پدیده گالینگ در فلزات؛ از دلایل ایجاد تا راهکارهای پیشگیری

چالش‌های مختلفی در مهندسی وجود دارد که یکی از مهم‌ترین آن‌ها، پدیده گالینگ (Galling) است؛ این پدیده به سطح فلزات آسیب می‌رساند. آسیب به‌فلزات نیز در کار سازه‌های فلزی یا تجهیزات مرتبط به آن‌ها اختلال ایجاد می‌کند. گاهی‌اوقات، دو سطح فلز فاقد روان‌کننده به‌دلیل فشار به یکدیگر ساییده می‌شوند و نیروهای داخلی و چسبندگی میان آن‌ها، خراش‌هایی را ایجاد می‌کنند. این پدیده اغلب در قطعاتی که همواره تحت فشار هستند مانند پیچ‌ها و مهره‌ها رخ می‌دهد. جهت جلوگیری از گالینگ باید تدابیری اندیشید و مانع از وقوع آن شد. این مطلب را به بررسی جامع پدیده گالینگ و روش‌های پیشگیری از آن اختصاص داده‌ایم.

پدیده گالینگ چیست و چرا اهمیت دارد؟

پدیده گالینگ (Galling) نوعی سایش چسبنده شدید است که بر اثر تماس دو سطح فلزی تحت فشار و حرکت نسبی آن‌ها روی یکدیگر ایجاد می‌شود. در این شرایط، اصطکاک میان سطوح باعث می‌شود بخش‌هایی از فلزات در نقاط تماس به یکدیگر بچسبند. با ادامه حرکت، این چسبندگی می‌تواند به کنده‌شدن ذرات فلزی، انتقال ماده از یک سطح به سطح دیگر و ایجاد خراش‌های عمیق منجر شود. این پدیده معمولاً در قطعاتی مانند پیچ و مهره، اتصالات رزوه‌ای و سطوح فلزی درگیر با اصطکاک مشاهده می‌شود. در موارد شدید، گالینگ می‌تواند باعث گیرکردن قطعات، اختلال در حرکت آن‌ها و کاهش عملکرد و عمر مفید تجهیزات شود. یکی از راهکارهای کاهش احتمال بروز این آسیب، استفاده از پوشش‌های سطحی مناسب است؛ ازاین‌رو، آشنایی با اینکه کوتینگ چیست و چه نقشی در کاهش تماس مستقیم و چسبندگی میان سطوح فلزی دارد، می‌تواند به انتخاب روش مناسب برای محافظت از قطعات کمک کند.

دلایل به وجود آمدن پدیده گالینگ

پدیده گالینگ زمانی رخ می‌دهد که دو سطح فلزی تحت فشار با یکدیگر تماس داشته باشند و حرکت نسبی آن‌ها باعث ایجاد چسبندگی موضعی و آسیب به سطح شود. عوامل مختلفی می‌توانند احتمال وقوع این پدیده را افزایش دهند که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• ساختار فلز: فلزاتی همچون آلومینیوم، تیتانیوم و فولاد ضدزنگ ساختار نرمی دارند و به‌خاطر چسبندگی ذاتی‌شان بیش از سایر فلزات دچار گالینگ می‌شوند.
• فشار مضاعف: هرچقدر فشار بیشتر باشد، سطوح فلزات به یکدیگر نزدیک می‌شود که این حالت، پیوندهای متالورژیکی ایجاد می‌کند و از دلایل اصلی ایجاد پدیده گالینگ است.
• حرارت ناشی از اصطکاک: یکی از دلایلی که حرارت میان دو سطح فلز را افزایش می‌دهد، اصطکاک است. این وضعیت منجر به نرمی و چسبندگی فلزات شده و آن‌ها را با پدیده گالینگ درگیر می‌کند.
• عدم به‌کارگیری روان‌کننده: با استفاده از روان‌کننده می‌توان میزان اصطکاک و احتمال برخورد مستقیم سطوح فلزات را کاهش داد و فقدان آن نیز از دلایل به وجود آمدن گالینگ است.
• سرعت حرکت سطوح فلزی: سرعت حرکت دو سطح فلزی بر احتمال بروز گالینگ تأثیر دارد. برای مثال، سرعت بالای بستن پیچ و مهره می‌تواند با افزایش گرمای اصطکاکی، خطر چسبندگی و آسیب‌دیدگی سطوح را بیشتر کند.
• ناهمواری سطوح فلزات: سطوح ناهموار فلزات یکی دیگر از دلایل وقوع گالینگ است. برخی از فلزات دارای سطحی زبر هستند یا خراش‌های زیادی دارند که این حالت به برخورد بیشتر آن‌‌ها منجر می‌شود و اصطکاک ایجاد می‌کند.

