خوردگی فلزات: بررسی مکانیسم خوردگی و انواع آن

فرایند خوردگی فلزات واکنشی تدریجی،؛ خود به خودی و پیوسته است و اغلب از سطح فلز آغاز می شود و تا درون آن نفوذ می کند. کنترل خوردگی از سه جنبة ایمنی، اقتصادی و کاهش مصرف منابع طبیعی حائز اهمیّت است. از آنجا که فرایند خوردگی با سرعت کم رخ می دهد، می توان با آن مقابله کرد. با این وجود هر سال خوردگی خسارات جبران ناپذیری را به سامانه های مختلف به ویژه سامانه های فلزی وارد می کند.

خوردگی ، از بین رفتن یک جسم بر اثر عوامل فیزیکی و شیمیایی محیط اطراف خود تعریف می شود. تمام اجسام، چه فلزی و چه غیرفلزی، در طبیعت دچار تخریب و خوردگی می شوند. ولی خوردگی اصطلاحی است که بیشتر در مورد فلزات به کار برده می شود. سرعت خوردگی اجسام فلزی بسیار بیشتر از غیرفلزاتی نظیر پلاستیک، سنگ، چوب و غیره است، یکی از مثال های سادة خوردگی، زنگ زدن آهن است که لایه ای به رنگ زرد مایل به قهوه ای روی سطح آهن ایجاد می شود.  یک قطعه در حضور عوامل خورنده موجود در محیط رطوبت و اکسیژن) خورده می شود، ولی اگر پوشش محافظ در برابر خوردگی روی این قطعه قرار گیرد، فرایند خوردگی، به راحتی اتفاق نمی افتد.

خوردگی فرایندی خودبه خودی است که منجر به تولید گونه های پایدارتر از نظر سطح انرژی می شود. برای مثال، فلز آهن در محیط حاوی اکسیژن و رطوبت، آهن اکسید تولید می کند که در حالت طبیعی پایدارتر از فلز آهن است. همانند آهن، اغلب فلزات تمایل دارند تا به ترکیبات پایدارتر خود تبدیل شوند. فلزات در اثر خوردگی با محیط اطراف خود واکنش می دهند و به ترکیبات پایدار مانند اکسید، سولفید یا کربنات تبدیل می شوند. این فرایند تدریجی اما پیوسته است و اغلب از سطح فلز آغاز می شود و تا درون آن نفوذ می کند و از آنجا که با سرعت کم رخ می دهد، لذا می توان با آن مقابله کرد. با وجود این هر سال خوردگی خسارات جبران ناپذیری را به سامانه های مختلف به ویژه سامانه های فلزی وارد می کند. اغلب فرایندهای خوردگی در محیط های مایع یا گاز صورت می گیرند و تنها در برخی شرایط خاص، واکنش خوردگی جامد  جامد اتفاق می افتد. خوردگی جامد  جامد بین دو فلز در حال لغزش و ارتعاش اتفاق می افتد و در اثر سایش حفره و شیار ظاهر می شود. این نوع خوردگی در اجزای موتورها، قطعات خودرو و جزایی که به هم متصل شده اند، و یا در تماس هستند، مشاهده می شود. خوردگی در هر نوع و در هر شرایط، در مقیاس اتمی و مولکولی رخ می دهد که با چشم غیرمسلّح )بدون میکروسکوپ(  قابل مشاهده نیست. بنابراین بررسی عملی خوردگی در این مقیاس امکان پذیر نیست.

اصول خوردگی

از جمله اصول خوردگی عبارتند از:
1. اصول ترمودینامیکی
2. اصول الکتروشیمیایی

اصول ترمودینامیکی خوردگی

اصول ترمودینامیکی و الکتروشیمیایی نقش مهمی در تعیین رفتار خوردگی مواد ایفا می کنند. ترمودینامیک جهت خود به خودی یک واکنش شیمیایی را نشان می دهد. این برای تعیین اینکه آیا خوردگی به لحاظ نظری امکان پذیر است یا نه، استفاده می شود.

