انواع خوردگی در صنعت

۱- انواع خوردگی در صنعت :

معایب و خسارات حاصل از انواع خوردگی در صنعت را نباید تنها به صورت زنگ زدگی، انحلال، اکسیده شدن و یا تیرگی فلزات در نظر گرفت، زیرا صدمات ناشی از خوردگی ممکن است به طور دیگر نیز انجام شود که منجر به ترک خوردن، گسستن،کاهش یا از بین رفتن مقاومت مکانیکی و یا قابلیت انعطاف فلزات گردد.

در برخی موارد محصولات ناشی از انواع خوردگی قابل روئیت نبوده و نیز ممکن است کاهش وزن فلز محسوس نباشد. طبقه بندی انواع خوردگی همواره با توجه به شکل ظاهری فلز خورده شده صورت می گیرد، بطوری که در اکثر حالات با مشاهدات معمولی (چشم غیر مسلح) می توان نوع آن را مشخص نمود. البته گاهی اوقات نیز استفاده از میکروسکوپ و سایر وسائل آزمایشگاهی در این کار موثر و یا مورد نیاز می باشد. باید توجه نمود که جهت تشخیص عیوب و انتخاب راه حل مناسب در مسائل انواع خوردگی اطلاعات حاصله از مشاهدات دقیق و اولیه از نمونه های آزمایشی یا قطعات و دستگاههای خورده شده و آسیب دیده در مرحله قبل از تمیز کاری آنها اهمیت زیادی دارد.

۱-۱ ) خوردگی یکنواخت (Uniform Corrosion) :

خوردگی یکنواخت یا عمومی، معمولترین و متداولترین از انواع خوردگی در صنعت است و معمولاً به وسیله یک واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی بطور یکنواخت در سرتاسر سطحی که در تماس با محلول خورنده قرار دارد، مشخص می شود.

در این نوع از انواع خوردگی لایه های سطحی فلز مورد حمله قرار گرفته و اثرات خوردگی در تمام سطح قطعه مشاهده می شود و کاهش ضخامت در این نقاط تقریبا یکسان می باشد. در حقیقت آنچه که خوردگی یکنواخت را با سایر انواع خوردگی ها متمایز می نماید، سرعت تقریبا یکنواخت خوردگی در محیط خورنده در تمام سطح فلز است. دامنه خوردگی را می توان بر حسب کاهش وزن در واحد سطح یا نفوذ متوسط که همان متوسط عمق خوردگی است بیان کرد. دامنه خوردگی با اندازه گیری مستقیم یا محاسبه وزن کاهش یافته به ازاء واحد سطح، در صورت معین بودن چگالی مواد تعیین می شود. معمولاً خوردگی یکنواخت از طریق پیل های خوردگی بدون آنکه سطح آند و کاتد را به طور دقیق بتوان تشخیص داد پیش می آید.

خوردگی یکنواخت یا سرتاسری، از نظر تناژ مقدار فلز خورده شده بالاترین رقم را دارد. لکن این نوع خوردگی از نقطه نظر فنی اهمیت چندانی ندارد، زیرا هر تجهیزاتی که تحت این نوع خوردگی قرار می گیرند را دقیقا می توان با آزمایشات ساده ای تخمین زد. در واقع این نوع خوردگی بهترین نوع از انواع خوردگی است زیرا راحت کنترل می گردد و خیلی زود سیستم را از کار می اندازد و می توان زمان فاسد شدن و از بین رفتن فلز را تخمین زد.

زنگ زدگی معمولی آهن – کدر شدن نقره – تیرگی نیکل و نیز اکسیداسیون فلزات در درجه حرارت بالا نمونه هایی از خوردگی یکنواخت می باشند.

خوردگی یکنواخت را به طرق زیر می توان متوقف و یا کم نمود :

الف) انتخاب مواد و پوشش صحیح (فلزی – آلی – معدنی).

ب ) استفاده از یک ممانعت کننده.

ج ) استفاده از حفاظت کاتودیک.

۲-۱ ) خوردگی گالوانیکی ( Galvanic Corrosion ) :

هنگامی که دو فلز غیر همجنس در داخل یک محلول هادی ( الکترولیت ) خورنده قرار گیرند بین آنها اختلاف پتانسیلی بوجود می آید. اگر این فلزات در تماس با هم بوده و یا از نظر الکتریکی به هم مربوط باشند. به علت اختلاف پتانسیل حاصل الکترونهایی بوجود می آیند که بین آنها جریان پیدا می کنند. در این حالت خوردگی در فلز با مقاومت کمتر افزایش یافته و برعکس حملات خوردگی به فلز مقاومتر کاهش می یابد و به عبارتی دیگر فلز با مقاومت کمتر آند شده و فلز مقاومتر کاتد می گردد. خوردگی در این قبیل سیستمها را که همراه با تولید جریان الکتریکی است خوردگی گالوانیکی یا دو فلزی ( two metal corrosion ) می نامند. که در واقع یک پدیده الکتروشیمیایی می باشد.

در خوردگی گالوانیکی، فلزی که دارای E۰ مثبت تری است پایدار می ماند.( به عنوان کاتد عمل می نماید ) و فلزاتی که E۰ منفی تری دارد، خورده می شود ( به عنوان آند عمل نموده ) که البته می توان از این پدیده جهت جلوگیری از خوردگی استفاده نمود. هر قدر که اختلاف پتانسیل دو فلز تشکیل دهنده پیل گالوانیک در جدول پتانسیل استاندارد (e.m.f) بیشتر باشد، سرعت خوردگی بیشتر خواهد شد.

۱-۲-۱ ) عوامل مؤثر بر روی خوردگی گالوانیکی

عواملی که بر روی خوردگی گالوانیکی مؤثرند عبارتند از :

الف) اثرات محیط :

ماهیت و خورندگی محیط به میزان زیادی بر شدت خوردگی گالوانیکی تاثیر می گذارد. معمولاً فلزی که مقاومت کمتری نسبت به محیط مورد نظر دارد، آند می شود.

بعضی وقت ها پتانسیل یک زوج گالوانیکی در یک محیط دیگر عکس می شود. معمولاً هم فولاد هم روی هر کدام به تنهایی خورده می شوند. لکن موقعیکه آنها به هم متصل شوند، روی خورده شده و فولاد محافظت می‍‍‍شود. در موارد خاصی مثل دیگهای خانگی در درجه حرارتهای بالاتر از °F 180 حالت فوق بر عکس شده و فولاد آندی می شود. ظاهرا در این حالت محصولات خوردگی روی باعث نجیب تر شدن این فلز نسبت به فولاد می شود.

ب) اثر فاصله دو الکترود:

خوردگی گالوانیکی معمولاً نزدیک محل اتصال دو فلز شدیدتر است و با دور شدن از این نقطه خوردگی نیز کم می شود. معمولاً فاصله ای که تحت تاثیر خوردگی قرار می گیرد بستگی به مقاومت محلول دارد.

ج) اثر سطح :

یک فاکتور مهم دیگر در خوردگی گالوانیکی اثر سطح، یا نسبت سطح کاتد به سطح آند می باشد. نسبت سطحی تا مناسب مشتمل بر کاتد بزرگ و آند کوچک است.

(۱>>ـــــــــ) برای یک مقدار معین جریان از پیل، دانسیته جریان برای الکترود کوچک بمراتب بزرگتر است تا دانسیته جریان برای الکترود بزرگتر. هر چه دانسیته جریان در یک منطقه آندی بزرگتر باشد، سرعت خوردگی بیشتر است. خوردگی نواحی آندی ممکن است ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر بیشتر از حالتی باشد که سطح آند به کاتد برابرند.

راه های جلوگیری از خوردگی گالوانیکی :

الف) انتخاب انواعی از فلزات که تا حدامکان درجدول سری‍های گالوانیکی به هم نزدیکتر باشند.

