خوردگی

خوردگی بطور کلی بصورت از بین رفتن مواد به علت واکنش با محیط تعریف می‌شود.

پدیده خوردگی طبق تعریف، واكنش شیمیایی یا الكتروشیمیایی بین یك ماده، معمولا یك فلز، و محیط اطراف آن می‌باشد كه به تغییر خواص ماده منجر خواهد شد. پدیده خوردگی در تمامی دسته‌های اصلی مواد، شامل فلزات، سرامیكها، پلیمرها و كامپوزیتها اتفاق می افتد، اما وقوع آن در فلزات آنقدر شایع و فراگیر بوده و اثرات مخربی بجای می‌گذارد كه هرگاه صحبت از خوردگی به میان می آید، ناخودآگاه خوردگی یك فلز به ذهن متبادر می‌شود.

خوردگی معمولا فرایندی زیان‌آور است، لیكن گاهی اوقات مفید واقع می‌شود. بطور مثال آلودگی‌ محیط به محصولات خوردگی و آسیب دیدن عملكرد یك سیستم از جنبه‌های زیان آور خوردگی و تولید انرژی الكتریكی در یك باطری و حفاظت كاتدی سازه‌های مختلف از فواید آن هستند، اما تاثیرات مخرب و هزینه‌های به بار آمده بواسطه این فرایند به مراتب بیشتر است.

تاریخچه

یکی از کهن‌ترین آثار خوردگی مربوط به دیوار آهنی قفقاز است که به فرمان کورش هخامنشی ساخته شد و بدستور وی 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).

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])

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.

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.

راه های پیشگیری از خوردگی

روش‌هاي جلوگيري از خوردگي يکنواخت

خوردگي يکنواخت را به سه طريق مي‌توان کنترل و يا کم کرد که ممکن است يک نوع و يا دو نوع را با همديگر انجام داد.

• انتخاب مواد و پوشش صحيح

• به وسيله ممانعت‌کننده‌ها

• استفاده از حفاظت کاتدي

روش جلوگيري از خوردگي گالوانيکي

براي جلوگيري از اين خوردگي روش‌هاي مختلفي وجود دارد که گاهي يکي به تنهائي پاسخگو نمي‌باشد و بايد دو يا سه نوع را با هم به کار برد.

• حتي‌الامکان سعي شود از دو فلز که در جدول سري الکتروشيميائي فاصله کمتري نسبت به هم دارند استفاده شود.

• از نسبت سطحي نامطلوب، آند کوچک و کاتد بزرگ پرهيز شود. مخصوصاً در اتصالات

• از خاصيت عايق‌ها دو فلز غيرهمجنس استفاده شود.

• استفاده از پوشش‌ها مخصوصاً روي آند

• استفاده از ممانعت‌کننده‌ها

• در مورد موادي که در جدول گالوانيکي دور از يکديگر مي‌باشند از اتصالات پيچ و مهره بپرهيزيد. به دليل کم شدن ضخامت مؤثر در مرحله پيچ‌سازي سعي شود ازاتصال زرد جوش BRAZING استفاده شود.

• قسمت‌هاي آندي را طوري طراحي کنيد که به سهولت قابل تعويض باشند يا آن‌ها را ضخيم‌تر انتخاب کنيد تا عمر بيشتري داشته باشند.

• به اتصال‌هاي گالوانيکي، فلز سومي که نسبت به دو فلز قبلي آند باشد متصل نمائيد. (آند فداشونده)

روش‌هاي جلوگيري از خوردگي شياري

شيارها را در محل روي هم قرار گرفتن دو فلز با جوشکاري مداوم، کالک کردن CAULKING و يا لحيم‌کاري بپوشانيد. از ته‌نشين شدن مواد و تجمع آن‌ها در کف تانک‌ها و مخازن جلوگيري شود. از ايجاد گوشه‌هاي تيز و نواحي مرده و ساکن در تجهيزات بپرهيزيد. بازرسي و تميز تمودن مرتب تجهيزات حذف جامدات معلق در فرآيند کارخانه‌ها در مرحله خوابيدن کارخانه، مواد جاذب رطوبت WET PACKING MATERIALS را حذف نمائيد. در صورت امکان، محيط يکنواخت به وجود بياوريد مثلاً در پشت بند BACKFILL کردن يک خط لوله. هر جا که ممکن باشد از واشرهاي جامد که جاذب رطوبت نيستند NONABSOKBENT مانند تفلون استفاده نمائيد.