اصول الکتروشیمیایی خوردگی

اصول الکتروشیمیایی برای تعیین رفتار خوردگی مواد استفاده می شود. واکنش خوردگی را می توان با واکنش های جزئی مانند اکسیداسیون فلز و کاهش برخی از گونه های قابل احتراق محیط نشان داد، که هر دو به طور همزمان با سرعت برابر در پتانسیل مخلوط واکنش رخ می دهد. واکنش خوردگی به طور عمده در حدواسط بین فلز و محیط پیرامونش اتفاق می افتد.
طبیعت الکتروشیمیایی خوردگی را می توان با حمله آهن در اسید هیدروکلریک نشان داد. وقتی آهن در اسید غوطه ور می شود، فعالیت شدیدی انجام می شود؛ که در نتیجه این فعالیت گاز هیدروژن تکامل یافته و آهن حل می شود. واکنش زیر نشان دهنده این فعالیت است:

واکنش بالا به دو واکنش اکسایش و کاهش تقسیم می شود:

نظریه های خوردگی

نظریه های خوردگی ممکن است به نظریه های (۱) همگن و (۲) ناهمگن طبقه بندی شوند.

نظریه همگن خوردگی

سطح ناهمگونی فلز باعث ایجاد روند خوردگی می شود. واگنر و تراود (۱۹۳۸) تأکید کردند که شرط لازم برای خوردگی، انحلال فلز و واکنش الکترونی است که در حدواسط فلز-محیط رخ می دهد. فلزات به علت واکنش انتقال باری که در حدواسط بین فلز و محیط پیرامونی رخ می دهد، ناپایدار می شوند. بنابراین لازم است که اختلاف پتانسیل در سطح حدواسط منفی تر از پتانسیل تعادلی برای واکنش انحلال فلز (آنودیک) باشد یا مثبت تر از پتانسیل تعادل برای واکنش الکترون (کاتدی) باشد. این نظریه در توضیح خوردگی فلزات خالص و خوردگی یکنواخت مفید است، زیرا مکان های کاتدی و آنودیک اغلب ویژگی خود را تغییر می دهند.

نظریه ناهمگن خوردگی

با توجه به این نظریه، حضور ناخالصی ها در سطح فلز ضروری است و بنابراین یک سل نوعی بین مناطق کاتدی و آنودی تنظیم می شود. به دلیل واکنشهای الکتروشیمیایی که در میان فلزات فلزی و یونهای رسانا یا الکترولیت انجام می شود، فلز بی ثبات می شود و از این رو خوردگی رخ می دهد.
بنابراین یک فلز خورده شده شامل:
1.یک ناحیه اشباع از الکترون که در آن واکنش رها شدن الکترون اتفاق می افتد.
2. منبع الکترون که در آن یک واکنش الکترونی رخ می دهد.
3. یک هادی یونی برای نگه داشتن جریان جاری یونی.
این مدل پایه ای برای نظریه سل نوعی در مورد خوردگی و خوردگی ناهمگن است.

انواع خوردگی

اهميت روزافزون نقش دانش خوردگي در بهبود حفظ تاسيسات صنعتي و كاهش خطرات ناشي از آن، ضرورت آشنايي با مسايل پايه اي خوردگي را براي طيف ­هاي گوناگون دست اندركاران صنعتي دو چندان مي­سازد. مرسوم ­ترین طبقه ­بندی انواع خوردگی بر اساس شكل ظاهري فلز خورده شده است. در اين تقسيم بندي هشت نوع خوردگي به شرح زير به عنوان مهم ترين انواع خوردگي برشمرده شده اند.

خوردگی يكنواخت

اين نوع خوردگي به عنوان نوعي از خوردگي كه به صورت يكنواخت از ضخامت ماده كم مي كند تعريف شده است.

فروش ضدخوردگی HEDP

ضد خوردگی و ضد رسوب HEDP


بشکه 200 کیلویی / گالن 20 کیلویی
فروش ضدخوردگی HEDP مورد نیاز صنایع مختلف، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

خوردگی شیاری

اين نوع خوردگي در بيشتر مواقع در شيارهايي كه در معرض محيط خورنده قرار دارند منجر به خوردگي موضعي شديدي مي شود.