ب ) اجتناب از تاثیر نا مطلوب مساحت ها. ( آند کوچک و کاتد بسیار بزرگ )

ج ) عایق کردن فلزات غیر همجنس تا حدی که مکان اجرای عملی آن وجود داشته باشد.

د ) انجام پوشش مناسب مخصوصا در منطقه آندی.

هـ ) کاربرد مواد شیمیایی کند کننده (Inhibitor) در صورت امکان جهت کاهش خوردگی محیط.

و ) اجتناب از اتصالات پیچی در مورد فلزاتی که در سری گالوانیکی از همدیگر خیلی دور باشند.

ز ) طراحی قطعات به نحوی که قسمت های آندی را بتوان به راحتی تعویض نمود و یا این قسمت ها، به منظور دوام و عمر بیشتر ضخیمتر ساخته شوند.

ح ) تعبیه یک فلز ثالث در تماس با آنها به طوری که نسبت به هر دو فلز قبلی آندتر باشند.

از آنجایی که مفهوم حفاظت کاتدی ( Cathodic Protection) مربوط به اصول خوردگی گالوانیکی می باشد.(حفاظت کاتدی عبارتست از محافظت یک سیستم فلزی با تبدیل آن به کاتد) لذا با استفاده از این عمل می توان به کمک یک فلز از بین رونده یا فدا شونده (sacrificial) فلز دیگر را محافظت نمود، مثلا فولاد گالوانیزه که در آن پوششی از فلز روی سبب محافظت فولاد می شود، ولی پوشش فلز قلع (Sn) که مقاومتر از فولاد است نقش کاتد را بازی کرده و موجب خوردگی شدید فولاد می گردد. همچنین برای جلوگیری یا متوقف کردن خوردگی در لوله های زیر زمین و یا مبدل های حرارتی اغلب از فلزاتی نظیر منیزم (Mg) – روی (Zn) یا آلومنیوم (Al) به عنوان آند از بین رونده استفاده می شود.

۳-۱ ) خوردگی شکافی (Crevice Corrosion) :

این نوع خوردگی مکانیزمی شبیه به خوردگی یکنواخت داشته با این تفاوت که پلاریزاسیون غلظتی بیشترین سهم انجام این نوع خوردگی را به خود اختصاص می دهد.

خوردگی شکافی یا شیاری یا ارزی یا موضعی از انواع خوردگی در صنعت اکثرا در شیارها، شکافها، درزها و یا سایر نقاط از سطوح فلزات که روی هم قرار گرفته و سبب ایجاد گوشه ها و عضوهای مخفی گردیده اند، و یا نواحی دیگری روی سطح فلز که حالت مرده دارند و در معرض محیط خورنده قرار دارند، به صورت شدیدی اتفاق می افتد. این نوع خوردگی معمولاً همراه با محیط های کوچک محلول ها یا مایعات که در اثر وجود سوراخ ها – حفره ها – سطوح واشرها (Gasket) – اتصال های روی هم زیر پوشش ها – رسوبات سطحی – شیارهای زیر پیچ ها و مهره ها و میخ پرچها ساکن شده اند یا به اصطلاح حالت مرده پیدا کرده اند، ایجاد می گردند و به همین دلیل گاهی اوقات خوردگی لکه ای (Deposit. c) یا واشری (Gasket. C) و یا شیاری (Crevice. C) نیز می نامند.

روش های جلوگیری از خوردگی گوشه ای یا شکافی :

الف ) استفاده از اتصالات جوشی لب به لب به جای پرچ کاری یا استفاده از پیچ و مهره.

ب ) جوشکاری صحیح و دقیق ( بدون ایجاد خلل و فرج و درز ) در سطوح داخلی.

ج ) پر کردن درزها و شکافها در اتصالات روی هم توسط جوشکاری ممتد و یکنواخت، درزگیری و یا لحیم کاری.

د ) ایجاد امکان تخلیه کامل ظروف و دستگاهها در طراحی آنها و حذف گوشه های تیز و تند و نیز نقاطی که امکان تجمع و سکون مواد در آن باشد.

هـ ) پیش بینی امکانات و انجام بازرسی از دستگاهها و تخلیه رسوبات به طور متناوب.

و ) خارج سازی مواد جامد از سیال ( در مراحل قبل از عملیات یا از داخل مسیرها و دستگاه های عملیاتی ).

ز ) خارج ساختن مواد جاذب الرطوبه (Wet Packing meterials) در زمان خوابیدن طولانی مدت دستگاهها و کارخانجات.

ح ) استفاده از واشرهای جامد که خاصیت جذب آب و رطوبت را ندارند نظیر تفلون.

۱-۳-۱ ) خوردگی رشته ای ( Filiform Corrosion) :

خوردگی رشته ای یا فیلامنتی یک نوع خاص از خوردگی شیاری است، اگر چه ظاهرا شباهتی با آن ندارد، در اکثر موارد در زیر پوشش های محافظ سطحی اتفاق می‍افتد، و به همین دلیل غالباً آن را خوردگی زیر پوششی ( Underfilm Corrosion ) نیز می ‍نامند.

این نوع خوردگی در سطوح فلزاتی که به وسیله مواد آلی، لعابها، لاکها و لایه های محافظ پوشانده شده باشند بوجود می‍آید که در آن محصول خوردگی به شکل رشته های کوتاه مانند و نخ مانند (Thread Line Filements) ظاهر می‍گردد. متداولترین مثال از این نوع خوردگی ؛ خوردگی سطوح لعابدار یا لاکی ظروف غذا و نوشابه ای که در معرض اتمسفر قرار گرفته اند؛ را می توان بیان نمود.فیلامنت هایی برنگ قرمز متمایل به قهوه ای نشاندهنده خوردگی از این نوع می ‍‍باشد.

خوردگی فیلامنتی ؛ یک نوع خوردگی غیر عادی است ؛ زیرا باعث تضعیف یا از بین رفتن قطعه نمی‍شود بلکه تنها به ظاهر جسم صدمه می زند و چون در بسته بندی مواد غذایی ؛ ظاهرا خیلی مهم است ؛ این نوع خاص از خوردگی مشکل اصلی در صنایع غذایی است که از قوطی های فلزی استفاده می‍کنند می باشد. مهمترین فاکتور محیطی در خوردگی فیلامنتی ؛ رطوبت نسبی اتمسفر است و این نوع خوردگی عمدتاً در رطوبت ۶۵ تا ۹۰ درصد اتفاق می‍افتد.

روش های جلوگیری از خوردگی رشته ای :

الف) فسفاته کردن سطوح

ب) نگهداری قطعات و تولیدات در انبارهای خشک (حذف رطوبت توسط مواد یا دستگاه)

ج) استفاده از پوشش ها (رنگها)ی مرغوب

۴-۱ ) خوردگی حفره ای ( Pitting Corrosion) :

خوردگی حفره ای حالت خاصی از حملات موضعی است که در آن فقط نقاط کوچکی از فلز مورد حمله قرار می گیرند، در حالی که سایر نقاط فلز صدمه چندانی نمی بینند.

این نوع خوردگی متمرکز و موضعی است و نقاط معینی از سطح فلز را مورد حمله قرار می دهد. که نتیجه آن حفره هایی در سطح فلز می باشد. این نوع خوردگی معمولاً در پیل های خوردگی ای پیش می آید که سطح آند و کاتد آن کاملا از هم جدا است. آند در داخل حفره و کاتد معمولاً در سطح محیطی حفره قرار دارد.

نتیجه اینکه با تشکیل حفره آسیب شدیدتر ( در مقایسه با خوردگی یکنواخت ) است زیرا در مدت خیلی کوتاه، سطح مشبک می شود.

