دلیل جدید زنگزدگی خودروها و سازههای فلزی
سالها تصور میکردیم که زنگزدگی خودروها و سازههای فلزی در باران به خاطر وجود نمک و مواد اسیدی در آب و همچنین فرسایش تدریجی پوششهای محافظ است. اما یک پژوهش جدید نشان میدهد که خود قطرات باران نیز میتوانند با یک سازوکار الکتریکی پنهان، به این پوششها آسیب بزنند و مسیر خوردگی را هموار کنند.
پژوهشگران مؤسسه پژوهشی پلیمر ماکس پلانک در آلمان به این نتیجه رسیدند که قطرات آب در حین حرکت روی سطوح مختلف، قادر به جمعآوری بار الکتریکی هستند. این قطرات باردار وقتی با سطوح فلزی برخورد میکنند، مانند یک جرقه کوچک عمل کرده و حتی ممکن است از پوششهای عایق عبور کنند.
این پدیده به نام الکتریسیته تماسی شناخته میشود و زمانی رخ میدهد که قطرهای آب روی سطوحی مانند برگ گیاه، شیشه، پلاستیک یا رنگ بدنه خودرو حرکت میکند. در این حالت، تماس و اصطکاک میان آب و سطح، باعث جابهجایی ذرات باردار میشود. در نتیجه، قطره بخشی از بار الکتریکی سطح را با خود حمل میکند و سطح نیز بار مخالفی را باقی میگذارد.
وقتی قطره آب روی سطوحی مانند شیشه یا رنگ خودرو حرکت میکند، میتواند بار الکتریکی جمعآوری کند و ولتاژی تا چند هزار ولت تولید نماید. اگرچه مقدار این بار در ظاهر کوچک به نظر میرسد، اما به دلیل حجم کم قطره، همین مقدار میتواند ولتاژی در حد چندهزار ولت ایجاد کند. این قطره باردار هنگام برخورد با فلز، میدان الکتریکی قوی در فاصلهای بسیار کوتاه ایجاد کرده و به پوششهای عایق آسیب میزند.
به گزارش خبرنگار پایگاه خبری، دانشمندان مؤسسه پژوهشی پلیمر ماکس پلانک برای بررسی اثر این بار الکتریکی، قطرههایی شبیه باران را روی چند سطح مختلف حرکت داده و سپس آنها را روی صفحه مسی پوشاندهشده با لایهای نازک از تفلون انداختند. تفلون یکی از مقاومترین مواد پوششی در برابر مواد شیمیایی است.
نتیجه این آزمایش غافلگیرکننده بود: پس از حدود سههزار قطره، صفحه مسی زیر پوشش تفلون در تمامی نمونهها دچار خوردگی شد. بررسیهای میکروسکوپی نشان داد که در برخی نقاط، آسیب از ضخامت پوشش عبور کرده و به فلز زیرین رسیده است. در حالی که قطراتی که پیش از برخورد، روی سطح حرکت نکرده و بار الکتریکی نگرفته بودند، هیچ آسیبی ایجاد نکردند.
وقتی یک قطره باردار به سطح فلزی نزدیک میشود، میدان الکتریکی میان قطره و فلز افزایش پیدا میکند. این میدان میتواند از توان تحمل پوشش عایق بیشتر شود و باعث پدیدهای شبیه شکست الکتریکی شود.
در واقع، قطره مانند یک صاعقه کوچک عمل میکند. اگر این پدیده بارها و بارها تکرار شود، میتواند پوشش محافظ را تضعیف کرده و فلز زیرین را در معرض آب، اکسیژن و نمک قرار دهد. پس از شکستهشدن پوشش، فرایند معمول خوردگی آغاز میشود و آب شور روی فلز باقی میماند که واکنشهای شیمیایی باعث تشکیل ترکیباتی مانند اکسید مس میشود؛ همان موادی که رنگ سبز روی سقفهای مسی قدیمی را ایجاد میکنند.
پژوهشگران همچنین متوجه شدند که آسیب ایجادشده بهمرور سریعتر گسترش مییابد. یک نقطه آسیبدیده راحتتر آب را نگه میدارد و شرایط مناسبی برای ادامه خوردگی فراهم میکند. این پدیده تنها به خودروها محدود نمیشود و هر چیزی که در فضای باز قرار دارد و با پوشش محافظ از فلز آن محافظت میشود، ممکن است تحت تأثیر قرار گیرد؛ از پلها و بدنه کشتیها گرفته تا تجهیزات الکترونیکی بیرونی و سازههای فلزی تاریخی.
البته ضخیمتر کردن پوششها میتواند تا حدی از این مشکل جلوگیری کند. در آزمایشها، لایههای ضخیمتر پلیاستایرن توانستند در برابر قطرات باردار مقاومت کنند. اما در بسیاری از کاربردها، افزایش ضخامت امکانپذیر نیست؛ برای مثال، پوششهای شفاف باید نازک بمانند و پوشش هواپیماها باید سبک و انعطافپذیر باشند.
پژوهشگران معتقدند که در آینده، هنگام طراحی پوششهای محافظ باید علاوه بر مقاومت شیمیایی و مکانیکی، توانایی تحمل میدانهای الکتریکی نیز در نظر گرفته شود. این پژوهش در ژورنال Nature منتشر شده است.
سوالات متداول
چرا خودروها و سازههای فلزی زنگ میزنند؟
زنگزدگی خودروها و سازههای فلزی به دلیل وجود نمک و مواد اسیدی در آب و همچنین فرسایش پوششهای محافظ است.
قطرات باران چگونه به پوششهای محافظ آسیب میزنند؟
قطرات باران میتوانند بار الکتریکی جمع کنند و هنگام برخورد با سطوح فلزی، میدان الکتریکی قوی ایجاد کنند که به پوششهای عایق آسیب میزند.
آزمایشهای انجامشده توسط پژوهشگران چه نتیجهای داشت؟
نتایج نشان داد که پس از حدود سههزار قطره، صفحه مسی زیر پوشش تفلون دچار خوردگی شد و آسیب به فلز زیرین رسید.
آیا این پدیده فقط به خودروها محدود است؟
خیر، این پدیده میتواند بر روی هر سازهای که در فضای باز قرار دارد و با پوشش محافظ از فلز آن محافظت میشود، تأثیر بگذارد.
چگونه میتوان از این آسیبها جلوگیری کرد؟
ضخیمتر کردن پوششها میتواند تا حدی از این مشکل جلوگیری کند، اما در بسیاری از کاربردها، افزایش ضخامت امکانپذیر نیست.
