خوردگی

خوردگی بطور کلی بصورت از بین رفتن مواد به علت واکنش با محیط تعریف می‌شود.خوردگی یك واكنش شیمیایی و یا الكتروشیمیایی مخرب بین سطح فلز و محیط اطراف آن می‌باشد. با توجه به اینكه از لحاظ ترمودینامیكی مواد اكسید شده نسبت به مواد در حالت معمولی در سطح پایین‌تری از انرژی قرار دارند، بنابراین تمایل رسیدن به سطح انرژی پایین‌تر سبب اكسید (خورده) شدن فلز می‌گردد. با این توضیح می‌توان گفت كه هیچگاه نمی‌توان به طور كامل از خوردگی جلوگیری نمود، بلكه باید به نحوی میزان خوردگی را به حد قابل قبول رسانید.

تاریخچه

یکی از کهن‌ترین آثار خوردگی مربوط به دیوار آهنی قفقاز است که روی آن را با مس پوشش دادند. آغاز پژوهش بگونه امروزی در انگلستان پس از غرق شدن کشتی جنگی HMS Alarm در سال ۱۷۶۱ میلادی بود. پس از آن ورقه‌های مسی به بدنه کشتی‌ها وصل می‌شد اما پس از چندی دیده شد که این ورقه‌ها در جاهایی که میخ‌های فولادی آنها را نگه داشته بود، خورده شده‌اند (خوردگی گالوانیک).وقوع طبیعی واکنش های مربوط به پدیده ی خوردگی مربوط به زمانهای خیلی دور می باشد ،ولی برخورد های علمی و اصولی با این پدیده به مطالعات و تحقیقات بسیار ارزشمند دانشمند معروف انگلیسی ((میشل فارادی)) نسبت داده میشود. این دانشمند در سال های 1840-1830 رابطه ی بین فعالیتهای شیمیایی و جریانات الکتریکی (نسبت بین مقدار فلز حل شده و جریان برق) را به رابطه معروف M=Kit ارائه نمود. او همچنین گزارش می کند که رویین شدن آهن ناشی از تشکیل فیلم بر روی آن است و برای اولین بار اعلام می دارد که انحلال فلزات،ماهیت الکترو شیمیایی دارد .البته قبل از او ((همفری دیوی)) دانشمندان انگلیسی به بررسی اصول خوردگی گالوانیکی پرداخته و نتایج آزمایش ها ی خود در باره چگونگی حفاظت کاتدی بدنه ی کشتی ها با نصب آندهای فدا شونده را در سال 1824 منتشر ساخت . اقدامات این دانشمند پایه ها عملی و اجرایی حفاظت کاتدی را به وجود آورد و موجب توسعه و گسترش کاربرد آهن گالوانیزه گردید.

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

انواع

خوردگی دارای انواع متفاوتی می‌باشد که می‌توان آن‌ها را با توجه به شکل منطقه خورده شده به دو دسته کلی تقسیم نمود:

• خوردگی یکنواخت
• خوردگی موضعی

هزینه‌های خوردگی

ریزش پلی در اوهایو آمریکا

از آنجا که خوردگی پدیده‌ای تخریبی است، هزینه‌هایی در پی دارد. این هزینه‌ها در دو دسته مستقیم و غیر مستقم (پیامدهای مستقیم) هستند که دسته دوم بسیار بیشتر از نخستین است. در آمریکا در سال هزینه سالانه خوردگی چیزی پیرامون ۱/۳٪ تولید ناخالص داخلی (۲۷۷ میلیارد دلار در سال 1998])جابر نشاطی رئیس انجمن خوردگی ایران در نشست خبری سومین کنگره خوردگی صنعت نفت با محوریت مدیریت خوردگی با بیان اینکه خوردگی به صورت مستقیم و غیرمستقیم در واحدهای صنعتی تأثیر می‌گذارد، گفت: خوردگی خسارات جبران‌ناپذیری را به صنعت کشور وارد می‌کند بطوری که بسیاری از این خسارات در دنیا عنوان نمی‌شود.

وی با اشاره به اینکه 8 دهم تا 5 درصد هزینه تولید ناخالص مربوط به خوردگی است، افزود: اگر تولید ناخالص 400 میلیارد دلار تصور کنیم نزدیک به 10 میلیارد دلار در سال با هزینه خوردگی مواجه می‌شویم.

سرعت خوردگی

سرعت خوردگی (i_corr)را با مقدار الکترون تولیدی بر یکای زمان (آمپر I) می‌توان سنجید اما از آنجا که اثر سطح را باید در نظر داشت، بایستی عدد بدست آمده بر یکای سطح بخش گردد.

