استیل یا استنلس استیل؟
در صنعت و در بیشتر موارد از فلزات به صورت خالص استفاده نمی کنند. زیرا همه ی فلزات در کنار یک مزیت چندین عیب دارند. از آن جمله فلز آهن می باشد که همواره به صورت آلیاژی استفاده می شود. انواع آلیاژهای آهنی شامل چدنی یا فولادی می باشد. عنصرهای همجوش شده با فولاد، به فولاد خاصیت‌های گوناگون می‌دهند، که در زیر نوشته شده است: کربن :با آهن ترکیب می‌شود و نشان دهنده جنس فولاد می‌باشد. کربن فولاد را ترد می‌کند، به تاب کششی آن می‌افزاید، مرز تناسب میان تنش و انبساط فولاد را بالا می‌برد و سختی آن را زیاد می‌کند. هر چه کربن در فولاد کمتر باشد، جنس آن نرم تر و چکش خوری آن بیشتر است. کربن در گرمای ۱۵۲۰ درجه و فولاد با ۸۵٪ کربن، در ۱۴۶۰ درجه آب می‌شود. اگر کربن در فولاد از ۳٪ وزن آن کمتر باشد، دیگر نمی‌توان آن را آب داد و به کار افزار سازی نمی‌خورد. منگنز: تاب کششی فولاد را زیاد و آن را سخت می‌کند، به اندازه‌ای که شکل دادن به آن سخت می‌شود، به فولاد از ۵/۰ تا ۱٪ وزنش منگنز می‌زنند. با فولاد منگنزی؛ تکه‌های فولادی سخت مانند ساچمه فلزی می سازنند.سیلیسیم: تاب کششی فولاد را بالا می‌برد و سختی آن را زیاد می‌کند. فولاد سیلیسیمی ترد و نورد زدنش دشوار است، به فولاد تا ۳۵٪ وزنش سیلیسیم می‌زنند. گوگرد: فولاد آب شده را کند روان می‌کند و از تاب ضربه‌ای آن می‌کاهد، تا آنجا که فولاد گوگرد دار سرخ شده با ضربه پتک می‌شکند. به فولاد از ۰۶/۰ با ۲/۰٪ وزنش گوگرد می‌زنند. فسفر :فولاد را ترد می‌کند، اگر فولاد بیش از اندازه فسفر داشته باشد، شکننده می‌شود تا جایی که در سرمای زمستان، ریل‌های فسفر دار راه آهن زیر ضربهٔ چرخ‌های قطار راه آهن می‌شکنند. کرم: به تاب کششی فولاد می‌افزاید و از زنگ زدن آن جلوگیری می‌کند. کارد، قاشق، چنگال و ظرف‌های فولادی زنگ نزن را از فولاد کرم دار می‌سازند. مس: برای جلوگیری از زنگ زدن فولاد در آب دریا، به آن مس می‌افزایند. فولاد مس دار، در ساختنسپر‌ها و شمع‌های فولادی سکوها و اسکله‌های بندری و ساختمان‌های دریایی مصرف می‌شود .
اصطلاح فولاد یا پولاد برای آلیاژهای آهن که بین ۰٫۰۰۲ درصد تا ۲٫۱ درصد وزن خود کربن دارند بکار می‌رود. فولادهای آلیاژی غالبا با فلزهای دیگری نیز همراهند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد. در انگلیسی به این آلیاژ استیل (Steel) می گویند.
آهن دارای سطح صاف و نقره‌ای براق مایل به رنگ خاکستری است اما وقتی در هوا با اکسیژن ترکیب می‌شود به رنگ قرمز یا قهوه‌ای در می‌آید که به آنها اکسید دارای ترکیبات آهن یا زنگ گفته می‌شود. کریستال‌های خالص آهن نرم می باشند (نرم تر از آلومینیوم) و با اضافه کردن مقدار کمی ناخالصی، مانند کربن مقدار قابل توجهی تقویت می‌شوند. مقادیر مناسب و کمی (تا چند درصد) از فلزات دیگر و کربن (که گفتیم فولاد را تشکیل می دهند) می‌توانند ۱۰۰۰ بار سخت تر از آهن خالص باشند. آهن خالص به ندرت روی سطح زمین یافت می‌شود زیرا در حضور اکسیژن و رطوبت به آسانی اکسیده می‌شود. به منظور به دست آوردن فلز آهن، اکسیژن باید از سنگ معدن‌های طبیعی توسط کاهش شیمیایی حذف شود. اما به محض جداسازی آهن از اکسیژن دوباره قطعاتی که با آهن درست شده باشد در معرض واکتش شیمایی با آب و اکسیژن که به وفور در محیط هستند قرار می گیرند.
