عيوب المواد التقليدية المقاومة للتآكل
في الواقع، لطالما كانت المواد الحديدية من الخيارات الشائعة لمقاومة التآكل، حيث يُعدّ فولاذ المنغنيز والحديد الزهر الأبيض والفولاذ السبائكي من بين الأنواع الأكثر استخدامًا. مع ذلك، تُعاني هذه المواد من بعض العيوب. على سبيل المثال، يتميز فولاذ المنغنيز الأوستنيتي بمتانة فائقة، ولكنه صعب التشكيل. أما الحديد الزهر الأبيض العادي والحديد الزهر الأبيض منخفض السبائك، فيوفران صلابة جيدة ومقاومة للتآكل، ولكنهما يعانيان من هشاشة عالية، مما يحدّ من استخدامهما في التطبيقات التي تتطلب أحمالًا خفيفة فقط. في حين أن الحديد الزهر الأبيض متوسط السبائك وعالي السبائك قد تغلب على مشكلة الهشاشة العالية، إلا أنهما يرتبطان بتكاليف إنتاج أعلى بكثير.
يُعدّ التآكل والصدأ والكسر من الأسباب الرئيسية لتعطل مكونات المعدات، وهي ظاهرة شائعة في قطاعات مثل التعدين والبناء والطاقة الكهربائية والآلات. ومن بين هذه العوامل، يُؤثر التآكل بشكلٍ بالغ على المكونات. ففي معدات النقل تحديدًا، يُشكّل تآكل المواد حوالي 80% من حالات تعطل المكونات، حيث لم تعد المواد التقليدية المقاومة للتآكل قادرة على تلبية متطلبات الخدمة في ظل ظروف العمل القاسية.
في ثمانينيات القرن الماضي، ظهرت تدريجياً عدة مواد خزفية مقاومة للتآكل، مثل البوريدات والكربيدات والنيتريدات، ما دفع دول العالم إلى استثمار موارد كبيرة في الأبحاث ذات الصلة. ومع تعميق هذه الأبحاث، ازداد استخدام هذه المواد الخزفية المقاومة للتآكل في المعدات الصناعية وخطوط الأنابيب نظراً لأدائها المتميز. وبفضل استبدالها للمواد المعدنية التقليدية، حسّنت هذه المواد بشكل ملحوظ من عمر المعدات وقدرتها على التشغيل المستمر.
خصائص ومميزات السيراميك الصناعي المقاوم للتآكل
لقد احتلت المواد الخزفية الصناعية مكانة بارزة في قطاع المواد المقاومة للتآكل، ويعود ذلك بشكل رئيسي إلى الخصائص والسمات الرئيسية التالية:
(1) صلابة وقوة عاليتان؛
(2) مقاومة ممتازة للتآكل وعمر خدمة طويل. وقد أظهرت الاختبارات أن مقاومته للتآكل تفوق مقاومة فولاذ المنغنيز بـ 180 مرة، ومقاومة فولاذ الصب عالي الكروم بـ 118 مرة.
(3) مقاومة عالية للصدمات؛
(4) مقاومة عالية لدرجات الحرارة. ترابط قوي ومقاومة ممتازة للحرارة؛
(5) خفيف الوزن. تبلغ كثافة السيراميك المقاوم للتآكل حوالي 3.6 جم/سم³، أي نصف كثافة الفولاذ والحديد فقط، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من حمل المعدات.
(6) نطاق تطبيق واسع وقدرة عالية على التكيف: يمكن اختيار المواد الخزفية الصناعية من أنواع مختلفة وفقًا لمتطلبات محددة لجميع المعدات الميكانيكية التي تتعرض للتآكل الشديد في أنظمة مثل الطحن، وإعداد الفحم، ونقل المواد، وتفريغ الرماد وإزالة الغبار، والتي تستخدم على نطاق واسع في المؤسسات بما في ذلك محطات الطاقة الحرارية، ومصانع الصلب، ومصاهر المعادن، والمناجم، ومصانع الأسمنت.
تصنيف السيراميك الصناعي المقاوم للتآكل
تصنف المواد الخزفية الصناعية المقاومة للتآكل الشائعة حسب المادة، وتشمل بشكل رئيسي الخزف الأكسيدي والخزف الكربيدي والخزف النيتريدي.
(1) السيراميك الصناعي المقاوم للتآكل بالأكسيد
من بين المواد المستخدمة في تصنيع المكونات المقاومة للتآكل، تبرز سيراميك الألومينا كمثال نموذجي للمواد السيراميكية الصناعية المقاومة للتآكل. وبفضل صلابتها العالية، وثباتها الكيميائي الممتاز، ومقاومتها الفائقة للتآكل، تُستخدم سيراميك الألومينا على نطاق واسع في قطاعات مثل التعدين، والبتروكيماويات، والفضاء. مع ذلك، فإن انخفاض مقاومتها للكسر نسبيًا وضعف مقاومتها للصدمات الحرارية قد حدّا من تطبيقاتها في المجالات الصناعية، لا سيما تلك التي تتطلب خصائص ميكانيكية دقيقة للمواد. يُمكن تحسين صلابة سيراميك الألومينا بشكل فعال عن طريق إضافة كمية معينة من مركبات أخرى، مما يُعزز مقاومتها للتآكل. لهذا السبب، أصبحت سيراميك الألومينا المركبة اتجاهًا رئيسيًا للبحث والتطوير في الوقت الحاضر.
(2) السيراميك المقاوم للتآكل المصنوع من النتريد
بدأت صناعة السيراميك النيتريدي في وقت متأخر نسبيًا، ولم تشهد تطورًا سريعًا إلا في سبعينيات القرن الماضي. ويتم إنتاج معظمها عبر التخليق الصناعي. وإلى جانب تميزها بقوة وصلابة عاليتين، تتمتع هذه السيراميك بخصائص كهربائية وحرارية ممتازة. وبعد عقود من التطوير، أصبحت السيراميك النيتريدية، مثل نيتريد السيليكون ونيتريد الألومنيوم ونيتريد البورون، تُستخدم على نطاق واسع كمكونات ميكانيكية عالية القوة، ومكونات مقاومة للتآكل، وأجزاء مقاومة للتلف في قطاعات متنوعة تشمل الطيران والفضاء، والآلات، والمعادن.
(3) سيراميك مقاوم للتآكل من الكربيد
تتميز سيراميكات كربيد البورون بثبات كيميائي فائق، ولا تضاهي صلابتها سوى صلابة الماس ونيتريد البورون المكعب (سي بي إن)، مما يجعلها مواد ممتازة مقاومة للتآكل والاحتكاك، ذات آفاق تطبيق واسعة في المواد الكاشطة والمحامل وحلقات منع التسرب وأدوات القطع. مع ذلك، تتأثر الخصائص التريبولوجية لسيراميكات كربيد البورون (B₄C) بشكل كبير بدرجة الحرارة والحمل وسرعة الاحتكاك ومواد زوج الاحتكاك، لذا يجب مراعاة ظروف التشغيل والعوامل البيئية بشكل كامل في التطبيقات العملية.
