گرداوری از سایت جامع پیمانکاران " ساختمان "

بخش اول : انواع خوردگی و روش های نگهداری

بخش دوم :: خوردگی چیست ؟

بخش سوم : اکسیداسیون

بخش چهارم : دانلود کتابچه و مقاله درباره خوردگی مخازن

بخش پنجم :: خوردگی در آب دریا

و مطالب مرتبط

بخش اول :

خوردگی ، انواع و روشهای کنترل

مقدمه

برای اغلب مردم، کلمه خوردگی یادآور زنگ­زدگی است که پدیده­ای نامطلوب می باشد و زنگ زدگی اصطلاحی است که به خوردگی آهن اطلاق می شود. در حالی که خوردگی پدیده ای است که تقریبا دامنگیر تمام فلزات است. البته از بین رفتن غیر فلزات را غالبا فساد یا تخریب می نامند. اگر چه آهن اولین فلزی نیست که توسط انسان مورد استفاده قرار گرفته، ولی مطمئنا بیشترین کاربرد را در بین سایر فلزات به خود اختصاص داده است.

رومی های باستان با زنگ زدگی آهن آشنا بوده و این یکی از سوالات پلینی فیلسوف بزرگ یونانی که در سال های 79-23 میلادی می زیسته است که چرا آهن راحت تر از بقیه فلزات زنگ می زند.

خوردگی پدیده مخربی است که موجب اتلاف مواد،انرژی و سرمایه می شود. در واقع همان طوری که فلزات طی مراحل مختلف از دامان طبیعت جدا شده­اند، توسط این پدیده، مجددا به طبیعت باز می گردند. در حقیقت رسالت علم خوردگی در آن است که این برگشت را به تاخیر اندازد و به عبارت دیگر طول عمر مفید آنها را افزایش دهد. نتایج ارزیابیهای به عمل آمده در برخی کشورهای صنعتی پیشرفته نشان می دهد که، زیانهای مالی ناشی از خوردگی سالیانه رقمی در حدود 5-4 درصد تولید ناخالص مالی را شامل می شود. این رقم برای کشوری مثل آمریکا سالیانه بالغ بر 300 میلیارد دلار برآورد شده است.

- خوردگی چیست ؟

برای این پدیده چند تعریف ارائه شده است از جمله:

- انهدام و زوال یک ماده در اثر واکنش با محیط اطرافش را خوردگی نامند.

- از بین رفتن مواد در اثر عواملی که صد در صد مکانیکی نیستند.

- عکس متالورژی استخراجی

- تئوری خوردگی

غالبا واکنشهای کاتدی و آندی خوردگی می توانند تواما روی یک سطح فلزی به وقوع پیوندند. مناطقی که این واکنش ها صورت می گیرند به ترتیب مناطق کاتدی و آندی خوانده می­شوند. برای ایجاد خوردگی، چهار جزء اصلی یعنی آند، کاتد، الکترولیت و اتصال الکتریکی مورد نیاز است.

آند، فلز یا محلی است که در آن محل خوردگی صورت می گیرد. کاتد، معمولا خورده نمی شوداگر چه ممکن است تحت شرایط ویژه­ای خورده شود.

دو واکنش مهم در کاتد، احیاء هیدروژن در محیط های اسیدی و احیاء اکسیژن در محیطهای خنثی و بازی می­باشد. الکترولیت، محلولی است که قادر است جریان الکتریکی بین آند و کاتد را بر قرار نماید. با توجه به این چهار عامل واضح است که برای جلو گیری از خوردگی باید یکی از این چهارتا را حذف نمود.

- محیطهای خورنده

عملا کلیه محیطها خورنده­اند، لکن قدرت خورندگی آنها متفاوت است. مثلا هوا، رطوبت، بخار و گازهای دیگر مثل کلر،آمونیاک، سولفیدهیدروژن، دی­اکسید گوگرد،اسیدهای معدنی مثل هیدرو کلریک، سولفوریک و نیتریک اسیدواسیدهای آلی مثل استیک و فرمیک اسید.

بطور کلی مواد معدنی خورنده­تر از مواد آلی می­باشند. مثلا خوردگی در صنایع نفت بیشتر در اثر کلریدسدیم، گوگرد، سولفوریک و کلریدریک اسید وآب است تا بخاطر روغن،نفت و بنزین.

- انواع خوردگی

حمله یکنواخت[3]

در این نوع خوردگی که متداول ترین نوع خوردگی محسوب می شود، خوردگی به صورتی یکنواخت به سطح فلز حمله می کند و به این ترتیب نرخ آن از طریق آزمایش قابل پیش بینی است.

خوردگی گالوانیک[4]

این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که دو فلز یا آلیاژ متفاوت ( یا دو ماده متفاوت دیگر همانند الیاف کربن و فلز ) در حضور یک ذره خورنده با یکدیگر تماس پیدا کنند. در منطقه تماس، فرایندی الکترو شیمیایی به وقوع می­پیوندد که در آن ماده­ای به عنوان کاتد عمل کرده و ماده دیگر آند می­شود. در این فرآیند، کاتد در برابر اکسیداسیون محافظت شده و آند اکسید می­شود.

خوردگی شکافی[5]

این ساز و کار وقتی رخ می دهد که یک ذره خورنده در فاصله­ای باریک، بین دو جزء گیر کند. با پیشرفت واکنش، غلظت عامل خورنده افزایش می­یابد. بنابراین واکنش با نرخ فزاینده­ای پیشروی می کند.

آبشویی ترجیحی[6]

این نوع خوردگی انتخابی وقتی رخ می دهد که عنصری از یک آلیاژ جامد از طریق یک فرآیند خوردگی ترجیحی و عموما ً با قرار گرفتن آلیاژ در معرض اسیدهای آبی خورده می شود. متداول ترین مثال، جدا شدن روی از آلیاژ برنج است. ولی آلومینیوم، آهن، کبالت و زیرکونیم نیز این قابلیت را دارند.

خوردگی درون دانه­ای[7]

این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که مرز دانه ها در یک فلز پلی کریستال به صورت ترجیحی مورد حمله قرار می گیرد. چندین عامل می توانند آلیاژی مثل فولاد زنگ نزن آستنیتی را مستعد این نوع خوردگی سازند. از جمله حضور ناخالصی ها و غنی بودن یا تهی بودن مرزدانه از یکی از عناصر آلیاژی.

خوردگی حفره ای[8]

این نوع خوردگی تقریبا ً همیشه به وسیله یون های کلر و کلرید ایجاد می­شود و به ویژه برای فولاد ضد زنگ بسیار مخرب است؛ چون در این خوردگی، سازه با چند درصد کاهش وزن نسبت به وزن واقعی اش، به راحتی دچار شکست می شود. معمولا ًعمق این حفرات برابر یا بیشتر از قطر آنهاست و با رشد حفرات، ماده سوراخ می شود.

خوردگی فرسایشی[9]

این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که محیطی نسبت به یک محیط ثابت دیگر حرکت کند ( به عنوان نمونه مایع یا دوغابی که درون یک لوله جریان دارد ). یک پدیده مرتبط با این گونه خوردگی، سایش است که هنگام تماس دو ماده با یکدیگر و حرکت نسبی آنها از جمله ارتعاش به وجود می آید. این عمل می تواند پوشش های ضد خوردگی را از بین برده و باعث آغاز خوردگی شود.

خوردگی تنشی[10]

این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که ماده­ای تحت تنش کششی در معرض یک محیط خورنده قرار گیرد. ترکیب این عوامل با هم، ترک هایی را در جزء تحت تنش آغاز می کند.

عوامل موثر بر خوردگی

خوردگی فلزات در محیط آبهای طبیعی ( آبهای سطحی ، آب رودخانه ، دریا و چاه ) بستگی زیادی به کیفیت فیزیکی و شیمیایی آب دارد. از جمله پارامترهای مهم در این ارتباط، هدایت الکتریکی آب، pH، غلظت و نوع نمکها و گازهای موجود در آب و مسایل رسوب گذاری ناشی از این عوامل می باشند.

اثر pH: اگر چه فلزات نجیب مثل طلا و پلاتین در محلول های اسیدی و بازی پایدار می باشند، برخی از فلزات در محیط های اسیدی محلول بوده و در محیط های قلیایی نامحلول هستند. مثالی برای این دسته از فلزات نیکل، مس، کبالت، کروم، منگنز و منیزیم می باشند. برخی از فلزات که دارای اکسید آمفوتری هستند در pH های بالا یا پایین خورندگی زیاد دارند و یک pH بهینه برای کمترین خورندگی آنها قابل تشخیص است. مثلا این pH برای آلو مینیوم 5/6، سرب 8، قلع 5/8 و روی برابر 5/11 می باشد.

اثر نمکهای محلول

تاثیر نمک های محلول در آبهای طبیعی به نوع و غلظت آنها بستگی دارد. حضور یونهای Cl- و4-2 SOسبب تشدید خوردگی و یونهای نظیر کربنات، بی کربنات و کلسیم سبب تقلیل خوردگی می شوند. خواص خوردگی و یا باز دارندگی یونها علاوه بر نوع آنها به غلضت یون نیز بستگی دارد. غالبا مقدار یونهایی که خاصیت بازدارندگی دارند باید بیش از مقدار اکسیژن حل شده در محلول باشد تا سرعت واکنش کاتدی احیاء اکسیژن کاهش یابد. در واقع یونهای مهاجم سبب تخریب فیلمهای محافظ شده و یا از تشکیل آن جلو گیری می کنند.اما یونهایی مثل کربنات، قادرند با تشکیل رسوب کربنات کلسیم، سرعت خوردگی را کاهش دهند.

اثر گازهای محلول در آب

از بین گازهای حل شده در آب، بیشتر اکسیژن و کربن دی­اکسید مد نظر می باشد. کربن دی­اکسید به دلیل ایجاد کربنیک اسید و در نتیجه کاهش pH ، سبب تشدید خوردگی می شود.اکسیژن نقش دو گانه­ای دارد، از طرفی می تواند واکنش کاتدی را تسریع نموده و باعث افزایش سرعت خوردگی شود، از طرف دیگر در غلظتهای بالا و شرایط مساعد سبب ایجاد لایه رویئن در سطح فلز می­شود که در این حالت خوردگی کاهش محسوسی خواهد داشت. توضیح اینکه تقریبا تمام فلزات ( به جز طلا ) هنگام تماس با هوای خشک یا اکسیژن با یک لایه سطحی اکسید پوشش می شوند. پایداری این لایه وقتی در تماس با آب قرار می گیرد به کیفیت آب بستگی دارد. لایه اکسیدی در تعادل دینا میکی با محلول بوده و پایداری آن به ترمیم یا عدم ترمیم آن درنقاط شکسته شده بستگی دارد. وقتی مقدار اکسیژن در حد معمول باشد تعدادی از فلزات مثل فولاد زنگ نزن در آب روئین شده و اصطلاحا حفاظت آندی ایجاد می شود.

اگر غلظت اکسیژن کم شده یا بیش از حد کاهش یابد (بویژه در شیارها)، این مواد فعال شده و حل می گردند. مشابه این حالت برای آهن نیز صادق است. جالب اینکه حلالیت اکسیژن با دما کاهش یافته و در 100 درجه سانتی گراد به صفر می رسد اما با افزایش دما، افزایش می یابد به طوری که حلالیت آن در 200 درجه و 25 درجه برابر می باشد.

اثر مواد معدنی

تعدادی از مواد معدنی با غلظت پایین، در آبهای طبیعی یافت می شوند که برخی از آنها خاصیت خورندگی آب را افزایش داده و برخی نیز خاصیت باز دارندگی دارند. از جمله آنها سیلیس می باشد که از خرد شدن و تجزیه سنگها و گاها توسط میکروارگانیسمها مثل دیاتومه­ها به وجود آمده و در آب به صورت متا سیلسیک اسید HH2SIO3)n) وجود دارد. این ماده از غلظتهای کم تا 75 میلی گرم در لیتر موجود می باشد. سلیکاتها خواص بازدارندگی مشخصی داشته و به آبهای نرم برای کاهش میزان خوردگی افزوده می شوند .

مواد آلی موجود در آب

مواد آلی موجود در آب، حاصل از ارگانیزمهای زنده، سوخت و ساز و یازوال آنهاست. این مواد آلی غالبا به صورت کربنیک اسید، هیومیک اسید، سیتریک اسید، استیک اسید و بنزوئیک اسید یافت شده و باعث کاهش pHآب و تسریع خوردگی فلزاتی مثل آهن، سرب، و مس می شوند. ارگانیزمهای زنده شامل باکتریها، لجنها، قارچها و جلبک ها و نیز صدفهای کوچک دریایی می باشند. سولفید هیدروژن ممکن است توسط باکتریهای احیاء کننده سولفات یا سایر ارگانیزمها به وجود آید. آنها ممکن است آمینو اسیدهای خورنده نظیر سیستین اسید(Cystine acid) و یا دی­آلفاآمینوبتاپروپیونیک اسید را به وجود آورند که اثرات مخربی روی لوله های آهنی و آلیاژ های مسی ایجاد می­کنند.از طرفی باکتریهای آهن گرچه مستقیما کیفیت آب را تغیر نمی دهند و در واکنش خوردگی شرکت نمی کنند، ولی به دلیل تجمع مقادیر زیاد هیدرات فریک سبب آلودگی خیلی بیشتر از باکتریها شده و به دلیل تشکیل بر آمدگی ها سبب بلوکه نمودن و افزایش اصطکاک شده و آب قرمز ایجاد می کنند. این دسته از باکتریها با افزایش کربنات سدیم برای بالا بردن pH تا 5/8 و یا افزایش کلر، کنترل می شوند. همچنین برای جلو گیری از رشد جلبکها می توان از افزایش کلر یا سولفات مس استفاده نمود.

مساله رسوب گذاری

با افزایشpH در مورد آبی که دارای سختی بی کربنات است، مساله خوردگی تبدیل به مساله رسوبدهی می شود. اگر بتوان کنترل صحیحی اعمال کرد که این دو اثر متعادل گردند، امکان کنترل خوردگی بدون رسوب گذاری بیش از حد کربنات کلسیم مهیا می شود. البته باید توجه داشت که وجود رسوب نازک و یکنواخت کربنات کلسیم روی سطح فلز می تواند آنرا از اثرات خورنده آب ایزوله و محافظت نمایند .

- باز دارندگی در محیطهای خنثی( از نظرpH)و عوامل موثر بر آن :

تعریف بازدارنده ها و طبقه بندی آنها

بازدارنده ها موادی هستند که وقتی به مقادیر کم به یک محیط خورنده اضافه گردند، باعث کاهش سرعت خوردگی می شوند. اثر یک بازدارنده بستگی زیادی به محیط اطراف و نوع فلز دارد. این مواد را به روش های مختلف طبقه بندی می کنند که تعدادی از آنها ذکر می شود.

بازدارنده های خطرناک و بی خطر

هر ماده بازدارنده دارای غلظت موثر مشخص و معینی می باشد که در عمل باید با مقادیر کمی بالاتر از آن مورد استفاده قرار گیرد. بازدارنده­های بی خطر آنهایی هستند که اگر کمتر از حد بحرانی افزوده شوند، خاصیت بازدارندگی اندکی نشان می دهند. اما بازدارنده های خطر ناک آنهایی هستند که اگر غلظت آنها کمتر از غلظت بحرانی باشد نه تنها باعث حفاظت نمی شوند، بلکه باعث حملات شدید و خوردگی های حفره­ای می گردند که مقدار آن بیش از حالتی است که اصلا اضافه نشده باشند.

بازدارنده های کاتدی و آندی

این طبقه بندی بر اساس آن که ماده کندکننده سبب افزایش قطبش واکنش آندی ( کند نمودن حل شدن آهن ) یا واکنش کاتدی ( مثل کم شدن احیا اکسیژن در محلولهای خنثی و یا کاهش تعصید هیدروژن در محلولهای اسیدی ) می شوند، بنا گردیده است.

بازدارنده های اکسیدان و غیر اکسیدان.

این تقسم بندی بر مبنای توانایی انها در روئین سازی فلز می باشد.

بازدارنده های آلی و معدنی

تفاوت محیطهای خنثی و اسیدی

خوردگی فلزات در محیط های خنثی و اسیدی دارای دو اختلاف عمده می باشد. اول آنکه در محیط خنثی عمده ترین واکنش کاتدی، احیاء اکسیژن محلول و تولید یون هیدروکسید می­باشد، در حالی که این واکنش در محیط های اسیدی احیاء بودن هیدروژن به گاز هیدروژن است. دوم آنکه در حالت خنثی سطح فلز از فیلمهای اکسیدی، هیدروکسیدها، یا نمک های کم محلول پوشیده می شود ولی در محیط های اسیدی این اکسیدها محلول می باشند. به دلیل این اختلاف مکانیسم، بازدارنده­های محیطهای خنثی و اسیدی از یکدیگر متمایزند. اساس محافظت و بازدارندگی در محیطهای خنثی، ایجاد ترکیبات پایدار روی سطح فلز می باشد.

عوامل موثر در باز دارندگی

ماهیت سطح فلز:

سطوح صاف و تمیز غالبا به بازدارنده کمتری احتیاج دارند، کثیف بودن سطح فلز سبب نرسیدن بازدارنده به سطح فلز شده و راندمان عمل کاهش می یابد. شستشوی شیمیایی، روش مناسبی جهت زدودن این آلودگی ها می باشد.

ماهیت محیط

چنانچه در محیط خورنده، مواد شیمیایی دیگری نیز وجود داشته باشد، باید دقت شود که بازدارنده و آن مواد واکنشهای متقابلی روی هم نداشته باشند. مثلا وقتی از ضد یخ نوع گلیکول استفاده می­شود، نباید از کروماتها استفاده نمود. زیرا کرومات­ها باعث اکسایش ضد یخ شده و ضمن آن کروم شش به کروم سه تبدیل می شود که نتیجتا از قدرت باز دارندگی آنها کاسته خواهد شد. همچنین وجود بعضی از آنیونهای خورنده مثل کلرید و سولفات می تواند قدرت بازدارنده را کاهش و میزان مصرف آنرا افزایش دهد.

غلظت بازدارنده

باید توجه نمود که در اغلب موارد چنانچه غلظت بازدارنده از حد بحرانی کمتر باشد، خود باعث تشدید خوردگی می شود. از جمله این موارد بازدارنده های آنیونی می باشند. به طور کلی سرعت خوردگی در اثر افزایش غلظت بازدارنده ها کم شده و حفاظت افزایش می یابد. اگرچه به ندرت مشاهده شده است که، افزایش زیاد غلظت بازدارنده، سبب تسریع خوردگی می­شود.

pH سیستم :

تمام بازدارنده ها در محدوده معینی از pH بیشترین راندمان را دارند و لذا pH محیطهای خنثی باید به طور مرتب کنترل شود. مثلا نیتریت ها قدرت بازدارندگی خود را در pH کمتر از 5/5 از دست می دهند. این مقدار برای پلی فسفات ها 5/7 – 5/6 و برای کروماتها حدود 5/8 می باشد.

درجه حرارت سیستم

به طور کلی سرعت خوردگی با افزایش دما زیاد می­شود. معلوم شده است که خوردگی در آب به مقدار زیادی توسط نفوذ اکسیژن به منطقه کاتدی کنترل می شود. واضح است که هر عاملی که روی سرعت نفوذ اثر بگذارد، بر سرعت خوردگی نیز موثر خواهد بود. مشاهده شده است که به ازای هر30 درجه افزایش دما، سرعت خوردگی آهن دو برابر می شود. لذا با افزایش دمای سیستم، غلظت مورد نیاز بازدارنده نیز افزایش می یابد.

اثر میکرو ارگانیسمها

حضور میکروارگانیسمها می تواند سه اثر عمده در محلولهای آبی داشته باشد:

1- برخی از آنها می توانند مستقیما در خوردگی فلزات شرکت کنند. مثل باکتریهای احیا کننده سولفات در محیط غیر هوازی یا باکتریهای آهن خوار در محیط های هوازی. نتیجه این فعالیت، تجمع با کتریها در یک محل و ایجاد خوردگی حفره ای می باشد.

2- از بین رفتن و مصرف بازدارنده توسط باکتریها.

3- ایجاد لجن ناشی از تجمع میکروارگانیسمها، تقلیل جریان آب در لوله و رشد و نمو جلبکها.

بسیاری از بازدارنده ها خواص خود را در حضور یک یا چند عامل فوق از دست می دهند. در چنین حالتی ضروری است که از باکتری کشهای مناسب، استفاده نمود.

تشکیل رسوب

تشکیل رسوبات ضخیم نمکهای کلسیم و منیزیم در داخل لوله­ها نه تنها باعث کاهش انتقال حرارت در رادیاتورها و برجهای خنک­ کننده می شود، بلکه از رسیدن بازدارنده به سطح فلز نیز ممانعت به عمل آورده و باعث کاهش راندمان بازدارنده نیز می شود. استفاده از مواد ضد رسوب مثل پلی فسفاتها و یا سیلیکاتها و همچنین کنترل pH روشهای مناسبی جهت کنترل رسوب می باشند.

اثر سرعت حرکت مایع

سرعت حرکت مایع، فقط بر آن دسته از واکنشهای خوردگی موثر است که تحت کنترل قطبش غلظتی باشند. برای فلزات و آلیاژهای آهنی اغلب سرعت انتقال اکسیژن از توده محلول به سطح فلز کنترل کننده سرعت خوردگی می باشد. در حالی که برای فلزات نجیب مثل مس و آلیاژهای آن، نفوذ یون فلزی از سطح به محلول، کنترل کننده سرعت خوردگی می باشد. به طور کلی بیشتر بازدارنده­ها در شرایط کمبود اکسیژن عملکرد بهتری دارند. عموما افزایش سرعت حرکت مایع باعث افزایش نفوذ بازدارنده به سطح فلز می شود. لذا محلولهای ساکن به غلظت بیشتری از بازدارنده نیاز دارند.

