به نام خداوند بزرگ و بلند مرتبه

آشنایی کامل با رشته ی مهندسی مواد و متالورژی

مقدمه

این تعریف که «متالورژی که از قدیمی‌ترین هنرها و یکی از جدیدترین علوم است» ، بخوبی تاریخچه طولانی و جالب رشته متالورژی را بیان می‌کند. از زمانی که بشر فلز را شناخت، متالورژی را به‌عنوان یک هنر فرا گرفت. این علم ، فرآوری مواد معدنی از کانه‌های آنها (جداسازی از سنگ معدن) ، ذوب ، تصفیه و تولید شمش ، بهبود خواص و تهیه آلیاژها و فن کار بر روی فلزات و شکل دادن آنها را در بر می‌گیرد. صنعت متالورژی در جهان از دیرباز به‌عنوان صنعت مادر شناخته شده ، با پیشرفتهای روز افزون تکنولوژی ، نقش آن آشکارتر می‌گردد. شواهد باستان شناسی نشان می‌دهد که ساکنین فلات ایران ، جزو اولین اقوامی بوده‌اند که به کشف فلزات و استفاده از آن نائل گردیده‌اند. با در نظر گرفتن این سابقه دیرینه ، همچنین نقش روز افزون فلزات در زندگی بشر و وجود معادن غنی متعدد در کشورمان لازم است که دست‌اندرکاران متالورژی در شناسایی هر چه بیشتر این رشته کوشا بوده ، به طریقی سطح اطلاعات علمی و فنی سایرین را در این زمینه بالا ببرند.

تاریخچه متالورژی

دوره فلزات پس از عصر سنگ بوده ، از حدود 6 تا 7 هزار سال پیش از هجرت آغاز شده است. به نظر می‌رسد که مس اولین فلزی است که بطور خالص و طبیعی و جدا از مواد معدنی مورد استفاده بشر قرار گرفته است. با نگاهی به انوع سنگهای مس ، می‌بینیم که آنها کم و بیش از ظاهری فلزی با رنگهای الوان ، نظیر نیلی ، لاجوردی ، سبز ، طلایی و رخ برخوردار می‌باشند این امر می‌تواند یکی از علل عمده توجه بشر اولیه به ترکیبات حاوی مس باشد. از طرفی مس به‌صورت خالص در طبیعت یافت می‌شود و قابلیت شکل‌پذیری مناسبی دارد. برخی از پژوهشگران نیز معتقدند که اولین بار ذرات براق طلا که در کف رودخانه ها پراکنده بوده است، توسط بشر شناسایی شدند. مصریان و شاید هندیان بیش از سایر ملل در استخراج طلا از سنگهای آن توفیق داشته‌اند. در ایران نیز از دوره هخامنشی ، آثار متعددی از طلا و نقره خصوصا در کنار رود جیحون و در شهر همدان کشف شده است. با گذشت زمان ، قلع ، نقره ، سرب و آنیتموان (سنگ سرمه) نیز کشف شد. فلزکاران با استفاده از آتش ، سرخ کردن و سپس ذوب فلزات ، آمیختن آنها را تجربه کرده ، به شناخت تجربی آلیاژها توفیق یافتند. از اختلاط قلع و مس ، مفرغ پدید آمده ، عصر مفرغ آغاز شد. مفرغ از هنر زیبایی با مس ، طلا و نقره رقابت می‌کرد و سختی و دوامش از انها بیشتر بود و نیازهای بشر را نیز برای ساخت ابزارهای مختلف تامین می‌کرد، لذا بشر تا مدتها به فکر ساختن آلیاژ یا کشف فلز جدیدی نبود.

به نظر می‌رسد که ابتدا شهاب‌های آسمانی که حاوی آهن و نیکل (15-6 درصد نیکل) بوده‌اند، توسط انسانهای نخستین بکار گرفته شده‌اند. اطلاق سنگ اسمانی و فلز ستارگان به آهن نیز موید همین است. آشوری‌ها ، بابلی‌ها ، کلدانی‌ها و عبری‌ها به‌علت گرانبها بودن آهن از آن در ساختن زیور آلات استفاده می‌کردند. در عهد حمورابی (2700 سال پیش از هجرت) ، بهای آهن هشت برابر نقره و معادل سه‌ربع بهای طلا بوده است.در ایران قدیم نیز در دوره هخامنشی به مرور مصالح آهنی جای مصالح مفرغی را گرفت، بطوری‌که در اواخر این دوره ، اسلحه‌های آهنی جایگزین اسلحه‌های مفرغی شدند. پیشینیان ، سنگ معدن آهن را با زغال چوب مخلوط کرده ، مشتعل می‌نمودند. در دوران باستان ، در ایران ، بین النهرین ، یونان و روم مجموعا هفت فلز شناخته و بکار برده شده‌اند که شامل مس ، طلا (زر) ، نقره (سیم) ، آهن ، سرب (آبار) ، اقلع (ارزیز) و جیوه (سیماب) و پلاتین می‌باشند.

تولید فلزات در طول زمان

از دوران باستان تاکنون مجموعا 87 فلز کشف شده است که به جز 7 فلز مذکور ، 2 فلز در قرون وسطی ، 15 فلز در قرن دوازدهم هجری ، 43 فلز در قرن سیزدهم هجری و 20 فلز در قرن چهاردهم هجری (قرن معاصر) کسف شده‌اند. البته بین تاریخ کشف و زمانی که تولید فلزات از نظر اقتصادی مقرون به صرفه شده است، فاصله زمانی طولانی وجود دارد. چون در بررسی مسائل متالورژی ، نه‌تنها تولید فلزات امر مهمی می‌باشد، بلکه موارد کاربرد آنها نیز باید قابل توجیه باشد. برای مثال اورانیوم در سال 1221هجری خورشیدی کشف شده است، اما تولید صنعتی آن تا سال 1320هجری خورشیدی (1841م.) طول کشیده است. به عبارت دیگر حدود یک قرن پس از کشف اورانیوم ، یعنی زمانی که پدیده شکافت اتمی فلزات هسته‌ای تحت استفاده مطلوب قرار گرفت، تولید آن در سطح صنعتی شروع گردید.

