چرا برخی از فلزات مقاومت در برابر سایش بهتری دارند؟

یکی از ویژگی‌های کلیدی که با آلیاژ‌سازی و عملیات حرارتی در فلزات قابل کنترل است، با عنوان مقاومت در برابر سایش شناخته می‌شود. برای افزایش کارایی و طول عمر یک ماده یا همان فولاد ضد سایش در کاربرد‌های صنعتی، می‌توان روی استحکام، چقرمگی، شکل‌پذیری و توانایی کنترل مقاومت به سایش آن هم حساب کرد. در این مقاله از تیم فولادینو، انواع مقاومت در برابر سایش را بررسی می‌کنیم و به این سوال پاسخ می‌دهیم که چرا برخی مواد از خود در برابر سایش مقاومت نشان می دهند؟

منظور از مقاومت در برابر سایش چیست؟

به حذف تدریجی یک ماده از قسمت یا سطحی که توسط ساییدگی فیزیکی یا فعالیت شیمیایی اعمال شده، سایش گفته می‌شود. برای اندازه‌گیری مقاومت سایش می‌توان آن را با آزمایشات متفاوتی مورد بررسی قرار داد. می‌توان از فولاد‌هایی با این عنوان در موقعیت‌هایی استفاده کرد که فولاد‌های معمولی با استحکام بالا نمی‌توانند در برابر سایش موجود در آن محیط دوام بیاورند.

منظور از سختی همان مقاومت آلیاژ در برابر خراش یا مالش است؛ در صورتی که انعطاف‌پذیری در برابر شکستگی با عنوان چقرمگی مورد شناسایی قرار می‌گیرد. یک فولاد ضد سایش تمامی این ویژگی‌ها را دارا است. برخی اوقات، با آنکه غیر‌فلزات همچون پلاستیک از این قانون پیروی نمی‌کنند، اما می‌توانند از خود در برابر سایش مقاومت نشان دهند.

آشنایی با انواع مقاومت در برابر سایش

به‌طور معمول سایش می‌تواند ناشی از یک سطح جامد، ذرات جامد کوچک، یا یک سیال معلق در ذرات جامد رخ دهد.

سایش چسبنده

سایش چسبندگی در اثر تماس نقاط مرتفع میکروسکوپی روی سطح دو ماده به‌وجود می‌آید و لکه‌های جوشکاری میکرو را شکل می‌دهد. این لکه‌های جوشکاری، جایی هستند که قله‌های سطح یک ماده کنده شده و روی دیگری رسوب می‌کنند. این نوع سایش، افزایش زبری سطح و افزایش بیشتر نرخ سایش در آینده را در پی دارد. سایش از طریق این فرایند با نام Galling شناخته شده و به‌طور معمول می‌توان آن را در اتصال‌دهنده‌های ضد‌زنگ به ضد‌زنگ مشاهده کرد.

فرسایش ساینده

فرسایش ساینده که اغلب اوقات با ذرات کوچک معلق در آب یا مایعات دیگر همراه است، طی برخورد ذرات یا ساییدگی یک سطح به‌وجود می‌آید. می‌توان فرآیند ایجاد آن در مقیاس میکروسکوپی را در اثر برش یا شخم دانست. برای سریع‌تر‌کردن این فرآیند می‌توان از ماده سومی که ساینده بدنه باشد و خود فرسوده نشود استفاده کرد.

سایش خورنده

سایش خورنده یک نوع سایش شیمیایی است که در آن، به تماس فیزیکی یا حرکتی نیازی نیست. وقتی ماده خورنده موجود باشد، سایش خورنده می‌تواند روی آن تاثیر بگذارد. با این اوصاف برای خورندگی یک فولاد، به آب و هوای مرطوب، نیاز بوده و برای آلومینیوم کافی است از اسید‌های مختلف برای فرسایش بخش‌های اکسید‌شده استفاده کنید. فولاد ضد سایش برای مقاومت، دارای یک لایه رنگ مخوص یا پوشش گالوانیزه، آنودایز یا پوشش پودری است.

