خوردگی فلزات، این پدیده ناخوشایند و پرهزینه، سالانه خسارات جبرانناپذیری به صنایع مختلف در سراسر جهان وارد میکند. از تاسیسات عظیم نفتی و گازی گرفته تا پلها و ساختمانهای بلندمرتبه و حتی قطعات کوچک خودرو، هیچ ساختار فلزی در برابر این دشمن خاموش مصون نیست. تخمین زده میشود که هزینههای مستقیم و غیرمستقیم ناشی از خوردگی، بالغ بر میلیاردها دلار در سال باشد.
برازنده تجارت در این مطلب قصد دارد شما عزیزان را در مورد انواع خوردگی فلزات راهنمایی کند ؛ با ما همراه باشید.
عوامل تاثیر گذار بر خوردگی فلزات
به طور کلی می توان عواملی را که در فرآیند خوردگی حائز اهمیت هستند به دو گروه عمده تقسیم کرد:
-عواملی که به خود فلز مربوط می شوند
-عواملی که در محیط وجود دارند
عواملی که به فلز مربوط می شوند، عبارتند از:
- پتانسیل الکتریکی یک فلز در محلول
- همجنسی فیزیکی و شیمیایی سطح فلز
- قابلیت تشکیل یک لایه محافظ غیر حلال
عواملی که در محیط وجود دارند عبارتند از:
- غلظت یون هیدروژن (PH) در محلول
- نفوذ اکسیژن در محلول مجاور به فلز
- ساختار و غلظت یونهای دیگر در محلول
- میزان جریان و شار محلول در تماس با فلز
- تشکیل یک لایه ته نشین محاغظ روی سطح فلز توسط محیط
- درجه ی حرارت
- تماس بین فلزات
انواع خوردگی فلزات از نظر نحوه تشخیص
انواع خوردگی فلزات از نظر نحوه تشخیص به سه گروه اصلی تقسیم می شوند:
- خوردگیهایی که با چشم غیر مسلح قابل تشخیص هستند.
- خوردگیهایی که با استفاده از وسایل کمکی و روشهای ویژه قابل تشخیص هستند. مانند استفاده از روش تست مایعات نافذ (PT)، تست ذرات مغناطیسی (MT) یا وسایل کمکی مثل انواع ذره بینها و ميکروسکوپها
- خوردگیهایی که فقط با میکروسکوپ های نوری یا الکترونی قابل تشخیص هستند.
انواع خوردگی فلزات از نظر شکل ظاهری و اثرات
1- خوردگی یکنواخت: (Uniform corrosion)
معمولی ترین و رایج ترین نوع خوردگی خوردگی یکنواخت می باشد.
در این نوع خوردگی یک واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی به طور یکنواخت در سرتاسر سطحی که در تماس با محلول خورنده است اتفاق می افتد.
وقتی یک قطعه فولادی یا روی را داخل محلول اسید سولفوریک رقیق قرار می دهیم، معمولاً با یک سرعت ثابتی خورده می شود.
که می تواند مثال خوبی برای خوردگی یکنواخت باشد.
خوردگی یکنواخت از لحاظ میزان فلز خورده شده بالاترین رقم را دارد ولی این نوع خوردگی از نقطه نظر فنی اهمیت چندانی ندارد.
زیرا عمر تجهیزاتی که تحت تأثیر این نوع خوردگی قرار می گیرند را به راحتی می توان با آزمون کاهش وزن تخمین زد.
این نوع خوردگی در مقایسه با انواع دیگر، کمترین خطر را دارد.
از نقطه نظر بازرسی نسبتاً قابل تشخیص بوده و اثرات آن نیز قابل پیش بینی است.
نمونه ای از این خوردگی در( شکل ۱) نشان داده شده است.
2- خوردگی حفره ای:
در این خوردگی حفره یا سوراخهایی در سطوح فلزات ایجاد می شوند.
این نوع خوردگی اهمیت بیشتری نسبت به نوع قبل (خوردگی یکنواخت) دارد و آشکار سازی ، پیش بینی و از بین بردن آن مشکل تر است.
برخی از عوامل موثر در پیدایش خوردگی عبارتند از:
- صدمات شیمیایی یا مکانیکی موضعی وارده به لایه ی اکسیدی
- عوامل شیمیایی آب که می توانند سبب تجزیه ی لایه ی پسيو (Passive) شوند.