- اختلاط بازدارنده ها

اغلب استفاده از مخلوط چند بازدارنده، نتایج مطلوبتری ارائه می دهد. مثلا مخلوطی از بازدارنده­های کاتدی نظیر نمکهای فلزاتی مثل روی، منیزیم و... و بازدارنده های آندی مثل آنیونهای کرومات، فسفات و نیتریت، باعث افزایش قابل ملاحظه ضریب بازدارندگی می شوند.

- نحوه عملکرد بازدارنده های کاتدی و آندی :

از آنجا که در محلولهای خنثی واکنش کاتدی عمدتا احیاء اکسیژن و تولید هیدرو کسید می باشد، بنابراین باکاهش انتقال اکسیژن به سطح فلز، می توان شدت خوردگی را تا حد زیادی کاهش داد. در این مورد استفاده از نمکهای فلزاتی مثل روی، منیزیم، منگنز یا نیکل باعث می شود تا یون این فلزات با یون هیدرو کسید تولید شده در کاتد ترکیب شده و هیدروکسیدهای نا محلول ایجاد نماید که به صورت فیلمی نازک سطح کاتد را بپوشانند. نمک های منیزیم و کلسیم که همواره در آبهای طبیعی حضور دارند نیز ممانعت کننده کاتدی می باشند.

بازدارنده های کاتدی جزء بازدارنده های بی خطر محسوب می شوند. حضور آنیونهای کلرید و سولفات تاثیر چندانی بر آنها نداشته و فیلم تشکیل شده توسط آنها غالبا ضخیم و قابل روئت است. باید توجه نمود که هر گونه کاهش pH یا افزایش CO2محلول می تواند این اثر را از بین ببرد. مکانیسم عمل بازدارنده های آندی بر اساس واکنش یونهای فلزی خورده شده با بازدارنده و ایجاد فیلم محافظ ( روئین ) روی آند می­باشد. این گروه شامل آنیونهای اکسیدان نظیر کروماتها، نیتراتها و آنیونهای غیراکسیدان مثل فسفاتها، سیلیکاتها، بنزوات ها و مو لیبداتها می­باشند. این مواد در محیطهای خنثی و قلیایی به کار می روند. عواملی مثل در جه حرارت بالا، مقدار زیاد کلرید ها و یا غلظت زیاد یونهای هیدروژن، می توانند سبب ناپایداری لایه و افزایش حلالیت آن شوند. این دسته از بازدارنده­ها جزء بازدارنده­های خطر ناک محسوب می شوند و در صورت ناکافی بودن باعث خوردگی شدید حفره­ای می گردند .

- نتیجه­گیری

شناخت پدیده خوردگی به ویژه در صنایع، لوله­کشی آب شهری، موتور خودروها و ... و نیز روشهای مقابله با آن می­تواند نقش مهم و عمده­ای در جلوگیری از خسارات بسیار این پدیده ایفا نماید. این مقاله تاکید می­کند که پدیده خوردگی بسیار پیچیده­تر از آن چیزی است که معمولا در کتابهای درسی دبیرستانی بحث می­شود. در واقع مطالعه عمیق این پدیده یکی از گرایشهای مهندسی شیمی در مقطع کارشناسی ارشد می­باشد و آشنایی دبیران با آن میتواند باعث ایجاد انگیزه­های قوی در دانش­آموزان علاقه­مند به علم شیمی شود.

مراجع

1- کنترل خوردگی در صنایع جلد اول ،‌تألیف دکتر سید محمد سید رضی، ناشر :‌انجمن خوردگی ایران‌ ، چاپ دوم1376

2- مهندسی خوردگی ،‌تألیف مارس . ج. فونتانا ترجمه دکتر احمد ساعتچی ناشر جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان ،‌تابستان 1382

3- نقش آب و کنترل خوردگی در صنایع تالیف سید احمد پیشنمازی ،‌انتشارات ارکان بهار 1377.

4- فصلنامه کامپوزیت

Link : http://www.abualisina.blogfa.com/post-6.aspx

بخش دوم ::

خوردگی چیست؟

خوردگی در زبان فارسی ترجمه واژه ای انگلیسی است که معنای آن جویده شده و گاز گرفته شده است. به نظر می‌رسد ظاهر قطعه خورده شده ، این تداعی معنایی را سبب شده باشد. برای بیشتر مردم، خوردگی با مصادیقش شناخته می‌شود، از قبیل زنگ زدگی و سیاه شدن قاشقهای نقره‌ای. در واقع خوردگی همه اینها هست، اما به‌تنهایی هیچ یک نیست. بطور مثال ، زنگ زدگی فقط به خوردگی آلیاژهای آهن اطلاق می‌شود.

استاندارد ایزو 8044 ، خوردگی را بدین شکل تعریف می‌کند:

««واکنش فیزیکی- شیمیایی متقابل بین فلز و محیط اطرافش که معمولا دارای طبیعت الکتروشیمیایی است و نتیجه‌اش تغییر در خواص فلز می‌باشد. این تغییرات خواص ممکن است منجر به از دست رفتن عملکرد فلز ، محیط یا دستگاهی شود که این دو ، قسمتی از آن را تشکیل می‌دهند. »»

ترمودینامیک و خوردگی

ترمودینامیک یکی از رشته های فیزیکی - شیمی است. یکی از ویژگی‌های علم ترمودینامیک این است که می‌تواند پیش‌بینی کند که آیا واکنشهای خاصی رخ خواهند داد یا نه. تعیین زمانی واکنشی که ترمودینامیک ، انجام آن را پیش بینی می‌کند، موضوع علم سینتیک است. خوردگی را می‌توان میل ترمودینامیکی برای بازگشت به اصل خود فلز دانست و آن را چنین توضیح داد:

فلزات اکثراً به شکل ترکیبات شیمیایی در سنگهای معدنی موجود هستند. فلز در این حالت به خاطر وضعیت ترمودینامیکی خود ، حالت پایدار دارد، یعنی از نظر ترمودینامیکی اگر نیرویی از خارج بر سنگ معدن وارد نشود، فلز میل دارد که در سنگ بماند و حالت ترکیبی خود را حفظ نماید. وقتی سنگ معدن از معدن جدا می‌شود، طی فرآیندهای خاصی ، فلز از سنگ استخراج می‌شود و به حالت فلز خالص در می آید.

عمل استخراج فلز ، از نظر شیمیایی یک فرآیند الکترون گیری یا احیا به حساب می‌آید. به این ترتیب فلز موجود در سنگ معدن ، الکترون می‌گیرد و به حالت فلز خالص در می‌آید. اما در اینجا وضعیتی ناگوار وجود دارد: الکترونهایی که طی فرآیند استخراج گرفته شده‌اند، برای فلز به شکل مهمان ناخوانده در می‌آیند. فلز علاوه بر الکترونهایی که خود دارد، الکترونهای زیادتری را نیز طی استخراج به سوی خود فرا خوانده، با مهمان کردن الکترونهای اضافی از چنگ سنگ گریخته است. اما این مهمانان تبدیل به ناخواستگانی شده‌اند که فلز دائما در جستجوی راهی برای بیرون راندن آنهاست. به زبان ترمودینامیکی ، بی‌قراری فلز را ناپایداری ترمودینامیکی می‌نامند.

هنگامی که فلز موفق به از دست دادن الکترون می‌شود، واکنش اکسیداسیون رخ می‌دهد و می‌گویند خوردگی اتفاق افتاده است. وقتی فلز خورده شد، آن چه از واکنش باقی می‌ماند (اصطلاحا محصولات خوردگی) به لحاظ ترمودینامیکی پایدار خواهد بود و از این نظر مانند فلز در حالت معدنی (در حالتی که به شکل ترکیب در سنگ معدن وجود داشت) رفتار می‌کند.

جالب آن که از نظر شیمیایی نیز محصولات خوردگی مثل سولفات آهن ، اکسید روی و غیره ، همان ترکیباتی هستند که در سنگ معدن فلز یافت می‌شود.

انواع خوردگی فلزات

خوردگی را به روش‌های مختلف طبقه‌بندی نموده‌اند. ولی عمومی‌ترین آن‌ها طبقه‌بندی بر اساس ظاهر و شکل فلز خورده شده می‌باشد. به این روش با مشاهده فلز خورده شده با چشم غیر مسلح به راحتی می‌توان نوع خوردگی آن را مشخص نمود.

در بین انواع خوردگی می‌توان نه نوع منحصربه فرد را پیدا نمود. ولی تمام آن‌ها کم و بیش وجه متشابهی دارند که به شرح ذیل می باشند :

خوردگی یکنواخت Uniform Attack

خوردگی گالوانیک یا دو فلزی Galvanic Two Metal. Corrosion

خوردگی شیاری Crevice Corrosion

حفره‌دار شدن Pitting

خوردگی بین دانه‌ای Inter Granular. Corrosion

جدایش انتخابی Selective Leaching

خوردگی سایشی Erosion Corrosion

خوردگی توأم با تنش Stress Corrosion

خسارت هیدروژنی Hydrogen damage

1- خوردگی یکنواخت

خوردگی یکنواخت معمول‌ترین و متداول‌ترین نوع خوردگی است معمولاً به وسیله یک واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی به طور یکنواخت در سرتاسر سطحی که در تماس با محلول خورنده قرار دارد، مشخص می‌شود. فلز نازک و نازک‌تر شده و نهایتاً از بین می‌رود یا تجهیزات مورد نظر منهدم می‌شوند. مانند خورده شدن یک قطعه فولادی یا روی در داخل یک محلول رقیق با سرعت یکسانی در تمام نقاط قطعه خورده می‌شود. این نوع خوردگی بالاترین آمار را دارد و عمر تجهیزات خورده شده را با قرار ددن نمونه‌هایی در داخل محلول خورنده می‌توان تخمین زد.

روش جلوگیری از خوردگی یکنواخت

خوردگی یکنواخت را به سه طریق می‌توان کنترل و یا کم کرد که ممکن است یک نوع و یا دو نوع را با همدیگر انجام داد.

انتخاب مواد و پوشش صحیح، به وسیله ممانعت‌کننده‌ها، استفاده از حفاظت کاتدی

خوردگی گالوانیکی یا دو فلزی

هنگامی که دو فلز غیر همجنس که در تماس الکتریکی با یکدیگر هستند در معرض یک محلول هادی یا خورنده قرار بگیرند. اختلاف پتانسیل بین آن دو باعث برقرای جریان الکترون بین آن‌ها می‌شود. فلزی که مقاومت خوردگی کمتری دارد آندی شده و خورده می‌شود. فلز مقاوم‌تر از نظر خوردگی کاتدی می‌شود که معمولاً‌ خیلی کم و یا خورده نمی‌شود. به دلیل وجود جریان‌های الکتریکی بین فلزات غیر هم جنس این نوع خوردگی، خوردگی گالوانیکی یا دو فلزی اطلاق می‌شود.

برای مثال خوردگی در یک فلز (آلومینیوم) به شدت اتفاق می‌افتد و در فلز دیگر (فولاد) کاهش یافته یا متوقف می‌گردد. بنابراین اولین چیزی که در این مورد مطرح می‌باشد این است که از دو فلزی که به روی هم اثر می‌کنند کدام فلز در حالت اول و کدام فلز در حالت دوم قرار می‌گیرد. پاسخ این سؤال به وسیله جهت جریان الکتریکی ناشی از اثر گالوانیکی از یک فلز (آند) به فلز دیگر (کاتد) قرار گرفته در یک محلول خورنده داده خواهد شد. با اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل دو فلز در محلول مورد نظر این جهت را در هر مورد می‌توان تعیین نمود. در مورد جفت گالوانیکی آلومینیوم و فولاد مشخص شده است که آلومینیوم به صورت یک آند عمل می‌کند.

2- پتانسیل خوردگی و جهت اثرات گالوانیک

پتانسیل فلز در محلول وقتی که خورده می‌شود به انرژی که آزاد می‌شود، بستگی دارد. این پتانسیل تنها در یک مقدار نسبی قابل اندازه‌گیری می‌باشد. برای مثال با قرار دادن یک فلز خیلی فعال مانند روی و یک فلز با فعالیت کمتر مانند مس در یک محلول کلرید سدیم می‌توان جهت جریانی که توسط اثر گالوانیک آن‌ها تولید می‌گردد، اندازه‌گیری نمود. چنین آزمایشی را می‌توان با تمام فلزات ممکن در هر محلول خورنده تکرار نمود. با توجه به نتایج آزمایشات به دست آمده، امکان مرتب کردن فلزات در یک گروه که سری گالوانیک نامیده می‌شود فراهم می‌شود. اگر آزمایشات در محلول‌های مختلف با غلظت‌های مختلف کلرید سدیم، میزان هوادهی متفاوت، سرعت حرکت و یا دماهای مختلف انجام گیرد، مقادیر گزارش شده می‌تواند با یکدیگر اختلاف داشته باشند و در این حالت محل بعضی فلزات نسبت به هر یک از فلزات دیگر به صورت یک سری گالوانیک جدید تغییر نماید.

سری گالوانیک

بطور کلی پتانسیل الکتریکی فلزات دارای هیچ مقداری بطور مطلق و مستقل از فاکتورهای مؤثر بر خواص خوردگی محلولی که در آن اندازه‌گیری انجام می‌شود، نمی‌باشد. مقدار پتانسیل می‌تواند از یک محلول به محلول دیگر یا هنگامی که یک محلول به وسیله فاکتورهائی از قبیل دما، هوادهی و سرعت حرکت تأثیر می‌پذیرد، تغییر کند. بنابراین برای پیش‌بینی پتانسیل فلزات و در نتیجه جهت اثر گالوانیکی آن‌ها در یک محیط، بجز با اندازه‌گیری پتانسیل و در نظر داشتن شرایط دقیق آن محیط هیچ راهی وجود ندارد، به عنوان مثال روی بطور طبیعی نسبت به آهن در دمای محیطی منفی‌تر یا آندیک‌تر می‌باشد. همان‌طور که در جدول گالوانیک نشان داده شده است. با وجود این اختلاف پتانسیل با افزایش دما تغییر کرده و افزایش می‌یابد تا زمانی که اختلاف پتانسیل در دمای ۶٠ درجه سانتیگراد ممکن است صفر یا دقیقاً برعکس شود. در هر صورت وضعیت شرایط فلزات نسبت به هم آنطور که گفته شد در بسیاری مواقع خیلی هم تغییر نمی‌کند و تمایل نسبی فلزات به خوردگی در خیلی از محیط‌هائی که از آن‌ها استفاده می‌شود تقریباً یکسان باقی می‌ماند. در نتیجه موقعیت‌های نسبی آن‌ها در سری گالوانیک ممکن است در خیلی محیط‌ها تقریباً یکسان باشد.

از آنجائی که بیشتر اندازه‌گیری‌های پتانسیل و رفتار گالوانیکی فلزات در مقایسه با سایر محیط‌ها بیشتر و در آب دریا انجام شده است، در نتیجه بیسشتر سری‌های گالوانیک بر اساس این آزمایشات فلزات را تنظیم کرده‌اند و لذا از این جداول می‌توان به منظور احتمالات اولیه در مورد اثرات گالوانیکی در سایر محیط‌ها زمانی که مستقیماً نتایج قابل اجراتری از آن محیط در دسترس نباشد، استفاده نمود.در یک جفت گالوانیک شامل دو فلز قرار گرفته شده در این جدول، خوردگی طبیعی فلزی که موقعیت بالاتری در جدول دارد، احتمالاً شدیدتر می‌شود. در حالی که خوردگی فلز پائین‌تر جدول احتمالاً کاهش می‌یابد یا کاملاً متوقف می‌شود. فلزات با پتانسیل خوردگی مثبت‌تر بی‌اثر یا کاتدیک نامیده می‌شوند و فلزات با پتانسیل خوردگی منفی‌تر به عنوان فلزات یا آلیاژهای آندیک یا فعال شناخته می‌شوند. توجه کنید که در این جدول چندین فلز در یک گروه قرار گرفته‌اند که احتمالاً اختلاف پتانسیل آن‌ها نسبت به هم زیاد نمی‌باشد. بنابراین می‌توان آن‌ها را بدون اثرات گالوانیکی قابل ملاحظه در بسیاری از محیط‌ها در کنار یکدیگر قرار داد.

مقدار اثر گالوانیک

تا اینجا ما فقط جهت اثر گالوانیک را با تعیین پتانسیل نسبی فلزات در یک جفت گالوانیکی مورد بررسی قرار داده‌ایم. در حالی که در عمل ما بیشتر با شدت اثرات گالوانیکی که رخ می‌دهد مواجه هستیم. این شدت با مقدار جریان یا اصطلاحاً شدت جریان (جریان واحد سطح) تعیین می‌شود.بر طبق قانون اهم، مقدار جریان تولید شده توسط جفت‌های گالوانیکی که اختلاف پتانسیل آن‌ها زیاد است، در یک مقاومت معین مستقیماً با ولتاژ متناسب می‌باشد. به عنوان مثال، اختلاف پتانسیل دو فلز روی و مس در آب دریا ٧٠٠ میلی ولت می‌باشد و این و جفت گالوانیکی می‌توانند جریان بیشتری (و در نتیجه خوردگی بیشتر) از سایر جفت‌های گالوانیکی که اختلاف پتانسیل کمتر دارند، مثل NAVAL BRASS و مس (با ۴٠ میلی ولت پتانسیل در آب دریا) تولید نمایند.پتانسیل‌هائی که گفته می‌شود پتانسیل‌هائی هستند که قبل از برقراری هر گونه جریان بین دو فلز اندازه‌گیری شده‌اند و بعضی وقت‌ها آن را پتانسیل جریان باز می‌گویند.

عوامل مؤثر در خوردگی گالوانیکی

Ø نیروی الکتروموتوری : که کاملا" در بالا اشاره شد .

Ø اثرات محیط

هر پدیده محیطی که به برقراری جریان الکتریکی بین دو الکترود مؤثر باشد در خوردگی گالوانیکی نیز مؤثر است مانند رطوبت هوا و بالا بودن دما و...

Ø فاصله دو الکترود

خوردگی گالوانیکی با فاصله دو فلز در محل اتصال نسبت دارد یعنی هرچه از فصل مشترک دو فلز دورتر شویم خوردگی و اثرات آن کاهش می‌یابد و در نزدیکی تماس، خوردگی شدیدتر می‌باشد.

Ø اثر سطح

یک فاکتور مهم دیگر در خوردگی گالوانیکی اثر سطح، یا نسبت سطح کاتد به سطح آند می‌باشد.

نسبت سطحی نامناسب مشتمل بر کاتد بزرگ و آند کوچک است.

برای یک مقدار معین جریان در پیل، دانسیته جریان برای الکترود کوچک به مراتب بزرگ‌تر است تا دانسیته جریان برای الکترود بزرگ‌تر. هرچه دانسته جریان در یک منطقه آندی بزرگ‌تر باشد سرعت خوردگی بیشتر است. خوردگی نواحی آندی ممکن است صد تا هزار برابر بیشتر از حالتی باشد که سطح آند یا کاتد برابرند.

تشخیص خوردگی گالوانیکی

قبل از بحث در مورد راه‌های جلوگیری از خوردگی گالوانیکی، لازم است اول اطمینان حاصل شود که خوردگی گالوانیکی اتفاق افتاده است. برای رخ دادن خوردگی از این نوع، وجود شرایط سه گانه زیر معمولاً ضروری است.دو فلز غیر هم جنس از نظر الکتروشیمی باید وجود داشته باشند.این فلزات باید بطور الکتریکی با یکدیگر تماس داشته باشند. این فلزات باید در معرض یک الکترولیت قرار گرفته باشند.تمام این شرایط برای اینکه خوردگی از نوع گالوانیکی رخ بدهد، باید وجود داشته باشند.به عنوان مثال، ملاحظه می‌شود که فولاد زنگ نزن ٨-١٨ (نوع 304:S 30400) در تماس الکتریکی با فولاد ضد زنگ 18-8MO (نوع 316: S31600) به سرعت خورده می‌شود. با مراجعه به جدول سری گالوانیکی می‌توان متوجه شد که خوردگی پیش آمده از نوع خوردگی گالوانیکی نمی‌باشد. بنابراین با جداسازی این دو فلز مقاومت خوردگی 18-8SS بهبود نمی‌یابد.همچنین در مثالی دیگر دیده می‌شود که یک قطعه آلومینیوم متصل به چدن که در روغن موتور قرار دارد به شدت مورد حمله قرار می‌گیرد.

به دلیل آنکه روغن موتور و بیشتر مایعات ارگانیک الکترولیت نیستند، بنابراین مشخص می‌شود که این خوردگی از نوع خوردگی گالوانیکی نمی‌باشد. در این مورد هم با جدا کردن دو فلز، مقاومت خوردگی آلومینیوم بهبود پیدا نمی‌کند. علاوه بر سه شرط گفته شده بالا در مورد شناخت خوردگی گالوانیک، جستجوی خوردگی موضعی نزدیک اتصالات بین دو فلز غیر هم جنس راه دیگری برای تشخیص بروز خوردگی از این نوع می‌باشد. خوردگی گالونیکی معمولاً در نزدیک فلز کاتد شده شدت بیشتری دارد. در شکل مربوط به اتصال ورقه آهن با پرچ مسی دیده می‌شود که خوردگی ورقه آهن نزدیک پرچ‌های مسی شدیدتر می‌باشد.

روش جلوگیری از خوردگی گالوانیکی

برای جلوگیری از این خوردگی روش‌های مختلفی وجود دارد که گاهی یکی به تنهائی پاسخگو نمی‌باشد و باید دو یا سه نوع را با هم به کار برد.

حتی‌الامکان سعی شود از دو فلز که در جدول سری الکتروشیمیائی فاصله کمتری نسبت به هم دارند استفاده شود.

از نسبت سطحی نامطلوب، آند کوچک و کاتد بزرگ پرهیز شود. مخصوصاً در اتصالات از خاصیت عایق‌ها دو فلز غیرهمجنس استفاده شود، استفاده از پوشش‌ها مخصوصاً روی آند، استفاده از ممانعت‌کننده‌ها

در مورد موادی که در جدول گالوانیکی دور از یکدیگر می‌باشند از اتصالات پیچ و مهره بپرهیزید. به دلیل کم شدن ضخامت مؤثر در مرحله پیچ‌سازی سعی شود از اتصال زرد جوش BRAZING استفاده شود.