شکل‌گیری علم متالورژی

با گذشت زمان ، کشف روشهای جدید استخراج و تصفیه فلزات ، شناسایی مشخصات ساختاری و فیزیکی مواد و فنون جدید شکل دادن و کاربر روی فلزات ، صنعت متالورژی به عنوان شاخه ای از علم ، جایگاهی مستقل یافت. امروزه علم متلوژی را به دو بخش کلی شامل متالورژی استخراجی و متالورژی صنعتی تقسیم نموده‌اند که این دو بخش ، اخیرا در دانشگاهها نیز به‌عنوان گرایشهای رشته مهندسی متالورژی انتخاب شده‌اند. متالورژی استخراجی و شیمیایی شامل جداکردن فلزات از سنگ معدن و تصفیه آنها (تولید فلزات) ، شناخت انواع کوره‌ها ، سوخت‌ها و فعل و انفعالات شیمیایی می‌باشد. این گرایش انواع متعددی از روشها را در بر می‌گیرد که از جمله می‌توان به کانه آرایی ، پر عیار کردن مواد معدنی ، شستن ، ذوب کردن ، تصفیه فلز مذاب و تولید شمش اشاره نمود. متالورژی صنعتی شامل کار بر روی فلزات و مواد و تهیه محصول نهایی می‌باشد. در این گرایش همچنین خواص و مشخصات فیزیکی ، ساختاری و مکانیکی مواد نیز بررسی می‌شوند. منظور از کار کردن روی فلزات ، روشهای مختلف تولید مصنوعات فلزی می‌باشد که مهمترین شیوه‌های تولید عبارتند از: متالورژی پودر ، شکل دادن ، جوشکاری و ماشینکاری. انتخاب نوع روش تولید عمدتا به مسائل اقتصادی ، خواص فلزات ، زمان تولید ، اندازه ، شکل و تعداد قطعات مورد نیاز بستگی دارد. به‌عنوان مثال ، فلزاتی که خاصیت پلاستیک کمی دارند یا قطعاتی که دارای اشکال پیچیده هستند، به روش ریخته گری شکل داده می‌شوند.

معرفی مهندسی مواد و گرایشهای آن

موضوع مهندسی مواد یكی از رشته های مهندسی است كه به درستی لقب مادر رشته های مهندسی را به خود اختصاص داده است. این رشته به عنوان یك رشته مستقل، قدمتی حدود هفتاد ساله دارد. در ایران نیز از حدود 40 سال قبل این رشته در دانشگاه‌های كشور تدریس می‌شود. به جرات می‌توان گفت كه اكثریت قریب به اتفاق مصنوعات بشری كه در اطراف می‌بینیم. حاصل تلاش مهندسین مواد است. اگر به اتومبیل، قطار و هواپیما توجه كنیم، قسمت‌های اصلی آن مثل بدنه، شیشه و موتور از مواد تشكیل شده است. در ساختمان‌ها تمام قطعات فلزی بكار رفته در اسكلت ساختمان، تمام مواد اولیه سیم كشی، مواد بكار رفته در لوله كشی‌های آب، شوفاژ، گاز، وسایل و لوازم خانگی و... تماماً به مهندس مواد مربوط می‌شود. در حال حاضر رشته مهندسی مواد در سطح دانشگاه‌های ایران در مقطع كارشناسی در سه گرایش دانشجو می‌پذیرد كه عبارتند از: متالورژی استخراجی، متالورژی صنعتی و سرامیك. 

