الطلاء الواقي لحماية المعادن من التآكل

الطلاء الواقي لحماية المعادن من التآكل

– الطلاء الواقي أو الطبقات الواقية المستخدمة لحماية المعادن من التآكل لها أهمية تطبيقية في موضوع التآكل والحد منه.

– تستخدم هذه الطبقات للوقاية من التآكل وذلك بطلي سطح المعدن لمنع الاتصال المباشر بينه وبين المحلول الإلكتروليتي حيث يؤدي هذا إلى تقليل التآكل بشكل ملموس.

– ولكي يحدث التآكل هناك أربعة عوامل أساسية وضرورية كما يلي:

(1) طبيعة القطب السالب.

(2) طبيعة القطب الموجب.

(3) طبيعة المحلول الإلكتروليتي.

(4) قيمة الجهد الكهربائي للمعدن.

– أن استعمال الطلاء الواقي يحول دون تكوين خلية كهروكيميائية ومن ثم يمنع التآكل.

الطلاء الواقي المقاوم للقلويات والأملاح والأحماض

– ويعتبر الطلاء جيداً للحد من التآكل إذا توفرت فيه مقاومـة جيدة ليس فقط ضد الرطوبة ولكن أيضاً ضد القلويات والأملاح والأحماض للأسباب التالية:

(1) عند المناطق الموجبة للمعدن حيث انتشار أيونات الهيدروكسيل (OH^–) ، تتحد هذه الأيونات مع أيونات الصوديوم الموجود في الماء لتكون محلول ضعيف للصودا الكاوية (NaOH).

(2) عند المناطق السالبة من المعدن حيث انتشار ايونات الهيدروجين (⁺H) تتكون أحماض ضعيفة.

(3) يتكون الحمض الضعيف من اتحاد أيـون الهيدروجين (⁺H) بأيونـات الكلوريد (^–Cl) لتكوين محلول ضعيف لحمض الهيدروكلوريك (HCl).

لهذه الأسباب السابقة يجب أن يتصف الطلاء الواقي بمقاومـة جيـدة ضـد القلويات والأحماض.

صفات الطلاء الواقي الجيد لمقاومة التآكل

وفيما يلي نلخص بعض العوامل والأسباب التي تجعل الطلاء جيداً في مقاومته للتآكل كما يلي:

(1) يجب أن يكون للطلاء مقاومة جيد ضد الأحماض والقلويات والأمـلاح

 لأن هذه المواد موجودة في الوسط الذي يسبب التآكل فمثلاً يمكـن أن يكون الوسط صناعياً. يحتوي على كميات قليلة من هذه المواد لتسبيب التآكل.

(2) يجب أن يكون للطلاء مقاومة جيدة ضد الرطوبـة والاشـعـة فـوق البنفسجية

 لأن الرطوبة العالية واشعة الشمس ذات تأثير ضار على هذه الطبقات الواقية.

(3) أن يتميز الطلاء بمعامل التصاق جيد بسطح المعدن

حيث بـدون هذه الطبقة يكون الطلاء غير نافع للاستخدام

(4) سهولة استخدام هذه الطبقات الواقية لطلاء سطح المعدن.

(5) عند استخدام الطلاء يجب أن يكون سمكة على الأقل 1.5 مل وذلك عند جفافه.

(6) معدل سرعة جفاف الطلاء عالية

حتى لا يتأثر بالرطوبة والملوثات الهوائية التي تقلل معامل الالتصاق عند امتصاصها من قبـل الطـلاء ويؤدي ذلك إلى تقليل مقاومته نظراً لعدم اكتمـال عمليـة الإنضـاج (Curing) . يفضل استخدام طبقتين أو أكثر من الطلاء لتقليل مساميته وزيادة مقاومته وتقليل كلفة استخدامه.

مثال على الطلاء الواقي الجيد

– مثال لهذا النوع من الأنظمة الواقية غطاء متكون من طبقة أولية غنيـة بالخارصين (Zinc-rich Primer) تغطي بطبقـة صـمغية مـن الفينيـل (Vinyl Group) أو مادة البوكس (Epoxy) وبسمك كلي بحدود 0.02 إلى 0.025 ملم.

