خوردگي فلزات
فرآيند خوردگي فلزات
خوردگي ، ( Corrosion ) ، اثر تخريبي محيط بر فلزات و آلياژها مي باشد.
خوردگي ، پديده اي خودبه خودي است و همه مردم در زندگي روزمره خود ، از بدو پيدايش فلزات با آن روبرو هستند. در واقع واکنش اصلي در انهدام فلزات ، عبارت از اکسيداسيون فلز است.
فلزات در اثر اصطکاک ، سايش و نيروهاي وارده دچار تخريب مي شوند که تحت عنوان خوردگي مورد نظر ما نيست.
همان طور که گفته شد خوردگي يک فرايند خودبخودي است، يعني به زبان ترموديناميکي در جهتي پيش مي رود که به حالت پايدار برسد. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهيم، زنگ مي زند که يک نوع خوردگي و پديده اي خودبه خودي است. انواع مواد هيدروکسيدي و اکسيدي نيز مي توانند محصولات جامد خوردگي باشند که همگي گونه فلزي هستند.
خوردگي از ۸ روش مي تواند به سطوح فلزي حمله کند . اين ۸ روش عبارتند از :
●حمله يکنواخت Uniform Attack
در اين نوع خوردگي که متداول ترين نوع خوردگي محسوب مي شود ، خوردگي به صورتي يکنواخت به سطح فلز حمله مي کند و به اين ترتيب نرخ آن از طريق آزمايش قابل پيش بيني است .
●خوردگي گالوانيک Galvanic Corrosion
اين نوع خوردگي وقتي رخ مي دهد که دو فلز يا آلياژ متفاوت ( يا دو ماده متفاوت ديگر همانند الياف کربن و فلز ) در حضور يک ذره خورنده با يکديگر تماس پيدا کنند . در منطقه تماس ، فرايندي الکترو شيميايي به وقوع مي پيوندد که در آن ماده اي به عنوان کاتد عمل کرده و ماده ديگر آند مي شود . در اين فرآيند کاتد در برابر اکسيداسيون محافظت شده و آند اکسيد مي شود .
●خوردگي شکافي Crevice Corrosion
اين ساز و کار وقتي رخ مي دهد که يک ذره خورنده در فاصله اي باريک ، بين دو جزء گير کند . با پيشرفت واکنش ، غلظت عامل خورنده افزايش مي يابد . بنابراين واکنش با نرخ فزاينده اي پيشروي مي کند.
●آبشويي ترجيحي Selective Leaching
اين نوع خوردگي انتخابي وقتي رخ مي دهد که عنصري از يک آلياژ جامد از طريق يک فرآيند خوردگي ترجيحي و عموما با قرار گرفتن آلياژ در معرض اسيدهاي آبي خورده مي شود . متداول ترين مثال جدا شدن روي از آلياژ برنج است . ولي آلومينيوم ، آهن ، کبالت و زيرکونيم نيز اين قابليت را دارند .
●خوردگي درون دانه اي Intergranular Corrosion
اين نوع خوردگي وقتي رخ مي دهد که مرز دانه ها در يک فلز پلي کريستال به صورت ترجيحي مورد حمله قرار مي گيرد . چندين عامل مي تواند آلياژي مثل فولاد زنگ نزن آستنيتي را مستعد اين نوع خوردگي سازد؛ از جمله حضور ناخالصي ها و غني بودن يا تهي بودن مرزدانه از يکي از عناصر آلياژي .
●خوردگي حفره اي Pitting Corrosion
اين نوع خوردگي تقريبا هميشه به وسيله يون هاي کلر و کلريد ايجاد مي شود و به ويژه براي فولاد ضد زنگ بسيار مخرب است ؛ چون در اين خوردگي ، سازه با چند درصد کاهش وزن نسبت به وزن واقعي اش ، به راحتي دچار شکست مي شود . معمولا عمق اين حفرات برابر يا بيشتر از قطر آنهاست و با رشد حفرات ، ماده سوراخ مي شود .
●خوردگي فرسايشي Erosion Corrosion
اين نوع خوردگي وقتي رخ مي دهد که محيطي نسبت به يک محيط ثابت ديگر حرکت کند ( به عنوان نمونه مايعي که درون يک لوله جريان دارد ) يک پديده مرتبط با ين گونه خوردگي ، Fretting است که هنگام تماس دو ماده با يکديگر و حرکت نسبي آنها از جمله ارتعاش به وجود مي آيد . اين عمل مي تواند پوشش هاي ضد خوردگي را از بين برده و باعث آغاز خوردگي شود .
●خوردگي تنشي Stress Corrosion
اين نوع خوردگي وقتي رخ مي دهد که ماده اي تحت تنش کششي در معرض يک محيط خورنده قرار گيرد . ترکيب اين عوامل با هم ، ترک هايي را در قطعه تحت تنش آغاز مي کند .