گرایش متالورژی استخراجی : گرایش متالورژی استخراجی یكی از زیرمجموعه های رشته مهندسی مواد است. كشور ایران جزء معدود كشورهای جهان بشمار می رود كه دارای معادن متنوع و غنی از فلزات است. با وجود این مزیت نسبی، متأسفانه هنوز ما نتوانسته ایم به جایگاه واقعی خود در تولید فلزات در جهان برسیم. در ایران در حال حاضر فقط فلزاتی نظیر آهن، مس، سرب، روی و آلومینیوم بصورت انبوه تولید می شود. هنوز ما وارد كننده فلزاتی نظیر تیتانیم، منیزیم، كبالت و ... هستیم. حتی باید اشاره كرد كه بحث روز ایران در رابطه با غنی سازی اورانیم، با وجود معادن حاوی اورانیم اخیراً مورد توجه قرار گرفته، كه یك بحث كاملاً متالورژیكی است. در حقیقت باید از متخصصین امر استخراج فلزات بعنوان متولیان تولید فلز اورانیم نام برد. بنابراین دیر یا زود ایران باید تولید دیگر فلزات مهم صنعتی و استراتژیك را آغاز كند. این مسئله جز با كمك نیروهای متخصص امكان پذیر نیست. 
در این رشته به هیچ وجه در مورد معدن كاری و استخراج معادن بحث نمی شود. این جزء مواردی است كه به فارغ التحصیلان رشته مهندسی معدن مربوط می شود. بلكه كار فارغ التحصیلان این رشته هنگامی آغاز شده كه سنگ معدن حاوی فلز در محل كارخانه تحویل گرفته می شود. در این گرایش دانشجویان، اصول و مبانی علمی استخراج فلزات را آموزش می بینند. در كنار آموزش فناوریهای متداول تولید فلزات، روشهای نوین تولید فلزات نیز تدریس می شود.  از دیگر زمینه هایی كه در این گرایش آموزش داده می شود میتوان به خوردگی و از بین رفتن فلزات و روشهای جلوگیری از آن و روشهای پوشش دهی فلزات اشاره كرد. گفتنی است كه در حال حاضر 33% از درآمد ناخالص ملی كشور آمریكا بواسطه مسئله خوردگی انواع سازه ها، اتومبیلها، صنایع و .... تلف می شود. این نشان دهنده اهمیت علم خوردگی فلزات است. همچنین با عملیات خاص میتوان در سطح فلزات، پوششهای خاصی ایجاد كرد كه خصوصیات سطحی فلزات را بطور چشمگیری بهبود داد. بعنوان مثال میتوان با ایجاد پوششهای خاص سختی سطح فلزات را تا پانزده برابر افزایش داد. یا با ایجاد پوششهای مناسب در سطح فلزی مثل آهن، آنها را در محیطهای خورنده ای مثل اسید سولفوریك به راحتی بكار برد. دانشجویان جزء مواردی كه در این رشته با آن آشنا می شوند خوردگی و روشهای جلوگیری از آن و علم پوشش دهی فلزات است. 
زمینه های اشتغال: دانش آموختگان این گرایش علاوه بر كار در كارخانجات تولید فلزات نظیر تولید فولاد و ذوب آهن، مس، آلومینیوم، سرب و روی و ... می توانند در مراكز تحقیقاتی در ارتباط با تولید فلزات مشغول به كار شوند. همچنین در صنایعی مثل نفت و پتروشیمی در ارتباط با مسائل بسیار مهم و حساس خوردگی فعالیت كنند. 
زمینه های ادامه تحصیل: دانشجویان پس از اخذ مدرك كارشناسی می توانند این رشته را در ایران در سطوح كارشناسی ارشد و دكتری ادامه دهند. دانشگاه علم و صنعت ایران تاكنون بیش از ده دوره فارغ التحصیل دوره دكتری در این گرایش داشته است و هم اكنون فارغ التحصیلان آن در دانشگاههای معتبر ایران و مراكز صنعتی و تحقیقاتی مشغول به كار هستند. 
برای آن دسته از فارغ التحصیلان كارشناسی نیز كه قصد ادامه تحصیل در خارج از كشور را دارند، با توجه به سابقه خوبی كه دانشجویان ایرانی در خارج از كشور داشته اند، دانشگاههای خارجی به خوبی پذیرای فارغ التحصیلان این گرایش هستند.

گرایش متالورژی صنعتی : رشته متالورژی صنعتی یكی از زیر مجموعه‌های رشته مهندسی مواد است. در مهندسی مواد شناخت ساختار مواد و خواص آن و شناخت ارتباط بین این ساختار و خواص در جهت افزایش زمینه‌های كاربردی و طراحی مواد نو و تركیبات جدید از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
با توجه به نام و محتوی این رشته ملاحظه می‌شود كه در این رشته از علم شناخت فلزات و آلیاژها در جهت كاربردهای  صنعتی استفاده می‌شود. علم متالورژی كه یكی از شاخه‌های علم مواد می‌باشد در زمینه طراحی و تولید آلیاژهای صنعتی كاربرد دارد. كلیه قطعات مكانیكی كه در صنایع مختلف بكار می‌رود از فلزات و آلیاژهای گوناگونی ساخته شده اند. انواع فولادها و چدن‌های آلیاژی، آلومینیم و آلیاژهای آن، مس، منیزیم، روی و سایر فلزات به‌طور وسیع در ساخت انواع قطعات صنعتی مورد مصرف قرار می‌گیرند. این قطعات در صنایع مختلف به‌خصوص صنایع خودروسازی، هوا- فضا، هواپیماسازی، پتروشیمی، صنعت نفت و گاز، ساختمان، سازه‌های فضایی، حمل‌ونقل، صنایع نظامی به‌كار می‌روند.
زمینه‌های كاربردی جدید: رشته متالورژی صنعتی علاوه بر كاربردهای متداول كه در صنایع گوناگون دارد در جهت طراحی و تولید مواد پیشرفته به‌سرعت در جهان در حال توسعه می‌باشد. مواد مغناطیسی نو با خواص برتر، استفاده از مواد مركب (كامپوزیت) پایه فلزی‌، ساخت مواد پیشرفته از طریق تركیبات بین‌فلزی، ‌استفاده از آلیاژهایی كه می‌توانند جایگزین اعضای بدن انسان شوند، ایجاد آلیاژهای سبك جهت تولید قطعات حساس، ‌طراحی و تولید آلیاژهایی كه در دماهای بالا به‌كار می‌روند،‌ طراحی آلیاژهایی كه در شرایط ویژه و سخت كاربرد دارند مثال‌هایی از كاربرد رشته متالورژی صنعتی در تولید مواد پیشرفته می‌باشد. در سال‌های اخیر رشته‌هایی مانند مواد زیستی و نانوتكنولورژی مورد توجه بسیاری از محافل علمی، تحقیقاتی و صنعتی جهان قرار گرفته است كه رشته متالورژی صنعتی می‌تواند نقش اساسی در جهت توسعه این‌گونه مواد پیشرفته ایفا نماید. دراین راستا در ایران و به‌خصوص دانشگاه علم و صنعت ایران در سال‌های اخیر تحقیقات علمی گسترده‌ای صورت گرفته است و دانشكده مهندسی مواد و متالورژی به عنوان قطب علمی مواد پیشرفته كشور شناخته شده است. پژوهش و تحقیقاتی كه در این رشته و با همكاری با سایر مراكز علمی جهان صورت می‌گیرد در قالب مقالات علمی در معتبرترین مجلات جهان به‌چاپ می‌‌رسد.
زمینه‌های اشتغال و ارتباط با سایر رشته‌ها: به‌دلیل كاربرد وسیع مواد و به‌خصوص فلزات در ساخت كلیه قطعات صنعتی می‌توان به زمینه اشتغال دانش‌آموختگان این رشته در صنایع گوناگون پی‌برد. در بخش دولتی شركت‌ها و كارخانجات بزرگ نظیر تولید فولاد، ذوب‌آهن، صنایع خودروسازی،‌ صنایع هوا- فضا، صنایع نظامی و صنعت نفت،‌پتروشیمی و ... و در بخش خصوصی اكثر كارخانجات تولید قطعات صنعتی به‌خصوص در صنایع خودروسازی، ساختمان‌سازی،‌ معادن ‌و صنعت سیمان می‌تواند زمینه‌های جذب دانش‌آموختگان رشته متالورژی صنعتی را فراهم سازد. این رشته‌ ماهیتاً‌ ارتباط نزدیكی با دو رشته مهندسی مكانیك و مهندسی صنایع دارد واكثر پروژه‌های صنعتی به‌صورت كارگروهی و تیمی به انجام می‌رسد.
زمینه‌های ادامه تحصیل در ایران و جهان:  دانش‌آموزانی كه علاقه‌مند به درك عمیق پدیده‌ها و رفتار مواد مختلف و یافتن كاربردهای نوین و طراحی مواد جدید متناسب با نیازهای روزافزون بشری می‌باشند و همچنین علاوه‌بر داشتن علایق مهندسی،‌ خود را به علوم نیز نزدیك حس می‌كنند می‌توانند در این رشته موفق باشند. 

