آماده سازی سطوح و بازرسی

خوردگی یکی از مسایل جدی و حائز اهمیت است که صنایع پیشرفته بشر امروزی با آن دست به گریبان می باشد. نوع و میزان خوردگی بر حسب نوع صنعت و محل متفاوت می باشد. یکی از خورنده ترین محیط های شناخته شده، محیط های دریایی می باشد. جهت حفاظت در برابر خوردگی روش های گوناگونی وجود دارد. رنگ آمیزی یکی از معمولترین این گونه روش ها می باشد. جهت حصول کیفیت مناسب رنگ آمیزی، لازم است آماده سازی سطوح به شکل مناسب صورت گیرد. در این مقاله به بررسی برخی از روش های معمول آماده سازی سطوح می پردازیم.

خوردگی و عوامل تشدید آن:
تخریب فلزات با روش های شیمیایی یا الکترو شیمیایی را خوردگی فلزات می گویند. جهت وقوع این امر دو مکانیسم دخیل هستند:

الف: ایجاد مدار الکتریکی در سطح
ب: واکنش شیمیایی
جهت محافظت سازه های فلزی در برابر خوردگی، لازم است ما از وقوع این مکانیسم ها جلوگیری کنیم. لذا جهت کنترل خوردگی لازم است این دو مکانیسم کنترل شوند. روش های مختلفی برای این امر وجود دارد ولی اقتصادی ترین و آسان ترین این روش ها رنگ آمیزی می باشد.
جهت ایجاد مدار الکتریکی ،لازم است دو ناحیه کاتد و آند روی سطح فلز ایجاد شود و سپس به وسیله یک محمل یا مدیای هادی جریان الکتریسیته به یکدیگر متصل شوند. این محمل را الکترولیت می گویند. این محمل به هنگام خوردگی به یون های باردار مثبت و منفی تجزیه شده و موجب انتقال الکترون از آند به کاتد می شود. این الکترون از فلز از ناحیه آند جدا می شود سپس از طریق الکترولیت که تجمعی از یون های مثبت و منفی می باشد، به ناحیه کاتد می رود. در این حالت ناحیه کاتدی سطح فلز که در حال حاضر ناپایدار شده است، جهت رسیدن به حالت پایدار ، این الکترون را به الکترولیت داده و در آنجا یون های نا پایدار تبدیل می شوند .به عنوان مثال یون های هیدروژن به گاز هیدروژن تبدیل می شوند. در این حالت ناحیه آندی سطح فلز به علت از دست دادن الکترون تخریب می شود. یون های مثبت در ناحیه آندی نیز با یون های منفی الکترولیت واکنش داده و ترکیبات پایدارتری از نظر شیمیایی روی سطح آند ایجاد می کنند. این گردش حرکت الکترون رامی توان بصورت مثلثی موسوم به مثلث خوردگی نشان داد.
این ترکیبات از نظر مقاومت های مکانیکی ضعیف تر از مقاومت مکانیکی فلز اولیه بوده و در نتیجه مقاومت کل سازه مکانیکی کاهش یافته و همچنین از ضخامت موثر فلز این سازه ها کاسته می شود. ایجاد نواحی آندی و کاتدی یا به عبارت دیگر ایجاد اختلاف پتانسیل روی سطح فولاد ناشی از وجود لایه اکسیدی نورد فلز و یا تفاوت ترکیبات آلیاژی و یا فراروی اولیه فولاد ناشی می گردد.
در راستای عوامل محیطی نظیر دما، ایجاد تاول های جاذب آب، غلظت بالای اکسیژن در محیط، وجود باکتری ها و میکروب های خورنده فلز، اسیدها و قلیاها، تماس با فلزات از جنس دیگر و قدرت الکتروشیمیایی بالاتر، تشدید کننده خوردگی می باشد.
برخی استانداردها نظیر ISO 12944 و SSPC محیط های خورنده را به شرح ذیل تقسیم بندی می کنند:
این استانداردها بر اساس نواحی خورنده، سیستم های رنگ آمیزی را تعیین می نماید.
سیستم های رنگ آمیزی:
سیستم های رنگ آمیزی بر حسب شرایط محیطی و مقاومت مورد انتظار ، وضعیت لایه های رنگ قبلی تعیین می گردد. خواص رزین های بکار رفته در رنگ، اثر اصلی را در خواص نهایی فیلم رنگ دارند. این سیستم ها معمولاً بر اساس رزین بکار رفته شناخته می شوند.