خوردگی حفره ای یکی از مخرب ترین و زیان آورترین انواع خوردگی در صنعت است که اغلب سریع و غافلگیرانه عمل می کند و منجر به سوراخ شدن می گردد. این سوراخ ها ممکن است قطرهای مختلفی داشته باشند، لکن در اکثر موارد قطر آنها کوچک است. حفره ها گاهی مجزا بوده و گاهی آنقدر نزدیک به هم هستند که سطح زبری بوجود می آورند. معمولاً در صورتی که قطر دهانه محل خورده شده تقریبا مساوی و یا کمتر از عمق آن باشد، شکل حاصل را حفره می نامند.

هنگام ارزیابی حمله ناشی از تشکیل حفره باید موارد زیر را در نظر گرفت : عمق حفره، تعداد حفره ها در واحد سطح و قطر حفره‍ها. تقلیل وزن حاصل از این نوع خوردگی بسیار ناچیز است.

این نوع خوردگی دو پیامد مهم را به همراه دارد :

الف ) موجبات جرم زدایی و تغییرات جغرافیایی سطح را فراهم می آورد.

ب ) حفره های تشکیل شده غالباً مخروطی شکل اند و ایجاد تمرکز تنش می نمایند.

خوردگی حفره ای و شکافی خواص و مشخصات مشترک بسیاری با هم دارند و می توان چنین توصیه کرد که خوردگی حفره ای نظیر خوردگی شکافی است که در آن حفره های بوجود آمده نقش شکاف و درز را بازی می کنند.

عواملی که در ایجاد انواع خوردگی حفره‍ای دخالت دارند تقریبا همان عواملی می باشند که در خوردگی شکافی یا درزی شرکت می کنند. از آن جمله : نسبت مساحت کاتد ( وسیع تر ) به آند ( کوچکتر )، اختلاف در غلظت محرک آند، تشکیل اسید و غیره را می توان نام برد. خوردگی حفره ای در PH های مختلف و پتانسیل های مختلف اتفاق می افتد ولی در کلیه حالات پتانسیل فلز باید در منطقه روئین (Passive) بوده به طوری که قسمت اعظم سطح آن روئین باشد.

خوردگی حفره ای طی دو مرحله انجام می شود :

الف ) مرحله شروع (Initiation) :

وقتی فلز ذوب شده آهن را نورد می کنیم، در روی آلیاژ یک سری نقاط مثبت و منفی بوجود می آید. اختلاف آلیاژها در پتانسیل آنهاست.

 یون کلرور ( Cl ) به نقاط مثبت آنها می چسبد و شروع به انباشته شدن می کند و در نقاط مثبت توده ای بوجود می آید که به آن جزیره نمکی (Salt Island) گویند که برای مرحله رشد آماده است.

ب ) مرحله رشد ( Copout ) :

در این مرحله اولین حفره شروع به رشد می کند. این رشد به دو صورت انجام می گیرد. یکی منفی به طرف پایین و دیگری مثبت به طرف بالا. این عمل ادامه پیدا می کند تا قطعه سوراخ شود.

دوره شروع حفره دار شدن معمولاً طولانی است. بسته به فلز و محیط مورد مطالعه این دوره بین ماهها و تا سالها طول می‍کشد. لاکن به مجدد اینکه حفره ها شروع شدند، با سرعت دائما افزاینده ای به داخل نفوذ می کنند. به علاوه حفره ها موقع رشد تمایل به خالی کردن زیر سطح فلز را دارند.

راه های جلوگیری از انواع خوردگی حفره ای :

روشهای معمول جهت مبارزه با این نوع خوردگی تقریبا همان روشهایی هستند که در مورد خوردگی شکافی یا شیاری بکار می روند. بهترین روش این است که از کاربرد فلزاتی که حساسیت به این نوع خوردگی دارند اجتناب شود.

سایر روش ها به طور خلاصه عبارتند از :

الف ) جلوگیری از فعل و انفعالاتی که خوردگی ایجاد می نماید. ( یون Cl )

ب ) استفاده از مواد مناسب.

ج ) سیال در حال سکون باشد و سرعت داشته باشد.

د ) استفاده از ممانعت کننده.

هـ ) استفاده از پوشش های یکنواخت.

و ) استفاده از سطوح صاف.

۵-۱ ) خوردگی مرزدانه ای ( Intergranular Corrosion) :

نوعی حمله موضعی در انواع خوردگی است که در مرزدانه های فلز به وقوع پیوسته و در نتیجه آن استحکام قابلیت انعطاف و شکل پذیری فلز از بین می رود. در این حالت مواد موجود در مرز دانه ها نقش آند را بازی کرده ( با سطحی کمتر ) و خود دانه ها ( با سطح وسیعتر ) به عنوان کاتد عمل می نمایند.

فلزات معمولاً از دانه های متبلور درست شده اند. وقتی فلز منجمد و یا گرم می شود، چندین فرایند پدید می آیند که در نتیجه آن ناحیه مرزی دانه خصلتهای خوردگی متفاوتی با توده اصلی دانه ها خواهد داشت.

خوردگی بین دانه ای در اغلب فلزات در شرایط نامساعد پیش می آید. مشهورترین آنها خوردگی بین دانه ای در فولاد ضد زنگ است که در نتیجه تشکیل کروم کاربید در زمانی است که غلظت کربن، بسیار زیاد بوده و عملیات حرارتی روی آن به طور مناسبی انجام نگرفته باشد مانند اثر گرم کردن در طی جوشکاری.

در خوردگی مرزدانه ای، حملات در مرز دانه ها متمرکز شده و همراه با خوردگی جزعی دانه ها موجب جدا شدن دانه ها از یکدیگر می شود که سرانجام منجر به کاهش استحکام و یا خرد شدن فلز می گردد. خوردگی مرز دانه ای در نتیجه وجود ناخالصی ها در مرز دانه ها، یا غنی تر شدن یکی از عناصر موجود در آلیاژ در این ناحیه و یا با مهاجرت و تخلیه یکی از عناصر متشکله آلیاژ در منطقه مرزدانه ها اتفاق می افتد.

خوردگی بین دانه ای به دو صورت انجام می‍ گیرد :

الف )‌ پوسیدن خط جوش (Weld Decay) :

زمانی که قطعه ای را جوش می دهیم چون به درجه حرارتهای حساس می رسیم ؛ بعضی از نواحی خالی از کروم می‍شوند و پس از مدتی قسمت جوش داده شده یا سوراخ می‍شود و یا می‍شکند که باعث خوردگی مرزدانه ای می‍شود.

ب )‌ خوردگی تیغه چاقویی (Knife Line Attack) :

اگر آلیاژ مورد نظر را در دمای خیلی ۳۰۰۰°F جوشکاری نماییم. امکان سرد کردن یکدفعه آن نخواهد بود و اگر هم بتدریج سرد گردد در دمای ۹۵۰°F کاربید کروم تشکیل خواهد شد که خوردگی شیار چاقو را بوجود می‍آورد. برای جلوگیری از این عمل آلیاژ را تا ۱۴۵۰ درجه فارنهایت حرارت می دهند تا کاربید کروم حل شود.حال آن را یکدفعه سرد می‍نمایند آنگاه خوردگی شیار چاقویی ایجاد نمی‍شود.

روش های جلوگیری از خوردگی مرز دانه ای :

الف) اعمال روش های عملیات حرارتی به صورت سرد کردن سریع

ب) اضافه نمودن عناصری که بتواند کربورهای خیلی مقاوم تشکیل دهد (عناصر تثبیت کننده)

ج) کاهش مقدار کربن موجود در آلیاژ (به مقدار کمتر از ۰۳/ درصد )به طوریکه تشکیل و رسوب کربور انجام نگیرد.

۱-۵-۱ ) اگسفولاسیون ( Exfoliation ) :

این پدیده معمولاً مختص آلیاژ های آلومنیومی است که پس از شکل دادن ورق های آلومنیومی به روش نورد سرد عارض می شود و نتیجه کار پلاستیکی است که موجب ایجاد جهت یا جهات خاص کریستالوگرافیک می گردد. این پدپده را تگسچر (Texture) نامند.