– وإن تنظيف سطح المعدن وتحضيره لعملية الطـلاء لغرض حمايته من التآكل يعتبر عاملاً أساسياً مهماً.

– الأغطية الواقية تنجز الحمايـة الأحسن عندما يكون سطح الفولاذ جافا ويكون قد نظف بالسفع الرملي لإزالة الشوائب والقشور والصدأ ثم يتبع طلاء ذي سمك بحد أدني يساوي 0.0125 ملم.

كيفية اختيار الطلاء الواقي

توجد عدة طرق لاختيار الطلاء الواقي ولكن إذا كان الاختيار لغرض الحماية من التآكل والحد منه أو لتطبيقات صناعية فإن عملية الاختيار يجـب أن تعتمد على الخواص الهامة التالية:

(1) مقاومة التآكل.

(2) حجم المحتوى الصلب أي مقدار المحتوى الصلب حجماً في الطـلاء السائل أصلاً.

(3) سمك الطبقة لكل غطاء.

(4) عدد الأغطية أو الطبقات للحماية المثلى.

(5) الكلفة الإجمالية للجهد والمواد.

(6) عمر الخدمة المتوقعة أي فترة الاستخدام (Service Life)

(7) كلفة القدم المربع لفترة سنة من الخدمة، بالإضافة إلى ذلك يعتبر هذا أهم عامل فـي اختيار الطلاء.

– ويعتمد اختيار الطلاء المناسب وتحضيره بمواصفات معينـة علـى الخبرة المكتسبة. بعض هذه الخبرة يمكن الحصول عليها مـن قابليـة هـذه الطبقات الواقية في حماية المعادن تحت ظروف مختلفـة.

– وتعتبـر الطلية الأولية (Primer) الأساس في نظام استعمال الطلاء الواقي حيث أنها تفيد في عدة أغراض.

– أن الطلبة الأولية والطلية الفوقية (Topcoat) التي تليها يجب أن تكونا من نفس المصدر أو المنشأ حيث أن بعض أنواع الطلية الأوليـة لا يتلائم مع أنواع أخرى من الطلاء الواقي.

أنـواع الطـلاء الواقي لحماية المعادن من التآكل

فيما يلي بعض أنـواع الطـلاء الواقي والأكثر شيوعاً في استعمال للحماية والحد من التآكل المعدني كما يلي:

(1) الطلاء بالزيت Oil Coatings

– تستعمل هذه الأنواع لطلاء الفولاذ المعرض للجو حيث يحتاج الفولاذ إلى تنظيف يدوي بواسطة فرشاة من السلك.

– تستخدم هذه الأنواع من الطلاء لأغراض الزينة حيث أن مقاومة قليلة ضد التآكل والمواد الكيميائية والتغطيس في المحاليل والرطوبة العالية والخدش والاستعمال تحت الأرض.

– يستعمل هذا الطلاء في الحالات التي لا تتوفر فيها طريقة مضبوطة لتحضير سطح المعدن.

(2) الطلاء بالألكيد Alkyed Coatings

– تشبه في الكثير من خواصها الطلاء الزيتي حيث تستعمل في الوسـط المعتدل مع عدم استعمالها في حالات التغطيس في المحاليل أو فـي وجـود شوائب كيميائية.

– يجب استعمالها عندما لا تتوفر إمكانية الإعداد الأمثل لسطح المعدن.

(3) الطلاء بالفينولات Phenolic Coatings

– تستعمل هذه الأنواع من الطلاء لحماية الهياكل الفولاذية المغطسة في الماء أو في وجود رطوبة عالية أو في وجود أبخرة كيميائية نفاذة.

– تحتـاج بعض أغطية الفينولات المحسنة الصفات إلى عملية تجفيف بالحرارة وذلـك لإكمال نضوجها (Baking for Curing) .

– تتميز هذه الأنـواع بمقاومـة كيميائية جيدة لذلك تستعمل لتبطين الإتزانات مثلاً.