سرعت خوردگی بطور معمول بصورت میل در سال (mpy) بیان می‌شود: $mpy={\frac {534W}{DAT}}$

که در آن W، کاهش وزن بر حسب میلی‌گرم، D چگالی نمونه بر یکای گرم بر سانتی‌متر مکعب، A مساحت نمونه بر حسب اینچ مربع و T زمان خوردگی بر یکای ساعت است.

عوامل موثر در خوردگی

عوامل موثر در خوردگی

درجه حرارت

حرارت محيط يكي از عواملي است كه بر ميزان و شدت خوردگي فلزات تاثير گذار مي باشد. افزايش درجه حرارت محيط باعث افزايش سرعت خوردگي مي شود. به صورت تجربي مشاهده شده است كه با افزايش هر 10 درجه حرارت محيط سرعت خوردگي فلز 2 برابر مي شود.

اختلاف پتانسيل

در يك محيط الكتروليتي مشترك اگر دو فلز از جنس هاي متفاوتي وجود داشته باشد از انجا كه به صورت الكترود در مي ايند، اختلاف پتانسل بين انها شكل مي گيرد كه باعث مي شود بسته به جنس فلز يكي تبديل به اند و ديگري تبديل به كاتد گردد. در اين حالت فلز اندي با سرعت بيشتري شروع به خورده شدن مي كند.

خواص فلزي

ساختمان دروني فلزات از عوامل مهمي است كه بر روي خوردگي فلزات و شدت ان تاثير قابل توجهي دارد. ساختاربلوري فلز، نوع آلياژ و تركيب شميايي ان، روش هاي ريخته گري، خواص مكانيكي و مقاومتي فلزات و انواع مختلف الياژها و عمليات حرارتي ازمواردي است كه بر ميزان خوردگي تاثير گذار مي باشد.

عوامل مكانيكي

يكي از موارد موثر بر خوردگي ساييدگي است. ساييدگي سطح فلز باعث مي گردد لايه هاي اوليه خورده شده بر روي سطح فلز كه مانع از خوردگي سطح هاي پايين تر ان ميگردد، از بين رفته و سطح هاي پايين تر در معرض خوردگي هاي بعدي قرار گيرد. مورد موثر ديگر براي قطعات فلزي است كه تحت تاثير تنش هاي كششي هستند مخصوصا زماني كه تنشها از قدرت ارتجاعي فلز بالاتر باشند. در اين حالت امادگي فلز براي خوردگي بسيار بالا مي باشد. فطعات فلزي كه تخت فشار مي باشند نيز در معرض خوردگي بيشتر قرار دارند.

ناخالصي ها و شرايط محيطي

رطوبت خود عامل مهمي در خوردگي فلزات است زيرا الكتروليتي را براي ايجاد محيط اندي و كاتدي فراهم مي اورد. از طرف ديگر وجود نمك ها و ناخالصي ها سرعت خوردگي را افزايش مي دهند زيرا ايجاد محلول الكتروليتي مي كنند كه تبادل الكترون بين مواد شركت كننده در خوردگي راحت تر اتفاق مي افتد. pH نيز برروند خوردگي تاثير گذار است. محيط اسيدي الكتروليت قويتري ايجاد خواهد كرد و درنتيحه سرعت خوردگي افزايش پيدا خواهد كرد. ازطرف ديگري ايجاد اختلاف مقداري pH در فسمت هاي مختلف فلز باعث به وجود امدن محيط هاي اندي و کاتدي مي گردد كه در روند خوردگي تاثير گذار خواهند بود.

خوردگی میکروبی(MIC)

ترم microbiologically influenced corrosion(MIC) مربوط به نوعی از خوردگی یا تخریب ناشی شده یا گسترش یافته توسط فعالیت‌های زندگی میکروبی است.MICیک مکانیزم خوردگی جدید نیست اما شامل نقش میکروارگانیسم‌ها در پروسه خوردگی است .MIC یک پروسه غیر زنده (abiotic) است تحت تأثیر فاکتورهای زنده بیولوژیکی(biotic).

تعریف دیگری از MICبدین صورت است: اثر میکروارگانیسم‌ها بر روی سینتیک پروسه خوردگی فلزات بواسطه چسبیدن آن‌ها به فصل مشترک که معمولاً بیوفیلم خوانده می‌شوند. بعبارتی پیشنیاز MIC حضور و رشد میکروارگانیسم هاست.