گرایش سرامیك : رشته سرامیك یكی از زیر مجموعه‌های رشته مهندسی مواد است. وظیفه اصلی یك مهندس مواد در ابتدا شناخت ساختمان مواد و خواص آن و شناخت ارتباط بین این ساختار و خواص است و در مواردی دیگر با توجه به نیاز كاربردی كه وجود دارد مواد جدید و تركیبات جدید را طراحی نماید.
اما رشته سرامیك به عنوان یك زیر شاخه رشته مواد چیست؟
در ابتدا با شنیدن نام سرامیك هر انسانی به یاد ظروف سفالین می‌افتد و بسیاری فكر می‌كنند كه رشته مهندسی سرامیك یك رشته هنری است و گروهی دیگر این تصور را دارند كه این رشته محدود به ساخت محصولاتی چون ظروف سفالین، كاشی یا چینی می‌باشد. اما نكته قابل توجه در رابطه با این شاخه از علم مواد این است كه با شناخت و ورود دست‌آوردهای آن به دنیای صنعت یك مرحله جدید و یك تحول بزرگ پدید آمد. این شاخه كه بسیار هم جوان است ‌سبب شد تا تحول بزرگی درصنایع فضا، الكترونیك، اپتیك، پزشكی و بسیاری از علوم دیگر پدید آید.
بطور كلی اگر تعریفی از سرامیك به شكل ساده و ابتدایی بدهیم باید بگوییم كه مواد سرامیك عبارتند از مواد معدنی غیرفلزی. كافی است كه به اطراف خود نگاه كنید، هر آنچه كه جزء مواد آلی (مانند پلاستیك، چوب و لاستیك)و فلزی نباشد سرامیك است. پس می‌بینیم كه در دنیای كنونی سرامیك‌ها ما را محاصره نموده‌اند. شیشه‌ها از جمله شیشه‌های ساختمانی، اپتیك، فیلترهای بسیار دقیق اپتیكی، مصالح ساختمانی از جمله سیمان، كاشی،‌ چینی بهداشتی، نسوزها و كلاهك‌ها و پوشش‌ بیرونی موشك‌های فضاپیما و قطعات اصلی كامپیوتر‌ها، اجزای درونی قطعات الكترونیك از جمله Ic ها، خازن‌ها،‌ مقاومت‌ها،‌ ایمپلانت‌ها و بسیاری از قطعاتی كه جایگزین اعضای بدن انسان می‌شود، فروالكتریك‌ها، فری مغناطیس‌ها و فوق‌هادی‌ها و بسیاری كاربردها و مواد دیگر كه همه و همه مدیون شناخت و بوجود آمدن رشته سرامیك است. در سال‌های اخیر رشته‌هایی مانند مواد زیستی و نانوتكنولوژی مورد توجه بسیاری از محافل علمی، تحقیقاتی و صنعتی جهان قرار گرفته است كه رشته سرامیك با دوشاخه بایو سرامیك‌ها و نانو سرامیك‌ها در این رشته‌ها مطرح می‌باشد.
به طوركلی سرامیك‌ها به دو دسته سنتی و مدرن تقسیم می‌شوند. در ایران به  شكل عمده صنعت سرامیك متمركز بر تولید سرامیك‌های سنتی است كه شامل صنایع شیشه،‌ چینی،‌ كاشی،‌سیمان،‌ نسوز و ... بوده است. امكان ادامه تحصیل در این رشته تا مقطع دكترا درداخل كشور وجود دارد، وضعیت ادامه تحصیل در دانشگاه‌های خارج از كشور نیز در این رشته بسیار مطلوب می‌باشد و این رشته بسیار مورد توجه جوامع صنعتی و دانشگاهی جهان است. از دیدگاه وضعیت بازار كار،‌ با توجه به رشد قابل توجهی كه این صنعت در ایران داشته و دارد،  بازار كار مناسبی را می‌توان برای آن متصور شد. هر چند با ظرفیت قابل ملاحظه‌ای كه سالانه در این رشته جذب دانشگاه‌ها می‌شوند تا حدودی از قطعیت این سخن كاسته می‌شود. نزدیكی این شاخه از مهندسی با رشته‌های فیزیك و شیمی بیش از تمامی رشته‌هاست و بسته به شاخه‌های خاص به هر یك از دو رشته فیزیك و شیمی كاربردی نزدیك می‌شود. دانش‌آموزانی كه علاقمند به درك عمیق‌تر علل پدیده‌های رفتاری مواد مختلف و یافتن كاربردهای نوین و طراحی مواد جدید متناسب با نیازهای روزافزون بشری می‌باشند و به طور كلی علاوه بر داشتن علایق مهندسی خود را به علوم نیز نزدیك حس می‌كنند، می‌توانند در این رشته موفق باشند. درهرحال كشور ما دارای خلاء های بسیاری برای محصولات و شاخه‌های جدید و نوین سرامیكی است.همگام با توسعه همه جانبه  كشورنیاز فراوانی به مهندسان و دانشمندان تحصیل كرده در این رشته وجود خواهد داشت و هر فرد متخصص با دارا بودن جدیت، اعتماد به نفس و پشتكار می‌تواند بازار كاری مناسبی برای خود پدید آورد.