قسمت‌های آندی را طوری طراحی کنید که به سهولت قابل تعویض باشند یا آن‌ها را ضخیم‌تر انتخاب کنید تا عمر بیشتری داشته باشند.

به اتصال‌های گالوانیکی، فلز سومی که نسبت به دو فلز قبلی آند باشد متصل نمائید. (آند فداشونده)

3- خوردگی شیاری

اکثراً در شیارها و نواحی دیگری روی سطح فلز که حالت مرده SHELDED AREAS دارنده و در معرض محیط خورنده قرار می‌گیرند خوردگی موضعی شدیدی اتفاق می‌افتد.این نوع خوردگی معمولاً همراه با حجم‌های کوچک محلول‌ها یا مایعات که در اثر وجود سوراخ سطوح واشرها، محل روی هم قرار گرفتن دو فلز LAPJOINIS، رسوبات سطحی و شیارهای زیرپیچ، مهره‌ها و میخ پرچ‌ها ساکن شده‌اند (حالت مرده) می‌باشد اتفاق می‌افتد به همین دلیل این نوع خوردگی، خوردگی شیاری یا لکه‌ای یا واشری نیز می‌گویند.

عوامل مؤثر در خوردگی شیاری

عوامل مؤثر در این نوع خوردگی در جدول زیر خلاصه شده است:

روش‌های جلوگیری از خوردگی شیاری

برای اتصالات به جای پرچ‌کاری یا پیچ و مهره از جوشکاری با نفوذ کامل مذاب به داخل درزها استفاده شود.

شیارها را در محل روی هم قرار گرفتن دو فلز با جوشکاری مداوم، کالک کردن CAULKING و یا لحیم‌کاری بپوشانید.

از ته‌نشین شدن مواد و تجمع آن‌ها در کف تانک‌ها و مخازن جلوگیری شود.

از ایجاد گوشه‌های تیز و نواحی مرده و ساکن در تجهیزات بپرهیزید.

بازرسی و تمیز تمودن مرتب تجهیزات

حذف جامدات معلق در فرآیند کارخانه‌ها

در مرحله خوابیدن کارخانه، مواد جاذب رطوبت WET PACKING MATERIALS را حذف نمائید.

در صورت امکان، محیط یکنواخت به وجود بیاورید مثلاً در پشت بند BACKFILL کردن یک خط لوله.

هر جا که ممکن باشد از واشرهای جامد که جاذب رطوبت نیستند NONABSOKBENT مانند تفلون استفاده نمائید.

4- حفره‌دار شدن

حفره‌دار شدن نوعی خوردگی شدیداً موضعی است که باعث سوراخ شدن فلز می‌شود. این سوراخ‌ها ممکن است قطرهای مختلفی داشته باشند، اما در اکثر موارد قطر آن‌ها کوچک است.حفره‌ها گاهی مجزا بوده و گاهی آنقدر نزدیک هم هستند که سطح زبری به وجود می‌آورند. معمولاً در صورتی که قطر دهانه محل خورده شده تقریباً مساوی یا کمتر از عمق آن باشد شکل حاصل را حفره می‌نامند.

خصوصیات حفره‌ها

حفره‌ها معمولاً در جهت نیروی جاذبه رشد می‌کنند اکثر حفره‌ها روی سطوح افقی به وجود آمده و به پائین رشد می‌کنند.

دوره شروع INITIATION حفره‌دار شدن معمولاً طولانی است و بسته به فلز و محیط این دوره‌ها بین چندین ماه یا سال طول می‌کشد ولی پس از تشکیل به سرعت رشد می‌کنند.

حفره‌ها موقع رشد تمایل به خالی کردن زیر سطح فلز UNDERCUT دارند و با سرعت دائماً افزاینده‌ای به داخل نفوذ می‌کنند.

حفره‌دار شدن در اثر یک واکنش آندی منحصربفرد است. این نوع خوردگی اتوماتیک است. یعنی واکنش‌های خوردگی در داخل حفره شرایطی را به وجود می‌آورند که محرک ادامه خودشان هستند.

اکثر انهدام‌های ناشی از حفره‌دار شدن در اثر کلرورها و یون‌های حاوی کلر می‌باشند. بنابراین در محیط‌های آبی و نمک‌دار و هیپوکلریت‌ها (مواد سفیدکننده) BLEACHES این نوع خوردگی زیاد می‌شود.

حفره‌دار شدن معمولاً‌به همراه محیط خورنده در حالت ساکن و مرده مثل مایع درون یک تانک یا مایع جمع شده در یک قسمت غیرفعال سیستم لوله‌کشی اتفاق می‌افتد.افزایش سرعت حرکت محیط خورنده غالباً این نوع خوردگی را کاهش می‌دهد، مثلاُ یک پمپ از جنس فولاد زنگ نزن که برای انتقال آب دریا به کار می‌رود. اگر دائماً کار کند عمر بیشتری خواهد داشت تا در حال توقف‌های طولانی مدت (از نظر خوردگی).

چون حفره‌دار شدن یک نوع خوردگی موضعی و متمرکز است آزمایشات معمولی اندازه‌گیری تقلیل وزن را نمی‌توان برای ارزیابی یا حتی مقایسه در مورد آن به کار برد چون تقلیل وزن فلز خیلی کم بوده و عمق نفوذ را نشان نمی‌دهد.گرفتن عمق میانگین نیرو روش ضعیفی می‌باشد زیرا همواره عمیق‌ترین حفره است که باعث انهام می‌گردد.بنابراین مبنای اندازه‌گیری باید عمیق‌ترین حفره موجود باشد.

مکانیزم خوردگی حفره‌ای

برای توضیح مکنیزم خوردگی حفره‌ای می‌توان آن را در دو بخش اولیه یعنی شروع تشکیل حفره و بخش دوم که شامل فعالیت‌های اتوکاتالیتیک می‌باشد بررسی نمود.

بخش اولیه: پیدایش حفره INITIATION

یک قطعه فلز M عاری از هر گونه سوراخ یا حفره را در نظر بگیرید که در داخل محلول کلرورسدیم اکسیژن‌دار فرو برده شده است. اگر به هر دلیلی سرعت انحلال فلز بطور لحظه‌ای در یک نقطه خاص بالاتر باشد یون‌های کلر به این نقطه مهاجرت می‌کنند. چون یو‌های کلر انحلال فلز را تسریع می‌کنند شرایط مساعدی برای خوردگی سریع‌تر فلز در آن نقطه فراهم می‌شود.سرعت انحلال ممکن است در اثر یک خراش سطحی یا یک نابجائی که به سطح رسیده است یا نواقص دیگر یا غیر یکنواختی ترکیب شیمیائی محلول بطور لحظه‌ای در یک نقطه باشد.واضح است که در هر مرحله شروع و مراحل اولیه رشد یک حفره، شرایط تا حدودی ناپایدار می‌باشد.غلظت موضعی و بالای یون‌های کلر و هیدروژن ممکن است در اثر جابجائی ناگهانی محلول از بین بروند، زیرا هنوز عمق حفره آنقدر نشده است که محلول موجود در آن ساکن شده و از جریان محلول اصلی در امان بماند.

بخش دوم: خاصیت خودتکثیر حفره‌ها SELF STMULATING SELF PROPAYATINGS

این پدیده پس از تشکیل حفره با عمق مناسب که موجب ساکن بودن سیال در آن شود شورع می‌شود. برای توضیح این بخش شکل ذیل را در نظر بگیرید.فلز M به وسیله محلول نمک طعام اکسیژ‌دار AERATED در معرض حفره‌دار شدن قرار دارد.انحلال سریع فلز در داخل حفره واقع شده در حالی که احیا اکسیژن روی سطح مجاور انجام می‌شود، این واکنش خوردگی خود محرک و خود تکثیر می‌باشد.انحلال سریع فلز در داخل حفره باعث ایجاد بار مثبت اضافی در این ناحیه می‌شود که در نتیجه برای برقراری تعادل الکتریکی یون‌های کلر به داخل حفره مهاجرت می‌کند. بدین ترتیب در داخل حفره غلظت بالائی از MCL ایجاد می‌شود و در نتیتجه هیدرولیز غلظت بالائی از به وجود می‌آید.

اکسیداسیون

احیاء

یون‌های هیدروژن و کلر باعث تسریع انحلال اکثر فلزات و آلیاژها می‌گردند و شتاب واکنش با گذشت زمان زیادتر می‌شود. چون قابلیت انحلال اکسیژن در محلول‌های غلیظ تقریباً صفر است. هیچ‌گونه احیا اکسیژن در داخل حفره صورت نمی‌گیرد. واکنش کاتدی احیا اکسیژن در داخل حفره صورت نمی‌گیرد. واکشن کاتدی احیا اکسیژن روی سطح خارجی مجاور حفره باعث محافظت آن سطوح در مقابل خوردگی می‌شود، به عبارتی حفره‌ها بقیه سطح فلز را حفاظت کاتدی می‌کننند و به همین دلیل خوردگی حفره در جهت جاذبه زمین رشد می‌کند.

شکل2-3: فرآیندهای اتومتیک در داخل یک حفره (شکل روی جلد)

روش‌های جلوگیری از خوردگی حفره‌ای

Ø کلیه روش‌هائی که برای مبارزه با خوردگی شیاری ذکر گردید در این نوع خوردگی نیز مؤثر می‌باشد.

Ø استفاده از آلیاژهائی که در برابر حفره‌دار شدن بسیار مقاوم می‌باشند.

این نوع آلیاژها عبارتند از:

الف: فولاد زنگ نزن نوع ٣٠۴

ب: فولاد زنگ نزن نوع ٣١۶

ج: هستولیF، نیونل یا دوریمت ٢٠

د: هستولی C، یا کلریمت ٣

ه - تیتانیم

نکته : افزودن ممانعت‌کننده باید با دقت خاصی صورت گیرد به دلیل اینکه اگر خوردگی کاملاً متوقف نگردد، حفره‌دار شدن تشدید می‌شود.

5- خوردگی بین دانه‌ای

در مبحث متالورژیکی در رابطه با دانه‌ها (کریستال‌ها) و مرزدانه‌ها توضیحاتی داده شد.اگر یک فلز در یک شرایط خاص ناپایدار شده و در نتیجه خورده شود، چون مرزدانه‌ها معمولاً کمی فعال‌تر از خود دانه‌ها می‌باشند، بنابراین خوردگی یکنواخت به وجود می‌آید اما تحت بعضی شرایط، مرزدانه‌ها نسبت به دانه‌ها خیلی فعال‌تر می‌شوند و خوردگی بین دانه‌ای به وجود می‌آید.خوردگی موضعی و متمرکز در مرزدانه‌ها یا نواحی نزدیک به آن‌ها در حالی که خود دانه‌ها یا اصلاً خورده نشده‌اند یا کم خورده شده‌اند خوردگی را بین دانه‌ای می‌نامند، آلیاژ پودر می‌شدو (دانه‌ها یا کریستال‌ها جدا می‌شوند) و یا استحکام خود را از دست می‌دهند.

خصوصیات خوردگی بین‌دانه‌ای

Ø خوردگی بین‌دانه‌ای به وسیله ناخالصی‌های موجود در مرزدانه‌ها، غنی شدن یا فقیر شدن DEPLETION مرزدانه‌ها نسبت به یک عنصر آلیاژی در این نواحی واقع می‌شود. مثلاً فقیر شدن مرزدانه‌ها نسبت به کرم باعث خوردگی بین دانه‌ای فولادهای زنگ نزن می‌گردد.

Ø این پدیده در حالت‌های حساس شدن SENSITIZATION فلزات به وجود می‌آیند. مثلاً فولاد زنگ نزن ٨-١٨ در محدوده‌ی 950 تا 450 اگر حرارت داده شوند حساس شده و مستعد خوردگی بین دانه‌ای می‌باشد.

روش‌های جلوگیری از خوردگی بین‌دانه‌ای

به دلیل اینکه این خوردگی بیشتر در فولادهای زنگ نزن اتفاق می‌افتد سه روش جلوگیری آن را در این مورد ذکر می‌کنیم:

در درجه حرارت بالا فلز تحت عملیات حرارتی محلولی قرار داده شود و سپس در آب سریع سرد شود.

اضافه کردن عناصری که تمایل شدیدی به واکنش و یکنواخت کردن آلیاژ دارند این عناصر را پایدارکننده‌ها STABILIZERS می‌نامند.

تقلیل کربن فولاد به کمتر از ٠٣/٠ درصد تا کاربید کافی برای به وجود آمدن خوردگی بین دانه‌ای به وجود نیاید.عملیات حرارتی محلولی در صنعت، مشتمل بر حرارت دادن در ١٠۵٠ درجه سانتگراد تا ١١۵٠ و سپس سرد کردن سریع در آب می‌باشد. در این درجه حرارت‌ها کاربید کرم حل می‌شود و در نتیجه آلیاژ همگن‌تر و یکنواخت‌تر به دست می‌آید.

6- جدایش انتخابی Selective Leaching

جدایش انتخابی، جدا شدن یکی از عناصر آلیاژی از آلیاژ جامد در فرآیند خوردگی می‌باشد. مانند جدا شدن روی از آلیاژهای برنج که به زدایش روی DEZINCIFICATION معروف است. برنج زرد معمولی از تقریباً ٣٠% درصد روی و ٧٠% درصد مس تشکیل یافته است. زدایش روی به سهولت با چشم غیرمسلح می‌توان تشیخص داد، زیرا آلیاژ قرمز رنگ مسی حاصل می‌شود که از رنگ زرد اصلی آلیاژ تمیز می‌باشد.دو نوع زدایش روی وجود دارد که به سهولت قابل تشخیص هستند.نوع لایه‌ای یا یکنواخت و نوع موضعی PLUG TYPE در نوع لایه‌ای یک سری لایه داخلی که تیره‌تر از سایر نقاط می‌باشد مشخص می‌گردد، این همان قسمتی است که روی خود را از دست داده و لایه خارجی برنج زرد خورده نشده است.در نوع موضعی به صورت ناحی تیره سوراخ‌هائی هستند که در آن محلول‌ها روی از دست رفته است و در سطح فلز پراکنده و مشخص می‌باشند که به صورت لکه‌لکه ظاهر می‌شوند. نوع لایه‌ای بیشتر در برنج‌هائی که درصد روی آن‌ها بالاتر است و در محیط‌های اسدیی واقع می‌شود اتفاق می‌افتد و نوع موضعی اغلب در برنج‌هائی که مقدار روی آن‌ها کم است و در شرایط خنثی، قلیائی یا کمی اسیدی قرار دارند اتفاق می‌افتد.در کل مکانیزم زدایش روی را می‌توان مشتمل بر سه مرحله دانست:

انحلال برنج (بر اساس فعال بودن روی و نجیب بودن مس)، باقیماندن روی در محلول، راسب شدن مس روی سطح برنج

گرافیته شدن

گاهی اوقات چدن خاکستری جدایش انتخابی از خود نشان می‌دهد مخصوصاً در محیط‌هائی که از نظر خوردگی نسبتاً متوسط می‌باشند.به نظر می‌رسد که سطح چدن گرافیته شده، زیرا سطح چدن ظاهر گرافیتی به خود گرفته و به سهولت می‌توان به وسیله قلم تراش آن را تراشید، به همین دلیل این پدیده را گرافیته شدن و گاهی خوردگی گرافیتی گویند که این نام‌گذاری غلط می‌باشد و در واقع جدایش انتخابی کربن از آلیاژ چدن می‌باشد.

روش‌های جلوگیری از جدایش انتخابی

کم کردن خوردگی محیط مثلاً حذف اکسیژن

حفاظت کاتدی

اضافه کردن فلزی دیگر به آلیاژ. مثلاً اضافه کردن ١% درصد قلع به برنج ٣٠-٧٠

استفاده از ممانعت‌کننده مانند افزودن مقادیر کمی آرسنیک و آنتیموان یا فسفر به آلیاژ برنج

برای محیط‌هائی بسیار خورنده که زدایش روی در آن‌ها اتفاق می‌افتد یا برای قطعاتی که از اهمیت بالائی برخوردارند و نباید به هیچ وجه خورده شوند از کوپرونیکل‌ها استفاده می‌کنند.

· کورپرونیکل‌ها آلیاژ ٧٠% تا ٩٠% درصد مس و ٣٠% تا ١٠% درصد نیکل می‌باشد. CUPRANICEL

7-خوردگی سایشی

خوردگی سایشی عبارت است از سرعت یافتن یا افزایش سرعت خوردگی یا از بین رفتن یک فلز در اثر حرکت نسبی بین یک مایع خورنده و سطح فلز.معمولاً این حرکت خیلی سریع است و اثرات سایش مکنیکی و یا سائیده شدن وجود دارد. یون‌های فلزی حل شده روی سطح فلز در اثر حرکت روی سطح باقی نمی‌ماند، یا محصولات جامد حاصل از خوردگی از سطح فلز به طریق مکانیکی کنده می‌شوند.گاهی اوقات حرکت باعث تقلیل سرعت خوردگی می‌گردد. مخصوصاً موقعی که تحت شرایط ساکن خوردگی موضعی اتفاق بیافتد. اما این خوردگی سایشی نیست زیرا سرعتد خوردگی افزایش نیافته است.

خصوصیات خوردگی سایشی

خوردگی سایشی دارای ظاهری شیادار GULLIES، موجی شکل، سوراخ‌های کروی شکل و ناهموار می‌باشد که در جهت خاصی قرار گرفته‌اند.

بیشتر در فلزاتی که سختی پائینی دارند و به سهولت صدمه می‌بینند مانند مس و سرب روی می‌دهد.

کلیه تجهیزاتی که در تماس با مایعات متحرک می‌باشند در معرض خوردگی سایشی قرار دارند مانند سیستم‌های لوله‌کشی مخصوصاً زانوها ELBOW، پیچ‌ها BENS، سه راهی‌ها TESE، شیرها VALVES، پمپ‌های دمنده، دستگاه‌های گریز از مرکز،پروانه‌هاIMPELLERS،به هم‌زن‌ها AGITATORS، تانک‌های متحرک AGITATED، لوله‌های مبدل حرارتی مانند بویلرها و کندانسورها، پره‌های توربین، افشانه‌ها، دودکش‌ها، گیوتین‌ها GUTTERS، زره‌های آسیاب PLATES WEAR و تجهیزاتی که در معرض پاشیدن (SPRAY) قرار می‌گیرند.

عوامل مؤثر بر خوردگی سایشی

پوست‌های سطحی:

ماهیت و خواص پوسته‌های محافظ سطحی که روی بعضی فلزات و آلیاژها تشکیل می‌گردد از نظر مقاومت در برابر خوردگی سایشی خیلی اهمیت دارد. برای مثال پوسته سطحی که سخت، متراکم، چسبنده و پیوسته باشد نسبت به موقعی که پوسته به سهولت سائیده و یا کنده شود حفاظت بهتری به وجود خواهد آورد.

اگر پوسته ترد باشد و تحت تنش ترک بخورد و خرد بشود، دیگر محافظ نخواهد بود و محل مناسبی جهت خوردگی حفره‌ای می‌شود.

سرعت حرکت:

سرعت حرکت در خوردگی سایشی نقش مهمی به عهده دارد.افزایش سرعت حرکت معمولاً باعث افزایش خوردگی می‌گردد. اثر سرعت ممکن است تا رسیدن به یک سرعت بحرانی صفر یا کم باشد و به مجرد رسیدن به سرعت بحرانی به شدت افزایش یابد.معمولاً‌ افزایش سرعت از یک تا چهار فوت بر ثانیه تأثیر کمی بر سرعت خوردگی دارد اما سرعت 27/FT/SEC خوردگی شدیدی به وجود می‌آید که سرعت را سرعت بحرانی می‌نامند. برای مثال: برنز سیلیسیم در آب دریا با سرعت سرعت خوردگی آن 1mdd میلی‌گرم بر دسی مترمربع به روز می‌باشد و در سرعت به 2mdd و در سرعت به 254mdd می‌رسد. بنابراین سرعت سرعت بحرانی می‌باشد که در آن خوردگی کمترین سرعت را دارد و پس از آن به شدت خوردگی زیاد می‌شود. لازم به ذکر است ذرات معلق در سیال نقش افزاینده دارند. Milligram Per Square Decimeter/ Day

تلاطم یا آشفتگی: Turbulence

آشفتگی جریان سیال در تماس با سطح فلزات، مخصوصاً در مدخل ورودی لوله‌ها، لبه‌های تیز، شیارها، رسوبات، تغییر سریع سطح مقطع به دلیل به هم زدن و تلاطم بیشتر مایع نسبت به جریان آرام باعث افزایش خوردگی سایشی می‌شود.

برخورد: Impingement

این پدیده اثر خود را در مواقعی بروز می‌دهد که تجهیزات بخواهند جهت حرکت سیال را تغییر بدهند برای مثال یک زانو که می‌خواهد سیال را از حالت عمودی به افقی و یا بالعکس تغییر جهت دهد برخورد شدیدی در آن ناحیه ایجاد شده و باعث خوردگی در قسمت مزبور می‌شود.

مثال‌های دیگر پره‌های توربین بخار، جداکننده‌های تله‌ای اتصالات T در لوله‌کشی‌ها، اجزای خارجی هواپیماها و غیره...

کاربرد پوشش‌ها:

پوشش‌های سخت یا زره‌ها یا روکش‌های قابل تعویض، مشروط به اینکه از جنس مقاومی از نظر خوردگی ساخته شده باشند کاربرد مفیدی در خوردگی سایشی دارد.

8- خوردگی توأم با تنش

در نتیجه اعمال همزمان تنش‌های کششی و محیط خورنده روی فلز که ایجاد ترک‌های پراکنده می‌کند و در نهایت باعث خوردگی آن‌ها می‌گردد توأم با تنش یا SCC ایجاد می‌شود. بنابراین ترک‌ها و شکل ترک‌ها CRACK MORPHOLOGY نقش اساسی را در این نوع خوردگی دارند.

