چرا قطعات فولادی بعد از ماشین‌کاری زنگ می‌زنند؟ (ریشه‌یابی علل خوردگی در امولسیون‌های فلزکاری)

دسته‌بندی: راهنمای فنی و عیب‌یابی | نویسنده: واحد تحقیق و توسعه (R&D) کیمیا صنعت ساوالان

وظیفه اصلی یک سیال روانکار و خنک‌کننده پایه آب (آب‌صابون)، محافظت موقت از قطعات ماشین‌کاری شده در برابر اکسیداسیون و خوردگی در فواصل بین مراحل تولید است. با این حال، بروز لکه‌های زنگ‌زدگی روی قطعات تراش‌خورده یا حتی ریل‌های چدنی خود دستگاه‌های CNC، از متداول‌ترین مشکلات کارگاه‌های ماشین‌کاری است.

زنگ‌زدگی نه تنها ظاهر محصول نهایی را تخریب کرده و آن را غیرقابل‌فروش می‌کند، بلکه دقت ابعادی دستگاه‌ها را به مرور زمان از بین می‌برد. در این مقاله به بررسی دلایل علمی بروز این پدیده و نحوه مهار آن می‌پردازیم.

۱. افت pH سیال؛ سقوط به محدوده اسیدی

سیال‌های فلزکاری پایه آب برای جلوگیری از خوردگی آهن و فولاد به گونه‌ای فرموله می‌شوند که خاصیت بازی (قلیایی) داشته باشند. pH ایده آل برای این امولسیون‌ها بین 8.88.88.8 تا 9.59.59.5 است.

علت زنگ‌زدگی: با کارکرد مداوم سیال، تبخیر آب و به ویژه فعالیت باکتری‌ها، ترکیبات اسیدی در مخزن تولید شده و pH کاهش می‌یابد. زمانی که pH به زیر $8.5$ 8.5 یا $8.0$ 8.0 سقوط کند، فیلم محافظ قلیایی شکسته شده و یون‌های آهن به سرعت با اکسیژن هوا واکنش داده و اکسید آهن (زنگ قرمز) تشکیل می‌دهند.
راه‌حل: pH مخزن را به صورت هفتگی با کاغذ pH یا pHمترهای دیجیتال پایش کنید. در صورت افت شدید، غلظت امولسیون را با افزودن روغن تازه افزایش دهید یا از محلول‌های اصلاح‌کننده pH تحت نظارت سازنده استفاده کنید.

۲. استفاده از آب با کلرید و سولفات بالا

کیفیت آب مورد استفاده جهت رقیق‌سازی روغن به اندازه خود روغن اهمیت دارد.

علت زنگ‌زدگی: حضور یون‌های کلرید ( $Cl^-$ Cl−) و سولفات ( $SO_4^{2-}$ SO42−) در آب مصرفی (به ویژه آب‌های چاه و آب‌های سنگین لوله‌کشی برخی مناطق صنعتی) به عنوان کاتالیزورهای قوی خوردگی عمل می‌کنند. یون کلرید به راحتی به لایه‌های محافظ نفوذ کرده و خوردگی نقطه‌ای (Pitting) ایجاد می‌کند؛ حتی اگر pH سیستم در محدوده مناسب باشد.
راه‌حل:

میزان کلرید آب مصرفی کارگاه باید کمتر از $100\text{ ppm}$ 100 ppm باشد.
در صورت ناگزیر بودن استفاده از آب‌های نامساعد، استفاده از روانکارهای با مقاومت خوردگی و سختی بالا نظیر SVL-E200-HW الزامی است که سیستم ادیتیوهای مهارکننده (Corrosion Inhibitors) قوی‌تری دارند.

۳. غلظت پایین امولسیون (رقیق‌سازی بیش از حد)

گاهی اوقات اپراتورها برای صرفه‌جویی در مصرف روغن، نسبت آب به روغن را به شدت بالا می‌برند (مثلاً غلظت ۱ یا ۲ درصد).