آماده سازی سطوح:
همانطور که قبلاً اشاره شد روش های گوناگونی جهت محافظت سازه های فلزی در برابر خوردگی وجود دارد. اعمال رنگ های حفاظتی یکی از ساده ترین و مرسوم ترین این روش ها می باشد. اینگونه رنگ ها زمانی کارایی بهینه خود را نشان می دهند که سطوح قبل از رنگ آمیزی به صورت مناسبی آماده سازی شده باشند.آماده سازی مناسب سطوح ناخالصی ها را زدوده و سطح موثر تماس فیلم رنگ و سطح را بدون عامل بازدارنده در کنار یکدیگر قرار می دهد و از این طریق موجب افزایش چسبندگی رنگ روی آنها می گردد. همچنین اثر خورندگی گالوانیکی لایه اکسیدی و زنگ زده نیز با این روش ها حذف می شود.
پیش از انجام عملیات آماده سازی سطوح سه نکته لازم است مورد توجه قرار گیرد:
1- شرایط آب و هوایی منطقه حین و بعد از عملیات آماده سازی
2- میزان تمیزی سطح
3- میزان زبری سطح
جهت آماده سازی سطوح روش های گوناگونی وجود دارد. در این میان می توان به موارد ذیل اشاره کرد:
- زدایش بوسیله مواد ساینده خشک
- زدایش بوسیله جریان آب
- زدایش بوسیله مخلوط مواد ساینده و جریان آب
- زدایش بوسیله ابزار برقی و دستی
- زدایش بوسیله شعله آتش
- زدایش بوسیله مواد شیمیایی
- زدایش بوسیله بخار آب
- زدایش بوسیله پلاسما و گاز داغ
-زدایش بوسیله نیتروژن مایع
- زدایش بوسیله روش های اولتراسونیک
- زدایش بوسیله لیزر
در این میان روش های چهار گروه اول جهت آماده سازی سازه های بزرگ صنعتی و دریایی معمول تر از بقیه می باشند. لذا ما در این مقاله با توجه به آشنایی عمومی با این روش ها ، نکات حائز اهمیت را مورد بررسی قرار می دهیم.
روش پرتاب مواد ساینده خشک
این روش می تواند در محیط های بسته و یا روباز و با اپراتور انسانی یا ماشینی انجام می شود. بازده این روش به نوع مواد ساینده، نوع کمپرسور، نوع نازل و مهارت اپراتور بستگی دارد. در اینجا این عوامل را بصورت اجمال بررسی می کنیم:
الف: انتخاب نوع مواد ساینده:
در این روش ذرات مواد ساینده تحت فشار بالا بوسیله کمپرسور ، شیلنگ ویژه و نازل مقاوم در برابر سایش به سمت سطح مورد نظر پرتاب می شوند. انتخاب مواد ساینده و فشار پرتابی بر حسب نوع سازه ،تمیزی میزان زبری، مقاومت سازه و شرایط محیطی متفاوت خواهد بود. در این راستا مواد ساینده طبق مشخصات و مولفه های زیر دسته بندی می شود:
1- سختی
2- اندازه
3- شکل ذرات
4- دانسیته
5- میزان ذرات ساینده بسیار ریز و چسبیده روی ناصافی های سطح پس از بلاستینگ
6- میزان و توزیع ذرات گرد و غبار حاصل از بلاستینگ
7- نوع طبقه بندی بر حسب مقررات زیست محیطی
چهار ویژگی اول ذکر شده تاثیر زیادی در میزان زبری، سرعت و قدرات تمیز کردن سطح دارند. علت آن است که زدودن ناخالصی ها و همچنین زبری ناشی از آزاد شدن انرژی حاصل از برخورد ذرات با سطح می باشد. این انرژی تابعی از میزان جرم ذرات پرتاب هر ذره و ضربه و نیروی برشی حاصل می باشد. از طرف دیگر هرچه ذرات حالت هندسی چند ضلعی گوشه دار داشته باشند، زبری سطحی کمتر می شود. در واقع به این وسیله عمق ذره های پروفیل ایجاد شده کمتر خواهد بود. به همین دلیل برخی اپراتورها مخلوطی از مواد ساینده کروی و یا مواد ساینده بازیافتی که حالت هندسی زاویه دار آنها به حالت کروی نزدیک تر شده است را همراه مواد ساینده زاویه دار معمول مصرف می کنند. در این حالت احتمال بروز عیوبی مانند ، Hackles، Rogue Peak، Lamination یا Slivering کاهش خواهد یافت.
با توجه به زبری سطح، لازم است ضخامت لایه آستری به میزان مناسبی تنظیم شود. در صورتی که سطح پس از اعمال آستری تا مدت های طولانی بدون پوشش دهی باقی بماند این وضعیت بسیار حائز اهمیت خواهد بود. در مواردی که شاپ پرایمرهای زینک ریچ استفاده می شود و یا مواردی که آسترهای قابل جوشکاری استفاده می شوند جهت جلوگیری از خلل در خواص دیگر، ضخامت این لایه 30-15 میکرون در نظر گرفته می شود ولی بطور کلی توصیه می شود ضخامت لایه آستری و یا سیستم محافظ اولیه برای زمان های طولانی حداقل 20-15 میکرون بیشتر از میزان زبری باشد.در مواردی نیز این میزان تا 3 برابر میزان زبری توصیه می شود.