تگسچر که موجب تغییر جهات دانه ها می گردد و بستگی به جنس و نوع عملیات سرد دارد. ( عبور از پرس یا نورد سرد ) بهر حال در محیط خورنده آن دسته از کریستال هایی که دارای جهات پر انرژی هستند زودتر واکنش نموده تولید اکسید آلومنیوم می نمایند. اکسید آلومنیوم AL۲O۳ حجم بیشتری نسبت به فلز آلومنیوم (AL) اشغال نموده و باعث وارد آمدن نیرو بر دانه های مجاور شده شبکه آلومنیوم از هم گسسته می گردد. البته حمله معمولاً از سطح ورق و از مرز دانه ها شروع می شود. هر چند که با انجام عملیات حرارتی، احتمال بروز این نوع خوردگی پس از کار سرد کاهش می یابد لکن وجود برخی از ناخالصیها هم بر این نوع از خوردگی موثرند.

تاثیر محیط گاه بسیار شدید است مثلا سپر اتومبیل اسپرتی ساخته شده از برنز (AL – Cu) می تواند سال ها در تهران دوام داشته باشد لیکن در هوای مرطوب بندرعباس ظرف یکی – دو سال می پوسد. گاه به این نوع خوردگی، خوردگی مرزدانه ای گویند.

۶-۱ ) خوردگی جدایشی ( Parting Corrosion ) :

خوردگی جدایشی یا جدایش انتخابی ( Selective leaching)، جدا شدن یکی از عناصر آلیاژی از آلیاژ جامد در فرایند خوردگی می باشد. در این نوع خوردگی یکی از عناصر متشکله آلیاژ در نتیجه خوردگی خارج شده و جسم متخلخلی باقی می ماند. مثال آشکار از این نوع خوردگی، جداشدن روی (Zn) موجود در آلیاژ برنج ( مس – روی ) است که در این صورت آن را زدایش روی ( Dezincification ) یا خوردگی گزینشی می نامند.

۱-۶-۱ ) خوردگی گزینشی یا روی زدایی ( Dezincification ) :

شاخص ترین خوردگی گزینشی، روی زدایی از برنج است، برنج زرد ( Yellow Brass ) با ترکیب شیمیایی ۳۰% روی و ۷۰% مس در اثر خوردگی ابتدا Zn آن خورده شده و رنگ زرد آن تبدیل به قرمز مسی می شود.

این خوردگی دو نوع است :

الف ) نوع یکنواخت : لایه ای ( Layer – Type) :

این در حالتی است که درصد روی بالا است و خوردگی زیاد است چون از تمام سطح لوله روی یکنواخت برداشته می شود.

ب ) نوع موضعی (Localized – Type) :

در این حالت درصد روی کم است و روی به صورت لکه ای یا موضعی جدا می شود. نوع Plug بیشتر در شرایط خنثی – قلیایی و یا کمی اسید رخ می دهد. ولی نوع یکنواخت بیشتر در محیط های اسیدی اتفاق می افتد. در کل هر چه درجه حرارت زیادتر و درصد روی بیشتر باشد زدایش یا جدایش روی بیشتر می شود. ( مقدار خوردگی بیشتر می شود ) بر عکس هر قدر که درصد Zn کاهش یابد احتمال بروز این نوع خوردگی نیز کاهش یافته مانند برنج قرمز(Red Brass) با ۱۵% روی، کمتر مورد حمله قرار می گیرد.

۲-۶-۱ ) خوردگی گرافیتیکی ( Graphitic Corrosion ) :

از انواع خوردگی جدایشی هستند در نوع زغالی شدن با گرافیتیکی (Graphitization) جدایش در چدنهای خاکستری (Gray cast Iron) مشاهده می‍گردد. به طوری که در محیط های خورنده به علت خوردگی لایه های سطحی، شکل ظاهری آن به گرافیت تبدیل می گردد که به آسانی به وسیله چاقو کنده می شود. در این نوع خوردگی، آهن در اثر جدایش وارد واکنش شده و گرافیت باقی می ماند. زیرا گرافیت نقش کاتد و آهن نقش آند را بازی می کند، که در اثر این تخریب، چدن خواص مکانیکی خود را از دست می دهد. آلیاژهایی نظیر چدن چکش خوار – چدن سفید – چدن نشکن که دارای کربن آزاد نمی باشند، واکنش خوردگی گرافیتیکی رخ نمی دهد.

روش های جلوگیری از خوردگی جدایشی :

جهت کاهش میزان این نوع خوردگی و یا اجتناب از وقوع پدیده خوردگی جدایشی می توان به طرق زیر عمل نمود.

الف ) حذف یا تعدیل عوامل خورنده محیطی. ( نظیر اکسیژن موجود )

ب ) اعمال سیستم حفاظت کاتدی.

ج ) پوشش دادن سطح و یا استفاده از ممانعت کننده های شیمیایی.

د ) افزودن برخی عناصر به آلیاژ ها که موجب افزایش مقاومت آنها در برابر خوردگی می گردد.

۷-۱ ) خوردگی سایشی ( Erosion Corrosion ) :

خوردگی سایشی از انواع خوردگی در صنعت که عبارتست از افزایش سرعت خوردگی یا از بین رفتن فلز در اثر حرکت نسبی بین یک مایع خورنده و سطح فلز. اگر سطح جسمی که در نتیجه حرکت سیالی سائیده شود اغلب به علت وجود ذرات جامد یا حباب های گاز به صورت معلق در محیط صورت گیرد، اصطلاحاً آن را سائیدگی گویند. و در صورتی که در اثر خورندگی محیط این انهدام تشدید شود، اصطلاح خوردگی سایشی به آن اتلاق می گردد. این صدمات که همواره با سائیدگی مکانیکی قطعات همراه می باشند عموما سریع و شدید صورت می گیرند. در این حالت فلز یا به صورت یون های محلول در آمده و یا با ایجاد محصولات خوردگی جامد از سطح فلز کنده می شوند.

خوردگی سایشی معمولاً دارای ظاهری شیاردار – موجی شکل – سوراخ های کروی شکل و ناهموار – حفره ای شکل و فرو رفته در سطح فلز می باشند. که جهت آنها در یکسو می باشد.

شدت انسدام درخوردگی سائیدگی، بستگی به نوع – خاصیت و مقاومت لایه های سطحی که در روی آن بوجود می آید دارد. خوردگی سائیدگی زمانی پیشرفت می کند که لایه ها و پوشش های محافظ صدمه دیده و یا کنده شده در نتیجه باعث تشدید حملات می گردد.

انواع مختلف محیط های خورنده که سبب ایجاد خوردگی سایشی می شوند عبارتند از :

* سیستم های گازی

* محلول های آبی

* مواد آلی و فلزات مذاب، بویژه موقعی که سیال حاوی ذرات جامد معلق باشد شدت حملات بیشتر می گردد.

عوامل موثر بر خوردگی سایشی عبارتند از :

الف ) پوسته های سطحی

ب ) سرعت حرکت

ج ) تلاطم یا تربولانس

هـ ) اثرات گالوانیک

د ) برخورد

و ) نوع فلز یا آلیاژ (عوامل متا لوژیکی)

۱ – ۷-۱ ) خوردگی حبابی (Cavitation Corrosion) :

خوردگی حبابی یا خوردگی محفظه ای شکل خاصی از انواع خوردگی سایشی است که در اثر تشکیل حباب های بخار و هوا در مایع و ترکیدن آنها روی سطح فلز بوجود می آید. خوردگی حبابی یا کاواک زایی (آسیب دیدن جسم ناشی از موج ضربه حاصل از متلاشی شدن حبابهای تشکیل شده در فشار کم) در توربین های هیدرولیکی – پروانه کشتی ها – پروانه پمپ ها – شیر های خفه کن و سطوح دیگر فلزی که در تماس با مایعات متمرکز قرار دارند و حتی در زانوی انسان ها اتفاق می افتد.