خوردگی (به انگلیسی: Corrosion) یک فرایند طبیعی است که فلزات خالص شده را به اشکال پایدارتر شیمیایی ماننداکسید، هیدروکسید یا سولفید تبدیل می‌کند.خوردگی به‌طور کلی به صورت از بین رفتن مواد به علت واکنش با محیط تعریف می‌شود.

پدیده خوردگی طبق تعریف، واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی بین یک ماده، معمولاً یک فلز، و محیط اطراف آن می‌باشد که به تغییر خواص ماده منجر خواهد شد. پدیده خوردگی در تمامی دسته‌های اصلی مواد، شامل فلزات، سرامیکها، پلیمرها و کامپوزیتها اتفاق می‌افتد، اما وقوع آن در فلزات آنقدر شایع و فراگیر بوده و اثرات مخربی به جای می‌گذارد که هرگاه صحبت از خوردگی به میان می‌آید، ناخودآگاه خوردگی یک فلز به ذهن متبادر می‌شود.

خوردگی معمولاً فرایندی زیان‌آور است، لیکن گاهی اوقات مفید واقع می‌شود. به‌طور مثال آلودگی محیط به محصولات خوردگی و آسیب دیدن عملکرد یک سیستم از جنبه‌های زیان‌آور خوردگی و تولید انرژی الکتریکی در یک باتری و حفاظت کاتدی سازه‌های مختلف از فواید آن هستند، اما تأثیرات مخرب و هزینه‌های به بار آمده بواسطه این فرایند به مراتب بیشتر است.

یکی از کهن‌ترین آثار خوردگی مربوط به دیوار آهنی قفقاز است که به فرمان کورش هخامنشی ساخته شد و بدستور وی روی آن را با مس پوشش دادند. آغاز پژوهش به گونه امروزی در انگلستان پس از غرق شدن کشتی جنگی HMS Alarm در سال ۱۷۶۱ میلادی بود. پس از آن ورقه‌های مسی به بدنه کشتی‌ها وصل می‌شد اما پس از چندی دیده شد که این ورقه‌ها در جاهایی که میخ‌های فولادی آن‌ها را نگه داشته بود، خورده شده‌اند (خوردگی گالوانیک).

این دانش روزبه روز گسترده‌تر شد و امروزه شاخه مهمی در مهندسی و علوم پایه می‌باشد.

هر چند دانش مهندسی خوردگی در برخی از دانشگاه‌های دنیا از زیر شاخه‌های علم و مهندسی شیمی بوده و ارتباط تنگاتنگی نیز با آن دارد، در کشور ما سیاستگذاری در وزارت علوم، تحقیقات و فناوری بگونه‌ای بوده‌است که مهندسی خوردگی، از زیرشاخه‌های مهندسی مواد قرار داده شده‌است.

علم و مهندسی مواد که به شناخت ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی مواد مختلف، روش‌های ساخت آنها، روش‌های استحصال فلزات و مواد نوین می‌پردازد، به لحاظ ساختار آکادمیک در کشور ما در مقطع کارشناسی دارای سه زیر شاخه مهندسی متالورژی صنعتی، مهندسی متالورژی استخراجی و مهندسی سرامیک است.

در مقطع کارشناسی ارشد، مهندسی مواد به زیرشاخه‌های انتخاب مواد مهندسی، شکل‌دهی فلزات، خوردگی، استخراج فلزات، سرامیک، بیومواد، ریخته‌گری و جوشکاری طبقه‌بندی شده‌است. با این توضیح مشخص است که برای تحصیل در رشته مهندسی خوردگی لازم است تا از مقطع کارشناسی در رشته مهندسی موادآغاز کرد.

دانش خوردگی مواد، به ویژه فلزات همه صنایع را تحت تأثیر خود قرار داده و مهندسین این رشته همواره در تلاش هستند تا روش‌های موجود برای مقابله با اثرات زیانبار این پدیده را بهبود بخشیده یا روش‌های نوینی برای این کار بیابند. از آنجا که گستره نفوذ خوردگی در صنایع بسیار وسیع است، بنظر می‌رسد آشنایی با اصول و مبانی فرایند خوردگی و همچنین روش‌های عمومی برای کنترل این پدیده برای همه مهندسین ضروری است.