خستگی سطحی

وقتی بارگذاری یک سطح به‌طور مداوم تکرار می‌شود، خستگی سطحی هم که نوعی فرسایش است ایجاد می‌شود. این حالت، شکنندگی و آسیب ساختاری موضعی را در پی دارد. سختی و چقرمگی ۲ عامل مهم تاثیر‌گذار روی میزان خستگی سطحی هستند. بر حسب این موضوع می‌توان نتیجه گرفت که آلومینیوم و سایر مواد نرم نسبت به چدن یا فولاد حساس‌تر هستند.

چرا برخی مواد از خود در برابر سایش مقاومت نشان می‌دهند؟

بر‌اساس ویژگی‌های مختلف، مواد گوناگون در برابر سایش با سرعت‌های متفاوت از خود مقاومت نشان می‌دهند.

ویژگی های مکانیکی

مهم‌ترین و بزرگ‌ترین عامل برای مقاومت در برابر سایش در یک فولاد ضد سایش، میزان سختی، چقرمگی و روانکاری آن است. اگر دو ماده با هم در تماس باشند، ماده سخت‌تر همیشه کمتر از ماده نرم‌تر فرسایش خواهد داشت. روانکاری ویژگی است که اغلب در خارج از حوزه مقاومت در برابر سایش و ماشین‌کاری مورد استفاده قرار نمی گیرد. می‌توان از آلیاژهای برنز خاص و همچنین چدن خاکستری به‌عنوان موادی نام برد که دارای عملکرد طبیعی کاهش سایش با خود‌روانکاری هستند.

خاصیت‌های شیمیایی

برای آنکه یک ماده بتواند از خود در برابر سایش خورنده مقاومت نشان دهد، باید ترکیب اصلی و ذاتی خود را حفظ کند. با این اوصاف در جایی همچون دریا، برای کار‌های ساخت‌ و ساز نمی‌توان از فولاد‌های معمولی استفاده کرد؛ چراکه این نوع فولاد به دلیل سرعت زنگ‌زدگی و خوردگی بالایی که دارد، در سریع‌ترین زمان ممکن فرسوده می‌شود. در صورتی که فولاد ضدسایش این ویژگی‌ها را نداشته و می‌تواند از خود در چنین موقعیت‌هایی مقاومت بالایی نشان دهد. هر ماده مقاوم در برابر سایش، در این وضعیت تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.

آشنایی با فلزاتی که در برابر سایش مقاومت خوبی دارند

برای آنکه بتوانید از سایش خورنده جلوگیری کنید، استفاده از یک فولاد ضد‌سایش یا همان ضد‌زنگ انتخاب هوشمندانه‌ای به‌نظر می‌رسد. اما در برخی محیط‌هایی که حتی مقدار کمی از سولفوریک اسید یا هیدروکلریک اسید وجود دارد، امکان دارد همین فولاد ضد‌زنگ هم خورده شده و سایش برای آن رخ دهد. به همین منظور می‌توان برای جلوگیری از حمله شیمیایی در چنین مواقعی، از عناصر آلیاژی مانند کروم(Cr) و نیکل(Ni) یک لایه اکسید برای لایه سطحی فولاد استفاده کرد. اغلب افراد برای مقاومت در برابر سایش، از موادی مانند فولاد پر کربن یا چدن استفاده می‌کنند.

نتیجه گیری

فولاد ضد سایش همان‌گونه که از نام آن مشخص است، از خود برابر خوردگی مقاومت بالایی نشان می‌دهد؛ با این اوصاف می‌توان از آن در بسیاری از مکان‌ها که امکان خورندگی بالا است، استفاده کرد. رطوبت هوا و آب،  عامل اصلی برای فرسایش و زنگ‌زدگی فلزات هستند. یک فولاد معمولی نمی‌تواند در چنین شرایطی مقاوم باشد؛ در حالی که فولاد ضد‌سایش با پوشش‌های مختلف و رنگی که دارد، در این موقعیت دوام می‌آورد.