قبل از بررسی خسارت حبابی، ابتدا به بحث درباره پدیده کاویتاسیون می پردازیم.

پدیده کاویتاسیون ( Cavitation )

کاویتاسیون ( Cavitation ) که به آن اضمحلال حبابی نیز گویند را می توان به جوش آمدن موضعی نامید که هرگاه افت فشار به فشار تبخیر برسد، اتفاق افتاده و سیال به بخار تبدیل می گردد ( هر گاه فشار یک مایع نظیر آب به مقدار کافی کاهش داده شود، حتی در دمای محیط به جوش خواهد آمد ) و از آنجایی که تبخیر صورت می پذیرد همراه با افت دما نیز خواهد بود.

کاویتاسیون از حباب کوچکی پدیدار و قطر این حباب تا اندازه ای ماکزیمم افزایش خواهد یافت تا به مرکز سقوط نموده، انرژی را به دو صورت امواج فشاری ( اثر چکشی ) و یا گردابی ناشی از یک جت میکروسکوپی آزاد نماید. این مولفه ها بر بدنه قطعه اثر گذارده و باعث خوردگی سایشی می شوند.

به عنوان مثال یک سیلندر پر از آب در نظر بگیرید که دارای پیستون است. اگر پیستون را بالا ببریم، فشار روی آب کاهش می یابد و آب بخار می گردد. حال اگر پیستون را به پایین فشار دهیم، فشار افزایش می یابد و حبابهای آب تبدیل به مایع می شوند یا منفجر می شوند. تکرار این پروسه با سرعت بالا ( شبیه حالت پمپهای آب )، باعث می شود که حبابهای بخار آب به سرعت تشکیل شده و از بین بروند. محاسبات نشان داده اند انفجار این حبابها تولید امواج شوکی با فشارهایی به بزرگی PSI 60000 می نمایند.

نیروهایی به این بزرگی می توانند باعث تغیر شکل پلاستیکی در بسیاری از فلزات بشوند.پدیده کاویتاسیون همراه با ارتعاش و صدا است و از آنجایی که کاویتاسیون ارتباط مستقیمی به سرعت سیال دارد و در سرعت های بالا ایجاد می شود، هر گونه تغییر در شکل دستگاههای مهندسی که در آنها سرعت و فشار سیال تغییر یابد بر روی کاویتاسیون اثر می‍گذارد. همچنین وجود ناخالصیهایی همانند گازها – ذرات جامد و عناصر حل شده در سیال که ویسکوزیته را تغییر می‍دهند بر شروع و عملکرد کاویتاسیون اثر می‍ گذارند. ابر های کاویتاسیون که شامل میلیون ها عدد حباب هستند در زمان کوتاهی سطح را تخریب می نمایند.

همچنین خواص خورندگی سیال و خواص مکانیکی و متالوژیکی قطعات مهندسی نیز بر شدت تخریب کاویتاسیونی تاثیر دارند. سختی – استحکام کششی – مقاومت در برابر پیشروی ترک و آرایش سطوح بر مقاومت در برابر کاویتاسیون موثرند.

۲-۷-۱ ) خوردگی فرسایشی ( fretting Corrosion) :

این نوع خوردگی از انواع خوردگی در صنعت در محل های تماس بین دو فلز که تحت بار هستند و در معرض ارتعاش و لغزش قرار دارند ایجاد می شود. خوردگی فرسایشی روی فلز به صورت حفره ها و یا شیار هایی که به وسیله محصولات خوردگی احاطه شده است ظاهر می شود. اکسیداسیون اصطکاکی – اکسیداسیون سایشی – برینل شدن کاذب – خوردگی خراشیدگی یا خشونت سطحی از دیگر نام های این نوع خوردگی می باشند.

خوردگی فرسایشی در اجزاء موتور ها، قطعات اتومبیل ها، اجزاء پیچ شده به یکدیگر و ماشین آلات دیگر مشاهده شده است.

اساساً، این نوع خوردگی، حالت خاصی از خوردگی سایشی است که در تماس با اتمسفر اتفاق می افتد. خوردگی فرسایشی بسیار مخرب است زیرا باعث از بین رفتن قطعات و تولید ذرات اکسیدی می شود. این نوع خوردگی غالباً باعث کنده شدن سطح و رفتگی و از بین رفتن تلورانس و لق شدن اجزائی که در تماس با یکدیگر هستند، می شود.

همچنین بخاطر لق شدن، تنشهای بیشتری هنگام کار بوجود آمده و حفره ها نیز به عنوان مراکز تجمع تنش عمل نموده و در نتیجه باعث شکست فلز در اثر خستگی می شود.

مثال کلاسیک خوردگی فرسایشی در صفحات فولادی است که به وسیله پیچ و مهره برای نگهداری ریلهای راه آهن بکار می‍رود. سفت کردن مداوم این پیچ و مهره ها ضروری است. برای اینکه خوردگی فرسایشی اتفاق بیافتد، شرایط زیر بایستی مهیا باشد.

الف ) محل تماس تحت بار باشد.

ب ) ارتعاش یا حرکت نسبی بین دو سطح مکررا صورت گیرد.

ج ) بار و حرکت نسبی در فصل مشترک بایستی برای تولید لغزش با تغییر شکل روی سطوح کافی باشد.

روش های جلوگیری از خوردگی سایشی عبارتند از :

ب ) تغییر شکل قطعات و وسائل مورد نظر.

ج ) جذب و خارج سازی هوا و اضافه نمودن مواد شیمیایی کند کننده.

د ) استفاده از پوشش های مختلف که مانع از تماس سطوح فلزی با محیط خورنده می گردند.

هـ ) حفاظت کاتدی.

۸-۱ ) ترک القایی از محیط ( Cracking ) :

ترک القایی محیط زیست بر اثر کششهای مکانیکی و خوردگی به صورت توام پیش می آید. هر گاه کشش ها شامل تنش های کششی ایستا باشند در این صورت می توان آن را ترک خوردگی تنشی نامید. ولی هرگاه مقدار بار تغییر کند، در این صورت فرایند را خوردگی خستگی نامند. بین این دو فرایند مرز مشخصی وجود ندارد. هر دو می توانند منجر به ترک و شکست شوند.

۱-۸-۱ ) خوردگی تنشی ( Stress Corrosion ) :

در شرایطی که قطعه ای تحت تاثیر تنش کششی ثابتی بوده و نیز در محیط خورنده قرار گرفته باشد به علت اثرات همزمان و متقابل این عوامل سرعت و میزان خوردگی تشدید می گردد که آن را خوردگی تنشی می نامند.

معمولاً نیروهای مکانیکی یعنی نیروهای کششی و نیروهای فشاری و نیز خاصیت خورندگی محیط هر کدام به تنهایی اثرات چندانی در تخریب فلز ندارند، ولی در حالاتی که نیروهای کششی و محیط خورنده با هم عمل نمایند منجر به انهدام سریع فلز می گردد. از آنجایی که اثرات این تخریب منجر به ایجاد ترکهایی در قطعه مورد نظر می شود آن را ترک خوردگی تنشی(Stress Corrosion Cracking) می نامند که اغلب اختصاریS.C.C به آن اشاره می شود.

تنش کششی می تواند به صورت های زیر باشد :

الف ) تنش باقیمانده که در نتیجه تغییر شکل سرد در جسم باقیمانده است. مانند خم کردن و یا کشیدن جسم.

ب ) تنش اعمال شده از طریق بار مستقیم.

