إذا كنت تعمل في مجال صناعة المياه، فربما سمعت مصطلح "إزالة الزنك". في حين أن حدوثه قد يبدو واضحًا من وجهة النظر العلمية، إلا أن تأثيره على تجهيزات المياه النحاسية يمكن أن يكون ضارًا بشكل خطير.
تطرح عملية إزالة الزنك مشاكل كبيرة لمصنعي تجهيزات المياه النحاسية والمستخدمين النهائيين على حدٍ سواء. إذن، ما هو بالضبط وما الذي يمكن فعله لتقليل آثاره؟
ما هو إزالة الزنك؟
إزالة الزنك هي عملية تتسبب في تحلل سبائك الزنك، مثل النحاس، في الماء بمرور الوقت. يتكون النحاس من حوالي ثلثي النحاس والثلث من الزنك، بالإضافة إلى آثار من عناصر صناعة السبائك الأخرى، مثل القصدير والحديد والمنغنيز.
أثناء إزالة الزنك، تتم إزالة الزنك عن غير قصد من سبيكة النحاس من خلال تفاعل تآكل مع الماء أو الرطوبة.
بعد فترة من العمل في الظروف الرطبة، يمكن أن يتسرب ما يكفي من الزنك من سبيكة النحاس مما يضر بسلامة مكون النحاس، مما يترك بنية ضعيفة تشبه قرص العسل وغير صالحة للغرض.
هل إزالة الزنك تسبب صدأ النحاس؟
على الرغم من أنه ليس صدأ كما نفهمه تقليديًا (فقط الحديد يمكن أن يصدأ)، فإن إزالة الزنك لها تأثير تآكل مماثل على مكونات سبائك النحاس، مما يضر ببنيتها الداخلية ويقلل قوتها.
قد يكون من الصعب اكتشاف النحاس منزوع الزنك - على عكس الصدأ الذي يتميز بلونه وملمسه المميزين. غالبًا ما تظل المكونات النحاسية المنزوعة الزنك دون تغيير من الخارج، باستثناء تغير طفيف في اللون، وعادةً ما تحتفظ بشكلها وأبعادها الأصلية.
لكن المسامية المتزايدة لسبائك النحاس والانخفاض الكبير في القوة الميكانيكية للمكون غالبا ما يؤدي إلى فشل كارثي.
لماذا تسبب إزالة الزنك تآكل النحاس؟
إن تفاعل النحاس في الماء سوف يفاجئ الكثير من الناس؛ تعتبر التركيبات النحاسية من الأشياء المفضلة الشائعة في صناعة المياه، فلماذا نستخدمها إذا كانت عملية إزالة الزنك تمثل مشكلة؟
الحقيقة هي أنه على الرغم من أن إزالة الزنك تعتبر اعتبارًا جديًا عند اختيار تركيبات المياه النحاسية، إلا أنه يجب أن تكون هناك عوامل بيئية معينة تلعب دورًا في حدوث ذلك. وتشمل هذه:
- الماء الحمضي قليلا في النظام
- المياه القلوية قليلا في النظام
- تهوية منخفضة للمياه
- ارتفاع درجات حرارة الماء
- آثار المعادن النبيلة والسلسلة الجلفانية
وخير مثال على ذلك هو داخل أسطوانات الماء الساخن، حيث يمكن أن تخضع التركيبات النحاسية لظروف المياه ودرجات الحرارة المختلفة. لهذا السبب، يجب اختيار التركيبات النحاسية المستخدمة في بناء أسطوانات الماء الساخن بعناية لتقليل مخاطر إزالة الزنك من المكونات الحيوية.
السلسلة الجلفانية والتآكل الجلفاني (الجزء العلمي)
تعد السلسلة الجلفانية مقالة في حد ذاتها، ولكن من المفيد تلخيص آثارها هنا لأنها تقدم بعض الأفكار حول كيفية حدوث عملية إزالة الزنك ولماذا تتسبب في تآكل تركيبات المياه النحاسية.
يحدث التآكل الجلفاني عندما يتم ضم معدنين مختلفين وغمرهما في المنحل بالكهرباء؛ في هذه الحالة، المعدنان المختلفان هما النحاس والزنك (على شكل نحاس)، والإلكتروليت هو الماء. هذا التفاعل الجلفاني هو نفس المبدأ الذي يجعل البطاريات أو خلايا التآكل تعمل.
داخل خلية التآكل يجب أن يكون هناك أنود، وكاثود، ومسار معدني، وإلكتروليت. يعمل المعدن الأكثر نقاءً ككاثود ويعمل المعدن الأقل نقاءً كقطب موجب، حيث يتآكل الأنود بدلاً من الكاثود.