انواع ترک در خوردگی توأم با تنش

در SCC دو نوع ترک کلی دیده می‌شود:

ترک‌های بین‌دانه‌ای INTERGRANULAR

که این نوع ترک‌ها در طور مرزدانه‌ها حرکت می‌کنند مانند SCC بین دانه‌ای برنج.

ترک‌های میان دانه‌ای TANSGRANULAR

این نوع ترک‌ها از داخل دانه‌ها عبور می‌کنند مانند: SCC میان دانه‌ای در فولاد زنگ نزن. غالباً در یک آلیاژ، هر دو نوع ترک ممکن است به وجود بیایند. نوع ترک بستگی به محیط خورنده و ساختمان فلز دارد.ترک خوردن معمولاً در جهت عمود بر تنش اعملا شده اتفاق می‌افتد و بسته به ساختمان فلز و ترکیب شیمیائی محیط خورنده شکل ترک‌ها می‌تواند به صورت چند شاخه‌ای و یا شاخه شاخه باشند.

عوامل مؤثر در SCC

١- اثرات تنش

افزایش تنش، زمان شکست را کاهش می‌دهد و برای هر آلیاژ تنشی وجود دارد که در کمتر از آن شکست اتفاق نخواهد افتاد.حد تنش مجاز برای مصونیت از نظر SCC بستگی به درجه حرارت، ترکیب شیمیائی فلز و ترکیب شیمیائی محیط دارد. بطور کلی حد تنش مجاز بین ١٠% تا ٧٠% درصد تنش تسلیم است.

٢- زمان شکست

زمان در SCC پارامتر مهمی است، زیرا خسارت فیزیکی مهمی که در SCC اتفاق می‌افتد در مراحل نهائی صورت می‌گیرد. با نفوذ ترک‌ها به داخل فلز سطح مقطع مؤثر فلز کم می‌شود و در نتیجه تنش افزایش می‌یابد و نهایتاً شکست نهائی، مکانیکی خواهد بود.

٣- فاکتورهای محیطی

در حال حاضر الگوی کلی برای محیط‌هائی که در آلیاژهای مختلف باعث ایجاد SCC می‌شوند وجود ندارد.

SCC در بعضی محیط‌های آبی، نمک‌های مذاب، فلزات مذاب، مایعت معدنی فاقد آب اتفاق می‌افتد. وجود اکسیدکننده‌ها غالباً اثر زیادی بر تمایل به ترک خوردن دارد.

۴- فاکتورهای متالوژیکی

فاکتورهای مؤثرد ر SCC عبارتند از:

ترکیب شیمیائی متوسط، طرز قرار گرفتن کریستال‌ها (دانه‌ها)، ترکیب و توزیع رسوبات در داخل فلز، واکنش نابجائی‌ها با یکدیگر و میزان پیشروی حالت‌های فازی در آلیاژها. این فاکتورها به علاوه ترکیب شیمیائی محیط و تنش اعمال شده، زمان شکست را تعیین می‌کنند.

روش‌های جلوگیری از SCC

کم کردن تنش تا زیر حد مجاز مثلاً با کم کردن باروی فلز یا ضخیم‌تر کردن قطعه

حذف اجزا و ناخالصی‌های مضر محیط مانند دگازه کردن، دهینداله کردن یا تقطیر نمودن.

استفاده از آلیاژ مناسب مثلاً استفاده از اینکونل که دارای مقدار نیکل بیشتر می‌باشد به جای فولاد زنگ نزن

کاربرد حفاظت کاتدی

این مورد باید مواقعی به کار برده شود که مطمئن باشیم خوردگی در اثر SCC بوده است نه در اثر تردی هیدروژنی، زیرا در غیر این صورت حالت عکس دارد.

اضافه کردن ممانعت‌کننده‌ها به سیستم در صورت امکان

در محیط‌های خورنده متوسط، فسفات‌ها و ممانعت‌کننده‌های آلی و معدنی دیگر بطور موفقیت‌آمیزی SCC را کاهش می‌دهند.

ساچمه‌زنی (شات بلاست کردن) مثلاً فولاد زنگ نزن ۴١٠ در معرض محلول ٣% نمک طعام در دمای محیط با نوع ٣٠۴ در معرض محلول ۴٢% کلرور منیزیم در ١۵٠ و آلیاژ آلومینیوم 7075-T6 در محلول در دمای محیط

· ساچمه‌زنی یا شات بلاست کردن عبارت است از ایجاد یک لایه پوسته مناسب در شرایط خاص بر روی فلزات و آلیاژهاو اینکونل (یکی از آلیاژهای نیکل) است.

9- خسارت هیدروژنی

خسارت هیدورژنی یک اصطلاح کلی است که دلالت بر خسارت مکانیکی وارد شده به فلز در اثر وجود یا واکنش با هیدروژن دارد. خسارت هیدروژنی را به چهار گروه زیر تقسیم‌بندی می‌کنند:

تاول زدن هیدروژنی HYDROGEN BLISTERING

ناشی از نفوذ هیدروژن به داخل فلز که در نتیجه تغییر شکل موضعی به صورت تاول روی فلز را منجر می‌شود تاول زدن هیدروژنی گویند که در موارد خاص باعث انهدام کلی فلز می‌شود.

تردی هیدروژنی HYDROGEN EMBRITTLE MENT

تردی هیدروژنی نیز در اثر نفوذ هیدروژن به داخل فلز است ولی نتیجه آن از دست دادن انعطاف‌پذیری فلز و استحکام آن می‌باشد.هیدروژن اتمی تنها عنصری است که می‌تواند به درون فولاد یا فلز نفوذ کند.

دکربوره کردن DECARBURIZATION

دکربوره کردن یا از بین رفتن کربن فولاد، غالباً در اثر تماس هیدروژن مرطوب با فلز در درجه حرارت بالا می‌باشد در اثر دکربوره شدن استحکام کششی فولاد کم می‌شود.

خوردگی هیدروژنی HYDROGEN ATTACK

منظور از واکنش بین هیدروژن و یکی از عناصر آلیاژی یا اجزا تشکیل‌دهنده فلز در درجه حرارت‌های بالامی‌باشد. مثال کلی درباره خوردگی هیدروژنی، تجزیه شدن و پوسیدن مس اکسیژن دار در حضور هیدروژنمی‌باشد و یا خوردگی فولاد در اثر گاز متان ایجاد شده:

مکانیزم تاول زدن هیدروژنی

به دلیل اینکه تاول زدن هیدروژنی بیشتر در صنایع نفت روی می‌دهد و خسارات زیادی به بار می‌آورد مکانیزم این پدیده و روش جلوگیری از آن را شرح می‌دهیم. در ذیل مقطع دیوراه یک تانک که در داخل آن یک الکترولیت اسیدی و بیرون آن در معرض اتمسفر قرار دارد رسم گردیده است.

به ترتیب مراحل پیدایش تاول هیدروژنی را با توجه به شکل شرح می‌دهیم:

آزاد شدن هیدروژن روی سطح داخلی در اثر واکنش خوردگی یا حفاظت کاتدی.

عبور اتم‌های هیدروژن از دیواره تانک به بیرون و تشکیل ملکول هیدروژن در سطح خارجی.

نفوذ DIFFASION اتم هیدروژن به درون دیواره تانک و به تله افتادن در حفره‌ها (نقص متداول در فولادهای قابی RIMMEDSTEEL)

تشکیل ملکول هیدروژن درون حفره‌ها

افزایش فشار درون حفره‌ها به دلیل خارج نشدن ملکول‌های هیدروژن و تجمع آن‌ها در حفره.به دلیل اینکه فشار تعادلی هیدروژن ملکولی در تماس با هیدورژن اتمی چند صد هزار اتسمفر است باعث انهدام فلزات مهندسی می‌شود.

پلاریزاسیون

بررسی واکنش‌های شیمیائی نشان می‌دهد که این واکنش‌ها تمایل دارند به سرعت تعادلی کمتر از سرعت اولیه واکنش برسند. به همین صورت در فعالیت‌های خوردگی نیز به دلیل اثرات ناشی از محصولات واکنش‌های آندیک و کاتدیک، روند کند شدن واکنش‌ها دیده می‌شود. واکنش کاتدیک و همراه با آن واکنش کلی خوردگی آهسته‌تر می‌شود. اگر محصول هیدروژن تولید شده از آن با ایجاد گاز ئیدروژن با دیگر واکنش‌ها با اکسیژن مصرف نشود، در این حالت گفته می‌شود این کاهش سرعت در واکنش از پلاریزاسیون کاتدیک نتیجه شده است.بررسی این اثر با اندازه‌گیری پتانسیل فلز در آن جائی که واکنش اتفاق می‌افتد امکان‌پذیر می‌باشد. برای مثال اگر پتانسل سطح کاتدی فلز قبل و بعد از برقراری با سطح آندی آن اندازه‌گیری شود، مشخص می‌شود که پتانسیل اندازه‌گیری شده تغییراتی داشته و به مقداری نزدیک‌تر به پتانسیل آندی رسیده است.به همین صورت اندازه‌گیری پتانسیل قسمت آندی قبل و بعد از برقراری جریان نشان‌دهنده‌ی نزدیک‌تر شدن پتانسیل این قسمت به پتانسیل قسمت کاتدی می‌باشد که می‌تواند نتیجه افزایش غلظت یون‌های فلزی در ناحیه آندی و در مجاورت سطح فلز در حال خورده شدن باشد.دو نوع مختلف پلاریزاسیون یا راه‌هائی که واکنش‌های الکتروشیمی کندتر می‌شوند وجود دارد. این دو پلاریزاسیون ناشی از فعالیت و غلظت عوامل مؤثر به واکنش‌ها می‌باشند.واژه پلاریزاسیون ناشی از فعالیت در نشان دادن فاکتورهای کند کننده‌ائی که خودشان از عوامل اصلی واکنش هستند به کار می‌رود. برای مثال در واکنش احیا یون ئیدروژن که قبلاً توضیح داده شد، سرعتی که یون‌های ئیدروژن را به گاز ئیدروژن احیا می‌کند، به عواملی بستگی دارد که در سرعت انتقال الکترون به سطح فلز مؤثر هستند. این عوامل شامل نوع فلز، غلظت یون هیدروژن و دمای سیستم می‌باشد. در حقیقت اختلاف زیادی در قابلیت‌های فلزات مختلف در انتقال الکترون به یون هیدروژن وجود دارد در نتیجه سرعت تشکیل هیدروژن از سطوح فلزات مختلف کاملاً متفاوت می‌باشد.در مقابل پلاریزاسیون ناشی از غلظت در مورد عوامل کندکننده واکنش به دلیل تغییرات غلظت محلول مجاور سطح فلز، به کار برده می‌شود.

درشکل تشکیل هیدروژن بر روی سطح فلزی که به سرعت خورده می‌شود، نشان داده شده است. برای سادگی واکنش‌های اکسیداسیون فلز نشان داده نشده است.اگر این واکنش با سرعت نسبتاً خوبی پیشرفت کند و غلظت یون‌های هیدروژن در محلول نسبتاً پائین باشد، می‌توان دید که ناحیه خیلی نزدیک به سطح فلز از یون‌های ئیدروژن خالی خواهد شد و این موضوع به دلیل آن است که این یون‌ها به وسیله واکنش کاتدیک مصرف می‌شوند. تحت این شرایط واکنش توسط میزان نفوذ یون‌های ئیدروژن به سطح فلز کنترل می‌شود.پلاریزاسیون میزان فعالیت، معمولاً فاکتور کنترل‌کننده خوردگی در اسیدهای قوی است و پلاریزاسیون ناشی از غلظت معمولاً وقتی غلظت عوامل فعال کم باشد، تسلط می‌یابد برای نمونه در اسیدهای ضعیف و در آب‌های هوادهی شده و محلول‌های آبی اثرات این نوع پلاریزاسیون را می‌توان دید. شناخت انواع پلاریزاسیونی که رخ می‌دهد بسیار مفید می‌باشد بطوری که می‌تواند به پیش‌بینی مشخصات سیستم‌های خورنده کمک زیادی نماید.به عنوان مثال، اگر خوردگی به وسیله پلاریزاسیون ناشی از غلظت کنترل گردد، در این حالت هر تغییری که موجب افزایش سرعت نفوذ عوامل فعال (مانند ) شود، می‌تواند باعث سرعت خوردگی گردد. در چنین سیستمی، این انتظار هم وجود دارد که آشفته نمودن محلول یا به هم زدن و تکان دادن آن، تمایل به افزایش خوردگی فلز را بیشتر می‌نماید.در حالی که اگر فعالیت واکنش کاتدی کنترل می‌شود، به هم زدن یا تکان دادن هیچ اثری بر روی سرعت خوردگی نخواهد داشت. شناخت نوع پلاریزاسیون که واکنش خوردگی را کنترل می‌کند، به ما اجازه می‌دهد که پیش‌بینی‌های خیلی مفید در رابطه با اثرات نسبی بر روی سرعت خوردگی داشته باشیم. بطور کلی می‌توان گفت: نوع پلاریزاسیونی که در آند و کاتد رخ می‌دهد میزان خوردگی ایجاد شده را در بیشتر پیل‌های الکتروشیمیائی تعیین می‌کند.همان‌طور که قبلاً گفته شد، تأثیر مقدار جریان خوردگی بر روی پدیده پلاریزاسیون نه تنها به مقدار کلی مقدار جریان بلکه همچنین به دانسیته جریان یا مقدار جریان در واحد سطح هم بستگی دارد. در واقع به راحتی می‌توان فهمید که اگر مقدار معینی جریان به صورت متمرکز بر روی یک ناحیه کوچک از سطح فلز بسیار بیشتر از زمانی است که همان مقدار جریان بر روری سطح خیلی بزرگ‌تر پراکنده شده باشد.اگر اندازه سطح و مقدار دانسیته جریان در مورد دو فلز فولاد و مس وقتی که به صورت ورقه یا میخ پرچ در یک محلول خورنده قرار می‌گیرند مورد بررسی قرار گرفته است. در حالتی که میخ پرچ استیلی برای اتصال ورقه مسی استفاده می‌شود، دانسیته جریان بر روی ورقه‌های مسی دارای سطح کاتدیک نسبتاً بزرگ کم خواهد شد، پلاریزاسیون کاتدیک بر روی مس مقدار ناچیزی می‌شود و ولتاژ دو فلز نا همجنس (جفت گالوانیکی) دارای مقداری نزدیک به پتانسیل مقدار باز آن‌ها خواهد شد. در همین زمان، دانسیته جریان بر روی پرچ استیلی دارای سطح آندیک کوچک خیلی زیاد می‌شود و نتیجتاً موجب خوردگی خیلی شدید در این قسمت می‌شود.برعکس هنگامی که از پرچ مسی در اتصال دادن ورقه‌های استیلی استفاده می‌شود، دانسیته جریان بر روی پرچ‌های مسی کاتد شده زیاد می‌شود در نتیجه به دلیل پلاریزاسیون قابل ملاحظه پرچ‌های مسی پتانسیل مدار باز جفت گالوانیکی کمتر از مقدار اولیه خواهد شد. در این حالت جریان آند یک کاهش یافته بر روی ورقه‌های استیلی بزرگ پخش می‌شود و از اثر نامطلوب ناشی از اتصال دو فلز غیر هم جنس به شدت کاسته می‌شود.اندازه‌گیری پتانسیل مدار باز برای پیش‌بینی اندازه و مقدار اثرات ناشی از دو جفت گالوانیکی نامناسب می‌باشد. به دلیل آنکه با این اندازه‌گیری نمی‌توان اندازه سطح و میزان اثرات پلاریزاسیون را محاسبه نمود. بلکه این اندازه‌گیری تنها برای پیش‌بینی جهت چنین اثراتی قابل اطمینان و استفاده می‌باشد.

اهمیت اکسیژن

اکسیژن شناخت شده‌ترین کاهش دهنده پلاریزاسیون (دی پلاریزر) واکنش‌های کاتدیک می‌باشد. نقش اکسیژن را در افزایش خوردگی به آسانی با قرار دادن دو قطعه آهن در ٢ ظرف پر شده با آب می‌توان نشان داد. در داخل ظرف اول لوله‌هائی برای ورود اکسیژن قرار داده شده و در ظرف دوم برای حذف اکسیژن محلول آب با گاز نیتروژن اشباع می‌شود. پس از آنکه بعد از چند ساعت در دو ظرف گازهای اکسیژن و نیتروژن وارد گردید خواهیم دید که آهن قرار گرفته در آب بدون اکسیژن براق و روشن باقی می‌مان. اما آهن قرار داده شده در آب اشباع از اکسیژن شروع به زنگ زدن می‌کند.اکسیژن موجود در هر محلول یکی از مهمترین فاکتورهای مؤثر در خوردگی آهن و مقدار زیادی از دیگر فلزات قرار می‌گیرد. حذف اکسیژن به وسیله عملیات هوازدائی یک وسیله مؤثر جلوگیری می‌باشد. به عنوان مثال در مورد دیگ‌های بخار عملیات هوازدائی و آب ورودی به صورت کامل انجام می‌شود.

پیل‌های غلظت اکسیژن

نقش اکسیژن در واکنش‌های خوردگی، این حقیقت را نشان داده است که اکسیژن نه تنها می‌تواند به انجام شدن و تداوم یک واکنش کاتدی کمک نماید بلکه می‌توان موجب گسترش و پیشرفت این واکنش نیز گردد.

این واکنش در جایی که اختلاف در غلظت اکسیژن محلول بر روی قسمتی از سطح فلز نسبت به سایر قسمت‌ها وجود دارد رخ می‌دهد. از آنجا که این واکنش نیز تمایل دارد که به سمت تعادل پیش برود. تنها راه رسیدن به تعادل به وسیله خوردگی و با کاهش غلظت اکسیژن در جایی که بیشترین غلظت را دارد امکان‌پذیر می‌باشد. چنین واکنشی می‌تواند با مصرف اکسیژن انجام شود، در نتیجه جایی که اختلاف غلظت اکسیژن محلول در دو نقطه روی سطح فلز وجود دارد قسمت‌هائی در تماس با غلظت اکسیژن بیشتر نسبت به قسمت‌های در تماس با غلظت اکسیژن کمتر کاتدیک می‌شوند. در این حالت قسمت‌های در معرض غلظت اکسیژن کمتر به صورت آندهایی در یک پیل ناشی از اختلاف غلظت اکسیژن به خوردگی شدیدی دچار می‌شوند.یک پیل ناشی از اختلاف غلظت اکسیژن می‌توان به سادگی در یک شرایط آزمایشگاهی در دو ظرف مرتبط همانند دستگاهی که برای اثبات پیل ناشی از اختلاف یون فلز به کار می‌رود نشان داد.در این آزمایش قطعات آهن در محلول کلرید سدیم در هر دو ظرف قرار داده می‌شوند. محلول در یک ظرف با اکسیژن و در ظرف دیگر به وسیله نیتروژن اشباع می‌شود. این حالت موجب به وجود آمدن اختلاف زیادی در غلظت اکسیژن محلول در تماس با دو قطعه آن می‌گردد.غلظت زیاد اکسیژن در محلول ظرف اول سطح آهن را شدیداً نسبت به ظرف دوم کاتدیک می‌سازد. پتانسییل اندازه‌گیری شده میزان اختلاف در غلظت اکسیژن و اندازه جریان را با توجه به مساحت سطوح فلز مورد نظر و مقاومت مدار تعیین می‌کند.اختلاف و غلظت اکسیژن می‌توند به وسیله گرادیان سرعت و همچنین وجود شکاف‌ها و درزها ایجاد گردد. محل آندها و کاتدها در این پیل درست برخلاف پیل غلظت یون‌های فلزی می‌باشد، در این حالت این سطوح کاتدیک شده و سطوح با قابلیت دسترسی کمتر به اکسیژن که در سرعت کمتری در حال حرکت هستند نقش آدیک خواهند داشت. به عنوان مثال معمولاً در سطوح نزدیک مرکز دیسک نوار خوردگی شدیدی دیده می‌شود.

شدت خوردگی به وسیله یک پیل ناشی از اختلاف غلظت اکسیژن در داخل درزهای یا زیر رسوبات بیشتر از خارج آن می‌باشد. مشابه حالت قبلی در این مورد نیز حل آندها و کاتدها برخلاف پیل حاصل از اختلاف و غلظت یون‌های فلزی می‌باشد. این اختلاف بین دو نوع پیل غلظتی پیش‌بینی شدت و محل خوردگی ناشی از فعالیت آن‌ها را پیچیده می‌نماید.به صورت یک قانون کلی، آن فلزاتی که در بالای سری الکتروموتیو قرار گرفته‌اند به عنوان مثال آهن با احتمال زیادتری برای حملات شدید ناشی از پیل‌های اختلاف غلظت اکسیژن مساعد می‌باشند. در حالی که آن دسته از فلزاتی که در سمت پائین سری فوق قرار می‌گیرند به عنوان مثال مس، در مقابل فعالیت پیل اختلاف یون فلز آسیب‌پذیرتر می‌باشند.فلزات و آلیاژهای قرار گرفته در محدوده وسط به عنوان مثال، آلیاژ مس ـ نیکل از اثرات مخالف دو نوع پیل بهره می‌برند.آلیاژهای ساخته شده از ترکیب فلزات نزدیک به قسمت بالای سری الکتروموتیو به عنوان مثال آهن و کرومینیوم (فولاد ضد رنگ) که پتانسیلی خنثی‌تر از فلزات تشکیل‌دهنده دارند به دلیل اثر فیلم خنثی ناشی از واکنش با اکسیژن به طور ویژه‌ای در مقابل قابلیت دسترسی به اکسیژن حساس هستند و بنابراین در مقابل فعالیت پیل اختلاف غلظت اکسیژن آسیب‌پذیر می‌باشند.