برای دانلود فایل رایگان آموزشی در رابطه با خوردگی کلیک کنید. 

خوردگی یکنواخت

در این نوع خوردگی واکنش‌های شیمیایی به‌طور یکنواخت در سطح فلزات با جابجایی پیوسته آند و کاتد ایجاد شده که علت آن پلاریزاسیون می‌باشد. به‌طور مثال اغلب خوردگی‌های فولاد از این نوع می‌باشد. اهمیت و قدرت این نوع خوردگی از دیگر انواع خوردگی‌ها کمتر است.

خوردگی گالوانیکی

هر گاه دو فلز غیر هم جنس در یک الکترولیت تشکیل یک پیل خوردگی دهند، خوردگی گالوانیکی حاصل می‌شود. علت ایجاد این نوع خوردگی در بین فلزات را می‌توان به اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی آن‌ها نسبت داد. پتانسیل دو فلز در الکترولیت‌های مختلف نسبت به یکدیگر متفاوت است. سرعت خوردگی به نسبت سطح کاتد/آند بستگی داشته و هر چه سطح کاتد بزرگ‌تر از آند باشد، سرعت خوردگی و از بین رفتن آند بیشتر است. مثال پوشش دادن فولاد با لایه‌ای از قلع یک نمونه از این خوردگی می‌باشد. اگر خراش یا شکافی در سطح خارجی قطعهٔ فولادی قلع اندود شده ایجاد شود، به‌طوری‌که فولاد به هوای محیط ارتباط پیدا کند، خوردگی در فولاد به وجود آمده و قلع سالم باقی می‌ماند. اما درصورت عدم حضور اکسیژن هوا، قلع نسبت به فولاد آند را تشکیل می‌دهد و در این حالت قلع مادهٔ پوششی مناسبی برای فلزات از جمله ظروف غذایی و آشامیدنی فولادی (استیل) خواهد بود. پس در نتیجه اکسیژن عامل مهمی در در خوردگی گالوانیکی دارد.

خوردگی حفره ای

خوردگی حفره‌ای نوعی خوردگی موضعی است که به دنبال آن حفره‌هایی در سطح فلز ظاهر شده و با ادامه فعل انفعال خوردگی حفره عمیق‌تر شده و باعث سوراخ شدن لوله‌ها می‌گردد. این نوع خوردگی برای سازه‌های مهندسی بسیار مخرب است. ناخالصی‌های غیر فلزی، ناهمگنی‌های ساختاری و شیمیایی در سطح فلز نقاط متداول مناسبی برای آغاز این نوع خوردگی و شروع ایجاد حفره است.

خوردگی شکافی 

خوردگی شکافی، نوعی از خوردگی الکتروشیمیایی موضعی است که در شکاف‌ها و در زیر سطوح فلزی پوشش داده شده (به عنوان لایهٔ محافظت‌کننده)، در جایی که محلول‌های راکد وجود دارد، اتفاق می‌افتد. این نوع خوردگی در بسیاری از سیستم‌های آلیاژی مانند فولاد زنگ نزن و آلیاژهای تیتانیم، آلومینیم رخ می‌دهد. مکانیزم خوردگی شکافی تا حدود زیادی مشابه با مکانیزم خوردگی حفره‌ای است. این نوع خوردگی بیشتر می‌تواند در زیر واشرها، میخ پرچ‌ها، پین‌ها، دریچهٔ شیرها محل تکیه گاه‌ها و یاتاقان‌ها و زیر رسوبات متخلخل و دیگر موقعیت‌های مشابه به وجود آید.

خوردگی بین دانه ای 

این نوع خوردگی که در مرز دانه‌ها اتفاق می‌افتد از انواع خوردگی موضعی می‌باشد. طی فرایند انجام، مرز دانه‌ها آخرین نقاطی هستند که منجمد می‌شوند، لذا غلظت عناصر آلیاژی و ناخالصی در مرز دانه فلزات بیشتر است. اختلاف غلظتآلیاژی بین سطح و مرز دانه‌ها باعث اختلاف انرژی و در نتیجه تمایل به خورده شدن سطح و مرز دانه‌ها می‌شوند و در نهایت مرز دانه‌ها آند و سطح دانه‌ها کاتد می‌شود. برای مثال آلیاژهای آلومینیم با استحکام بسیار بالا و تعدادی از آلیاژهای مس که شامل فازهای رسوبی در مرز دانه‌ها برای افزایش استحکام است می‌توانند تحت شرایط معینی برای خوردگی بین دانه‌ای مستعد باشند.

سالیدورکس یک نرم‌افزار مهندسی طراحی به کمک رایانه است که بر روی ویندوز اجرا می‌شود و توسط شرکت فرانسوی داسو سیستمز ارائه و همچنان توسعه داده می‌شود. در حال حاضر نرم‌افزار سالید ورکس توسط ۱٫۳ میلیون مهندس در بیش از ۱۳۰٬۰۰۰ شرکت در سراسر جهان در حال استفاده‌است. این نرم‌افزار دارای سه محیط به نام‌های پارت (part) اسمبلی (assembly) و دراوینگ (drawing) می‌باشد. محیط اول برای رسم قطعه بوده، در محیط دوم قطعات یک مکانیسم بر روی هم سوار شده و در محیط آخر از آن‌ها نقشه مهندسی (معمولاً برای نسخه چاپی) تهیه می‌شود.