(4) الطلاء بالأسفلت Asphalt Coatings

– تستعمل في حالات وجود أبخرة كيميائية أو مواد مسببة للتآكل فقط إذا لم يتعارض لونها الأسود مع الاستعمال، أي في حالة عدم وجود اعتراض على لونها الأسود.

– ويجب عدم استعمالها عندما تكون في تماس مع زيوت أو مذيبات حيث تذيب هذه المواد الأسفلت.

– يستعمل الطلاء بالأسفلت بشـكل واسع للحماية تحت سطح الأرض وأيضاً بالنسبة لتغطية سطوح المبـاني.

– وبوجه عام يكون الطلاء بسمك 1.6 ملم أو أكثر. توجد أربعة أنـواع مـن الطلاء بالأسفلت وهي:

• الأسفلت مع مذيب
• مستحلب الأسفلت والماء.
• اسفلت مع زيت لتكوين طلاء راتينجي صقيل.
• زفت يذاب قبل الاستعمال.

(5) الطلاء بقار الفحم Coal tar coatings

– تستعمل بشكل مشابه للطلاء بالأسفلت، وأنها متوفرة كمحلول زفـت قار الفحم يحتوي على مادة حشو أو بدونها.

– وتستعمل أيضاً وهي حارة على طلية أولية من قار الفحم.

– تتميز هذه الأنواع من الطلاء بأنها أقل مقاومة من أنواع الأسفلت بالنسبة للجو والحوامض.

(6) طلاء البلمرة المشتركة

Acrylic and Styrene-Butadiene Copolymer) Coatings)

– إن هذه الأنواع متوفرة كمحلول أو مستحلبات.

– تستعمل المحاليـل لحماية الفولاذ في المناطق ذات معدل تأكل متوسط بينما تستعمل المستحلبات لأغراض طلاء الزينة الجيدة.

(7) الطلاء باستيرات الأبوكسي Epoxy Ester Coatings

– تستعمل هذه الأنواع لأغراض الصيانة العامة للأجهزة الصناعية وهي منافسة للأنواع الزيتية والالكيدات (Alkyds) .

– تتميز بحفظها الجيـد للـون وهي أفضل بقليل في مقاومتها الكيميائية من الالكيـدات (Alkyds) ولكنهـا تتكلس أسرع.

(8) الطلاء بالمطاط الكلوري Chlorinated Rubber Coatings

– تتكون من المطاط المعالج بالكلور وملدنة بأنواع أخرى من الراتنجات والزيوت والالكيدات (Alkyds) .

– علاوة على ذلك تتميز هذه الأنواع بمقاومتها الجيدة للمواد الكيميائية والأحوال الجوية والمناخية.

(9) الطلاء الغني بالخارصين Zinc Rich Coatings

– هذه الأنواع من الطلاء تكون مخضبة (Pigmented) بشكل كبيـر بمعدن الخرصين وتحمي المعدن بتكوين طبقة موصلة كهربائياً بحيث تصبح ميكانيكية عازلة.

– يقدم معدن الخارصين حماية جلفانية للفولاذ مما يؤدي إلى ذوبان الخارصين منه (Sacrificial Protection) .

– تكون سوائل حمل الدهان (Vehicle) أما عضوية أو لا عضوية.

– أن قدرة الحماية لأنواع الطلاء الغنية بالخارصين تعتمد على سـوائل حمل الدهان المستخدمة وهي المطاط المعالج بالكلور وراتينجات الأبوكسـي (Epoxy Resin) والبولي فينيل (Polyoinyl) والبيوتورل (Butrual) ، أو زيوت مجففة .

– أن درجة إنجاز الحماية تعتمد على مقاومة سائل حمل الدهان المستعمل.

(10) الطلاء باليورثين Urethane Coatings

– تتميز هذه الأنواع من الطلاء باستعمالاتها المتنوعة والواسعة مقارنـة مع أي نظام طلائي آخر، ولهذا فهي تعطي درجات مختلفة من الحماية ضد التآكل.