●مبارزه با خوردگي
برآوردي که در مورد ضررهاي خوردگي انجام گرفته، نشان مي دهد سالانه هزينه تحميل شده از سوي خوردگي ، بالغ بر ۵ ميليارد دلار است. بعنوان مثال هزينه هاي خوردگي در خودروها (سيستم سوخت، رادياتور، اگزوز، و بدنه) در حدود ميلياردها دلار است. بيشترين ضررهاي خوردگي، هزينه هايي است که براي جلوگيري از خوردگي تحميل مي شود. بهر ترتيب خوردگي زيان اقتصادي عظيمي است و براي کاهش آن کارهاي زيادي مي توان انجام داد.
برخي خسارات ناشي از خوردگي عبارتند از: ظاهر نامطلوب (مثلا خوردگي رنگ خودرو)، مخارج تعميرات و نگهداري و بهره برداري، خواباندن کارخانه، آلوده شدن محصول، نشت يا از بين رفتن محصولات با ارزش (مثل نشت مخازن حاوي اورانيوم)، اثر بر امنيت و قابليت اعتماد.
ساده ترين راه مبارزه با خوردگي ، اعمال يک لايه رنگ است. با استفاده از رنگها بصورت آستر ، مي توان ارتباط فلزات را با محيط تا اندازه اي قطع کرد و در نتيجه موجب محافظت تاسيسات فلزي شد. به کمک روشهاي رنگ دهي ، مي توان ضخامت معيني از رنگها را روي تاسيسات فلزي قرار داد.
جديدترين پديده در صنايع رنگ سازي ساخت رنگهاي الکتروستاتيک است که به ميدان الکتريکي پاسخ مي دهند و به اين ترتيب مي توان از پراکندگي و تلف شدن رنگ جلوگيري کرد.
استفاده از پوشش هاي فسفاتي و کروماتي نيز يکي ديگر از راههاي مبارزه با خوردگي است. اين پوششها که پوششهاي تبديلي ناميده مي شوند، پوششهايي هستند که از خود فلز ايجاد مي شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول اند. با استفاده از محلولهاي معيني مثل اسيد سولفوريک با مقدار معيني از نمکهاي فسفات ، قسمت سطحي قطعات فلزي را تبديل به فسفات يا کرومات آن فلز مي کنند ، فسفات به سطح قطعه فلز چسبيده و بعنوان پوششهاي محافظ در محيط هاي خنثي مي توانند کارايي داشته باشند.
اين پوششها بيشتر به اين دليل توليد مي شوند که از روي آنها بتوان پوششهاي رنگ را بر روي قطعات فلزي بکار برد. پس پوششهاي فسفاتي ، کروماتي ، بعنوان آستر نيز در قطعات صنعتي مي توانند عمل کنند؛ چرا که وجود اين پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم تر مي سازد. رنگ کم و بيش داراي تخلخل است و اگر خوب پاشيده نشود، نمي تواند از خوردگي جلوگيري کند.
اکسيد برخي فلزات بر روي خود فلزات نيز، از خوردگي جلوگيري مي کند. بعنوان مثال ، مي توان تحت عوامل کنترل شده ، لايه اي از اکسيد آلومينيوم بر روي آلومينيوم نشاند. اکسيد آلومينيوم رنگ خوبي دارد و اکسيد آن به سطح فلز مي چسبد و باعث مي شود که اتمسفر به آن اثر نکرده و مقاومت خوبي در مقابل خوردگي داشته باشد. همچنين اکسيد آلومينيوم رنگ پذير است و مي توان با الکتروليز و غوطه وري ، آن را رنگ کرد. اکسيد آلومينيوم داراي تخلخل و حفره هاي شش وجهي است که با الکتروليز، رنگ در اين حفره ها قرار مي گيرد.
همچنين با پديده الکتروليز ، آهن را به اکسيد آهن سياه رنگ تبديل مي کنند که مقاوم در برابر خوردگي است که به آن سياه کاري آهن يا فولاد مي گويند که در قطعات يدکي خودرو ديده مي شود.
پوشش قلع نيز براي جلوگيري از توسعه خوردگي در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. قلع از فلزاتي است که ذاتا براحتي اکسيد مي شود و از طريق ايجاد اکسيد در مقابل اتمسفر مقاوم مي شود و در محيطهاي بسيار خورنده مثل اسيدها و نمکها و ... بخوبي پايداري مي کند. به همين دليل در موارد حساس که خوردگي قابل کنترل نيست، از قطعات قلع يا پوششهاي قلع استفاده مي شود. مصرف زياد اين نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازي مي باشد که بر روي ظروف آهني اين پوششها را قرار مي دهند.