علاوه بر در نظر گرفتن مشخصات فوق الذکر ،انتخاب مواد ساینده با توجه به نوع سطح مورد نظر جهت آماده سازی و امکانات موجود، باید انجام گیرد.
قبل و حین مصرف مواد ساینده و همینطور پیش از استفاده از مواد ساینده بازیافت شده، لازم است تست های کنترل کیفی روی آن ها انجام شود. برخی از این تست ها عبارتند از:
1- سنجش تمیزی مواد ساینده: این آلودگی معمولاً به صورت ذرات روغن و ذرات نمک و ذرات زنگ زدگی های سطح وجود دارد.آلودگی روغن می تواند ناشی از آلودگی اولیه سطح و عملکرد نامناسب فیلتر روغن کمپرسور باشد. جهت شناسایی وجود آلودگی روغن و گریس روش معمولاً هم زدن مخلوط این مواد ساینده در یک ظرف آب مقطر یا آب تمیز و سپس بی حرکت نگه داشتن ظرف و محتویات آن ها برای چند دقیقه است. ابتدا محلول حالت کدر شیری رنگ پیدا کرده و سپس با گذشت زمان ذرات مواد ساینده در ته ظرف رسوب نموده و لکه های روغن روی سطح آب به صورت مشخص جمع می شوند. این گونه تست ها هنگامیکه ذرات بازیافتی با ذرات اولیه مصرف می شوند هر 4 ساعت یک بار انجام می شود. میزان نمک مخلوط با مواد ساینده می تواند از طریق افزایش میزان هدایت الکتریکی این آب و یا خشک کردن این آب در یک تیغه شیشه ای آزمایشگاهی تمیز دیده شود.آلودگی ها به صورت ذرات رنگ قدیمی و یا قطعات زنگ زدگی از طریق جداسازی با دستگاه واش سپراتور آزمایشگاهی دیده شود. البته با توجه به نتایج عملی ، معمولاً استانداردها ، استفاده از این دستگاه به منظور مصرف مواد ساینده بازیافتی را الزامی می دانند.
2- سنجش توزیع اندازه ذرات: این تست به وسیله تعدادی الک با اندازه توری مشخص همراه با ویبراتور مناسب انجام می شود. نتایج آماری حاصل از اطلاعات انجام این تست در مراحل کاری مختلف نظیر مقادیر متوسط اندازه ذرات ، فراوانی و انحراف معیار کمک شایانی در تجزیه و تحلیل کیفیت مواد ساینده و مهارت اپراتور و ارزیابی بازده کار دارد. میزان اختلاط مواد ساینده بازیافتی با محموله اصلی باید با توجه به این داده ها ، میزان زبری سطح مورد نظر و هدف عملیات و یا ایجاد زبری صورت پذیرد.
3- سنجش میزان جذب رطوبت توسط مواد ساینده: این امر می تواند با سنجش اختلاط وزن مقداز مشخصی از مواد ساینده قبل و پس از قرار گیری در کوره با دمای 115 درجه سانتی گراد انجام شود.
4- سنجش PH: مقدار مشخصی از مواد ساینده را در حجم مشخصی از آب پخش نموده و سپس به وسیله کاغذ و یا دستگاه های PH متری اندازه گیری انجام می شود.
5- سنجش خلوص و میزان ناخالصی ها: در صورت نیاز به اطلاعات دقیق تر از نتایج حاصل از آزمایش های ردیف 1، به نتایج حاصل از روش های معمول شیمی تجزیه در یک آزمایشگاه معتبر می توان استناد نمود.
در مواردی که بلاستینگ در محیط بسته انجام می شود و امکان بازیافت کامل مواد ساینده وجود دارد معمولاً توصیه می شود از مواد ساینده فلزی یا دیگر مواد ساینده که دوام بهتری نسبت به مواد ساینده معدنی دارند، استفاده نمود. همچنین در مواردی نیز که ضخامت لایه فلز سازه مورد نظر پایین است توصیه می شود جهت جلوگیری از ضعیف شدن مقاومت مکانیکی سازه، میزان زبری سطح کم باشد. لذا در این موارد توصیه می شود از مواد ساینده کروی Shots به جای مواد ساینده بی شکل یا زاویه دار Angular/Grit استفاده می شود.
مجله صنعت رنگ و رزین-شماره نوزدهم
نویسنده :آقای خسرو کرامت - با تشکر از ایشان