل قرار گرفتن در مجاورت اکسیژن هوا جلوگیری خواهد شد.

منبع : www.akbarya.blogsky.com