پوششهاي کادميم نيز براي روکش کردن و محافظت پيچ و مهره هاي فولادي بکار مي روند.
به هر ترتيب، همکاري نزديکتر بين مهندسين خوردگي (و ديگر مهندسين مواد) و مهندسين طراح يک اجبار است. مهندس خوردگي بايد از شروع پروژه عضوي از تيم طراحي باشد.
خوردگي در خودروها يک مسئله اقتصادي حاد و جدي به حساب مي آيد؛ خصوصاً در اتمسفرهاي دريايي (سواحل دريا) و آب و هواي سرد که نمک هاي ذوب کننده يخ روي سطح جاده ها مورد استفاده قرار مي گيرند.
به منظور جلوگيري از شروع خوردگي رنگ و بدنه خودرو، هرگونه صدمه وارده به رنگ اتومبيل را بي درنگ بايد لكه گيري كرد. براي انجام چنين كاري بهتر است به متخصص مربوطه مراجعه نمود اما در مورد لكه هاي كوچك مي توان دستورالعمل زير را بكار بست:
با توجه به شماره رنگ بدنه كه روي پلاك مشخصات حك شده است ، رنگ مورد نياز را تهيه كرد. با احتياط كاردك را بكار گرفته و محل صدمه ديده راتا ميزان شدن لبه رنگ تراشيد. از ضدزنگ استفاده كرده و صبر كرد تا خشك شود وسپس با سمباده بسيار نرم محل را ساييد. با بهره گيري از قلم مو محل را رنگ زده و اين عمل راچند بار تكرار نمود و هربار اجازه داد تا رنگ كاملا خشك گردد.
يکي ديگر از راه هاي جلوگيري از خوردگي بدنه خودرو، استفاده از بدنه پلاستيکي است.
روشهاي ديگر بازدارنده عبارتند از:۱. اجتناب از رانندگي کوتاه مدت، مثلا حرکت دادن خودرو از جلوي درب منزل به داخل پارکينگ زيرا آب در سيستم بنزين کندانس مي شود. ۲. همواره پر نگهداشتن مخزن بنزين حداقل تا نصفه. اين کار باعث مي شود تا موقعي که دما کاهش مي يابد(در شب) کندانس شدن آب به حداقل برسد. آب درمخزن بنزين باعث خوردگي آن شده و همچنين محصولات خوردگي آن باعث گرفتگي فيلتر بنزين و افشانکهاي کاربراتور مي شود.
خوردگي، ۳ درصد درآمد ناخالص ملي محصولات جهان را تحت تأثير قرار مي دهد. اما خوردگي همواره يک پديده منفي نيست و مي توان جنبه هاي مثبت خوردگي را نيز در نظر گرفت. از نگاه مثبت، خوردگي شيميايي سطوح فلزي ممکن است به ايجاد نانوساختارهاي سطحي منجر شود که مي تواند کاربردهاي فني جالب توجهي چون کاتاليزور و حسگرها را به همراه داشته باشد.
محققان مؤسسه ماکس پلانک آلمان و مرکز ESRF اين موضوع را مورد بررسي قرار داده اند و از چشمه نور سينکروترون براي توليد مجدد شروع فرآيند ناگهاني خوردگي در آلياژ مس – طلا استفاده نمودند. همانطور که مي دانيم طلا از فلزات نجيب است که دچار خوردگي نمي شود اما مس بيشتر در معرض خوردگي شيميايي قرار دارد. لذا آلياژ طلا – مس با دارا بودن لايه بسيار نازک غني از طلا مکانيسمي پيدا مي کند که مي تواند خود را در برابر خوردگي محافظت نمايد. اين لايه نازک ساختار بلوري غير عادي و بسيار منظمي دارد. با پيشرفت فرآيند خوردگي، اين لايه به صورت نانوجزيره هايي از طلا به ابعاد ۵ ۱ تا۲۰ نانومتر درمي آيد و نهايتا اين جزيره ها لايه فلزي متخلخلي از طلا تشکيل مي دهند که مي تواند داراي کاربردهاي فني مختلفي باشد.
نکته جالب توجه آن است که اگر چه فرآيند خوردگي آلياژ مس – طلا جديدا شناخته شده است، خود اين فرآيند قرنها بود که مورد استفاده قرار مي گرفت. فلز کارها در زمان اينکاهاي (Incas) باستان، ذخاير گرانقيمت طلاي خود را با مس مخلوط مي کردند و سپس آلياژ به دست آمده را در مواد نمکي قرار مي دادند. اين کار محيطي اسيدي ايجاد کرده و مس لايه بالايي را در خود حل مي کرد و يک سطح غني از طلا ايجاد مي شد که آماده پرداخت بود!!
aftab.ir
https://paperpdf.ir/10004112