در مورد فرایند یا مکانیزم ترک خوردگی تنشی می توان دو مرحله اصلی را تمیز داد. پیدایش ( آغازش ) و انتشار ( شکست ). پیدایش فرایندی است که پیش از ملاحظه ترک با چشم وقوع می یابد.انتشاردلیل برپیشرفت ترک بوده و نتیجه آن می تواند منجر به شکست یا اثر ناپذیری مجدد گردد. این مکانیزم بر حسب ماده و شرایط خوردگی تغییر می کند.

ترک خوردگی تنشی منجر به ایجاد ترک هایی می گردد که می تواند به صورت های زیر باشد:

الف ) ترک خوردگی مرزدانه ای ( Inter Crystalline) :

در این نوع ترک خوردگی که به آن ترک سرتاسری در دانه ها نیز گویند، ترک از میان دانه های بلوری به طور مستقیم عبورمی کند به عبارتی ترک ها در مرز دانه های فلز نفوذ می کند که اغلب در آلیاژهای آلومینیوم – فولاد های کم کربن و برنج ها اتفاق می افتد.

ب ) ترک خوردگی داخل دانه ای ( Trans Crystalline) :

در این نوع ترک خوردگی، ترک از بین یا داخل دانه ها عبور کرده و سبب متلاشی شدن آنها می گردد. ترک خوردگی فولاد های ضد زنگ نیکل و کروم دار در محلولهای گرم و حاوی یون کلر، به صورت داخل دانه ای صورت می گیرد.

همان طوری که بیان گردید، ترک خوردگی تنشی یا به صورت مرزدانه ای است و یا به صورت بین دانه ای. ولی گاهی نیز ممکن است ترکی ابتدا به صورت مرزدانه ای شروع شده و ادامه آن به صورت داخل دانه ای باشد و برعکس. ترک خوردگی فلز معینی ممکن است در محلولی به صورت مرزدانه ای ولی در محلولی دیگر به صورت داخل دانه ای باشد. همچنین تغییرات درجه حرارت یا PH محیط ممکن است نوع ترکهای حاصل در یک فلز را تغییر دهد.

اصطلاح ترک خوردگی فصلی ( Season Cracking) به ترک خردگی تنشی که در پوکه های فشنگ های از جنس برنج اتفاق می افتد، اتلاق می شود. که در هوای بارانی و مناطق گرمسیری مخصوصا درقسمتهایی از پوکه ها که روی گلوله فشرده و محکم شده دیده شده است، که در اثر وجود تنش و نیز وجود آمونیاک ( ناشی از تجزیه مواد آلی ) ایجاد می گردد.

روش های جلوگیری از ترک خوردگی تنشی :

الف ) کاهش تنشهای موجود ( ضخیم ساختن قطعه – کاهش فشار ) به عبارتی تنش زدایی.

ب ) حذف عوامل موثر در محیط ( حذف گاز – حذف مواد معدنی و یا تقطیر ).

ج ) تغییر جنس آلیاژ ( استفاده از فلزات مناسبتر ).

د ) اجرای حفاظت کاتدی.

هـ ) افزودن مواد شیمیایی کند کننده به سیستم.

۲-۸-۱ ) خوردگی خستگی ( Fatigue Corrosion ) :

وقتی که به یک جسم بار متغیری وارد شود، حتی اگر مقدار بار به طور قابل ملاحظه ای کمتر از حد نهایی مقاومت جسم باشد، ممکن است تغییری در جسم روی دهد که نتیجه آن آسیب دیدن جسم است. تغییرات نامناسب بار ممکن است منجر به تشکیل ترک و شکست گردد. این نوع آسیب را خستگی می نامند. سرعت حمله، وقتی با خوردگی همراه باشد بسیار زیادتر خواهد بود. در این صورت این پدیده را خوردگی خستگی می نامند. در این حالت همانطور که در ترک خوردگی تنشی دیده شد، به محیط خورنده خاصی نیازی نیست.

قسم بزرگی از شکستها در صنایع به دلیل خستگی و یا خوردگی خستگی ایجاد می گردد. اصولا خستگی بر اثر وارد آمدن تنشهای دینامیکی، کششی – فشاری و بطور مناسب طی معمولاً سیکلی معین اتفاق می افتد.

ترک های حاصل از خستگی و خوردگی خستگی معمولاً به صورت درون دانه ای، مستقیم و بدون انشعاب و پهن هستند. در خوردگی خستگی معمولاً چندین ترک با هم و به صورت گروهی دیده می شوند. ولی در خستگی خالص اغلب تعداد معدودی ترک وجود دارد.

شکستگی های حاصل ازخستگی و خوردگی خستگی مشابه ترک خوردگی تنشی از نوع ترد است. روی سطح ترک اغلب می‍توان نقطه شروع و نیز تعدادی منحنی که چگونگی پیشرفت ترک را نشان می دهند را مشاهده نمود.

آسیب خستگی و خوردگی خستگی به طرق مختلف روی می دهد. به عنوان مثال می توان به ترک پروانه کشتی ها اشاره نمود. بار روی هر تیغه پروانه به موقعیت تیغه نسبت به بدنه کشتی تغییر می کند لذا بر حسب شرایط حرکت، تغییر بار مکرر همراه با خوردگی آب دریا پیش می آید. در نتیجه، در شرایط نا مناسب خوردگی خستگی زیاد می شود.

روش های جلوگیری از خوردگی خستگی :

الف ) افزایش مقاومت یا استحکام کششی فلز یا آلیاژ.

ب ) کاهش تنش وارده بر قطعات.

ج ) استفاده از مواد کند کننده.

د ) استفاده از پوشش های بی نظیر آبکاری توسط روی – نیکل – کروم و مس و یا نیتراته کردن.

۹-۱ ) خوردگی رسوبی :

خوردگی همراه با رسوب محصولات خوردگی یا مواد دیگر که در زیر رسوب یا در اطراف خیلی نزدیک به رسوب پیش آید، خوردگی رسوبی نامیده می شود.

این نوع خوردگی از انواع خوردگی در صنعت نتیجه وجود رطوبت در داخل یا زیر رسوب است. زیرا حرکت آب کند است و شرایط ایجاد خوردگی در زیر رسوب شبیه خوردگی شکافی است. نتیجه آن تشکیل یک پیل خوردگی است که آند در زیر رسوب و کاتد در لبه یا دقیقا کنار لبه قرار دارد.

خوردگی رسوبی را به صورت مثال های زیر می توان مشاهده نمود.

  • زیر گل های جاده که بر روی قوس چرخ اتومبیل ها قرار می گیرد.
  • زیر برگ های جمع شده در آبراه ‍های پشت بام.
  • در مکان های کثیف زیر کشتی و چگالنده های خنک شده با آب دریا.

۱۰-۱ ) خوردگی اصطکاکی :

خوردگی اصطکاکی شامل فرایند خوردگی همراه با لغزش نوسانی بین دو سطح تماس با یکدیگر است. چگونگی پیشرفت واکنش بستگی به شرایط دارد، برای تشریح ویژگی فرایند خوردگی اصطکاکی فلزات در هوا می توان دو نظریه مختلف ارائه کرد.

الف ) وقتی سطوح فلزات در اثر فشار روی هم می لغزند بین آنها در بعضی نقاط جوش می خورد. که نتیجه آن جدا شدن ذرات کوچک از سطوح فلزات در اثر حرکت مداوم است. این ذرات کوچک فلزی به سرعت در اثر تماس با اکسیژن هوا، اکسید شده و ذرات بسیار کوچک یا گرد اکسید تیره رنگ تشکیل می دهند.

ب) سطح فلز در تماس با اکسیژن هوا اغلب از اکسید فلز نامرئی پوشیده می شود که از ادامه اکسایش آن جلوگیری می‍کند. نقاط تماس یعنی جایی که سطوح فلز روی هم می لغزد پیوسته جدا می شوند و اکسید فلز بازسازی می شود. اکسیدهای جدا شده گرد تیره ای رنگی درست می کنند که رنگ نقاط تماس را از بین می برد.