- آسیب موضعی به پوشش محافظ یا استفاده از پوششهای حفاظتی ضعیف
- عدم وجود یکنواختی در ساختار فلزی (وجود آخالهای غیرفلزی)
میزان این نوع خوردگی با ضخامت قطعه ی خورده شده نیز مرتبط است.
به این معنی که هر چه ضخامت قطعه نازکتر باشد یا مقاطع خورده شده نازک باشند می تواند خطرناک تر باشد.
این نوع خوردگی (شکل ۲) را می توان به وسیله ی روشهای مختلفی نظیر بازرسی چشمی ساده یک نمونه ی خورده شده یا تحت پایش شناسایی کرد.
3- خوردگی بین دانه ای: (Intergranular Corrosion)
خوردگی موضعی و متمرکز در مرزدانه ها یا نزدیک به آنها در حالی که خود دانه اصلا خورده نمی شود یا به مقدار جزئی خورده می شود را خوردگی بین دانه ای می گویند.
به عبارت دیگر شکلی از خوردگی موضعی است که درآن مسیر باریکی ترجیحا در امتداد مرز دانه های یک فلز خورده می شوند.
خوردگی بین دانه ای توسط ناخالصی های موجود در مرز دانه ها و کمتر شدن مرزدانه ها نسبت به یک عنصر آلیاژی در این نواحی است.
این نوع خوردگی (شکل ۳) بر روی سطح ایجاد شده و به وسیله ی واکنش سلول محلی ایجاد شده در مجاورت یک مرز دانه پیشرفت می کند.
هر چند جزئیات مکانیزم خوردگی بین دانه ای با سیستم فلزی تغییر می کند، ولی ظاهر فیزیکی آن در مقیاس میکروسکپی برای اکثر سیستمهای یکسان می باشد.
انواع خوردگی بین دانه ای:
پوسیدگی جوشی (خوردگی ناحیه جوشی)
وقتی دو قطعه فولاد زنگ نزن را به هم جوش می دهیم در اطراف ناحیه جوش ناحیه ای یافت می شود که به مدت نسبتا طولانی در محدوده ۵۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتی گراد قرار می گیرد.
همچنین منجر به حساس شدن فولاد می شود. به این نوع خوردگی، پوسیدگی جوش می گوییم.
راههای جلوگیری از پوسیدگی جوش شامل:
- عملیات حرارتی
- کاهش درصد کربن
- استفاده از فولادهای پایدار شده
خوردگی شیار چاقو
اگر قطعه ای را که از فولاد پایدار شده ساخته شده است را تنش گیری کنیم مقداری از کربن موجود و کاربید تیتانیم و نیوبیوم آزاد شده و با قرار گیری در دمای بین ۵۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد فولاد حساس می شود که به صورت یک شیار کوچک در منطقه جوش ظاهر می شود.
این نوع خوردگی، خوردگی شیار چاقو نامیده می شود.
4- خوردگی گالوانیکی: (Galvanic Cor rosion)
این نوع خوردگی اغلب به اشتباه با عنوان الکترولیز نیز بکار می رود.
به زبان ساده خوردگی گالوانیکی به آسیبهای ناشی از تماس دو فلز در یک محیط الکترولیت خورنده اشاره دارد.
زمانی که دو فلز غیر هم جنس در محیط الکترولیت قرار می گیرند، فلز کم نجیب (کم مقاوم در برابر خوردگی) در فعل و انفعالات آند ( قطب مثبت ) می شود و خیلی سریع شروع به خوردگی می کند.
در حالی که فلز نجیب تر در این ترکیب، کاتد (قطب منفی) شده و خیلی کند تر خورده می شود. این فلزات را می توان در جداول موسوم به سریهای گالوانیکی مشاهده کرد.
راه های جلوگیری از خوردگی گالوانیکی:
- در صورت نیاز به کاربرد فلزات و آلیاژهای غیر همجنس بایستی از فلزات و آلیاژهایی که در جدول گالوانیکی بهم نزدیکترند استفاده کرد
- پرهیز از نسبت سطحی نامناسب کاتد بزرگ و آند کوچک
- عایق کردن فلزات و آلیاژهای غیر همجنس
- اگر لازم باشد بخشی از تجهیزات را باید رنگ و پوشش داد (توصیه می شود فقط کاتد را رنگ بزنید)
- استفاده از بازدارنده ها (در محیط های بسته)
- قطعات را طوری طراحی کنید که قسمت آند آنها ضخیم تر باشد و به راحتی قابل تعویض باشد.