روش‌هاي جلوگيري از خوردگي حفره‌اي

کليه روش‌هائي که براي مبارزه با خوردگي شياري ذکر گرديد در اين نوع خوردگي نيز مؤثر مي‌باشد. استفاده از آلياژهائي که در برابر حفره‌دار شدن بسيار مقاوم مي‌باشند. اين نوع آلياژها عبارتند از: فولاد زنگ نزن نوع 30? فولاد زنگ نزن نوع 31? هستوليF، نيونل يا دوريمت 20 هستولي C، يا کلريمت 3 تيتانيم نکته : افزودن ممانعت‌کننده بايد با دقت خاصي صورت گيرد به دليل اينکه اگر خوردگي کاملاً متوقف نگردد، حفره‌دار شدن تشديد مي‌شود.

روش‌هاي جلوگيري از خوردگي بين‌دانه‌اي

به دليل اينکه اين خوردگي بيشتر در فولادهاي زنگ نزن اتفاق مي‌افتد سه روش جلوگيري آن را در اين مورد ذکر مي‌کنيم:

در درجه حرارت بالا فلز تحت عمليات حرارتي محلولي قرار داده شود و سپس در آب سريع سرد شود.

اضافه کردن عناصري که تمايل شديدي به واکنش و يکنواخت کردن آلياژ دارند اين عناصر را پايدارکننده‌ها مي‌نامند.

تقليل کربن فولاد به کمتر از 03/0 درصد تا کاربيد کافي براي به وجود آمدن خوردگي بين دانه‌اي به وجود نيايد.عمليات حرارتي محلولي در صنعت، مشتمل بر حرارت دادن در 10?0 درجه سانتگراد تا 11?0 و سپس سرد کردن سريع در آب مي‌باشد. در اين درجه حرارت‌ها کاربيد کرم حل مي‌شود و در نتيجه آلياژ همگن‌تر و يکنواخت‌تر به دست مي‌آيد.

روش‌هاي جلوگيري از جدايش انتخابي

کم کردن خوردگي محيط مثلاً حذف اکسيژن

حفاظت کاتدي

اضافه کردن فلزي ديگر به آلياژ. مثلاً اضافه کردن 1% درصد قلع به برنج 30-70

استفاده از ممانعت‌کننده مانند افزودن مقادير کمي آرسنيک و آنتيموان يا فسفر به آلياژ برنج

براي محيط‌هائي بسيار خورنده که زدايش روي در آن‌ها اتفاق مي‌افتد يا براي قطعاتي که از اهميت بالائي برخوردارند و نبايد به هيچ وجه خورده شوند از کوپرونيکل‌ها استفاده مي‌کنند.

روش‌هاي جلوگيري از خوردگي سايشي

پوشش‌هاي سخت يا زره‌ها يا روکش‌هاي قابل تعويض، مشروط به اينکه از جنس مقاومي از نظر خوردگي ساخته شده باشند کاربرد مفيدي در خوردگي سايشي دارد.

روش‌هاي جلوگيري از خوردگي همراه با تنش

کم کردن تنش تا زير حد مجاز مثلاً با کم کردن باروي فلز يا ضخيم‌تر کردن قطعه

حذف اجزا و ناخالصي‌هاي مضر محيط مانند دگازه کردن، دهينداله کردن يا تقطير نمودن.

استفاده از آلياژ مناسب مثلاً استفاده از اينکونل که داراي مقدار نيکل بيشتر مي‌باشد به جاي فولاد زنگ نزن

کاربرد حفاظت کاتدي

اين مورد بايد مواقعي به کار برده شود که مطمئن باشيم خوردگي در اثر SCC بوده است نه در اثر تردي هيدروژني، زيرا در غير اين صورت حالت عکس دارد.

اضافه کردن ممانعت‌کننده‌ها به سيستم در صورت امکان

در محيط‌هاي خورنده متوسط، فسفات‌ها و ممانعت‌کننده‌هاي آلي و معدني ديگر بطور موفقيت‌آميزي SCC را کاهش مي‌دهند.

ساچمه‌زني (شات بلاست کردن) مثلاً فولاد زنگ نزن ?10 در معرض محلول 3% نمک طعام در دماي محيط با نوع 30? در معرض محلول ?2% کلرور منيزيم در 1?0 و آلياژ آلومينيوم 7075-T6 در محلول در دماي محيط

ساچمه‌زني يا شات بلاست کردن عبارت است از ايجاد يک لايه پوسته مناسب در شرايط خاص بر روي فلزات و آلياژهاو اينکونل (يکي از آلياژهاي نيکل) INCONEL است

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