پیشنیازهای خوردگی میکروبی

یک میکرو ار گانیسم برای آغاز متابولیسمش نیاز به انرژی و برای رشد نیاز به مواد مغذی مانند کربن، نیتروژن و فسفر دارد؛ بنابراین پیشنازهای MICبدین صورت است:

• یک منبع انرژی
• یک منبع کربن
• یک دهنده الکترون
• یک پذیرنده الکترون
• آب

نت انرژی مورد نیاز ممکن است از نور خورشید و طی فرایند فتوسنتز گرفته شود یا از طریق واکنش‌های شیمیایی اکسیداسیون و احیاء.

بسته به نوع تجهیزات منبع تأمین انرژی متفاوت خواهد بود برای تجهیزات قرار گرفته روی سطح زمین و نیز سیستم‌های زیر آبی نور خورشید منبع تأمین انرژی است و برای تجهیزات بسته و زیر خاک انرژی مورد نیاز از واکنش‌های شیمیایی تأمین می‌شود.

نور یک منبع مهمی از انرژی می‌باشد چرا که فرایند فتوسنتز را پیش می‌برد (در فتوسنتز دی اکسید کربن و آب مصرف و اکسیژن و هیدراتهای کربن به وجود می‌آیند).

تحت شرایط هوازی احیاء اکسیژن به آب کامل کننده فرایند متابولیکی تبدیل مواد مغذی به دی اکسید کربن است و تحت شرایط بی هوازی پذیرنده‌های دیگری غیر از اکسیژن وارد واکنش می‌شوند.

لازم است ذکر شود که MICتنها زمانی می‌تواند اتفاق بیفتد که میکروارگانیسم‌ها فعال و حاضر باشند. میکرو ارگانیسم‌ها بیش از هر چیزی نیاز به آب دارند. اگر که اکتیویته آب کمتر از ۰٫۹باشد باکتری‌ها نمی‌توانند رشد کنند. تنها قارچ هامی توانند در آبی با اکتیویته ۰٫۷رشد کنند، اما آن‌ها نقش مهمی در MICبازی نمی‌کنند.

بیوفیلم SRBو رفتار خوردگی آن

SRBیک ترم عمومی است شامل تمام تک سلولی‌هایی می‌شود که سولفات(SO4 2-) سولفید و تیوسولفات و همچنین گوگرد را برای بدست آوردن انرژی به H2S احیا می‌کنند. برای انواع باکتری‌های متفاوت مناسب‌ترین دما برای رشدSRB حدود۲۰–۳۰ است؛ ولی این باکتری‌ها قادرند تا دمای ۵۰–۶۰˚Cنیز زنده بمانند .SRB بعنوان اصلی‌ترین عامل MIC در آهن، مس و آلیاژهای آهنی شنا خته شده است. SRBدر شرایط بی هوازی خاک، آب دریا، فاضلاب، لوله‌های زیر زمینی و چاه‌های نفت با pHهای بین ۶–۹ وابسته است. SRBهمه جا یافت می‌شوند، بی هوازی‌های بسیار متفاوتی هستند (در ضمن بیماری زا نیستند). متداول‌ترین آن‌ها Desulfovibrioاست. یک میکرو ارگانیسم می‌تواند براحتی به سطح بچسبد لایه‌هایی را به نام بیو فیلم تشکیل دهد، بدین صورت که ابتدا بخش‌های آلی روی سطح مواد می‌چسبند. میکروارگانیسم‌ها خواص سطحی مواد بخصوص بار استاتیکی و قابلیت خیس شوندگی آن را تغییر می‌دهند. سپس باکتری‌ها جذب سطح می‌شوند و رشد می‌کنند تا کلونی‌ها را تولید کنند، بنابراین میکرو فیلم‌ها رشد خواهند کرد. این لایه‌ها می‌توانند خیلی نازک باشند یا رشد کنند و به ضخامت سانتیمتر هم برسند. بیوفیلم‌ها با یک ساختار غیر یکنواخت شناخته می‌شوند. گرچه SRB بی هوازی هستند می‌توانند در غلظت‌های کمی از اکسیژن نیز رشد کنند. فعالیت SRBدر سیستم‌های طبیعی و انسانی باعث ایجاد نگرانی در صنایع شده است. بخصوص در صنایع نفت و گاز و کشتی سازی که شدیداً بوسیله سولفید تولید شده توسط SRB تحت تأثیر قرار می‌گیرند.

منابع

Hamidreza Mansouri, Seyed Abolhasan Alavi, Meysam Fotovat, "Microbial Influenced Corrosion of Corten Steel Compared to Carbon Steel and Stainless Steel in Oily Waste Water by Pseudomonas Aeruginosa"; JOM

Mars G. Fontana, Corrosion Engineering, McGraw-Hill,.

پیوند به بیرون

• انجمن بین‌المللی مهندسان خوردگی
• وب‌گاه فدراسیون خوردگی اروپا