خوردگی در تأسیسات نفت و گاز

تا اینجا خوردگی را بطور کلی بیان نمودیم و با اصول و انواع و روش‌های جلوگیری از آن آشنایی پیدا کردیم. خوردگی در کلیه محیط‌ها بسته به شرایط وجود دارد و کلیه صنایع با این مشکل روبرو می‌باشند. یکی از صنایع که دارای محیط‌های خورنده فراوان می‌باشد صنعت نفت است، که دارای ویژگی های خاصی می باشد که مهمترین آن ها شرح داده می شود :

ویژگی‌های محیط‌های خورنده درصنعت نفت و گاز

١- خوردگی توسط گاز خورنده دی‌اکسید کربن

خوردگی شیرین در حضور و آب در جایی که وجود نداشته باشد اتفاق می‌افتد. این نوع خوردگی می‌تواند در خطوط لوله نفت یا گاز رخ بدهد و معمولاً حفره‌های عمیقی ایجاد می‌نماید. بدون آب خورنده نمی‌باشد. این گاز در آب حل شده و اسید کربنیک ایجاد می‌نماید که موجب کاهش ph آب که کاملاً بر فولاد اثر خورندگی دارد، می‌گردد. مقدار پ ـ هاش به دست آمده از محلول در آب مقایسه با مقادیر پ ـ هاش حاصل از محلول‌های اسیدی بسیار خورنده‌تر می‌باشد، این امر به آن علت است که در مورد اسیدهای قوی مقدار ph فقط غلظت یون هیدروژن واقعی که با مقدار کل اسید مطابقت می‌کند نشان می‌دهد، اما در اسید کربنیک ضعیف، فقط بخشی از یک مقدار به مراتب بزرگ‌تر تجزیه می‌شود. واکنش اساسی محتمل در این رابطه به صورت زیر می‌باشد:

همان‌طور که گفته شد اسید کربنیک تشکیل شده به مقدار ناچیز در آب تجزیه‌پذیر است و وقتی بر آهن اثر می‌گذارد، محصول، خوردگی تشکیل می‌دهد. بی‌کربنات (در آب محلول) و کربنات (در آب بسیار کم محلول)، در مواردی به همان اندازه که فشار دی‌اکسید کربن در جریان گاز بالا می‌رود، مقدار خوردگی افزایش می‌یابد. این موضوع به دلیل کاهش ph محیط، تسهیل فرآیند کاتدی از الکتروشیمی خوردگی اسیدکربنیک، پیشرفت دی پلاریزاسیون ئیدروژن و نهایتاٌ افزایش حلالیت فیلم محافظ و به همان نسبت کاهش رسوب فیلم کربنات از آب می‌باشد. خوردگی معمولی سطح به وسیله معمولاً به صورت حملات موضعی شدید (pitting) و با حملات بر قسمتی از سطح (partial surface attack) رخ می‌دهد. در حملات خوردگی، قسمتی از سطح، که به دلیل اثرات سائیدگی ماسه و یا تلاطم جریان محافظت نشده باشد، دائماً در معرض محیط خورنده قرار می‌گیرد. نواحی خورده شده در بعضی از مواقع ظاهر متالیک (metallic appearance)دارد. در حالی که سطح باقیمانده می‌تواند توسط یک لایه محافظ از کربنات آهن پوشیده شده باشد در حقیقت این حالت، اغلب در جایی که توربولنی زیادی وجود داشته باشد آشکار می‌گردد.

در سیستم‌های گازی شدت خوردگی ناشی از به چند فاکتور بستگی دارد، مهمترین آن‌ها درصد ، فشار، دما، سرعت گاز و ترکیبات آب می‌باشد، با افزایش دما تا ۵۵٣ درجه کلوبن فعالت خوردگی در سیستم شیرین افزایش می‌یابد. در دمای بیشتر از آن به دلیل کاهش حلالیت در فاز آب خوردگی نیز کاهش می‌یابد. با افزایش فشار، بیشترین مقدار خوردگی در دمای بالاتر به دست می‌آید. در سیستم‌های نفتی به نظر می‌رسد، نسبت آب به نفت یک عامل مؤثر اولیه و از جمله شرایط مساعد برای بروز این نوع خوردگی می‌باشد. نسبت نفت ـ آب را که خوردگی ممکن است در آن شروع شود دقیقاً نمی‌توان تعریف نمود ولی تجربیات عملیاتی نشان داده است که وقتی آب بیش از ۵٠ درصد یا بیشتر باشد ممکن است خوردگی یک مشکل اساسی بشود بطوری که در این حالت نفت تولیدی نمی‌تواند یک فیلم محافظ روی سطح فلز ایجاد نماید. از طرف دیگر مواردی وجود داشته که به رغم مشاهده آب آزاد ناچیز در جداکننده‌ها و وجود امولسیون فشرده با تقریباً یک درصد آب، مقدار خوردگی اندازه‌گیری شده در آسیب‌های پیش آمده بیش از ۴٠٠ هزارم اینچ در سال بوده است.

2- خوردگی توسط مایعات خورنده مخازن نفتی

خوردگی می‌تواند همچنین بدون فشار جزئی قابل توجه به وسیله تولید مایعات خورنده مخزن رخ بدهد. آب مخزن می‌تواند با انحلال مقادیر زیادی در دمای مخزن به ph٢یا کمتر برسد همچنین اسیدهای ارگانیک از مواد خارجی مخازن و تولید شده توسط میکروارگانیزم‌های موجود در آب مخزن می‌تواند موجب حمله به سطح فولاد گردند.

٣- خوردگی توسط گاز خورنده سولفید هیدروژن

این نوع خوردگی فقط در حضور آب و سولفید هیدروژن رخ می‌دهد و بدون حضور آب شروع نخواهد شد. بیشتر در تجهیزات چاه‌ها، خطوط لوله جمع‌آوری و تجهیزات فرآیندی کارخانجات با آن مواجه می‌شویم و در خطوط اصلی انتقال گاز و تجهیزات مربوط به آن که حضور بخار آب و سولفید هیدروژن شدیداً کنترل می‌شود این نوع خوردگی دیده نمی‌شود. ضایعات ناشی از این نوع خوردگی غالباً به صورت خوردگی عمومی، خوردگی حفره‌ای، hsc, scc دیده می‌شود که در زیر دو نوع از این ضایعات که می‌تواند با ضایعات اخیر خوردگی خطوط لوله جریانی چاه‌ها مورد مقایسه قرار گیرد تشریح شده است.

ø خوردگی عمومی

این نوع خوردگی بطور یکسان در سراسر سطح فلز در معرض محیط خورنده رخ می‌دهد. در مواقعی که تولید آب کم باشد خوردگی عمومی کاملاً ملایم بوده و به آسانی توسط مواد کند کننده خوردگی کنترل می‌شود. گفته می‌شود که سولفید آهن که به صورت یک پودر سیاه یا رسوب تشکیل می‌شود از حملات بیشتر فلز را محافظت می‌نماید. به شرط اینکه فیلم سولفید تشکیل شده تداوم داشته باشد.

ø خوردگی از نوع حفره‌ای

در صورتی که فیلم سولفید آهن تشکیل شده بر روی سطح فلز ناشی از واکنش بالا، ترک بخورد یا قسمتی از آن برداشته شود، قسمت بدون حفاظت فلز به صورت ناحیه آندیک نسبت به سایر قسمت‌های دارای پوشش خواهد شد. این شرایط آندیک سطح فلز لخت را برای خوردگی شدیدی از نوع حفره‌ای مساعد می‌نماید.

بطور کلی خوردگی در صنعت نفت را می‌توان به سه بخش کلی تقسیم نمود:

تولید، حمل و نقل و نگهداری، عملیات پالایش

تولید

میادین نفتی و گازی مقادیر عظیمی لوله، جداره فلزی داخلی چاه casings پمپ، شیرها، میله‌های مکنده فولادی و چدنی الکتروموتورها و ادوات دیگر مصرف می‌نمایند. وجود نشت باعث از بین رفتن نفت و گاز و آلودگی محیط‌زیست می‌شود.یکی از مهمترین بخش تولید در صنعت نفت انواع چاه‌های نفتی، گازی و تزریقی می‌باشند که به دلیل موارد ذیل مستعد خوردگی می‌باشند:

عمق بیشتر از ۵٠٠٠ فوت

درجه حرارت مدخل پائینی بالای درجه فارنهایت

فشار بالا حدود پوند بر اینچ مربع

فشار جزئی دی‌اکسید کربن بالای ١۵ پوند بر اینچ مربع

pH اسیدی قسمت بالای چاه (کمتر از ۴/۵)

وجود درصد زیادی هیدروژن سولفوره ، آب و منواکسید کربن CO مخصوصاً در چاه‌های نفتی و گازی ترش sour oil wells

وجود ذرات جامد معلق مانندشن و ماسه sandدر نفت و یا گاز چاه‌ها

مشخص نمودن نوع و میزان خوردگی در چاه‌ها

بازرسی و کیفیت خوردگی تجهیزات زمینی

آنالیز دی‌اکسید کربن، اسیدهای آلی و آهن

نمونه‌های آزمایشی قرار داده شده در محیط

نازک شدن و تغییر قطر لوله‌ها و تعیین آهن خورده شده که این مورد در مشخص نمودن درجه مؤثر بودن ممانعت کننده‌ها نیز کاربرد دارد.

جلوگیری از خوردگی چاه‌ها

استفاده از ادواتی که به راحتی قابل تعویض باشند مانند tubingدر درون لوله‌های جداری

تزریق ممانعت‌کننده‌های آلی

استفاده از فولادهای آلیاژ به جای فولادهای منگنزدار با کربن متوسط

پوشش دادن لوله‌ها به وسیله فنولیک‌های پخته شده و رزین‌های اپوکسی

یکی دیگر از مهم‌ترین محیط‌های خورنده در بخش تولید صنعت نفت سکوهای حفاری در دریا off shore drilling می‌باشند.حفاری در دریا، مسائل خوردگی قابل توجهی به بار می‌آورد .سکوهای حفاری به وسیله ستون‌های فلزی که در کف اقیانوس فرو برده شده‌اند نگهداری می‌شوند. هر ستون به وسیله یک جداره لوله برای حفاظت در برگرفته می‌شود. آب دریا حدود درصد نمک دارد و pH=8 یعنی محیط اندکی قلیائی، بنابراین الکترولیت خوبی بوده و باعث خوردگی گالوانیکی و شیاری می‌گردد.

روش‌های جلوگیری از خوردگی سکوهای حفاری دریا

افزودن ممانعت‌کننده‌ها به آب دریا ساکن بین ستون‌ها و جداره لوله‌ها

حفاظت کاتدی، با آندهای قربانی شوده یا با جریان خارجی اسکلت‌های فلزی زیر آب.

رنگ‌ها و پوشش‌های دیگر برای حفاظت آن قسمت از اسلکت فلزی که در منطقه متلاطم آب قرار دارد.

کاربرد روکش مونل در منطقه سطح آب برای جداره خارجی چاه (این قسمت مستعدترین محل برای خوردگی است).مونل از آلیاژهای نیکل می‌باشد.)

منطقه متلاطم splash zone

بیشترین خوردگی در سطح آب، یا منطقه متلاطم اتفاق می‌افتد. زیرا در این منطقه، تر و خشک کردن مکرر صورت می‌گیرد و همچنین تماس با هوا وجود دارد. در مناطقی که آب محبوس شده و ساکن می‌ماند سرعت خوردگی و حفره‌دار شدن فلزات و آلیاژها بیشتر می‌باشد.

حمل و نقل و نگهداری

مواد نفتی به وسیله تانکرها، خطوط لوله، تانکرهای قطار و کشتی حمل و نقل می‌شوند. قسمت‌های بیرونی تانک‌ها یا لوله‌های زیرزمینی به وسیله پوشش مناسب و حفاظت کاتدی محافظت می‌گردند. حفاظت کاتدی همچنین برای قسمت‌های داخلی تانک‌ها استفاده می‌گردد. تانکرهای حمل بنزین نسبت به تانکرهای نفتی مسائل خوردگی بیشتری دارند ، زیرا بنزین سطح فلز را خیلی تمیز نگه می‌دارد. نفت یک پوسته نازک روی سطح فلز باقی می‌گذارد که تا حدودی آن را محافظت می‌کند. قسمت‌های بیرونی تانکرها و کشتی حمل و نقل برای جلوگیری از خوردگی اتمسفری پوشش داده می‌شوند.

خوردگی تانکر‌های نگهداری و ذخیره، در اثر آبی است که ته‌نشین می‌گردد. لذا برای محافظت تانک از پوشش و حفاظت کاتدی استفاده می‌شود.کرومات سدیم قلیائی (یا نیترات سدیم) ممانعت کننده مؤثری برای مخازن نفتی خانگی است. خوردگی داخلی خطوط لوله را با پوشش و ممانعت‌کننده‌ها کنترل می‌کنند.)

خوردگی ، انواع و روشهای کنترل

- مقدمه

برای اغلب مردم، کلمه خوردگی یادآور زنگ­زدگی است که پدیده­ای نامطلوب می باشد و زنگ­زدگی اصطلاحی است که به خوردگی آهن اطلاق می شود. در حالی که خوردگی پدیده­ای است که تقریبا دامنگیر تمام فلزات است. البته از بین رفتن غیر فلزات را غالبا فساد یا تخریب می نامند. اگر چه آهن اولین فلزی نیست که توسط انسان مورد استفاده قرار گرفته، ولی مطمئنا بیشترین کاربرد را در بین سایر فلزات به خود اختصاص داده است.

رومی های باستان با زنگ زدگی آهن آشنا بوده و این یکی از سوالات پلینی )فیلسوف بزرگ یونانی که در سال های 79-23 میلادی می زیسته( است که چرا آهن راحت تر از بقیه فلزات زنگ می زند.

خوردگی پدیده مخربی است که موجب اتلاف مواد،انرژی و سرمایه می شود. در واقع همان طوری که فلزات طی مراحل مختلف از دامان طبیعت جدا شده­اند، توسط این پدیده، مجددا به طبیعت باز می گردند. در حقیقت رسالت علم خوردگی در آن است که این برگشت را به تاخیر اندازد و به عبارت دیگر طول عمر مفید آنها را افزایش دهد. نتایج ارزیابیهای به عمل آمده در برخی کشورهای صنعتی پیشرفته نشان می دهد که، زیانهای مالی ناشی از خوردگی سالیانه رقمی در حدود 5-4 درصد تولید ناخالص مالی را شامل می شود. این رقم برای کشوری مثل آمریکا سالیانه بالغ بر 300 میلیارد دلار برآورد شده است.

- خوردگی چیست ؟

برای این پدیده چند تعریف ارائه شده است از جمله:

- انهدام و زوال یک ماده در اثر واکنش با محیط اطرافش را خوردگی نامند.

- از بین رفتن مواد در اثر عواملی که صد در صد مکانیکی نیستند.

- عکس متالورژی استخراجی

- تئوری خوردگی

غالبا واکنشهای کاتدی و آندی خوردگی می توانند تواما روی یک سطح فلزی به وقوع پیوندند. مناطقی که این واکنش ها صورت می گیرند به ترتیب مناطق کاتدی و آندی خوانده می­شوند. برای ایجاد خوردگی، چهار جزء اصلی یعنی آند، کاتد، الکترولیت و اتصال الکتریکی مورد نیاز است.

آند، فلز یا محلی است که در آن محل خوردگی صورت می گیرد. کاتد، معمولا خورده نمی شوداگر چه ممکن است تحت شرایط ویژه­ای خورده شود.

دو واکنش مهم در کاتد، احیاء هیدروژن در محیط های اسیدی و احیاء اکسیژن در محیطهای خنثی و بازی می­باشد. الکترولیت، محلولی است که قادر است جریان الکتریکی بین آند و کاتد را بر قرار نماید. با توجه به این چهار عامل واضح است که برای جلو گیری از خوردگی باید یکی از این چهارتا را حذف نمود.

- محیطهای خورنده

عملا کلیه محیطها خورنده­اند، لکن قدرت خورندگی آنها متفاوت است. مثلا هوا، رطوبت، بخار و گازهای دیگر مثل کلر،آمونیاک، سولفیدهیدروژن، دی­اکسید گوگرد،اسیدهای معدنی مثل هیدرو کلریک، سولفوریک و نیتریک اسیدواسیدهای آلی مثل استیک و فرمیک اسید.

بطور کلی مواد معدنی خورنده­تر از مواد آلی می­باشند. مثلا خوردگی در صنایع نفت بیشتر در اثر کلریدسدیم، گوگرد، سولفوریک و کلریدریک اسید وآب است تا بخاطر روغن،نفت و بنزین.

- انواع خوردگی

حمله یکنواخت

در این نوع خوردگی که متداول ترین نوع خوردگی محسوب می شود، خوردگی به صورتی یکنواخت به سطح فلز حمله می کند و به این ترتیب نرخ آن از طریق آزمایش قابل پیش بینی است.

خوردگی گالوانیک

این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که دو فلز یا آلیاژ متفاوت ( یا دو ماده متفاوت دیگر همانند الیاف کربن و فلز ) در حضور یک ذره خورنده با یکدیگر تماس پیدا کنند. در منطقه تماس، فرایندی الکترو شیمیایی به وقوع می­پیوندد که در آن ماده­ای به عنوان کاتد عمل کرده و ماده دیگر آند می­شود. در این فرآیند، کاتد در برابر اکسیداسیون محافظت شده و آند اکسید می­شود.

خوردگی شکافی

این ساز و کار وقتی رخ می دهد که یک ذره خورنده در فاصله­ای باریک، بین دو جزء گیر کند. با پیشرفت واکنش، غلظت عامل خورنده افزایش می­یابد. بنابراین واکنش با نرخ فزاینده­ای پیشروی می کند.

آبشویی ترجیحی

این نوع خوردگی انتخابی وقتی رخ می دهد که عنصری از یک آلیاژ جامد از طریق یک فرآیند خوردگی ترجیحی و عموما ً با قرار گرفتن آلیاژ در معرض اسیدهای آبی خورده می شود. متداول ترین مثال، جدا شدن روی از آلیاژ برنج است. ولی آلومینیوم، آهن، کبالت و زیرکونیم نیز این قابلیت را دارند.

خوردگی درون دانه­ای

این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که مرز دانه ها در یک فلز پلی کریستال به صورت ترجیحی مورد حمله قرار می گیرد. چندین عامل می توانند آلیاژی مثل فولاد زنگ نزن آستنیتی را مستعد این نوع خوردگی سازند. از جمله حضور ناخالصی ها و غنی بودن یا تهی بودن مرزدانه از یکی از عناصر آلیاژی.

خوردگی حفره ای

این نوع خوردگی تقریبا ً همیشه به وسیله یون های کلر و کلرید ایجاد می­شود و به ویژه برای فولاد ضد زنگ بسیار مخرب است؛ چون در این خوردگی، سازه با چند درصد کاهش وزن نسبت به وزن واقعی اش، به راحتی دچار شکست می شود. معمولا ًعمق این حفرات برابر یا بیشتر از قطر آنهاست و با رشد حفرات، ماده سوراخ می شود.

خوردگی فرسایشی

این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که محیطی نسبت به یک محیط ثابت دیگر حرکت کند ( به عنوان نمونه مایع یا دوغابی که درون یک لوله جریان دارد ). یک پدیده مرتبط با این گونه خوردگی، سایش است که هنگام تماس دو ماده با یکدیگر و حرکت نسبی آنها از جمله ارتعاش به وجود می آید. این عمل می تواند پوشش های ضد خوردگی را از بین برده و باعث آغاز خوردگی شود.

خوردگی تنشی

این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که ماده­ای تحت تنش کششی در معرض یک محیط خورنده قرار گیرد. ترکیب این عوامل با هم، ترک هایی را در جزء تحت تنش آغاز می کند.

عوامل موثر بر خوردگی

خوردگی فلزات در محیط آبهای طبیعی ( آبهای سطحی ، آب رودخانه ، دریا و چاه ) بستگی زیادی به کیفیت فیزیکی و شیمیایی آب دارد. از جمله پارامترهای مهم در این ارتباط، هدایت الکتریکی آب، pH، غلظت و نوع نمکها و گازهای موجود در آب و مسایل رسوب گذاری ناشی از این عوامل می باشند.

اثر pH: اگر چه فلزات نجیب مثل طلا و پلاتین در محلول های اسیدی و بازی پایدار می باشند، برخی از فلزات در محیط های اسیدی محلول بوده و در محیط های قلیایی نامحلول هستند. مثالی برای این دسته از فلزات نیکل، مس، کبالت، کروم، منگنز و منیزیم می باشند. برخی از فلزات که دارای اکسید آمفوتری هستند در pH های بالا یا پایین خورندگی زیاد دارند و یک pH بهینه برای کمترین خورندگی آنها قابل تشخیص است. مثلا این pH برای آلو مینیوم 5/6، سرب 8، قلع 5/8 و روی برابر 5/11 می باشد.

اثر نمکهای محلول

تاثیر نمک های محلول در آبهای طبیعی به نوع و غلظت آنها بستگی دارد. حضور یونهای Cl- و4-2 SOسبب تشدید خوردگی و یونهای نظیر کربنات، بی کربنات و کلسیم سبب تقلیل خوردگی می شوند. خواص خوردگی و یا باز دارندگی یونها علاوه بر نوع آنها به غلضت یون نیز بستگی دارد. غالبا مقدار یونهایی که خاصیت بازدارندگی دارند باید بیش از مقدار اکسیژن حل شده در محلول باشد تا سرعت واکنش کاتدی احیاء اکسیژن کاهش یابد. در واقع یونهای مهاجم سبب تخریب فیلمهای محافظ شده و یا از تشکیل آن جلو گیری می کنند.اما یونهایی مثل کربنات، قادرند با تشکیل رسوب کربنات کلسیم، سرعت خوردگی را کاهش دهند.