5- خوردگی شیاری:
اکثرا در شیارها و نواحی دیگر روی سطوح فلز که حالت مرده دارند و در معرض محیط خورنده قرار گرفته اند خوردگی موضعی شدیدی اتفاق می افتد.
این نوع خوردگی معمولا در نتیجه حجم کوچکی از محلولهای ساکن است که در داخل شیارهای نمونه سطوح در تماس با واشرها؛ محل روی هم قرار گرفتن دو فلز رسوبات سطحی و قسمتهایی که حالت مرده دارند ایجاد می شود.
روشهای جلوگیری از خوردگی شیاری:
- استفاده از جوشکاری به جای میخ و پرج و یا پیچ و مهره
- بستن شکافهای موجود در بین اتصالات (مثلا پوشش دهید)
- طراحی تجهیزات به نحوی که تخلیه کامل از آن امکان پذیر باشد.
- استفاده از واشرهای غیر جاذب رطوبت برای جلوگیری از خوردگی (مثل تفلون)
6. خوردگی تنشی (Stress Corrosion Cracking – SCC)
خوردگی تنشی زمانی اتفاق میافتد که یک فلز تحت تنش کششی در یک محیط خورنده خاص قرار بگیرد. این نوع خوردگی منجر به ایجاد ترکهای بسیار ریز و پیشرونده در فلز میشود که میتواند به طور ناگهانی و بدون هشدار قبلی، باعث شکست فاجعهبار قطعه شود. آلیاژهای فولاد زنگنزن آستنیتی در محیطهای حاوی کلرید، به ویژه مستعد خوردگی تنشی هستند.
7. خوردگی خستگی (Corrosion Fatigue)
خوردگی خستگی زمانی رخ میدهد که یک فلز تحت سیکلهای متناوب در یک محیط خورنده قرار بگیرد. اثر همزمان تنشهای مکانیکی و عوامل خورنده، باعث تسریع در ایجاد و رشد ترکهای خستگی میشود و طول عمر قطعه را به شدت کاهش میدهد.
8. خوردگی سایشی (Erosion Corrosion): وقتی حرکت سیال عامل تخریب میشود
خوردگی سایشی ناشی از حرکت نسبی یک سیال خورنده (مانند آب حاوی ذرات جامد) نسبت به سطح فلز است. این حرکت میتواند باعث سایش مکانیکی سطح فلز و همچنین تسریع واکنشهای خوردگی شود. لولهها، پمپها و پروانههای توربینها از جمله تجهیزاتی هستند که به شدت در معرض این نوع خوردگی قرار دارند.
چه عواملی بر سرعت خوردگی فلزات تاثیر میگذارند؟
عوامل متعددی بر سرعت خوردگی فلزات تاثیرگذار هستند، از جمله:
- نوع فلز و آلیاژ: فلزات مختلف، مقاومتهای متفاوتی در برابر خوردگی دارند. به عنوان مثال، فولادهای زنگنزن به طور کلی مقاومت بیشتری نسبت به فولادهای کربنی در برابر خوردگی نشان میدهند.
- ترکیبات محیط خورنده: وجود یونهای خورنده (مانند کلریدها، سولفاتها)، pH محیط (اسیدی یا قلیایی بودن)، دما، میزان اکسیژن محلول و سرعت جریان سیال، همگی میتوانند بر سرعت خوردگی تاثیر بگذارند.
- شرایط سطح فلز: زبری سطح، وجود خراشها، تنشهای پسماند و پوششهای محافظتی، همگی میتوانند بر مقاومت فلز در برابر خوردگی موثر باشند.
- تماس با فلزات دیگر: همانطور که در خوردگی گالوانیکی اشاره شد، تماس بین فلزات ناهمجنس در یک محیط خورنده میتواند باعث تسریع خوردگی فلز فعالتر شود.