– علاوة على ذلك فأنها تمتاز بمقاومة عالية ضد الخدش والصدمات.

– علاوة على ذلك فأن بعض أنواعها له مقاومة جيدة ضد التآكل والأنواع الأخرى ليست أفضل من أنواع الالكيـدات. (Alkyds)

(11) الطلاء بالفينيلات Vinyl Coatings

– تستعمل هذه الأنواع في حالات التعرض للمواد الكيميائية والتغير في الماء.

– تستخدم أنواع الطلاء بالفينيلات لمقاومة التعرض لمواد كيميائية فـي الأجواء الكيميائية شديدة.

– هذا وأنها لا تحتاج إلى عامل مسـاعد لإنضاجها وتستخدم لتكوين طبقات ذات سمك نحيف وسمك يزيد على 0.0125 ملم

– كما إن أنواع طلاء الفينيل على شكل محلول لها مقاومة عالية ومتميزة ضد التآكل.

(12) الطلاء بالإبوكسي Epoxy Coatings

– هذا الطلاء ذو صفات متنوعة وله مقاومة عالية ومتميزة ضد التآكل وأيضاً فيه صفات اللدانة والصلابة والالتصاق الجيد بسطح المعدن ومحتوى عال من المواد الصلبة.

– وهذه الأنواع من الطلاء لها عامل مساعد أميني أو بولي أميني (Amine or Polyamide Catalyzed) . وهي تستعمل لطلاء السطوح التجارية للمعادن.

– كما إن أنواع طلاء الابوكسي ذات العامل المساعد الأميني تستعمل علـى شكل طبقات سميكة نسبياً ولها مقاومة عالية للمواد الكيميائية والأحماض غير المؤكسدة.

– أما الأنواع ذات العامل المساعد البولي أميني فلها مقاومة أفضـل للماء مقارنة بذات العامل المساعد الأميني أو الأنواع الأخرى من هذا الطلاء.

(13) الطلاء بالمواد المقاومة للحرارة High-Temperature Coatings

تستعمل الأنواع التالية بصورة عامة عند درجات الحرارة العالية كما يلي:

• طلاء ذو قاعدة زيتية لدرجة حرارة 250° فهرنهيت.
• طلاء الألكيد (Alkyd) أو الفينول لدرجة حرارة من 200° إلى 300° فهرنهيت. 
• نوع الكيد (Alkyd) المكيف لدرجة حـرارة مـن 300° إلى 400° فهرنهيت.
• السليكونات لدرجة حرارة من 300° إلى 500° فهرنهيت.
• النوع اللاعضوي الغني بالخارصين لدرجة حرارة 700° إلى 800° فهرنهيت.
• سليكونات الالمنيوم لدرجة حرارة من 500° إلى 800° فهرنهيت.
• سليكونات الالمنيوم لدرجة حرارة من 800° إلى 1200° فهرنهيت.
• السيراميك السليكوني لدرجة حرارة من 1200° إلى 1800° فهرنهيت.

(14) الطلاء المعدني بالرش Metallized Coatings

– هذه الأنواع بصورة عامة هي معدن مرشوش على سطح معدن آخـر لحمايته ويستخدم لهذا الغرض بندقية رش خاصة.

– أنواع عديدة من المعـادن مثل الخارصين، الالمنيوم، والفولاذ الذي لا يصدأ تستعمل بشكل واسـع وترش وهي سائلة فوق الفولاذ المنظف بالسفع الرملي إلـى درجـة اللـون الأبيض لغرض منع التآكل والحد منه.

– لهذا النوع من الطلاء صفة ضـارة واحدة وهي أن طبقة الطلاء تكون مسامية وعليه يجب أن يوضع فوقه غطاء من طلاء الفينيلي أو الأبوكسي لسد هذه المسامات لغرض الحصـول علـى الحماية المثلي.

المراجع: كتاب أسس الكيمياء الصناعية – الطبعة الأولى 2005 – أ.د. محمد مجدي واصل أستاذ الكيمياء الفيزيائية – كلية العلوم – جامعة الأزهر – مصر