نرم‌افزار سالیدورکس به صورت مستقیم با اینونتور، مکانیکال دسکتاپ و سالید اج رقابت می‌کند. این نرم‌افزار دارای قابیلت نصب نرم‌افزار CAM است که توسط شرکت سازنده تحت عنوان CAM WORKS به عنوان نرم‌افزار کمکی نصب می‌شود.

سالیدورکس یک مدل ساز برای مدلسازی جامدات است که مبتنی بر پارا سالید بوده و از رویکرد پارامتری مبتنی بر ویژگی برای ساخت مدل‌ها و مونتاژها استفاده می‌کند. پارامتر به ثابت‌های اطلاق می‌شود که مقدار آن‌ها شکل یا هندسه مدل یا مونتاژ را تعیین می‌کند. پارامترها هم به صورت پارامترهای عددی نظیر طول خطوط یا قطر دایره بوده و هم به صورت قیدهای هندسی نظیر مماس، موازی، متقارب، هم مرکز و غیره هستند. پارامترهای عددی می‌توانند از طریق استفاده روابط با یکدیگر مرتبط بوده که امکان برآورده ساختن خواسته‌های طراحی را فراهم می‌کند. خواسته‌های طراحی به این معناست که طراح مایل است تا مدل نسبت به تغییرات و به روز آوری‌ها به چه صورت پاسخ دهد. به عنوان مثال ممکن است که شما بخواهید تا سوراخ در یک قوطی بدون توجه به ابعاد و اندازه‌های قوطی همواره در بالای آن قرار گیرد. سالیدورکس به شما اجازه می‌دهد تا سوراخ را به عنوان یک مشخصه در روی سطح تعریف نموده و بدون توجه به مشخصات قوطی که بعداً معلوم می‌گردد خواسته خود را برآورده سازید. مشخصات (Features) به عناصر اصلی سازنده قطعات اطلاق می‌شود. مشخصات اشکال و عملیاتی هستند که قطعه را به وجود می‌آوردند. مشخصات مبتنی بر شکل نظیر برآمدگی‌ها (Bosses)، سوراخ‌ها (Holes)و غیره معمولاً با یک نقشه دو بعدی یا سه بعدی آغاز می‌شوند.

برای دانلود نمونه تمرینات سالیدورکس بر روی ادامه مطلب کلیک کنید. 

سنگ آهن عنصری فلزی است و 5 درصد از پوسته زمین را در بر گرفته است. با استخراج سنگ آهن خام از زمین و جداسازی ناخالصی ها، پودر تیره رنگ نقره ای - قهوه ای آهن به دست می آید. این عنصر به راحتی اکسیده می شود و به تنهایی خیلی محکم نیست و برای افزایش استحکام آن جهت استفاده در بخش هایی چون ساختمان سازی، آلیاژ آن با استفاده از عناصر بسیاری تهیه می شود. این عناصر متفاوتند و متداول ترین آن ها نیکل و کروم است.

موارد مصرف: سنگ آهن ماده اولیه تولید فولاد است و 98 درصد سنگ آهن استخراج شده در سطح جهان برای تولید فولاد به کار می رود. صنایع خودرو سازی و ساخت و ساز، بخش های اصلی مصرف کننده فولاد هستند و در نتیجه میزان تقاضای فولاد این بخش ها بر تقاضا و قیمت سنگ آهن تاثیر گذار است.

فرایند تولید: برای تولید یک تن آهن در یک کوره بلند نیاز به 75/1 تن سنگ آهن، 750 کیلو زغال سنگ و 250 کیلو سنگ آهک می باشد که 5/4 متریک تن هوا نیز مصرف می کند. دمای هوا در مرکز کوره به 1600 درجه سانتیگراد می رسد. در فرایند تولید روش های مختلفی وجود دارد از جمله کوره بلند.

جایگزین: سنگ آهن جایگزین مستقیمی ندارد ولی مصرف کننده اصلی آن یعنی فولاد جایگزین هایی دارد. از جمله رقابت بالایی با فلزات دیگری چون آلومینیوم دارد که مصرف آن در صنایعی چون خودرو سازی رو به افزایش است. همچنین در تولید کانتینر، پلاستیک و شیشه جایگزین هایی برای فولاد هستند. از دید دیگر، فلزاتی چون آلومینیوم برای تولید نیازمند درصد زیادی مصرف برق هستند در نتیجه مصرف فولاد رایج تر است. حجم محدودی از آهن قراضه مجددا باز یافت می شود ولی بازیافت فولاد از هر فلز دیگری بیشتر است. گرچه از بازیافت قراضه، فولاد نیز تولید می شود ولی حجم کلی آن در حال حاضر کافی نیست.

تولید: در سال 2009 تولید سنگ آهن جهان معادل یک میلیارد و 691 میلیون و 150 هزار تن بوده که 2/3 درصد نسبت به سال 2008 افت داشته است. این کاهش در امریکا و اروپا رخ داده که تولید سنگ آهن امریکا 2/28 درصد و اروپا 4/11 درصد افت داشته است.

تولید کننده اصلی : تولید کننده اصلی سنگ آهن استرالیاست و پس از آن چین و برزیل قرار دارند. دیگر تولید کنندگان بزرگ روسیه و امریکا هستند. سال 2009 کل تولید سنگ آهن استرالیا 393 میلیون و 900 هزار تن بوده  و پس از آن چین با 340 میلیون و 900 هزار تن در رتبه بعدی قرارداشته است. در هر حال تفاوت موجود میان استرالیا و چین در این است که تولید استرالیا صادر می شود در حالی که چین کل تولید خود را مصرف می کند. چرا که بزرگترین تولید کننده فولاد جهان است و یکی از بازار های اصلی مصرف سنگ آهن را داراست.