خوردگی اصطکاکی از انواع خوردگی در صنعت در حمل و نقل های طولانی ورقه های چیده شده روی هم و یا به صورت درهم و یا توده میله و تیرآهن انباشته برروی هم پیش می آید. زنگها معمولاً به صورت خطوط طولی است. خوردگی اصطکاکی در وسائلی که محکم بسته بندی شده اند در مدت انتقال نیز دیده می شود. مثال هایی که در مورد خوردگی اصطکاکی در بالا ذکر شد نیاز به حضور آب ندارد و به عکس، حضور بخار آب در هوا، ممکن است نقش باز دارنده ایفا کند. به این جهت خوردگی اصطکاکی سبب بروز برخی مشکلات در پروازهای فضایی، در جاهایی که فشار آب پائین بوده است، شده است.

۱۱ – ۱ ) خوردگی جریان هرز :

این نوع خوردگی، که در ساختارهای زیر زمینی و در آب پیش می‍آید، معلول جریان هرز حاصل از دستگاه های الکتریکی حامل جریان است. بخشی از جریان دستگاه در اثر تماس با خاک یا آب وارد آن می شود. به طور کلی تنها جریان مستقیم سبب ایجاد خوردگی جریان هرز بر روی آهن و فولاد می شود.

منشاء جریان هرز که احتمالاً سبب آسیب می شود منابع مختلف است، مانند جریان مستقیم محرک اتوبوس های برقی یا ترن های زیر زمینی، خطوط انتقال جریان مستقیم و یا جریان مستقیم دستگاه های جوشکاری. جریان متناوب که برای حرکت ترن ها به کار می رود معمولاً سبب خوردگی جریان هرز نمی شود.

چگونگی خوردگی جریان هرز می تواند در خطوط لوله مجاور خط راه آهن که نیروی محرکه الکتریکی آن جریان مستقیم است ظاهر می شود. قسمتی از جریان طبق طراحی اولیه طریق ریل ها به صورت جریان هرز به منبع جریان مستقیم ( یکسو ساز ) وارد نشده و در عوض از طریق زمین که لوله فولادی نیز در آن قرار دارد حرکت می کند و چون لوله فولادی رسانای خوبی است. بخشی از جریان هرز نیز به این لوله منتقل می‍ گردد. نزدیک ایستگاه یکسوساز جریان لوله را ترک کرده و وارد ایستگاه می‍گردد. جایی که جریان از طریق زمین مرطوب وارد لوله می شود لوله در نقش کاتد عمل می‍کند و در جایی که جریان از لوله خارج شده و به ایستگاه تغذیه بر می‍گردد یک واکنش آندی صورت می‍گیرد و خوردگی فولاد به صورت واکنش زیر انجام می‍گیرد.

به طوری که ممکن است لوله در مدت کوتاه دو سال سوراخ شود.

هدف از مقابله با خوردگی جریان هرز، جلوگیری از خروج جریان از فلز و حمله آندی همراه آن است. این هدف با اتصال الکتریکی ( فلزی ) لوله به قطب منفی جریان در سیستم جریان مزاحم تحقق می یابد. این اقدام را نشست الکتریکی می نامند.

۱۲-۱ ) صدمات هیدروژنی ( Hydrogen Damage ) :

صدمات یا خسارات هیدروژنی عبارتند از خسارات و آسیبهای مکانیکی وارد بر فلز که به علت حضور ئیدروژن یا واکنش متقابل آن با فلز ایجاد می شوند.

کلاً تخریب هیدروژنی به چهار حالت اتفاق می افتد که به قرار زیر هستند.

الف ) تاول هیدروژنی ( Hydrogen Blistering ) :

این خسارت ناشی از نفوذ و رسوخ ئیدروژن به داخل فلز می باشد. تشکیل هیدروژن در سطوح کاتدی پیل های خوردگی و یا در عملیات حفاظت کاتدی صورت می‍گیرد. معمولاً هیدروژن در بدو تولید به صورت اتمی می باشد. بخشی از این اتمها یا با اکسیژن موجود وارد ترکیب شده و تولید آب می نمایند و یا با سایر یونها ترکیب شده و ترکیبات دیگری بوجود می آورند. به علاوه قسمتی از اتم های هیدروژن در فلز نفوذ کرده و در آن حل می شوند، ولی در قسمتی دیگر با هم ترکیب شده و تولید هیدروژن مولکولی یا گازی را می نماید که در این صورت منجر به پدیده تاول هیدروژنی می گردند. ( برعکس ئیدروژن اتمی، ئیدروژن مولکولی نمی تواند در فلز رسوخ نماید ) قسمت عمده هیدروژن از فولاد (فلز) عبور نموده و در سطح خارجی فلز تشکیل مولکول هیدروژن را می دهند. اگر هیدروژن هنگام عبور از داخل فلز به یک حفره برسد، در این حفره ها مولکول ئیدروژن تشکیل می شود. چون هیدروژن مولکولی نمی‍تواند از داخل فلز عبور کند، بنابراین غلظت ئیدروژن و فشار آن در داخل حفره افزایش می‍یابد‍. فشار تعادلی هیدروژن مولکولی در تماس با هیدروژن اتمی چند صد هزار اتمسفر است که برای انهدام فلزات مهندسی موجود کافی می‍باشد. در واقع تبدیل ئیدروژن اتمی نفوذ یافته به داخل فولاد به هیدروژن مولکولی، و ایجاد فشار زیاد در آن ناحیه در نهایت منجر به تاول زدن با شکافتگی فلز ( فولاد ) گشته و خسارات شدیدی را باعث می شود.

تاول زدن هیدروژنی بیشتر در صنعت نفت متداول است. این پدیده در تانکهای ذخیره کننده و پروسسهای تصفیه مشاهده می‍گردد. یک روش برای کنترل آن افزودن ممانعت کننده به سیستم، مثل یون پلی سولفید، می باشد.

در تاول ئیدروژنی فشار تولید شده معمولاً بالای ۱۰۴ اتمسفر است. اتمهای شبکه با این فشار از هم می گسلد و با رسیدن اتم های هیدروژن و تولید گاز هیدروژن  ایجاد تاول می نماید.

ب ) تردی هیدروژنی ( Hydrogen Embrittlement) :

تردی یا شکنندگی هیدروژنی حالتی است که در آن جذب و نفوذ هیدروژن موجب تردی – شکنندگی و کاهش قابلیت انعطاف فلز می‍گردد. که غالباً در فولادهای تنش دار اتفاق می افتد. در محیط های آبی و طی واکنش های خورندگی مثلا در زنگ زدگی معمولی، حفاظت کاتدی، آبکاری یا عملیات اسید شویی ممکن است ئیدروژن در سطح فلز بوجود آید. قسمتی از ئیدروژنهای اتمی در سطح فلز با هم ترکیب شده و تولید گاز هیدروژن می نماید که وارد محیط عمل می گردد ولی قسمت دیگر جذب فلز می شود و در صورتی که فلز تحت تنشهای کششی باشد شکنندگی ئیدروژنی اتفاق می افتد. ترکهایی که در اثر این پدیده تولید می شود ممکن است مرز دانه ای بوده و یا داخل دانه ای باشند، و تشخیص اینکه ترک خوردگی از نوع تنشی اتفاق افتاده یا شکنندگی هیدروژنی است بسیار دشوار است.

حضور مواد شیمیایی مختلف در محیط تاثیر زیادی برروی شکنندگی ئیدروژنی دارند. مثلا وجود کرومات سدیم سبب کند شدن جذب یا نفوذ هیدروژن می شود، در حالی که وجود سلیکات سدیم باعث ازدیاد جذب می گردد. همچنین وجود هیدروژن سولفوره یا ترکیبات آرسنیک باعث کند شدن یا مسموم شدن مرحله تشکیل مولکولهای هیدروژن ( بی ضرر ) در سطح فلز شده و در نتیجه موجب افزایش شکنندگی هیدروژنی می شود.