اثر گازهای محلول در آب

از بین گازهای حل شده در آب، بیشتر اکسیژن و کربن دی­اکسید مد نظر می باشد. کربن دی­اکسید به دلیل ایجاد کربنیک اسید و در نتیجه کاهش pH ، سبب تشدید خوردگی می شود.اکسیژن نقش دو گانه­ای دارد، از طرفی می تواند واکنش کاتدی را تسریع نموده و باعث افزایش سرعت خوردگی شود، از طرف دیگر در غلظتهای بالا و شرایط مساعد سبب ایجاد لایه رویئن در سطح فلز می­شود که در این حالت خوردگی کاهش محسوسی خواهد داشت. توضیح اینکه تقریبا تمام فلزات ( به جز طلا ) هنگام تماس با هوای خشک یا اکسیژن با یک لایه سطحی اکسید پوشش می شوند. پایداری این لایه وقتی در تماس با آب قرار می گیرد به کیفیت آب بستگی دارد. لایه اکسیدی در تعادل دینا میکی با محلول بوده و پایداری آن به ترمیم یا عدم ترمیم آن درنقاط شکسته شده بستگی دارد. وقتی مقدار اکسیژن در حد معمول باشد تعدادی از فلزات مثل فولاد زنگ نزن در آب روئین شده و اصطلاحا حفاظت آندی ایجاد می شود.

اگر غلظت اکسیژن کم شده یا بیش از حد کاهش یابد (بویژه در شیارها)، این مواد فعال شده و حل می گردند. مشابه این حالت برای آهن نیز صادق است. جالب اینکه حلالیت اکسیژن با دما کاهش یافته و در 100 درجه سانتی گراد به صفر می رسد اما با افزایش دما، افزایش می یابد به طوری که حلالیت آن در 200 درجه و 25 درجه برابر می باشد.

اثر مواد معدنی

تعدادی از مواد معدنی با غلظت پایین، در آبهای طبیعی یافت می شوند که برخی از آنها خاصیت خورندگی آب را افزایش داده و برخی نیز خاصیت باز دارندگی دارند. از جمله آنها سیلیس می باشد که از خرد شدن و تجزیه سنگها و گاها توسط میکروارگانیسمها مثل دیاتومه­ها به وجود آمده و در آب به صورت متا سیلسیک اسید HH2SIO3)n) وجود دارد. این ماده از غلظتهای کم تا 75 میلی گرم در لیتر موجود می باشد. سلیکاتها خواص بازدارندگی مشخصی داشته و به آبهای نرم برای کاهش میزان خوردگی افزوده می شوند .

مواد آلی موجود در آب

مواد آلی موجود در آب، حاصل از ارگانیزمهای زنده، سوخت و ساز و یازوال آنهاست. این مواد آلی غالبا به صورت کربنیک اسید، هیومیک اسید، سیتریک اسید، استیک اسید و بنزوئیک اسید یافت شده و باعث کاهش pHآب و تسریع خوردگی فلزاتی مثل آهن، سرب، و مس می شوند. ارگانیزمهای زنده شامل باکتریها، لجنها، قارچها و جلبک ها و نیز صدفهای کوچک دریایی می باشند. سولفید هیدروژن ممکن است توسط باکتریهای احیاء کننده سولفات یا سایر ارگانیزمها به وجود آید. آنها ممکن است آمینو اسیدهای خورنده نظیر سیستین اسید(Cystine acid) و یا دی­آلفاآمینوبتاپروپیونیک اسید را به وجود آورند که اثرات مخربی روی لوله های آهنی و آلیاژ های مسی ایجاد می­کنند.از طرفی باکتریهای آهن گرچه مستقیما کیفیت آب را تغیر نمی دهند و در واکنش خوردگی شرکت نمی کنند، ولی به دلیل تجمع مقادیر زیاد هیدرات فریک سبب آلودگی خیلی بیشتر از باکتریها شده و به دلیل تشکیل بر آمدگی ها سبب بلوکه نمودن و افزایش اصطکاک شده و آب قرمز ایجاد می کنند. این دسته از باکتریها با افزایش کربنات سدیم برای بالا بردن pH تا 5/8 و یا افزایش کلر، کنترل می شوند. همچنین برای جلو گیری از رشد جلبکها می توان از افزایش کلر یا سولفات مس استفاده نمود.

مساله رسوب گذاری

با افزایشpH در مورد آبی که دارای سختی بی کربنات است، مساله خوردگی تبدیل به مساله رسوبدهی می شود. اگر بتوان کنترل صحیحی اعمال کرد که این دو اثر متعادل گردند، امکان کنترل خوردگی بدون رسوب گذاری بیش از حد کربنات کلسیم مهیا می شود. البته باید توجه داشت که وجود رسوب نازک و یکنواخت کربنات کلسیم روی سطح فلز می تواند آنرا از اثرات خورنده آب ایزوله و محافظت نمایند .

- باز دارندگی در محیطهای خنثی( از نظرpH) و عوامل موثر بر آن :

تعریف بازدارنده ها و طبقه بندی آنها

بازدارنده ها موادی هستند که وقتی به مقادیر کم به یک محیط خورنده اضافه گردند، باعث کاهش سرعت خوردگی می شوند. اثر یک بازدارنده بستگی زیادی به محیط اطراف و نوع فلز دارد. این مواد را به روش های مختلف طبقه بندی می کنند که تعدادی از آنها ذکر می شود.

بازدارنده های خطرناک و بی خطر

هر ماده بازدارنده دارای غلظت موثر مشخص و معینی می باشد که در عمل باید با مقادیر کمی بالاتر از آن مورد استفاده قرار گیرد. بازدارنده­های بی خطر آنهایی هستند که اگر کمتر از حد بحرانی افزوده شوند، خاصیت بازدارندگی اندکی نشان می دهند. اما بازدارنده های خطر ناک آنهایی هستند که اگر غلظت آنها کمتر از غلظت بحرانی باشد نه تنها باعث حفاظت نمی شوند، بلکه باعث حملات شدید و خوردگی های حفره­ای می گردند که مقدار آن بیش از حالتی است که اصلا اضافه نشده باشند.

بازدارنده های کاتدی و آندی

این طبقه بندی بر اساس آن که ماده کندکننده سبب افزایش قطبش واکنش آندی ( کند نمودن حل شدن آهن ) یا واکنش کاتدی ( مثل کم شدن احیا اکسیژن در محلولهای خنثی و یا کاهش تعصید هیدروژن در محلولهای اسیدی ) می شوند، بنا گردیده است.

بازدارنده های اکسیدان و غیر اکسیدان.

این تقسم بندی بر مبنای توانایی انها در روئین سازی فلز می باشد.

بازدارنده های آلی و معدنی

تفاوت محیطهای خنثی و اسیدی

خوردگی فلزات در محیط های خنثی و اسیدی دارای دو اختلاف عمده می باشد. اول آنکه در محیط خنثی عمده ترین واکنش کاتدی، احیاء اکسیژن محلول و تولید یون هیدروکسید می­باشد، در حالی که این واکنش در محیط های اسیدی احیاء بودن هیدروژن به گاز هیدروژن است. دوم آنکه در حالت خنثی سطح فلز از فیلمهای اکسیدی، هیدروکسیدها، یا نمک های کم محلول پوشیده می شود ولی در محیط های اسیدی این اکسیدها محلول می باشند. به دلیل این اختلاف مکانیسم، بازدارنده­های محیطهای خنثی و اسیدی از یکدیگر متمایزند. اساس محافظت و بازدارندگی در محیطهای خنثی، ایجاد ترکیبات پایدار روی سطح فلز می باشد.

عوامل موثر در باز دارندگی

ماهیت سطح فلز:

سطوح صاف و تمیز غالبا به بازدارنده کمتری احتیاج دارند، کثیف بودن سطح فلز سبب نرسیدن بازدارنده به سطح فلز شده و راندمان عمل کاهش می یابد. شستشوی شیمیایی، روش مناسبی جهت زدودن این آلودگی ها می باشد.

ماهیت محیط

چنانچه در محیط خورنده، مواد شیمیایی دیگری نیز وجود داشته باشد، باید دقت شود که بازدارنده و آن مواد واکنشهای متقابلی روی هم نداشته باشند. مثلا وقتی از ضد یخ نوع گلیکول استفاده می­شود، نباید از کروماتها استفاده نمود. زیرا کرومات­ها باعث اکسایش ضد یخ شده و ضمن آن کروم شش به کروم سه تبدیل می شود که نتیجتا از قدرت باز دارندگی آنها کاسته خواهد شد. همچنین وجود بعضی از آنیونهای خورنده مثل کلرید و سولفات می تواند قدرت بازدارنده را کاهش و میزان مصرف آنرا افزایش دهد.

غلظت بازدارنده

باید توجه نمود که در اغلب موارد چنانچه غلظت بازدارنده از حد بحرانی کمتر باشد، خود باعث تشدید خوردگی می شود. از جمله این موارد بازدارنده های آنیونی می باشند. به طور کلی سرعت خوردگی در اثر افزایش غلظت بازدارنده ها کم شده و حفاظت افزایش می یابد. اگرچه به ندرت مشاهده شده است که، افزایش زیاد غلظت بازدارنده، سبب تسریع خوردگی می­شود.

pH سیستم :

تمام بازدارنده ها در محدوده معینی از pH بیشترین راندمان را دارند و لذا pH محیطهای خنثی باید به طور مرتب کنترل شود. مثلا نیتریت ها قدرت بازدارندگی خود را در pH کمتر از 5/5 از دست می دهند. این مقدار برای پلی فسفات ها 5/7 – 5/6 و برای کروماتها حدود 5/8 می باشد.

درجه حرارت سیستم

به طور کلی سرعت خوردگی با افزایش دما زیاد می­شود. معلوم شده است که خوردگی در آب به مقدار زیادی توسط نفوذ اکسیژن به منطقه کاتدی کنترل می شود. واضح است که هر عاملی که روی سرعت نفوذ اثر بگذارد، بر سرعت خوردگی نیز موثر خواهد بود. مشاهده شده است که به ازای هر30 درجه افزایش دما، سرعت خوردگی آهن دو برابر می شود. لذا با افزایش دمای سیستم، غلظت مورد نیاز بازدارنده نیز افزایش می یابد.

اثر میکرو ارگانیسمها

حضور میکروارگانیسمها می تواند سه اثر عمده در محلولهای آبی داشته باشد:

1- برخی از آنها می توانند مستقیما در خوردگی فلزات شرکت کنند. مثل باکتریهای احیا کننده سولفات در محیط غیر هوازی یا باکتریهای آهن خوار در محیط های هوازی. نتیجه این فعالیت، تجمع با کتریها در یک محل و ایجاد خوردگی حفره ای می باشد.

2- از بین رفتن و مصرف بازدارنده توسط باکتریها.

3- ایجاد لجن ناشی از تجمع میکروارگانیسمها، تقلیل جریان آب در لوله و رشد و نمو جلبکها.

بسیاری از بازدارنده ها خواص خود را در حضور یک یا چند عامل فوق از دست می دهند. در چنین حالتی ضروری است که از باکتری کشهای مناسب، استفاده نمود.

تشکیل رسوب

تشکیل رسوبات ضخیم نمکهای کلسیم و منیزیم در داخل لوله­ها نه تنها باعث کاهش انتقال حرارت در رادیاتورها و برجهای خنک­ کننده می شود، بلکه از رسیدن بازدارنده به سطح فلز نیز ممانعت به عمل آورده و باعث کاهش راندمان بازدارنده نیز می شود. استفاده از مواد ضد رسوب مثل پلی فسفاتها و یا سیلیکاتها و همچنین کنترل pH روشهای مناسبی جهت کنترل رسوب می باشند.

اثر سرعت حرکت مایع

سرعت حرکت مایع، فقط بر آن دسته از واکنشهای خوردگی موثر است که تحت کنترل قطبش غلظتی باشند. برای فلزات و آلیاژهای آهنی اغلب سرعت انتقال اکسیژن از توده محلول به سطح فلز کنترل کننده سرعت خوردگی می باشد. در حالی که برای فلزات نجیب مثل مس و آلیاژهای آن، نفوذ یون فلزی از سطح به محلول، کنترل کننده سرعت خوردگی می باشد. به طور کلی بیشتر بازدارنده­ها در شرایط کمبود اکسیژن عملکرد بهتری دارند. عموما افزایش سرعت حرکت مایع باعث افزایش نفوذ بازدارنده به سطح فلز می شود. لذا محلولهای ساکن به غلظت بیشتری از بازدارنده نیاز دارند.

- اختلاط بازدارنده ها

اغلب استفاده از مخلوط چند بازدارنده، نتایج مطلوبتری ارائه می دهد. مثلا مخلوطی از بازدارنده­های کاتدی نظیر نمکهای فلزاتی مثل روی، منیزیم و... و بازدارنده های آندی مثل آنیونهای کرومات، فسفات و نیتریت، باعث افزایش قابل ملاحظه ضریب بازدارندگی می شوند.

- نحوه عملکرد بازدارنده های کاتدی و آندی :

از آنجا که در محلولهای خنثی واکنش کاتدی عمدتا احیاء اکسیژن و تولید هیدرو کسید می باشد، بنابراین باکاهش انتقال اکسیژن به سطح فلز، می توان شدت خوردگی را تا حد زیادی کاهش داد. در این مورد استفاده از نمکهای فلزاتی مثل روی، منیزیم، منگنز یا نیکل باعث می شود تا یون این فلزات با یون هیدرو کسید تولید شده در کاتد ترکیب شده و هیدروکسیدهای نا محلول ایجاد نماید که به صورت فیلمی نازک سطح کاتد را بپوشانند. نمک های منیزیم و کلسیم که همواره در آبهای طبیعی حضور دارند نیز ممانعت کننده کاتدی می باشند.

بازدارنده های کاتدی جزء بازدارنده های بی خطر محسوب می شوند. حضور آنیونهای کلرید و سولفات تاثیر چندانی بر آنها نداشته و فیلم تشکیل شده توسط آنها غالبا ضخیم و قابل روئت است. باید توجه نمود که هر گونه کاهش pH یا افزایش CO2 محلول می تواند این اثر را از بین ببرد. مکانیسم عمل بازدارنده های آندی بر اساس واکنش یونهای فلزی خورده شده با بازدارنده و ایجاد فیلم محافظ ( روئین ) روی آند می­باشد. این گروه شامل آنیونهای اکسیدان نظیر کروماتها، نیتراتها و آنیونهای غیراکسیدان مثل فسفاتها، سیلیکاتها، بنزوات ها و مو لیبداتها می­باشند. این مواد در محیطهای خنثی و قلیایی به کار می روند. عواملی مثل در جه حرارت بالا، مقدار زیاد کلرید ها و یا غلظت زیاد یونهای هیدروژن، می توانند سبب ناپایداری لایه و افزایش حلالیت آن شوند. این دسته از بازدارنده­ها جزء بازدارنده­های خطر ناک محسوب می شوند و در صورت ناکافی بودن باعث خوردگی شدید حفره­ای می گردند .

- نتیجه­گیری

شناخت پدیده خوردگی به ویژه در صنایع، لوله­کشی آب شهری، موتور خودروها و ... و نیز روشهای مقابله با آن می­تواند نقش مهم و عمده­ای در جلوگیری از خسارات بسیار این پدیده ایفا نماید. این مقاله تاکید می­کند که پدیده خوردگی بسیار پیچیده­تر از آن چیزی است که معمولا در کتابهای درسی دبیرستانی بحث می­شود. در واقع مطالعه عمیق این پدیده یکی از گرایشهای مهندسی شیمی در مقطع کارشناسی ارشد می­باشد و آشنایی دبیران با آن میتواند باعث ایجاد انگیزه­های قوی در دانش­آموزان علاقه­مند به علم شیمی شود.

مراجع

1- کنترل خوردگی در صنایع جلد اول ،‌تألیف دکتر سید محمد سید رضی، ناشر :‌انجمن خوردگی ایران‌ ، چاپ دوم1376

2- مهندسی خوردگی ،‌تألیف مارس . ج. فونتانا ترجمه دکتر احمد ساعتچی ناشر جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان ،‌تابستان 1382

3- نقش آب و کنترل خوردگی در صنایع تالیف سید احمد پیشنمازی ،‌انتشارات ارکان بهار 1377.

4- فصلنامه کامپوزیت

بخش سوم :

اکسیداسیون داخلی

اکسیداسیون داخلی

اساسا تشکیل و توسعه پوسته های روی سطح فلز که فلز را حفاظت می کند مطلوب و مفید است این امر تحت شرایطی می تواند امکان پذیر باشد. نوع دیگری از اکسیداسیون که می تواند اتفاق بیفتد اکسیداسیون داخلی است که اکسید شدن بدون تشکیل پوسته خارجی می باشد. جهت انجام شدن این اکسیداسیون بدون تشکیل یک پوسته خارجی باید شرایط معینی وجود داشته باشد. برای این منظور آلیاژ باید دارای یک عنصر آلیاژی (با مقدار کم) باشد که این عنصر فعالتر از عنصر آلیاژ است. به عنوان مثال می توان سیلیسیم در مس و یا کردم در نیکل را نام برد. همچنین ضروری است که سرعت نفوذ اکسیژن, نیتروژن, سولفور و غیره به سمت داخل آلیاژ بیشتر از سرعت نفوذ عنصر آلیاژی کم به سطح باشد. در صورت وجود این شرایط, اکسیداسیون داخلی امکان پذیر است. هرچند که آن عنصر آلیاژی به وسیله تشکیل ترکیباتی مثل کاربید ها پایدار گردد.

اکسیداسیون داخلی به وسیله غلظت اکسیژن در سطح کنترل می شود. غلظت اکسیژن جهت اکسید کردن عنصر اصلی آلیاژ باید کم و برای اکسید کردن عنصر آلیاژی فعال باید کافی باشد.

پوسته خارجی تنها زمانی تشکیل می شود که فشار موثر اکسیژن در فصل مشترک فلز/گاز بیشتر از این مقدار باشد. وجود نقص در پوسته سطحی تشکیل شده, نشان دهنده آن است که فشار جزئی اکسیژن در سطح در حدی بود که امکان واکنش اکسیژن با عنصر اصلی آلیاژ وجود نداشته است.

نمونه ای از اثر تخریبی اکسیداسیون داخلی, می توان به انهدام قطعه های کرومل در ترموکوپلهای آلومل-کرومل مورد استفاده جهت اندازه گیری دمای یک گاز غنی شده از هیدروژن اشاره کرد.

گاز هیدروژن توانایی نفوذ به داخل محافظ را داشته و اتمسفری را در داخل آلیاژ لوله که شامل 90درصد نیکل و 10درصد کرم است وارد می کند. در این حالت نیکل احیاء و کرم اکسید می شود. در ضمن هیچ پوسته سطحی نیز تشکیل نمی شود. در اینجا سطوح شکست نشان دهنده اکسید کرم می باشد که دارای مشخصه رنگ سبز است یک روش بهتر استفاده از ترموکوپلهایی شامل گاززداهای اکسیژن مثل نوار تیتانیم می باشد, در این حالت با زدودن اکسیژن, اتمسفری ایجاد می شود که هر دو جزء آلیاژ را احیا می کند.

بخش چهارم : دانلود کتابچه و مقاله درباره خوردگی مخازن

خوردگی مخازن نفت در نفت کشها
فایل ورد 360کیلوبایت
http://www.4shared.com/document/a4IKDcyC/corrosion.html

بررسی و مونـیتورینگ خوردگی حفره‌ای در مبدل‌های حرارتی مجتمع پتروشیمی بندر امام:

با توجه به هزینه گزافی که جهت ترمیم قسمت‌های خورده شده و بار مالی که شرکت ها به علت از کار افتادگی غیر منتظره خواهد داشت لزوم کنترل و مونیتورینگ خوردگی واحد‌های صنعتی در حین کار از هر نظر ضروری و لازم است.

یکی از روش های مهم کنترل و جلوگیری از خوردگی و رسوب در مبدل‌های حرارتی سیستم خنک کننده صنایع نفت استفاده از بازدارنده‌های خوردگی و رسوب می باشد. انتخاب بازدارنده خوردگی و رسوب مناسب برای سیستم‌های خنک کننده از اهمیت بالائی برخوردار است. در این پروژه به تعداد ده مجموعه از مواد شیمیایی بازدارنده، جهت جلوگیری از خوردگی حفره‌ای و یکنواخت و جلوگیری از تشکیل رسوب و مشکلات ناشی از آن، مورد بررسی و ارزیابی فنی قرار گرفت.

این بررسی توسط روش‌های متعدد از جمله استفاده از یک پایلوت برج خنک کننده، منحنی های الکتروشیمی پلاریزاسیون پتانسیودینامیک (تافل)، غوطه‌وری و دستگاه Corrater انجام شد. در تمام ارزیابی‌ها از فولاد کربنی ساده در آب خام مجتمع پتروشیمی بندر امام حاوی بازدارنده‌های مختلف استفاده شد.

آب گردشی در پایلوت یرج خنک کننده در همه دوره‌های ارزیابی بازدارنده‌ها با دمای 50 تا 55 درجه سانتیگراد و با سرعت m/s2-6/0 و شرایط آنالیز کیفی آب طبق پیشنهاد شرکت‌های تولید کننده بازدارنده‌ها می‌باشد. این بازدارنده‌ها محصول شرکت‌های مختلف داخل و خارج از کشور هستند که مهمترین ترکیبات استفاده شده در این بازدارنده‌ها شامل فسفونات‌های آمینو‌‌تری‌اتیلن‌فسفونی ک‌اسید، PSO ، HEDP، PBTC، هیدروکسی‌فسفونو استیک‌اسید و همچنین پلیمر‌های اکریلیک‌اسید/ اکریل امید/ آمینومتیل سولفونات، اسید‌اکریلیک/ اکریل‌آمید متیل‌پروپان سولفونات/ پلی‌اکریلات می‌باشد. در هر دوره ارزیابی 25 روزه در لوپ های پایلوت خنک کننده لوله و کوپن خوردگی نصب شد که پس از پایان هر دوره ارزیابی بازدارنده ها به منظور تعیین سرعت خوردگی و میزان رسوبگذاری به روش اختلاف وزن،‌ لوله‌ها و کوپن‌های خوردگی شستشو و توزین شدند.