علت زنگ‌زدگی: در غلظت‌های بسیار پایین، مولکول‌های بازدارنده خوردگی موجود در فرمولاسیون روغن توانایی پوشش‌دهی کامل سطح فلز را ندارند. در نتیجه، آب موجود در امولسیون مستقیماً با فلز در تماس قرار گرفته و سرعت اکسیداسیون را به شدت افزایش می‌دهد.
راه‌حل: غلظت امولسیون را همواره با رفراکتومتر پایش کرده و بر اساس توصیه فنی سازنده روانکار (معمولاً حداقل ۴ درصد برای قطعات فولادی) تنظیم کنید.

۴. خوردگی گالوانیک (تماس فلزات ناهمجنس)

در کارگاه‌هایی که قطعاتی از جنس‌های مختلف (مانند آلومینیوم، مس، چدن و فولاد) را با یک دستگاه و یک مخزن آب‌صابون مشترک ماشین‌کاری می‌کنند، پدیده خوردگی گالوانیک رخ می‌دهد.

علت زنگ‌زدگی: اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی بین فلزات ناهمجنس در حضور آب‌صابون (که به عنوان یک الکترولیت عمل می‌کند)، باعث انتقال جریان الکتریکی و خوردگی شدید فلز فعال‌تر (مانند آلومینیوم یا چدن در تماس با مس) می‌شود. تجمع براده‌های چدن مرطوب روی قطعات فولادی نیز محرک شدید این پدیده است.
راه‌حل:
مخازن و سینی‌های دستگاه را مرتباً از براده‌های فلزی پاکسازی کنید.
قطعات مرطوب ماشین‌کاری شده را روی صفحات فلزی خیس به صورت روی هم انباشته رها نکنید؛ آن‌ها را خشک کرده و با هوا باد بگیرید.

۵. عدم استفاده از بازدارنده‌های فاز بخار (VCI) در محیط‌های شرجی

در کارگاه‌هایی که رطوبت نسبی محیط کارخانه بسیار بالا است، فرآیند زنگ‌زدگی شتاب بیشتری می‌گیرد.

علت زنگ‌زدگی: پس از پایان ماشین‌کاری، لایه نازک امولسیون روی قطعه تبخیر می‌شود. در مناطق با رطوبت بالا، رطوبت هوا روی سطح فلز فاقد پوشش متراکم شده و زنگ‌زدگی موضعی ایجاد می‌کند.
راه‌حل: قطعاتی که نیاز به انبارش دارند را پس از خروج از ماشین‌کاری با روغن‌های محافظ موقت یا کاغذهای ضدزنگ (VCI) بپوشانید.

چک‌لیست عیب‌یابی و پیشگیری از زنگ‌زدگی در کارگاه

content_copy

گام عیب‌یابی	فاکتور مورد سنجش	وضعیت مطلوب	اقدام اصلاحی در صورت انحراف
۱	سنجش pH امولسیون	$8.8 – 9.5$ 8.8−9.5	افزودن روغن تازه جهت اصلاح pH یا تخلیه و شستشو
۲	سنجش غلظت با رفراکتومتر	$4\% – 7\%$ 4%−7%	اضافه کردن امولسیون غلیظ برای جبران کمبود
۳	آنالیز کلرید آب ورودی	$< 100\text{ ppm}$ <100 ppm	استفاده از آب سختی‌گیری شده یا تغییر گرید به روانکار مقاوم
۴	وضعیت نظافت کارگاه	عاری از براده انباشته	پاکسازی روزانه براده‌ها از مخزن و ریل دستگاه

نتیجه‌گیری

خوردگی و زنگ‌زدگی قطعات یک مشکل اجتناب‌ناپذیر در ماشین‌کاری نیست، بلکه نشانه‌ای از به هم خوردن تعادل شیمیایی امولسیون یا کیفیت نامناسب آب و روانکار مصرفی است. با پایش منظم غلظت و pH، تمیزکاری به موقع براده‌ها و انتخاب گریدهایی که با تکنولوژی بالا طراحی شده‌اند، می‌توان زنگ‌زدگی قطعات را به صفر رساند.

متخصصین کیمیا صنعت ساوالان آماده انجام تست‌های تخصصی خوردگی (مانند تست Herbert براده چدن بر اساس استاندارد IP-125) روی نمونه آب‌صابون فعلی کارگاه شما هستند تا ریشه دقیق مشکل خوردگی را شناسایی و برطرف نمایند.

SAVALAN

1 مرداد 1405