خوردگی دوفلزی

زماني كه دو فلز غير همجنس كه در تماس الكتريكي با يكديگر هستند، در معرض يك محلول هادي قرار مي گيرند، فلز مقاوم­تر خورده نمي شود، اما آهنگ خوردگي فلز فعال­تر كه مقاومت خوردگي كمتري دارد، افزايش مي يابد. به علت وجود جريان­هاي الكتريكي بين فلزات غيرهمجنس، اين نوع خوردگي، گالوانيك يا دو فلزي ناميده مي­ شود.

فروش بنزو تری آزول

بنزو تری آزول Benzotriazole


کیسه 25 کیلویی
فروش انواع ضدخوردگی مورد نیاز صنایع مختلف، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

خوردگی بین دانه ای

در اين نوع خوردگي مرزدانه نسبت به خود دانه از سطح انرژي بالاتري برخوردار بوده و در نتيجه از نظر شيميايي فعال­تر و نسبت به خوردگي حساس­تر است. خوردگي موضعي و متمركز در مرز دانه­ ها يا نواحي نزديك به آن­ها در حاليكه خود دانه ­ها خورده نشده ­اند يا اينكه به مقدار اندکی خورده شده ­اند، را خوردگي بين دانه ­اي مي ­نامند.

جدایش انتخابی

جدايش انتخابي نوعي خوردگي است كه در آن عناصر خاصي از آلياژ، حل­ شده و از آن جدا مي­شوند. روي، آلومينيوم، كبالت، نيكل و كروم از معمول ­ترين عناصري هستند كه به اين طريق از آلياژ جدا مي ­شوند.

خوردگی سایشی

خوردگي سايشي عبارتست از افزايش سرعت خوردگي يا از بين رفتن يك فلز در اثر حركت نسبي بين يك مايع خورنده و سطح فلز. در اين فرايند يون­ هاي فلزي حل شده روي سطح فلز، در اثر حركت سيال روي سطح باقي نمانده و يا محصولات جامد حاصل از خوردگي از سطح فلز به طريق مكانيكي جدا مي ­شوند.

فروش تولیل تری آزول

تولیل تری آزول Tolyl triazole


کیسه 25 کیلویی
فروش انواع ضدخوردگی مورد نیاز صنایع مختلف، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

خوردگی توأم با تنش

اين پديده عبارت است از ترك خوردن در اثر خوردگي توأم با تنش كه نتيجه اعمال همزمان تنش­ هاي كششي و محيط خورنده روي فلز است. در اين شرايط ترك هاي ريزي كه ناشي از فرايندهاي خوردگي موضعي هستند، به داخل فلز يا آلياژ پيشرفت مي ­كنند.

خسارت هیدروژنی

خسارت هيدروژني يك اصطلاح كلي است كه دلالت بر خسارت مكانيكي وارد شده به فلز در اثر وجود يا واكنش با هيدروژن دارد كه خود به سه گروه تاول زدن هيدروژني، تردي هيدروژني و خوردگي هيدروژني تقسيم بندي مي شود. ترك خوردگي ناشي از هيدروژن نوعي از ترك است كه توسط اتم هاي هيدروژن كه به داخل فولاد نفوذ كرده و در داخل ساختار فلز تركيب شده و مولكول هاي هيدروژن تشكيل داده اند، ايجاد مي شود.

محیط های خورنده

نوع خوردگی، واکنش های خوردگی و سرعت خوردگی مواد به شدّت تحت تأثیر محیط اطراف آنها قرار دارد. آب، خاک، جو و گازهای خشک جزء محیط هایی هستند که در مطالعات خوردگی بسیار حائز اهمیت هستند که به هر یک از آنها اشاره خواهد شد.

آب

بسیاری از سازه های مهم نظیر مخازن آب گرم و سرد، لوله ها، اتصالات، شیرها، پمپ ها، مبدل های گرمایی، دیگ های بخار، توربین ها، کشتی ها، ساختمان ها و سازه های ساحلی و… در معرض خوردگی ناشی از آب قرار دارند.