همچنین در طول مدت هر دوره ارزیابی با دستگاه Corrater سرعت‌های خوردگی یکنواخت و حفره‌ای به ترتیب با روش‌های مقاومت پلاریزاسیون خوردگی و نویز الکتروشیمیایی یکبار در ساعت پایش شدند. به منظور تعیین عملکرد هر بازدارنده جهت جلوگیری از خوردگی حفره‌ای تعدادی از لوله و کوپن‌های مذکور انتخاب شد و با استفاده از تصاویر میکروسکوپ نوری و الکترونی آنها پارامتر‌های عمیق‌ترین حفره، دانسیته حفرات و نمودار توزیع اندازه حفرات بدست آمد. به منظور تعیین نوع مکانیسم عمل مواد بازدارنده رسوب از رسوبات آنالیز طیف تفرق اشعه ایکس تهیه شد. در نهایت چهار مبدل حرارتی بحرانی واحد های مختلف پتروشیمی بندر امام از لحاظ خوردگی یکنواخت و حفره ای پایش شد.

از تحقیقات انجام شده مشخص شد که فسفونات‌های آمینو تری‌اتیلن فسفونیک اسید به همراه پلیمر PSO به عنوان بازدارنده خوردگی و رسوب در آب خنک کننده ها با سیکل تغلیظ بالا موثر می باشند که با افزودن ترکیبات روی سرعت خوردگی به کمترین مقدار (mpy6/2) کاهش می‌یابد و پلیمر آلکیل اپوکسی کربوکسیلات در کنار فسفونات‌هایی مثل PBTC و HEDP نسبت به تری پلیمر اکریلیک اسید/اکریل امید/آمینومتیل سولفونات و کوپلیمر های سولفونو کربوکسیلیک‌اسید در جلوگیری از تشکیل رسوب و خوردگی (‌mpy44/1) قویتر و بهتر عمل می‌کند. در هر دو بازدارنده میزان رسوب به کمترین مقدار (mg/cm2.day5/0) و عمق حفرات به کمترین مقدار mm078/0 کاهش یافتند. بدین ترتیب این فسفونات‌ها در کنار این پلیمر‌های بازدارنده و پراکنده ساز رسوب به عنوان بازدارنده خوردگی مناسب در آب برج خنک کننده‌های پتروشیمی بندر امام می‌تواند یک راهکار اساسی جهت حل مشکلات خوردگی حفره‌ای و یکنواخت و جلوگیری از تشکیل رسوب در مبدل‌های حرارتی باشد.

خوردگی در مهندسی مواد

خوردگی

هزینه های خوردگی
تخمین هزینه های سالانة خوردگی در ایالات متحده بین 8 بیلیون دلار تا 126 بیلیون دلار می باشد. بهر ترتیب، خوردگی زیان اقتصا دی عظیمی است و برای کاهش دادن به کارهای زیادی می توان انجام داد. اگر این نکات را در نظر بگیریم که هر جا فلز و مواد دیگر مورد استفاده قرار می گیرند خوردگی با درجه وشدتهای متفاوتی واقع می گردد، این رقمهای بزرگ دلاری چندان غیر منتظره نخواهد بود.
در حقیقت اگر خوردگی وجود نداشت اقتصاد جامعة ما بشدت تغییر می کرد. مثلاً اتومبیلها، کشتیها، خطوط لوله زیر زمینی و وسایل خانگی احتیاج به پوشش نداشتند، صنایع فولاد زنگ نزن از بین می رفتند و مس فقط برای مقاصد الکتریکی بکار می رفت. اکثر کارخانجات و محصولاتی که از فلز ساخته می شدند از فولاد یا چدن ساخته میشدند.
اگر چه خوردگی اجتناب ناپذیر است، ولی هزینة آنرا به مقدار زیادی میتوان کاهش داد. مثلاً یک آند ارزان قیمت منیزیم می تواند عمر تانک آب گرم خانگی را دو برابر کند. شستشوی اتومبیل برای زدودن نمکهای که برای یخ بندان روی جاده می پاشند مفید است. انتخاب صحیح مواد و طراحی خوب، هزینه های خوردگی را کاهش میدهد. یک برنامه صحیح تعمیرات و نگهداری رنگ چندین برابر مخارجش را صرفه جویی میکند. اینجاست که مهندسی خوردگی وارد صحنه می شود و می تواند موثر باشد – ماموریت اصلی او مبارزه با خوردگی است. جدا از مخارج مستقیم دلاری، خوردگی یک مشکل جدی است زیرا به طور روشنی باعث تمام شدن منابع طبیعی ما می گردد. مثلاً فولاد از سنگ آهن بدست می آید، میزان تولید داخلی سنگ آهن پر عیارکه مستقیماً قابل استفاده باشند بشدت کاهش یافته است. توسعة صنعتی سریع بسیاری از کشورها نشان می دهد که رقابت و قیمت منابع فلزی افزایش خواهد یافت. ایالات متحده دیگر مصرف کنندة اصلی منابع معدنی نیست.
مهندسی خوردگی
مهندسی خوردگی کاربر دانش وفن یا هنر جلوگیری یاکنترل خسارت ناشی از خوردگی به روش اقتصادی و مطمئن میباشد. برای اینکه مهندس خوردگی به خوبی از عهده وظایف خود برآید، بایستی با اصول خوردگی و عملیات مبارزه با آن، خواص شیمیایی، متالورژیکی، فیزیکی و مکانیکی مواد، آزمایشات خوردگی، ماهیت محیط های خورنده، قیمت مواد اولیه، نحوه ساخت و تولید کامپیوتر و طراحی قطعات آشنا باشد. او همچنین بایستی خصوصیات معمول یک مهندس که عبارت است از : توانائی ارتباط برقرار کردن با دیگران، صداقتتوانایی تفکر و تجزیه تحلیل کردن، آگاهی عمیق از اهمیت خطرات در عمل، عقل سلیم یا شعور، منظم و مرتب بودن، و مهمتر از همه احساس عمیق و صحیح مسائل اقتصادی را دارا باشد. در حل مسائل خوردگی بایستی روشی را انتخاب نماید که بیشترین بهره را داشته باشد.
مقالات زیر کاربردهای تکنولوژی کامپیوتر در مهندسی خوردگی را نشان می دهد:
ماشینهای متفکر(هوش مصنوعی) در ژورنال مهندسی شیمی، سپتامبر 1981، صفحات 45-51 به بررسی مثالهای متعدد در مورد پیش بینی خوردگی توام با تنش پرداخته است. همچنین از دیگر کاربرهای تکنولوژی کامپیوتر در خوردگی می توان به مقالات زیر اشاره کرد.
S.N. Smith and F.E. Rizzo, Computer Assisted Corrosion
Engineering, Materials Performans, 19:21 – 23(oct 1980)
C. Edeleanu, the Efect of the Microprissors on Corrosion
Technology, Materials Performance, 22:82 – 83 (Oct 1983)
در گذشته تعداد نسبتاًکمی از مهندسین با آموزش رسمی در خوردگی وجود داشتند. اکثراً افرادی درکه این رشته کار می کردند دارای زمینه های شیمی، برق یا متالوژی بودند. خوشبختانه این وضعیت امروزه تغییر کرده است.
از فقط 3 دانشگاه در 1946، امروزه 65 دانشگاه در ایالات متحده دروس رسمی در زمینه خوردگی ارائه می کنند. مفهوم اینها آن است که امروزه صدها مهندس در صحنه وجود دارند که درس رسمی در این زمینة خوردگی گذرانده اند. در گذشته، و حتی امروزه، خوردگی را به عنوان "معضلی" که بایستی آنرا تحمل کرد در نظر می گیرند. غفلت علت بسیاری از انهدام های زودرس، غیر منتظره و گران می باشد- غفلت بوسیلة افرادی که بایستی اطلاعات بهتری داشته باشند. بطور مثال، دو فروشندة آنده های قربانی شونده، سیستم های خود راحفاظت آندی می نامند! در حقیقت این سیستم حفاظت کاتدی است که کاملاً متفاوت است.
تعریف خوردگی
خوردگی را تخریب یا فاسد شدن یک ماده در اثر واکنش با محیطی که در آن قرار دارد تعریف می کنند. بعضی ها اصرار دارند که این تعریف بایستی محدود به فلزات باشد، ولی غالباً مهندس خوردگی بایستی برای حل یک مسئله هم فلزات و هم غیر فلزات را در نظر بگیرد. سرامیکها، پلاستیکها، لاستیک و مواد غیر فلزی دیگر نیز منظور شده اند. مثلاً، تخریب رنگ ولاستیک بوسیله نور وخورشید یا مواد شیمیایی، خورده شدن جدارة کورة فولاد سازی، و خورده شدن یک فلز جامد بوسیله مذاب یک فلز دیگر تماماً خوردگی نامیده می شوند. خوردگی می تواند سریع یاکندصورت گیرد. فولاد زنگ نزدن در حالت حساس شده به وسیله اسید پلی تیونیک ظرف چند ساعت بشدت خورده می شود. ریلهای راه آهن معمولاً به آهستگی زنگ می زنند- ولی سرعت زنگ زدن آنقدر نیست که بر کارایی آنها در سالهای زیاد اثری بگذارد. ستون آهنی معروف دهلی در هندوستان حدود 2000 سال پیش ساخته شده و هنوز به خوبی روز اول است. ارتفاع آن 32 فوت است.
لکن بایستی توجه شود که این ستون آهنی عموماً در شرایط جوی خشک قرار داشته است. خوردگی فلزات را می توان بر عکس متالوژی استخراجی در نظر گرفت. در متالوژی استخراجی در نظر گرفت. در متالوژی استخراجی، هدف عمدتاً بدست آوردن فلزاز سنگ معدن و تصفیه یا آلیاژسازی آن برای مصارف مختلف می باشد. اکثر سنگ معدنهای آهن حاوی اکسید های آهن هستند و زنگ زدن فولاد به وسیله آب واکسیژن منجر به تشکیل اکسید آهن هیدارته می گردد. اگرچه اکثر فلزات موقعی که خورده میشوند تشکیل اکسیدهایشان را می دهند ولی لغت زنگ زدن فقط در مورد آهن و فولاد بکار می رود. بنابراین میگوئیم فلزات غیر آهنی خورده می شوند و نمی گوییم زنگ می زنند. محیطهای خورنده عملاً کلیه محیطها خورنده هستند، لکن قدرت خوردگی آنها متفاوت است. مثالهایی در این مورد عبارتند : از هوا و رطوبت، آبهای تازه، مقطر، نمکدار، و معدنی، آتمسفرهای روستائی، شهری، و صنعتی، بخار و گازهای دیگر مثل کلر، آکونیاک، سولفور هیدروژن، دی اکسیدگوگرد، و گازهای سوختنی، اسید های معدنی مثل اسید کلریدریک، سولفوریک، و نیتریک، اسیدهای آلی مثل اسید نفتنیک، استیک، و فرمیک، قلیائی ها، خاکها، حلالها، روغن نباتی و نفتی، و انواع و اقسام محصولات غذائی. بطور کلی مواد "معدنی" خورنده تر از مواد " آلی" می باشند. مثلاً خوردگی در صنایع نفت بیشتر در اثر کلرور سدیم، گوگرد، اسید سولفوریک و کلریدریک و آب است تا بخاطر روغن، نفت و بنزین. کاربر درجه حرارتها و فشارهای بالا در صنایع شیمیایی باعث امکان پذیر شدن فرایند جدید یا بهبود فرایند قدیمی شده است، به عنوان مثال راندمان بالاتر، سرعت، تولید بیشتر، یا تقلیل قیمت تمام شده. این مطلمب هم چنین در مورد تولید انرژی از جمله انرژی هسته ای، صنایع فضائی و تعداد بسیار زیادی از روشها و فرایند ها صادق است. درجه حرارتها و فشارهای بالاتر معمولاً باعث ایجاد شرایط خوردگی شدیدتری می گردند. بسیاری از فرایند ها و عملیات متداول امروزه بدون استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی غیر ممکن یا غیر اقتصادی میباشد.

بررسی انواع خوردگی
خوردگی از 8 روش می تواند به سطوح فلزی حمله کند . هشت دلیل موجه برای به کارگیری کامپوزیت ها در سازه های نظامی و غیرنظامی . این 8 روش عبارتند از :

حمله یکنواخت Uniform Attack در این نوع خوردگی که متداول ترین نوع خوردگی محسوب می شود ، خوردگی به صورتی یکنواخت به سطح فلز حمله می کند و به این ترتیب نرخ آن از طریق آزمایش قابل پیش بینی است .
خوردگی گالوانیک Galvanic Corrosion
این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که دو فلز یا آلیاژ متفاوت ( یا دو ماده متفاوت دیگر همانند الیاف کربن و فلز ) در حضور یک ذره خورنده با یکدیگر تماس پیدا کنند . در منطقه تماس ، فرایندی الکترو شیمیایی به وقوع می پیوندد که در آن ماده ای به عنوان کاتد عمل کرده و ماده دیگر آند می شود . در این فرآیند کاتد در برابر اکسیداسیون محافظت شده و آند اکسید می شود .

خوردگی شکافی Crevice Corrosion
این ساز و کار وقتی رخ می دهد که یک ذره خورنده در فاصله ای باریک ، بین دو جزء گیر کند . با پیشرفت واکنش ، غلظت عامل خورنده افزایش می یابد . بنابراین واکنش با نرخ فزاینده ای پیشروی می کند.

آبشویی ترجیحی Selective Leaching این نوع خوردگی انتخابی وقتی رخ می دهد که عنصری از یک آلیاژ جامد از طریق یک فرآیند خوردگی ترجیحی و عموما ً با قرار گرفتن آلیاژ در معرض اسیدهای آبی خورده می شود . متداول ترین مثال جدا شدن روی از آلیاژ برنج است . ولی آلومینیوم ، آهن ، کبالت و زیرکونیم نیز این قابلیت را دارند .

خوردگی درون دانه ای Intergranular Corrosion
این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که مرز دانه ها در یک فلز پلی کریستال به صورت ترجیحی مورد حمله قرار می گیرد . چندین عامل می توانند آلیاژی مثل فولاد زنگ نزن آستنیتی را مستعد این نوع خوردگی سازند . از جمله حضور ناخالصی ها و غنی بودن یا تهی بودن مرزدانه از یکی از عناصر آلیاژی .
خوردگی حفره ای Pitting Corrosion این نوع خوردگی تقریبا ً همیشه به وسیله یون های کلر و کلرید ایجاد می شود و به ویژه برای فولاد ضد زنگ بسیار مخرب است ؛ چون در این خوردگی ، سازه با چند درصد کاهش وزن نسبت به وزن واقعی اش ، به راحتی دچار شکست می شود . معمولا ً عمق این حفرات برابر یا بیشتر از قطر آنهاست و با رشد حفرات ، ماده سوراخ می شود .

خوردگی فرسایشی Erosion Corrosion این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که محیطی نسبت به یک محیط ثابت دیگر حرکت کند ( به عنوان نمونه مایع یا دوغابی که درون یک لوله جریان دارد ) یک پدیده مرتبط با این گونه خوردگی ، سایش Fretting است که هنگام تماس دو ماده با یکدیگر و حرکت نسبی آنها از جمله ارتعاش به وجود می آید . این عمل می تواند پوشش های ضد خوردگی را از بین برده و باعث آغاز خوردگی شود .

خوردگی تنشی Stress Corrosion این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که ماده ای تحت تنش کششی در معرض یک محیط خورنده قرار گیرد . ترکیب این عوامل با هم ، ترک هایی را در جزء تحت تنش آغاز می کند .

تخریب فلزات با عوامل غیر خوردگی

فلزات در اثر اصطکاک ، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب می‌‌شوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست.

فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی

خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M+n می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب درکانی و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند. وقتی فلزی را در اسید حل می‌‌کنیم و یا در و پنجره دچار خوردگی می‌‌شوند، دیگر قابل بازیابی نیستند. پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است.
منبع تصویر " http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/8/84/corrosionmap.jpg

جنبه‌های اقتصادی فرایند خوردگی

برآوردی که در مورد ضررهای خوردگی انجام گرفته، نشان می‌‌دهد سالانه هزینه تحمیل شده از سوی خوردگی ، بالغ بر 5 میلیارد دلار است. بیشترین ضررهای خوردگی ، هزینه‌هایی است که برای جلوگیری از خوردگی تحمیل می‌‌شود.



پوششهای رنگها و جلاها

ساده‌ترین راه مبارزه با خوردگی ، اعمال یک لایه رنگ است. با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رویه ، می‌‌توان ارتباط فلزات را با محیط تا اندازه‌ای قطع کرد و در نتیجه موجب محافظت تاسیسات فلزی شد. به روشهای ساده‌ای می‌‌توان رنگها را بروی فلزات ثابت کرد که می‌‌توان روش پاششی را نام برد. به کمک روشهای رنگ‌دهی ، می‌‌توان ضخامت معینی از رنگها را روی تاسیسات فلزی قرار داد.

آخرین پدیده در صنایع رنگ سازی ساخت ر الکترواستاتیک است که به میدان الکتریکی پاسخ می‌‌دهند و به ‌این ترتیب می‌توان از پراکندگی و تلف شدن رنگ جلوگیری کرد.

پوششهای فسفاتی و کروماتی

این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده می‌‌شوند، پوششهایی هستند که ‌از خود فلز ایجاد می‌‌شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده ‌از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز می‌‌کنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند.

این پوششها بیشتر به ‌این دلیل فراهم می‌‌شوند که ‌از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد. پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد. رنگ کم و بیش دارای تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند.

پوششهای اکسید فلزات

اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری می‌‌کند. بعنوان مثال ، می‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر روی آلومینیوم نشاند. اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث می‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد. همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و می‌‌توان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد. اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار می‌‌گیرد.

همچنین با پدیده ‌الکترولیز ، آهن را به اکسید آهن‌ سیاه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبدیل می‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگی است که به آن "سیاه‌کاری آهن یا فولاد" می‌‌گویند که در قطعات یدکی ماشین دیده می‌‌شود.

پوششهای گالوانیزه

گالوانیزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روی است. گالوانیزه ، بطرق مختلف انجام می‌‌گیرد که یکی از این طرق ، آبکاری با برق است. در آبکاری با برق ، قطعه‌ای که می‌‌خواهیم گالوانیزه کنیم، کاتد الکترولیز را تشکیل می‌‌دهد و فلز روی در آند قرار می‌‌گیرد. یکی دیگر از روشهای گالوانیزه ، استفاده ‌از فلز مذاب یا روی مذاب است. روی دارای نقطه ذوب پایینی است.

در گالوانیزه با روی مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار می‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازی فلز در روی مذاب ، لایه‌ای از روی در سطح فلز تشکیل می‌‌شود که به ‌این پدیده ، غوطه‌وری داغ (Hot dip galvanizing) می‌گویند. لوله‌های گالوانیزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشی منازل و آبرسانی و ... مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

پوششهای قلع

قلع از فلزاتی است که ذاتا براحتی اکسید می‌‌شود و از طریق ایجاد اکسید در مقابل اتمسفر مقاوم می‌‌شود و در محیطهای بسیار خورنده مثل اسیدها و نمکها و ... بخوبی پایداری می‌‌کند. به همین دلیل در موارد حساس که خوردگی قابل کنترل نیست، از قطعات قلع یا پوششهای قلع استفاده می‌‌شود. مصرف زیاد این نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازی می‌‌باشد که بر روی ظروف آهنی این پوششها را قرار می‌‌دهند.

پوششهای کادمیوم

این پوششها بر روی فولاد از طریق آبگیری انجام می‌‌گیرد. معمولا پیچ و مهره‌های فولادی با این فلز ، روکش داده می‌‌شوند.

فولاد زنگ‌نزن

این نوع فولاد ، جزو فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع شیرآلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فولاد ، آلیاژ فولاد با کروم می‌‌باشد و گاهی نیکل نیز به ‌این آلیاژ اضافه می‌‌شود.

مقدمه‌ای در مورد خوردگی

بر طبق آمارهای وال استریت جورنال (11 سپتامبر 1981) هزینة خوردگی در صنعت نفت و گاز آمریکا حدود 2 بیلیون دلار بوده است و مدام این هزینه‌ها در حال افزایش هستند. خوردگی پلها، هزینه‌های خوردگی در اتومبیل‌ها در حد بیلیونها دلار است. خوردگی در همه جا وجود دارد، در داخل و خارج از منزل، در جاده، در دریا، در کارخانه و در وسائل هوا – فضا.
کل هزینة سالانة سیلها، گردبادها، آتش‏سوزیها، رعد و برقها و زمین لرزه‌ها کمتر از هزینة خوردگی می‌باشند.
در حقیقت اگر خوردگی وجود نداشت، اقتصاد جوامع مختلف بشدت تغییر می‏کرد. اگرچه خوردگی اجتناب‌ناپذیر است، ولی هزینة آنرا می‏توان کاهش داد. مثلاً یک آند ارزان قیمت منیزیم می‏تواند عمر تانک آب گرم خانگی را دو برابر کند. انتخاب صحیح مواد و طراحی خوب، هزینه‌های خوردگی را کاهش می‏دهد. یک برنامة صحیح تعمیرات و نگهداری رنگ چندین برابر مخارجش را صرفه‌جوئی می‏کند.
با توجه به نکاتی که گفته شد اهمیت بسیار بالای خوردگی و راههای پیشگیری از خوردگی معلوم می‏شود که این کار بر عهدة مهندسی خوردگی است. در مهندسی خوردگی، خوردگی چنین تعریف می‌شود: تخریب یا فاسد شدن یک ماده در اثر واکنش با محیطی که در آن قرار دارد.
این تعریف شامل فلزات و غیرفلزات می‏شود. (مهندسی خوردگی، صص 6و7)
هر جامعه‌ای که به مفهوم خوردگی پی ببرد، افراد آن جامعه کامل، بالغ و متفکر خواهند بود و آن جامعه چنان پیشرفت خواهد کرد که می‏توان گفت در بعد دیگری از زمان هستند.
خوردگی تنشی (SCC)
ترک خوردن در اثر خوردگی توام با تنش که نتیجه اعمال همزمان تنش های کششی و محیط خورنده روی فلز می باشد، خوردگی تنشی نام دارد.