فرآیند زنگ‌زدگی یک واکنش الکتروشیمیایی است. وقتی آهن با آب و اکسیژن تماس پیدا کند (یا اکسنده‌های قوی ویا اسیدهای قوی) زنگ می‌زند، وجود محلول‌های الکترولیت نیز سرعت زنگ زدن آهن را بسیار افزایش می‌دهد. به علت نقص در شبکه بلوری در مورد آهن نیز عمل پاسیو شدن رخ نمی‌دهد تا از ادامه زنگ زدن جلوگیری کند. البته وجود محیط بازی از سرعت اکسیداسیون می‌کاهد.زنگ زدن اغلب در قسمتی از فلز اتفاق می افتد که تحت کشش و فشار (خم شدن یا جوش خوردگی) باشد و یا در مقابل هوا عایق بندی نشده باشد. یون های فلزی در لایه ی رطوبت موجود روی فلز حل می شوند. و الکترون ها توسط یک خنثی کننده به مکان دیگری مهاجرت می کنند. اکسیژن، رایج ترین خنثی کننده است. یون های هیدروکسید تولید شده از این فرایند، با Fe٢+ واکنش می دهند تا ترکیبی از اکسیدهای آهن آب دار به نام " زنگ" تشکیل دهند.
این که هر کدام از قسمت های فلز نقش کاتد یا آند را ایفا کند، به عوامل مختلفی بستگی دارد؛ همان طور که از شکل های مختلف و بی شکل پوسیدگی، در اطراف خود متوجه می شویم، اتم ها در مناطقی که تحت فشار باشند، اغلب تمایل دارند انرژی های آزاد بالاتری داشته باشند و بنابراین دوست دارند آندی شوند.
ماده ای که به طور ذاتی نسبت به محیط اطراف خود مقاومت نشان می دهد و پوسیده نمی شود (البته به طور ایده آل)، اولین انتخاب در نیازهای مکانیکی و اقتصادی خواهد بود؛ متاسفانه اغلب چنین نیست و بسیاری از مواد به روشی برای کنترل زنگ خوردگی خود نیاز دارند.
محافظت زیرلایه های آهن و فولاد تقریبا فقط به روکش های روی (Zn) و آلومینیوم (Al) یا آلیاژهای آن ها محدود می شود. زیرلایه نقش کاتد را در این روش ایفا کرده و روکش آن، نقش آند را خواهد داشت.
یک روش پیچیده تر برای روکش کردن، اعمال اندکی بار منفی به فلز است. برای این کار می توان با فراهم کردن بار منفی و اعمال آن به روکشی از یک فلز فعال تر ، به این هدف دست یافت. یعنی یک روش رایج برای محافظت فولاد، لایه نشانی آن با لایه نازکی از روی است ؛ این فرایند " گالوانیزه کردن" نامیده می شود. روکش روی، واکنش پذیری بیش تر از آهن دارد و تمایل دارد به طور انتخابی زنگ بخورد. حل شدن این روکش قربانی ، الکترون هایی را به جا می گذارد که در آهن جمع می شوند و آن را کاتدی می کنند؛ بنابراین از خوردگی و حل شدن آهن جلوگیری می شود.
تأثیر روکش کردن آهن با یک فلز که واکنش پذیری کم تری دارد، یک پدیده جالب به وجود می آورد. یک مثال خوب از این حالت، روکشی از قلع است(شکل بالا، سمت راست). تا جایی که روکش قلع دست نخورده باقی می ماند، همه چیز خوب است؛ اما حتی اگر قسمت کوچکی از آهنی که در زیر قلع قرار گرفته، در معرض رطوبت محیط اطراف قرار بگیرد، پوسیدگی آغاز می شود. الکترون ها از آهن آزاد شده و به سمت قلع می آیند و آهن را آندی تر می کنند؛ پس اکنون قلع، پوسیدگی آهن را بیش تر می کند! حتما زنگ خوردن قوطی کنسروها را بعد از باز شدن درب آن ها دیده اید.