عامل هایی که روی خوردگی فلزات در محیط های آبی مؤثر هستند عبارت اند از:

  • غلظت اکسیژن حل شده
  • دما
  • مقدار pH
  • نمک های معدنی حل شده در آب
  • مواد آلی
  • جلبک ها و باکتری ها
  • شدت جریان آب (و بی آب)

آب دریا الکترولیتی است که به صورت طبیعی حاوی غلظت بالایی از نمک های مختلف به ویژه سدیم کلرید است به همین دلیل یکی از خورنده ترین محیط های طبیعی برای فلزات به حساب می آید.

خاک

بسیاری از تأسیسات فلزی در زیر زمین مدفون هستند و در معرض تأثیر خورنده خاک قرار دارند. برای مثال، در اثر خوردگی لوله های اصلی آبرسانی و فاضلاب ساخته شده از فولاد و چدن، مقدار زیادی از محتویات آنها در اثر نشت هدر می رود. سوراخ شدن لوله های فولادی انتقال گاز طبیعی دفن شده در زیر زمین در اثر فرایند خوردگی می تواند باعث آتش سوزی شده و منفجر شوند.

برخی دیگر از خسارات خوردگی در خاک عبارت اند از:

الف) مخازن فولادی نفت و بنزین که در زیر زمین نگهداری می شوند باید از خوردگی محافظت شوند تا نشت آنها به محیط زیست آسیب نزند.

ب) خوردگی در پایة دکل های انتقال نیرو، علاوه بر هزینه های مستقیم تعمیر خسارات خوردگی و نیز احتمال فروافتادن دکل های فشار قوی به سبب خوردگی، می تواند منجر به آشفتگی جدّی در توزیع برق یک منطقه شود.

ج) تیرهای فولادی تأسیسات، مثل پل ها و سازه هایی که درون خاک قرار دارند، مستعد خوردگی و فروریختن می باشند. عوامل مؤثر بر خوردگی خاک عبارت اند از: رطوبت، مقدار pH خاک، پتانسیل اکسایش  کاهش، حضور نمک ها، فعالیت میکروبی و غیره.

فروش مواد شیمیایی ضدخوردگی

شرکت دکتر کمیکال تامین کننده مواد شیمیایی ضدخوردگی مورد نیاز صنعت می باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوه خرید مواد شیمیایی و قیمت با کارشناسان بخش فروش در تماس باشید.

جو

خوردگی جوی عبارت از خوردگی مواد در تماس با هوا و آلودگی های خودروها و کارخانجات صنعتی است. آلودگی های گازهای خروجی خودروها، پالایشگاه ها و نیروگاه ها عمدتاً از گازهای گوگردیوکسید یا گوگرد تریوکسید و انواع اکسیدهای نیتروژن و کربن مونوکسید هستند که در اثر تماس با رطوبت هوا سبب ایجاد باران های اسیدی می شوند. باران های اسیدی سبب از بین رفتن بسیاری از ساختارهای فلزی موجود در فضای آزاد مثل قطعات فلزی مورد استفاده در ساختمان ها مانند نمای ساختمان، درها، چارچوب ها، پنجره ها، ناودان ها و شیروانی ها و همچنین قطعات فلزی پل ها، دکل های برق و بدنة خودروها می شوند.

گازهای خشک

واکنش بین فلز و هوا یا اکسیژن در غیاب فاز آبی، سبب اکسایش سطح فلز می شود. افزایش دما نقش مهمی در فرایند اکسایش ایفا می کند. اغلب خوردگی های این دسته در دماهای بالا چشمگیر و محسوس می شود: بنابراین به خوردگی دمای بالا نیز معروف است . آلیاژهای مورد استفاده در توربین های گازی، موتورهای جت، کوره های صنایع پالایش و پتروشیمی مواردی هستند که نیاز به انتخاب آلیاژ مناسب و طراحی دقیق در دماهای بالا دارند. اکسیژن، بخار گوگرد، کلر و آمونیاک گونه هایی هستند که حتی در شرایط خشک سبب خوردگی فلزات می شوند.

مقالات مرتبط