واردات و صادرات: چین بزرگترین تولید کننده فولاد دنیاست و 44 درصد تولید جهان را در دست دارد و برای تامین نیاز سنگ آهن خود هم تولید دارد و هم واردات. میزان اهمیت تقاضای سنگ آهن چین بر بازار این ماده اولیه از آنجایی نمایان است که چین علاوه بر این که دومین تولید کننده سنگ آهن دنیاست، اولین وارد کننده این ماده اولیه مهم نیز به شمار می رود. در سال 2010 کل واردات چین 619 میلیون تن بوده که 5/1 درصد نسبت به سال 2009 افت داشته است. البته باید در نظر داشت که سال 2009 میزان واردات سنگ آهن رشدی 5/41 درصدی داشته است. چین با نیاز 800 میلیون تنی، بزرگترین مصرف کننده سنگ آهن دنیا می باشد. حجم بالایی از نیاز چین را استرالیا و برزیل تامین می کنند و هند تنها 25 درصد واردات به چین را از آن خود کرده است.

مصرف: صنعت فولاد بزرگترین مصرف کننده سنگ آهن است چرا که 98 درصد تولید سنگ آهن جهان را استفاده می کند. در نتیجه میزان تولید فولاد نیاز به سنگ آهن را نمایان می سازد. همچنین در بخش هزینه تولید فولاد، سنگ آهن و زغال سنگ 75 درصد هزینه ها را در بر دارند. آسیا همچنان تولید کننده اصلی فولاد است و در آسیا کشور های چین و هند برترین های تولید فولاد هستند. چرا که حجم فعالیت های زیر ساختی در این دو کشور بالاست و نیاز فولاد آن ها بیشتر. گرچه کشور هایی چون هند رشد اقتصادی بالایی داشته اند ولی برای آن که این روند صعودی در درازمدت ماندگار باشد باید مسیر رشد اقتصادی خود را تغییر دهند و تقاضای بخش هایی چون خودرو سازی را قوی تر سازند.

سال 2010: در سال 2010  تولید فولاد جهان یک میلیارد و 414 میلیون تن بوده  که رشدی 15 درصدی داشته و رکوردی جدید در حجم تولید است. تولید امریکا و اروپا رشد بالایی داشته چرا که از رکود 2009 تا حدی رهایی یافتند. نرخ بهره وری نیز با 1/1 درصد رشد به 8/73 درصد رسید. تولید فولاد چین 3/9 درصد بالا رفت ولی سهم این کشور در کل تولید دنیا را از 7/46 درصد به 3/44 درصد کاهش داد. هند همچنان پنجمین تولید کننده بزرگ فولاد دنیا باقی ماند  و 8/66 میلیون تن تولید داشت.

قیمت گذاری: معمولا در گذشته  قیمت سنگ آهن در نتیجه مذاکرت میان شرکت های معدنی بزرگ و فولاسازان تعیین می شده و قیمت تعیین شده در این مذاکرات به نوعی شاخص قیمتی برای کل صنعت فولاد بود. ولی اخیرا این مکانیزم سالانه جای خود را به سیستم قیمت گذاری کوتاه مدت داده و سه شرکت معدنی بزرگ دنیا دیگر قرارداد سالانه منعقد نمی کنند. بسیاری از شرکت های معدنی استرالیا و برزیل به قراردادهای کوتاه مدت روی آورده اند.  در هند قیمت ها بیشتر نقدی است و برخی عرضه کنندگان بزرگ به استفاده از شاخص قیمت های متال بولتین و یا پلاتس تمایل نشان داده اند.

نوسانات قیمت: از ژانویه 2009 تاکنون قیمت سنگ آهن صعودی بوده و شاخص قیمت استیل ایندکس برای سنگ آهن خلوص 62 درصد از 70 دلار هر تن خشک سی اف آر چین به 190 دلار رسیده. کاهش عرضه در کنار افزایش تقاضا عوامل تاثیر گذار بر این روند صعودی بوده اند.

از آنجایی که قیمت سنگ آهن بر پایه شاخص قیمت های بین المللی است در نتیجه به دلار امریکا تعیین می گردد از این رو تغییرات نرخ دلار امریکا نیز بر قیمت سنگ آهن تاثیر می گذارد. اگر نرخ روپیه هند نسبت به دلار امریکا بالا برود قیمت سنگ آهن به روپیه کاهش می یابد و بر عکس اگر ارزش روپیه کاهش یابد در آن صورت قیمت سنگ آهن به روپیه بالا تر می رود.

چشم انداز آینده:  چین در ماه دسامبر 58 میلیون و 80 هزار تن سنگ آهن وارد نمود که بالاترین آمار در 9 ماه قبل آن بود. از طرفی صادرات سنگ آهن هند از ایالت کارناتاکا ممنوع شده، در ایالت اوریسا فعالیت 23 معدن غیر قانونی متوقف شد و افزایش کرایه حمل نیز بر هزینه ها افزود.

در کل انتظار می رود قیمت سنگ آهن بالاتر برود چرا که در بخش های عرضه و تقاضا نشانه های مثبتی دیده شده است. در بخش عرضه، عوامل  جوی و در بخش تقاضا نیز چین تاثیر گذار است. البته افزایش قیمت ریسک هایی نیز در پی دارد. اگر افزایش قیمت محصولات فولادی تقاضا را کاهش دهد، آن زمان بر قیمت سنگ آهن نیز تاثیرگذار خواهد بود.

منبع : مرکز خدمات فولاد ایران