النحاس ليس مرتفعًا بشكل خاص على المقياس النبيل - في الواقع، إنه إلى حد كبير في المنتصف. ومع ذلك، يعتبر الزنك تقريبًا المعدن الأقل نبلًا، لذا فإن الفجوة بين النحاس والزنك كبيرة. عندما يتعرض مكون من سبائك النحاس إلى إلكتروليت ويشكل مسارًا معدنيًا، يصبح عنصر الزنك هو الأنود ويتآكل بدلاً من كاثود النحاس.
يتم تسريع التفاعل الجلفاني إذا كان الكاثود أكبر من الأنود. يؤدي هذا إلى تفاقم مشكلة إزالة الزنك في مكونات أسطوانة الماء الساخن النحاسية، حيث أن الأسطوانة النحاسية الكبيرة، التي تعمل ككاثود، أكبر بكثير من التركيبات النحاسية الصغيرة التي تحتوي على الزنك، والتي هي الأنودات.
أضف إلى ذلك ارتفاع درجة حرارة الماء داخل الأسطوانة، وبذلك تكون قد قمت بتهيئة الظروف المثالية لإزالة الزنك من التركيبات النحاسية.
لماذا تستخدم صناعة المياه التركيبات النحاسية إذا تسببت عملية إزالة الزنك في تآكلها؟
على الرغم من المشكلات المرتبطة بإزالة الزنك، هناك الكثير من الأسباب الوجيهة لاستخدام النحاس في تصنيع تجهيزات المياه. النحاس لديه:
- واحدة من أفضل خصائص التصنيع لجميع المعادن
- قابلية تشكيل كبيرة للأختام
- تكلفة مواتية لكل نسبة تطبيق
- عملية إنتاج سبائك سهلة نسبيا
إن مفتاح التطبيق الناجح لخدمة النحاس هو أن يفهم مصمم المكونات بشكل كامل التطبيق النهائي للتركيبات.
القضاء على آثار إزالة الزنك
وللتخلص من آثار إزالة الزنك على تجهيزات المياه النحاسية المتخصصة، يمكن تعديل عناصر صناعة السبائك في النحاس أثناء إنتاجها. هذه عملية منخفضة التكلفة نسبيًا تعمل على تحسين مقاومة النحاس لإزالة الزنك بشكل كبير وتزيد من عمر المكونات عند استخدامها في الظروف الدافئة والرطبة مثل خزانات الماء الساخن.
تسمى السبيكة الناتجة نحاس إزالة الزنك. غالبًا ما يشار إليه باسم CZ132 أو DZR النحاس أو CW602N.
هناك طريقتان لإنتاج نحاس DZR:
- استخدم محتوى الزنك > 15%. يؤدي هذا تلقائيًا إلى منع إزالة الزنك، ومع ذلك، فإن انخفاض محتوى الزنك قد يجعل السبيكة الناتجة غير مناسبة للمكون المقصود أو متطلبات التصنيع.
- إذا كان محتوى الزنك العالي (عادة 35%) مطلوبًا للحفاظ على خصائص النحاس، فيمكن إضافة عناصر صناعة السبائك الأخرى بكميات صغيرة جدًا (عادة 0.2-2%) لمنع إزالة الزنك. غالبًا ما تسمى هذه العناصر مثبطات إزالة الزنك، وتشمل الزرنيخ والنيكل والقصدير والفوسفور والألمنيوم.
هناك عامل مهم آخر في منع إزالة الزنك من التركيبات النحاسية وهو الطريقة المختارة لتصنيع الأجزاء. إذا تم استخدام عملية تزوير، مثل الختم الساخن، أو عملية حرارية أخرى، مثل التلدين، فسيتم تحسين مقاومة المكون لإزالة الزنك بشكل أكبر.
ومع ذلك، يجب أيضًا إيلاء دراسة متأنية لما هو مناسب لتصميم المكونات وتطبيقها وعمليات التصنيع المناسبة لإنتاج الجزء.
هناك العديد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار عند إنتاج سبائك النحاس، ولكن هذه نظرة عامة واسعة على عملية إزالة الزنك ومبادئ إنتاج التركيبات النحاسية DZR للاستخدام في صناعة المياه.
في الختام، إذا فهم مصمم المكونات التطبيق وقام بتحديد سبيكة النحاس الصحيحة، فيجب أن تتمتع التركيبات النحاسية الناتجة بعمر خدمة طويل وخالي من المشاكل.
هل لديك أي أسئلة حول تركيبات المياه المتخصصة؟ تواصل معنا وسنكون سعداء لتقديم المساعدة.