پدیده گالینگ چه زمانی رخ می‌دهد؟

پدیده گالینگ زمانی رخ می‌دهد که نیروهای اصطکاکی ایجاد شوند. این پدیده معمولاً در فلزاتی که ساختار کریستالی و خاصیت شکل‌پذیری دارند و مدام با یکدیگر در تماس مستقیم هستند، رخ می‌دهد. به‌عبارتی، گالینگ زمانی اتفاق می‌افتد که دو یا چند قطعه فلزی بر اثر فشار مداوم در معرض اصطکاک قرار بگیرند. در چنین شرایطی، بخشی از فلز جدا شده و به سطح دیگر می‌چسبد. احتمال وقوع پدیده گالینگ و شدت آن نیز به خصوصیات فلز و موقعیتش بستگی دارد. در مجموع، گالینگ را نوعی اصطکاک شدید در فلزات می‌دانند و مهندسان و صنعتگران جهت پیشگیری از آن، روش‌های مختلفی را امتحان می‌کنند.

تفاوت بین ساییدگی و پدیده گالینگ

پدیده گالینگ و سایش معمولی تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند؛ بااین‌حال، گالینگ خود نوعی سایش چسبنده شدید محسوب می‌شود. در سایش معمولی، سطح فلز بر اثر تماس و حرکت نسبی با سطح دیگر به‌تدریج دچار فرسودگی و کاهش ماده می‌شود؛ اما در گالینگ، چسبندگی موضعی میان سطوح فلزی باعث انتقال ماده، کنده‌شدن بخش‌هایی از سطح و ایجاد آسیب‌های شدید می‌شود. تفاوت دیگر این دو پدیده به نحوه پیشرفت آسیب مربوط است. گالینگ ممکن است در مدت کوتاهی و پس از چند حرکت نسبی ایجاد شود، اما لزوماً پدیده‌ای آنی نیست. همچنین، گالینگ بیشتر در قطعات فلزی تحت فشار و دارای تماس لغزشی، مانند پیچ و مهره‌ها، مشاهده می‌شود؛ درحالی‌که سایر انواع سایش می‌توانند در شرایط تماس و حرکت متفاوتی رخ دهند.

گالینگ در پیچ‌ها و اتصالات فلزی

از گالینگ در پیچ‌ها و اتصالات فلزی تحت عنوان گالینگ پیچی یاد می‌کنند. این مدل گالینگ در پیچ‌ها و مهره‌هایی که از جنس آلومینیوم، تیتانیوم و فولاد ضدزنگ هستند، رخ می‌دهد. در این پیچ و مهره‌ها، بعد از محکم شدن اتصال‌دهنده‌ها لایه نازکی از اکسید به وجود می‌آید که نابود خواهد شد. یکی از اتفاقاتی که بعد از گالینگ در اتصالات رخ می‌دهد، قفل شدن پوشش مهره‌ها به یکدیگر است. علاوه‌بر‌این، پیچ و مهره‌هایی که رزوه‌های خرابی دارند، معمولاً دچار گالینگ می‌شوند. ورود قفل‌کننده‌های نایلونی به پیچ‌ها نیز از دیگر دلایل بروز گالینگ است. ضمن‌اینکه پیچ و مهره را نباید به سختی بست؛ زیرا باعث فشار مضاعف و اصطکاک و در نتیجه، گالینگ می‌شود. به این ترتیب، عوامل مختلفی زمینه‌ساز ایجاد گالینگ در پیچ‌ها و اتصالات فلزی هستند.

روش‌های پیشگیری از وقوع پدیده گالینگ

برای جلوگیری از پدیده گالینگ روش‌های مختلفی به‌کار گرفته می‌شود که در ادامه به مهم‌ترین و کارآمدترین آن‌ها اشاره کرده‌ایم:

• کنترل دما و رطوبت موجود در محیط
• استفاده از فلزات مرغوب، سخت و مقاوم
• استفاده از فلزاتی با سطح صاف و فاقد زبری
• استفاده از روان‌کننده‌های مناسب مانند روغن

کدام فلزات بیشتر در معرض گالینگ قرار دارند

همان‌طور که قبلاً اشاره شد، گالینگ معمولاً در فلزات نرم با خاصیت فرم‌پذیری و چسبندگی بالا پدید می‌آید. در ادامه با این سبک فلزات آشنا خواهید شد:

• تیتانیوم: تیتانیوم و آلیاژهایش ساختار خاصی دارند و با دیگر فلزات واکنش نشان می‌دهند؛ به همین دلیل، مستعد گالینگ هستند.
• آلومینیوم: آلومینیوم یکی‌دیگر از فلزاتی است که در معرض گالینگ قرار دارد. این فلز به‌دلیل ساختار نرم و چسبیدن به فلزات دیگر دچار این پدیده آسیب‌زا می‌شود.
• برنج و برنز: برنج و برنز از دیگر فلزات نرمی هستند که اصطکاک زیادی را تجربه می‌کنند؛ ازاین‌رو، با پدیده گالینگ و آسیب‌های ناشی از آن مواجه می‌شوند.
• آلیاژهای نیکل: آلیاژهای نیکل نظیر مونل و اینکونل دارای خاصیت چسبندگی و اصطکاک زیادی هستند و در معرض گالینگ قرار دارند.
• فولاد ضدزنگ یا استنلس استیل: فولاد ضدزنگ یا استنلس استیل با توجه به ساختار و چسبندگی سطحی که دارد، گاهی دچار پدیده گالینگ می‌شود.