چگونه میتوان از خوردگی فلزات پیشگیری کرد؟
روشهای مختلفی برای پیشگیری از خوردگی فلزات وجود دارد که بسته به نوع فلز، محیط خورنده و شرایط کاربرد، میتوان از آنها استفاده کرد:
انتخاب مواد مناسب: انتخاب فلز یا آلیاژی که مقاومت بالایی در برابر خوردگی در محیط مورد نظر داشته باشد، اولین و مهمترین گام است.
اعمال پوششهای محافظتی: استفاده از پوششهای آلی (مانند رنگها و پلیمرها) یا غیرآلی (مانند پوششهای فلزی و سرامیکی) میتواند یک سد محافظ در برابر محیط خورنده ایجاد کند.
حفاظت کاتدی: این روش شامل کاهش پتانسیل الکتروشیمیایی فلز مورد حفاظت با استفاده از یک آند فداشونده (مانند روی یا منیزیم) یا اعمال جریان الکتریکی خارجی است.
استفاده از بازدارندههای خوردگی: افزودن مواد شیمیایی خاص به محیط خورنده میتواند سرعت واکنشهای خوردگی را کاهش دهد.
طراحی مناسب: طراحی سازهها و تجهیزات به گونهای که از تجمع آب، ایجاد شکافها و درزها و اعمال تنشهای زیاد جلوگیری شود، میتواند خطر خوردگی را کاهش دهد.
کنترل محیط: تغییر شرایط محیط خورنده، مانند کاهش دما، حذف یونهای خورنده یا تنظیم pH، میتواند در کاهش سرعت خوردگی موثر باشد.
چگونه میتوان خوردگی فلزات را تشخیص داد؟
روشهای مختلفی برای تشخیص و ارزیابی خوردگی فلزات وجود دارد، از جمله:
بازرسی چشمی: بررسی ظاهری سطح فلز برای مشاهده علائم خوردگی مانند زنگزدگی، حفرهها، ترکها و تغییر رنگ.
آزمونهای غیرمخرب (NDT): استفاده از روشهایی مانند اولتراسونیک، رادیوگرافی، جریان گردابی و ذرات مغناطیسی برای تشخیص عیوب و خوردگیهای داخلی بدون آسیب رساندن به قطعه.
آزمونهای الکتروشیمیایی: اندازهگیری پتانسیل خوردگی، جریان خوردگی و مقاومت قطبیسازی برای ارزیابی سرعت و مکانیزم خوردگی.
آنالیز محصولات خوردگی: شناسایی ترکیبات شیمیایی محصولات خوردگی برای درک بهتر فرآیند خوردگی.
اندازهگیری ضخامت: استفاده از دستگاههای ضخامتسنج برای تعیین میزان کاهش ضخامت فلز ناشی از خوردگی.
راهکارهای عملی برای مقابله با خوردگی فلزات
اکنون که با انواع مختلف خوردگی فلزات و عوامل موثر بر آن آشنا شدیم، به بررسی راهکارهای عملی برای مقابله با این پدیده میپردازیم:
انجام بازرسیهای دورهای و منظم: بازرسیهای منظم و دقیق از سازهها و تجهیزات فلزی میتواند به شناسایی زودهنگام علائم خوردگی و اتخاذ اقدامات پیشگیرانه مناسب کمک کند.
اجرای برنامههای تعمیر و نگهداری پیشگیرانه: انجام اقداماتی مانند تمیزکاری، رنگآمیزی مجدد و اعمال پوششهای محافظتی به صورت دورهای، میتواند طول عمر سازههای فلزی را به طور قابل توجهی افزایش دهد.
آموزش پرسنل: آموزش کارکنان در مورد علل و علائم خوردگی و روشهای پیشگیری از آن، میتواند نقش مهمی در کاهش خسارات ناشی از خوردگی ایفا کند.
بهرهگیری از فناوریهای نوین: استفاده از سنسورهای خوردگی آنلاین، سیستمهای مانیتورینگ از راه دور و نرمافزارهای پیشبینی خوردگی میتواند به مدیریت موثرتر خوردگی کمک کند.
همکاری با متخصصان خوردگی: در موارد پیچیده، مشورت با متخصصان خوردگی برای تشخیص دقیق علت خوردگی و ارائه راهکارهای مناسب ضروری است.
برازنده تجارت امیدوار است با خواندن این مطلب اطلاعات مورد نیاز در مورد انواع خوردگی فلزات را به دست آورده باشید.