کلا بحث در خصوص روشهای پیشگیری از این نوع خوردگی طولانی و عمیق است که استفاده از آلیاژهای مناسب، انجام عملیات های حرارتی، استفاده از پوشش ها و ممانعت کننده های شیمیایی را شامل می گردد.

ج ) ترک القایی هیدروژنی ( Hydrogen Induced Cracking) :

لوله های انتقال نفت از ورق های نورد شده ساخته می شوند که در این عملیات ورق های نورد شده با عرض های مختلف متناسب با قطر لوله درخواستی بریده، سپس به شکل استوانه درآمده، در حاشیه درز لوله و معمولاً با روش قوس الکتریک جوش داده می شود تا به آن لوله درز جوش گویند.

پس از نورد سرد ساختار متالوژیکی فولاد تغییر می‍نماید تا دانه ها و ناخالصیها کشیده شوند. هیدروژن به دور فلزجمع شده و ایجاد شکاف می نماید. این شکافها ( ترکها ) به هم متصل گشته، ترک اصلی که منجر به شکست لوله می گردد را به وجود می آورند، به این نوع ترک، ترک القایی هیدروژن ( H. I. C ) یا ترک پله ای (Stepwise Cracking) گویند.

د ) زدایش کربن ( Decarburization ) :

دکربوره کردن عبارتست از جدا شدن کربن موجود در فولاد که اغلب توسط هیدروژن مرطوب و در درجات حرارت بالا صورت می گیرد و با ایجاد این پدیده مقاومت کششی فولاد کاهش می یابد. در اغلب موارد گاز ئیدروژن همراه با بخار آب می باشد که می تواند طبق رابطه زیر سبب زدایش کربن از فولاد می گردد.

 C(Fe) + H۲o = H۲ + Co

( کربن موجود در فولاد که یا به صورت محلول بوده و یا به صورت کربور همراه فولاد می باشد) در کربورها و یا کربن موجود در فولاد با بخار آب وارد فعل وانفعال شده و تولید ئیدروژن و منواکسید کربن می نماید. سرعت و جهت این واکنش بستگی به فعالیت کربن موجود در آلیاژ و نیزبه نسبت بخار آب، منواکسید کربن و ئیدروژن موجود در محیط دارد.

اگر فولادها در درجه حرارتهای بالا در معرض ئیدروژن قرار گیرند واکنش زیر صورت می گیرد.

که در واقع کربن یا کربور موجود در فولاد ها و در نتیجه فعل و انفعال تولید متان می نماید.

از آنجایی که ئیدروژن اتمی به سهولت در فولادها نفوذ می کند لذا به علت تولید متان در شرایط مناسب و در نقاط داخلی فلز منجر به ترک خوردگی می گردد. با اضافه کردن کرم و مولیبدنیوم به فولادها، مقاومت آنها در برا بر ترک خوردگی و زدایش کربن افزایش می یابد.

به طور خلاصه دکربوره کردن یا از بین رفتن کربن فولاد، غالباً در اثر تماس هیدروژن مرطوب با فلز در درجه حرارت بالا می باشد. در اثر دکربوره شدن استحکام کششی فولاد کم می شود.

خوردگی هیدروژنی ( Hydrogen Attack ) یکی دیگر از ویژگی های تخریب هیدروژنی است که در بعضی منابع به آن اشاره گردیده است.

منظور از این بحث واکنش بین ئیدروژن و یکی از عناصر آلیاژی با اجزاء تشکیل دهنده فلز در درجه حرارت بالا می باشد. مثال واضح در مورد خوردگی هیدروژنی، تجزیه شدن و پوسیدن مس اکسیژن دار در حضور ئیدروژن می باشد. خوردگی هیدروژنی و دکربوره کردن هر دو در درجه حرات های بالا اتفاق می افتند.

روش های جلوگیری از تاول ئیدروژنی :

الف ) استفاده از فولاد سالم. ( استفاده از فولاد کشته به جای فولاد جوشیده )

ب ) استفاده از پوشش. ( پوشش های فلزی – معدنی – آلی و روکشها )

ج ) کاربرد مواد کند کننده.

د ) خارج ساختن مواد مضر ( نظیر سولفوره – ترکیبات آرسنیک – سیانور ها – یون های فسفره)

ذ)تغییر آلیاژ (استفاده از آلیاژهای نیکل دار)

روش های جلوگیری از تردی هیدروژنی :

الف ) استفاده از مواد کند کننده.

ب ) تنظیم شرایط در آبکاریها.

ج) عمل پخت فولاد. (Baking) در درجه حرارت پایین ( F۰ ۲۰۰-۳۰۰)

د ) تغییر آلیاژ فولاد.

هـ ) جوشکاری صحیح

۱۳ –۱ ) خوردگی اتمسفری ( Atemospheric Corrosion ) :

خوردگی ناشی از اتمسفرهای مختلف، از نظر هزینه و تناژ، از هر نوع محیط دیگری به تنهایی بیشتر باعث انهدام می شود. خسارات ناشی از این نوع خوردگی در ایالات متحده ۲ میلیون دلار تخمین زده می شود. اتمسفرها را می توان به ۳ دسته تقسیم نمود. صنعتی، دریایی و روستایی. اتمسفرهای صنعتی عمدتا به خاطر گازهای گوگرد دار حاصل از احتراق سوختها خورنده تر از اتمسفرهای روستایی هستند. خوردگی عمدتا به خاطر رطوبت و اکسیژن است ولی به وسیله ناخالصیهایی مثل ترکیبات گوگردی و نمک طعام مسئله حادتر می‍گردد. خوردگی فولاد در ساحل دریا ۴۰۰ تا ۵۰۰ برابر خوردگی آن در یک ناحیه کویری است.

خوردگی در فضای بسته ( Sheltered Corrosion ) خسارات زیادی به بار می آورد. این اصطلاح برای مواردی بکار می رود که رطوبت کندانس شده یا تجمع می کند و دیر خشک می شود.

۱۴ –۱ ) خوردگی بیولوژیکی ( Biological Corrosion ) :

خوردگی بیولوژیکی از انواع خوردگی نیست، بلکه از بین رفتن یا انهدام یک فلز بوسیله پرسس های خوردگی که بطور مستقیم یا غیر مستقیم در نتیجه فعالیت موجودات جاندار است، می باشد.

این نوع خوردگی چون با جانداران زنده ( گاه آبزی ) ارتباط دارد، به صورت موضعی عمل می نماید. موجودات زنده در این نوع خوردگی شامل انواع میکروسکوپی مثل باکتریها و انواع ماکروسکوپی مثل جلبکها و سایر جانداران دریایی می‍باشند. موجودات میکروسکوپی و ماکروسکوپی در محیط های دارای PH های صفر تا ۱۱، درجه حرارتهای ۳۰ تا ۱۸۰ درجه فارنهایت و فشارهای تا PSI 15000 زندگی می کنند و تکثیر می یابند. این موجودات بعضی مواد را تغذیه نموده و مواد دیگری را بوجود می آورند.

این پروسس ها به طرق زیر می تواند بر رفتار خوردگی موثر باشد :

۱- با تاثیر مستقیم بر واکنش های آندی و کاتدی.

۲- با تاثیر بر پوسته های محافظ سطحی.

۳- با بوجود آوردن محیط ها خورنده.

۴- با تولید رسوبات.

این اثرات بسته به محیط بیولوژیکی ممکن است تک تک یا با یکدیگر واقع شوند. باکتریها از نظر اندازه بسیار کوچک هستند و طولی کمتر از ۱۰ میکرومتر و ضخامتی حدود m m ۲ دارند و به دو دسته هوازی ( aerdoic ) و غیر هوازی ( anaerobic) تقسیم می گردند.

درباره ی محمد معتمدی

یک پاسخ ارسال نمایید