مواد و ترکیبات مواد ضد گالینگ

مواد ضد گالینگ (Anti-Galling Materials) حاوی ترکیباتی هستند که تحت عنوان آب زنده‌کننده یا پوششی سطوح فلز به کار گرفته می‌شوند. هدف از به کارگیری آن‌ها نیز جلوگیری از بروز پدیده گالینگ است. این مواد قادر به کاهش واکنش‌های شیمیایی، سایش و اصطکاک فلزات هستند. در ادامه با برخی از مواد و ترکیبات آن‌ها آشنا خواهید شد:

• ترکیبات ضدگیرپاژ (Anti-Seize Compounds): این مواد معمولاً به‌شکل خمیر یا پوشش روان‌کننده استفاده می‌شوند و با کاهش اصطکاک و چسبندگی میان سطوح فلزی، از بروز گالینگ و گیرکردن قطعات جلوگیری می‌کنند. ترکیبات ضدگیرپاژ بسته به نوع محصول ممکن است حاوی ذراتی مانند مس، نیکل، گرافیت یا دی‌سولفید مولیبدن باشند.
• مواد ضد سایش (Anti-wear Materials): این مواد همان‌طور که از نامشان مشخص است، مانع از ساییدگی زیاد سطوح فلزات در تماس با یکدیگر می‌شوند. به‌علاوه آن‌ها اغلب از مواد تنگستنی، آلومینیومی و ضد سایش تشکیل شده‌اند.
• لوبریکانت (Lubricants): به‌عنوان یکی دیگر از مواد ضد گالینگ شناخته می‌شوند و به کاهش اصطکاک کمک می‌کنند. از این مواد می‌توان به گریس‌ها، روغن‌های سینتتیک، روغن‌های معدنی و مواد آب زنده‌کننده اشاره کرد.
• پوشش‌های مقاوم به سایش و خوردگی (Anti-wear and Anti-Corrosion Coatings): این پوشش‌ها مقاومت خوبی دربرابر خوردگی و سایش دارند و از آن‌ها می‌توان به پوشش‌های نیکل، کرومیوم، پلیمرها و... اشاره کرد.

راهکارهای نوین و پیشرفته برای مقابله با گالینگ

برای مقابله با گالینگ بهتر است به سراغ راهکارهای نوین و پیشرفته رفت. امروزه صنایع مهمی با این پدیده دست‌وپنجه نرم می‌کنند که از آن‌ها می‌توان به صنعت هوافضا، خودروسازی، ساختمان‌سازی و صنایع غذایی اشاره کرد. صنعتگران این حوزه‌ها جهت مقابله با آن باید به درک عمیق و درستی از ترکیب مواد و وضعیت محیطی برسند. در کل، استفاده از مواد با خواص متفاوت از راهکارهای مؤثر است.

معمولاً، فلزاتی که خواص مکانیکی و شیمیایی متفاوتی با یکدیگر دارند، کمتر دچار گالینگ می‌شوند. از سوی‌دیگر، با پوشش‌دهی سطوح فلزات می‌توان از آن‌ها در برابر گالینگ محافظت کرد. این پوشش‌دهی می‌تواند از نوع نیکل، کروم یا پلیمرها باشد. راهکار بعدی، تنظیم فشار و سرعت حرکت است؛ با این کار می‌توان باعث کاهش اصطکاک شد و احتمال وقوع گالینگ را به حداقل رساند.

پیامدهای گالینگ و اهمیت کنترل آن در صنایع

قطعات فلزی مورد استفاده در صنایع مختلفی همچون ساختمان‌سازی و خودروسازی، به‌دلیل قرارگیری در معرض گرما، فشار و اصطکاک، به‌تدریج فرسوده می‌شوند و کارایی خود را از دست می‌دهند. یکی از عوامل مؤثر در این فرسایش، پدیده گالینگ است که زمانی رخ می‌دهد که دو یا چند سطح فلزی بر اثر فشار و چسبندگی بیش‌ازحد به یکدیگر آسیب برسانند. این آسیب ممکن است به شکل خراشیدگی‌های بسیار ریز ظاهر شود که حتی با چشم غیرمسلح نیز قابل تشخیص نیستند. 

بااین‌حال، همین صدمات جزئی می‌توانند عملکرد قطعات را مختل کنند و هزینه‌های تعمیر و نگهداری را افزایش دهند. ازاین‌رو، هنگام انتخاب و خرید اتصالات فلزی، توجه به کیفیت و بررسی قیمت اتصالات در کنار مشخصات فنی و میزان مقاومت آن‌ها اهمیت دارد. برای پیشگیری از گالینگ نیز می‌توان از فلزات سخت و مقاوم با سطوح هموار، روان‌کننده‌های مناسب و تنظیم دما و رطوبت محیط استفاده کرد. کنترل این پدیده به محافظت بهتر از قطعات و سازه‌های فلزی و افزایش عمر مفید آن‌ها کمک می‌کند.