معمولا دو گروه مهم از مواد دچار این نوع خوردگی می شوند:
1. فولادهای ضد زنگ در محیط های حاوی یون کلرید
2. برنج ها در محیط های آمونیاکی

از ویژگی های ترک های خوردگی تنشی این است که عمود بر تنش اعمالی رشد می کنند.

ویژگی تنش در خوردگی تنشی
1. تنش کششی باشد.
2. به اندازه کافی بزرگ باشد
3. از هر نوعی می تواند باشد (مکانیکی یا پسماند)
در این نوع خوردگی عامل تنش به عنوان شروع کننده است و در نهایت، شکست توسط عامل مکانیکی صورت می گیرد.

فاکتورهای مهم در SCC: درجه حرارت، ترکیب شیمیایی محلول، ترکیب شیمیایی فلز، تنش و ساختمان فلز می باشد.

مکانیزم های SCC
به دلیل پیچیدگی اندرکنش بین محیط های مختلف، ماهیت آلیاژ، ساختار متالورژیکی و ... امکان وجود یک مکانیزم واحد برای خوردگی تنشی تمام سیستم های فلز-محیط وجود ندارد.

الف. مکانیزم های متالورژیکی
1. هم صفحه بودن نابجایی ها: در فولادهای زنگ نزن که مستعد خوردگی تنشی هستند، نابجایی ها به صورت دسته های هم صفحه قرار دارند. در حالی که در آلیاژهای که مقاوم هستند، نابجایی ها به صورت سلولی یا در هم پیچیده قرار دارند.
2. پیرتنشی و جدایش میکرونی: در پیرتنشی فولادهای زنگ نزن آستنیتی، سیلان های پلاستیکی ناگهانی و تند اتفاق می افتد. این پدیده همراه با جدایش میکرونی اتم های حل شونده به نواقص دینامیکی در ساختار کریستالی است. این نوع جدایش می تواند باعث رفتار ترک خوردن در اثر خوردگی تنشی از طریق میان دانه ای شود.
3. جذب شدن: عوامل فعال سطحی به سطح جذب شده و با باندهای تحت کرنش در نوک ترک واکنش نموده و باعث کاهش استحکام باند شده و سبب اشاعه ترک می شوند.

ب. مکانیزم های حل شدن
1. تشدید حل شدن در اثر تنش: ترک با انحلال آندی موضعی گسترش می یابد. نقش اصلی تغییر شکل پلاستیکی تشدید فرآیند حل شدن می باشد.
2. تشکیل فیلم در دیواره ترک ها، بر اساس مکانیزم های هم صفحه ای بودن نابجایی ها: ترک ها در محلی که پله های لغرشی به سطح می رسند، شروع می شوند. رشد ترک ها در نتیجه انحلال فلزی است که در حال تسلیم است. با رشد ترک، پوسته ی روی دیواره ی ترک مجددا تشکیل می شود و به عنوان کاتد عمل می کند.
3. غنی شدن نسبت به عنصر نجیب
4. ترک خوردن در اثر خوردگی تنشی با شکستن و پاره شدن مداوم فیلم های غیرفعال پیشروی می کند.
5. مهاجرت یون کلرید

ج. مکانیزم های دیگر
مکانیزم های هیدروژن: 1. تشکیل هیدرید
مکانیزم های مکانیکی: 1. حرفه های تونلی و پارگی، 2. تاثیر گوه ناشی از محصولات خوردگی

روش های جلوگیری
1. کاهش تنش
2. استفاده از مواد مقاوم تر
3. حفاظت کاتدی
4. استفاده از بازدارنده ها
5. استفاده از پوشش
6. استفاده از تنش های پسماند فشاری روی قطعه
طراحی سیستم های آلی ضدخوردگی

یک پوششمقاوم در برابر خوردگی، اساساً بایستی در برابر اتمسفر خورنده مقاومت کرده و ازرسیدن آن به سطح سازه جلوگیری کند. طراحی یک پوشش ضد خوردگی موثر و مناسب ، کارپیچیده ایست که نیازمند علم وسیعی از جمله اصول خوردگی و ترکیب شیمیایی ساخت وتشکیل فیلم پوشش ضد خوردگی می باشد.
معمولاً حفاظت از اجسام در برابر خوردگی، توسط پوششهای آلی انجام می شود. این پوششها با توجه به فاکتور های مشخص از جمله خود سازه، جنس سازه، طول عمر سازه،شرایط فرآیندی و سرویس ، شرایط جوی و غیره متغیر می باشند و تفاوت آنها می تواند درنوع رزین، پیگمنت، ضخامت لایه ها، تعداد لایه ها و... باشد. حال با توجه به مسائلفوق در طراحی یک سیستم ضد خوردگی ، موارد فراوانی بایستی مد نظر قرارگیرد.

سیستم رنگ : به تعدادی از لایه های رنگ که هر کدام نقش مشخص درمحافظت از سطح فلز جسم را دارند، گویند. سیستم رنگ از بخشهای ذیل تشکیل می شود .
1-آستریPrimer
2-میانهIntermediate
3-رویهTop Coat Finishnt
-آستری ها :
آستر یک اصطلاح عمومی است که به همه رنگهای ضد خوردگیاتلاق می شود و یکی از مهمترین اجزاء یک سیستم رنگ می باشد. اهداف اولیه یک رنگآستری به شرح ذیل می باشد :

1-چسبندگی (اتصال قوی به جسم)
2-پیوستگی یا چسبندگی (بسیار قویداخلی)
3-خنثی بودن (مقاومت بالا در برابر خوردگی و مواد شیمیایی)
4-چسبندگی بین لایه ای (چسبندگی قوی به لایهمیانی)
5-انعطاف پذیریمناسب
از آنجا که رنگ آستری،پایه ای برای لایه های دیگر سیستم رنگ محسوب می شود، بایستی چسبندگی خوبی به رویسطح جسم داشته باشد. اگر سیستم رنگ از نوع بازدارندهباشد، رنگ آستری بایستی دارای پیگمنت های بازدارنده بوده تا بتواندبا غیر فعال کردنسطح ، میل فلز را نسبت به خوردگی کاهشدهد تا چسبندگی آن بر جسم افزایش یابد. به علاوه این آستری بایستی با رطوبت والکترولیت ورودی از سطح سیستم واکنش دهد تا بتواند بصورت کاتدی از فلز محافظت کند. این دسته رنگها دارای دانسیته یا جرم حجمی بالا می باشد و علت سنگینی آنها، وجودپیگمنت های فلزی است. این رنگها دارای براقیت پایین هستند و دانه بندی و گرایند اینرنگها بالاست تا بتواند سطحی زبر جهت چسبندگی خوب لایه میانی به وجودآورد.

-رنگهای میانه :
لایه دوم سیستم رنگ می باشد که معمولاً با ضخامت بالااعمال می شود. ضخامت بالای آن کمک می کند تا از نفوذ آب یا هر عامل خورنده دیگرجلوگیری کند. اهداف مورد نظر که بایستی رنگ میانه، آنها را برآورده سازد به شرح زیراست :

-ضخامت بالا
-مقاومت بالای شیمیایی
- مقاومت در برابرانتقال رطوبت یا بخار آب
-افزایش مقاومت الکتریکی رنگ
-چسبندگی خوب به رنگ آستری و رنگرویه
این رنگها نیمه مات بوده ودارای دانسیته پایین تر ، دانه بندی یا گرایند پایین تر و مقدار رزین بیشتر نسبت بهآستریها می باشند.

-رنگهای رویه :
آخرین لایه رنگ در یک سیستم رنگ آمیزی می باشد و اهدافعمل آنها به شرح زیر است :

1-به عنوان یک لایه مقاوم و سیلر برای سیستمرنگ
2-لایه مقاوم اولیهدر برابر محیط
3-مقاومت در برابرمواد شیمیایی، آب و شرایط جوی
4-ایجاد سطح سخت و مقاوم در برابر سایش و ضربه
5-به وجود آمدن ظاهر خوب و زیبا
رنگهای رویه دارای دانسیته پایین، نیمه براق یا براقهستند، دارای میزان کمتری دانه بندی در انواع رنگها می باشند تا سطح صاف و صیقلیایجاد کنند. مقاوم در برابر اشعه UV آفتاب، تغییر رنگ وشرایط نامساعد جوی می باشند.


فاکتور های موثر در طراحی یک سیستم آلی ضد خوردگی :
-شرایط آب و هوایمنطقه ؛ که در بر گیرنده وضعیت منطقه از نظر رطوبت، گرما و سرما، آلودگی شیمیایی میباشد.
-جنس سازه یا جسممورد نظر ؛ جنس و آلیاژ سازه جهت طراحی سیستم رنگ بسیار مهم بوده و تاثیر بسزایی درنوع رنگ اعمالی بر روی آن ، به خصوص رنگ آستری را دارا می باشد.
-موقعیت سازه درمنطقه ؛ محل قرار گرفتن سازه، تماس با آب شور، شناور یا غرق در آب بودن ، برای مثالپوشش داخل مخازنی که حاوی مواد شیمیایی، حلال ها، آب شور، آب شرب یا نفت خام میباشد، چه از نظر نوع رنگ یا تعداد لایه ها، ضخامت هر لایه، نحوه آماده سازی و کیفیتآماده سازی و غیره.
-شرایط عملیاتی یاService؛ این شرایط در طراحی سیستم ضد خوردگی برای هرسازه بسیار حائز اهمیت است. از آن جمله می توان به بالا یا پایین بودن دما، نوساندما، نوع مواد در تماس با سازه، احتمال وجود صدمات مکانیکی از جمله ضربه و سایش برروی سازه و بسیاری از فاکتورهای دیگر اشاره کرد.

اطلاعاتیکه پس از طراحی سیستم رنگ بایستی به همراه آنارائه شوند.
1-تعداد لایه هایرنگ، شماره های رنگ مربوط به کمپانی مورد نظر، ضخامتهای خشک و تر مورد نظر، دانسیتهرنگ در صورت دو جزئی یا سه جزئی بودن رنگ، زمان خشک شدن سطحی و عمقی تینر مربوط بههر رنگ، زمان مورد نظر بین لایه های رنگ و ...
2-حداقل درجه آماده سازی سطح مورد نظر بر حسب معیاراستاندارد مشخص مانندNACE.SSPC . ISO و غیره، ساینده مورد نیاز و سایز ساینده، فشار مورد نظر جهت عملآماده سازی سطح، در صورتی که آماده سازی، بلاستینگ باشد.
3-دستورالعمل آماده کردن رنگ جهت اعمال، از جمله نسبتاختلاط درصد تینر، میکس و همزن.
4-روشهای پیشنهادی جهت اعمال رنگ، نوع پاشش، دستگاه مورد نظر جهت پاششرنگ، فشار ورودی، فشار مورد نظر در دهانه نازل، نوع نازل پاششو...
5-خصوصیات رنگمربوطه و یا سایر نکات لازم
6-پیشگیری های مربوط به ایمنی، خطر در حین آماده سازی سطح، ابزار،تجهیزات، فشار، مواد و گرد و غبار و ....
7-خطر حریق احتمالی ناشی از رنگ وحلالها
8-تجهیزات محافظتیافراد

مروری برخوردگی آلومینیوم

تهیه کننده: مریم کرمی
دانشجوی مهندسی متالورژی دانشگاه شهید رجایی

خوردگی ( Corrosion )
خوردگی اصطلاحی است که به فسادفلزات از طریق ترکیب فلز با اکسیژن وسایر مواد شیمیایی انجام میشود.

زنگ زدن ( Rusting )
زنگ زدن فقط در مورداکسید شدن آهن وآلیاژهای آهنی در هوای خشک یا مرطوب به کار می رود که محصول خوردگیاز جنس هیدرات فریک یا اکسید فریک است .
اکسید شدن ساده فلزاتسبک
این فلزات شامل فلزات قلیایی وقلیایی خاکی هستند که وقتی اکسید شوند حجم قشر اکسید تشکیل شده متخلخل بوده و مانعیجهت نفوذ اکسیژن به داخل قشر اکسید نیست و اکسید خاصیت چسبندگی به فلز ندارد. بهطور خاص سدیم وپتاسیم در حرارت های عادی و متعارفی میل ترکیبی شدیدی با اکسیژندارند ولی در درجات حرارت خیلی کم اکسید شدن به تاخیر می افتد و اکسید تشکیل شده دراین حالت خاصیت چسبندگی دارد.

آلومینیم و آلیاژهایآن
آلومینیوم ، فلزی نرمو سبک ، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای - خاکستری٬ مات و لایهنازکاکسیداسیونکه در اثربرخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بیشترجلوگیریمی‌کند. وزن آلومینیومتقریبأ یک سومفولادیامساست . چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاومدربرابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومینفلزچکش خوار و ششمین فلزانعطاف‌پذیراست.

خواص فیزیکی

حالت ماده

جامد

نقطه ذوب

933.47 K (1220.58 °F)

نقطه جوش

2792 K (4566 °F)

گرمایتبخیر

293.4 kJ/mol

گرمای هم جوشی

10.79 kJ/mol

فشاربخار

2.42 E-06 Pa at __ K

سرعت صوت

5100 m/s at 933 K

خواص اتمی

وزن اتمی

26.981538 amu

شعاع اتمی (calc.)

125 (118) pm

شعاع کووالانسی

118 pm

شعاع وندروالس

اطلاعات موجود نیست

ساختارالکترونی

Ne]3 s2 3p1]

-e بازای هر سطح انرژی

2, 8, 3

درجه اکسیداسیوناکسید

3 (آمفوتریک)

ساختارکریستالی

مکعبی face centered

آلومینیوم از جمله جدیدترین مصالح ساختمانی است که در آغاز قرن 20 یک فلز نسبتا کمیاب بود واین روزها از متداولترین فلزات است که به صورت آلیاژی و غیر آلیاژی به کار می رود .
ویژگی های عمومی خوردگی :
آلومینیوم یک فلز پست ( فعال ) است که با محیط اطراف میل ترکیبی شدیدی دارد . یعنی سطح آلومینیوم در معرض هوا بهسرعت از یک لایه نازک اکسید آلومینیوم حدود 0.01 میکرومتر پوشیده می شود که فلز رااز حمله بعدی خوردگی محافظت می کند . معادله زیر به معادله لگاریتمی معکوس معروفاست که در مورد خوردگی و اکسید شدن فلزاتی نظیر آلومینیوم به کار می رود :
1/y = 1/y0 – k9( Ln[a(t-t0)+1])

y0 : ضخامت قشر اکسید در بدو آزمایش
t0 : زمان آزمایش در بدو شروع
k9 : ثابت
این معادله در مورد اکسیدشدن آلومینیوم د ردرجه حرارت معمولی و اکسیژن خشک صادق است . هم چنین د راین فلز ودر فلز زیرکونیوم رشد فیلم به روش اکسید شدن آنودیک از این معادله پیروی می کند . وقتی آلومینیوم د رمجاورت اکسیژن خالص و خشک قرار می گیرد بین اکسیژن وآلومینیوم یکنوع پیل الکتریکی موضعی تشکیل می شود که سبب رشد فیلم می شود .
خوردگی یکنواخت :
خوردگی یکنواخت فلز آلومینیوم درفضای باز معمولا قابل اغماض است . محلول های دارای PH خارج از دامنه اثر ناپذیری در نمودارپتانسیل PH سبب خوردگی مواد ساختهشده از آلومینیوم می شوند. ملاط تازه تهیه شده هم قلیایی است ولذا خورنده آلومینیوماست از این رو برای اجتناب از گسترش مناطق حک شده در سطح فلز باید مراقبت شود که ازپخش شدن ملاط جلوگیری شود . سطوح آلومینیومی که در تماس با بتون تازه هستند حتما درآغاز زدوده می شوند ولی به زودی با تشکیل اندود آلومینات کلسیم برروی آن ها ازخوردگی بعدی جلوگیری می شود.



تشکیل حفره :
در اتمسفرهای باز آلوده ٬ حفره های کوچکی تشکیل می شوند که با چشم قابل رویت نیستند . روی این حفره ها جرم های کوچک محصولات خوردگی معمولا اکسید آلومینیوم و هیدروکسید آلومینیوم هستند ٬ تشکیل می شوند . حفره های کم عمق معمولا اثر چندانی بر استحکام مکانیکی ساختمان ها ندارند ٬ با این وجود جلای درخشنده فلز به تدریج از بین می رود و به جای آن اندود خاکستری – زنگاری محصولات خوردگی ظاهر می شود. اگر اتمسفر حاوی دوده فراوان باشد دوده توسط محصولات خوردگی جذب و رنگ زنگاری تیره ایجاد می شود .
اگر آلومینیوم به طور دائم در معرض آب قرار گیرد حفره دار شدن آن خیلی جدی خواهد بود . به خصوص اگر آب راکد باشد حضور اکسیژن وکلرید و یا یون های دیگر هالید ها تعیین کننده وجود حمله و شدت حمله خواهد بود . اگر یون های HCO3 و Cu2+وجود داشته باشند خطر حفره دار بودن بیشتر خواهد بود البته مشروط بر این که پتانسیل تشکیل حفره بالا رود . بیرون حفره واکنش کاتدی انجام می گیرد که کنترل کننده سرعت تشکیل حفره است .

منبع :

http://www.iran-eng.com/showthread.php/393012-%D8%AE%D9%88%D8%B1%D8%AF%DA%AF%DB%8C-%D9%88-%D8%AD%D9%81%D8%A7%D8%B8%D8%AA-%D8%A7%D8%B2-%D9%81%D9%84%D8%B2%D8%A7%D8%AA/page5

بخش :: پنجم

خوردگی در آب دریا و پارامترهای موثر بر آن

خوردگی در آب دریا یک سازه دریایی علاوه بر قرار گیری در اتمسفر دریایی می تواند در آب دریا و در خاک بستر دریا نیز قرار گیرد. اصولاً محیط های دریایی برای تجهیزات به کار رفته در ساحل و داخل دریا خورنده اند. آب دریا اندکی قلیایی است و در حدود 3.4 درصد نمک دارد و pH آب دریا در حدود 8 می باشد. همچنین آب دریا الکترولیت خوبی است و باعث خوردگی گالوانیکی و شیاری می شود. آب دریا عامل ایجاد خوردگی در سازه های دریایی و کشتی ها، اسکله ها ، سکوها و ... است. آب دریا مخلوطی از نمک ها، گازهای حل شده ، عناصر جامد معلق است. آمار به دست آمده نشان می دهد که بیش از 40 درصد سرمایه گذاری اولیه در دستگاه های بزرگ نمک زدا، برای جلوگیری از خوردگی فلزات و آلیاژها در لوله های خنک کننده و گرم کننده آب دریا، کندانسورها و قسمت های دیگری که عامل حرارت دادن در آنها صورت می گیرد، مصرف می شود. سرعت خوردگی فلزات در آب دریا نه تنها به انتخاب فلز یا آلیاژ مناسب بستگی دارد، بلکه به عواملی مانند عمق ، درجه حرارت ، مقدار و نوع گازهای حل شده ، مقدار و نوع ترکیب عناصر آلی و معدنی، سرعت حرکت سیال و عوامل بیولوژیکی آب دریا نیز بستگی دارد. همانطور که در ابتدای فصل اشاره شد، خوردگی در آب دریا و مربوط به یک سازه دریایی می تواند در منطقه پاشش ، منطقه جذر و مدی و منطقه معروف در آب اتفاق افتد. همانطور که در شکل زیر مشاهده می شود خوردگی در ناحیه پا شش بیش از سایر نقاط می باشد، زیرا این منطقه مرتباً خشک و تر می شود. و با برخورد جریان های آب بر روی سطح سازه پوشش ها، اعم از لایه های پسیو و یا پوشش هایی که به منظور حفاظت بر روی سازه کشیده شده، از بین می رود و در ضمن در این منطقه تماس با هوا نیز وجود دارد که خوردگی را تشدید می کند.

ترکیبات آب دریا

ترکیبات آب دریا آب خالص در طبیعت وجود ندارد. در طول بارش و جریان روی سطح زمین گازهای متنوع ، مواد معدنی و آلی در آب وارد و به صورت مواد معلق و شناور یا کلوئیدی و یا کاملاً محلول ، پدیدار می گردند. بطور کلی ناخالصی آب های طبیعی را به سه گروه می توان تقسیم نمود : 1- یون های محلول 2- غیر یون ها و نامحلول ها 3- گازها یون های محلول ، به آنیون ها و کاتیون ها تقسیم می گردند. جدول زیر این تقسیم بندی را در مورد موادی که به صورت متداول در آب یافت می شوند نشان می دهد. با توجه به شرایط رودخانه ها ، دریاها و اقیانوس ها ، آب ها می توانند دارای ترکیبات و خصوصیات متفاوتی باشند. عوامل اصلی تعیین نوع خوردگی و میزان گسترش آن توسط آب دریا عبارتند از : مقدار جامدات محلول، مقدار سختی ، pH آب ، گازهای محلول بویژه اکسیژن و دی اکسید کربن، مقدار مواد آلی محلول، هدایت الکتریکی که از حل جامدات حاصل می شود، وجود نمک هایی مانند: کلرید سدیم و ... قابلیت خوردگی فولاد را در آب دریا نسبت به آب شیرین افزایش می دهد. سختی یک ویژگی مهم آب دریاست که با مقداری دی اکسید کربن ، نمک ها، کربنات و بی کربنات کلسیم تعیین می شود. در آب سخت (سنگین)، رویه ای از نمک های کربنات، بر روی سطح فولاد به وجود می آید که بازده انتقال حرارت را نیز کاهش می دهد. یکی از دلایلی که می توان این قسمت از سازه را بدون به کار بردن پوشش و فقط با حفاظت کاتدی محافظت کرد، تشکیل لایه آهکی در قسمت های زیرین سکوهای دور از ساحل است. مواد آلی موجود در آب دریاها و خلیج ها نیز به طور مستقیم یا غیر مستقیم ، در مقدار خوردگی فولادهای دریایی تأثیر دارد.