خوردگی چیست؟ | خوردگی فلزات و روش های جلوگیری از آن

خوردگی عموماً به اتلاف و آسیب فلزات توسط عوامل خورنده اطلاق می شود.  اگرچه تعریف کلی تر به تجزیه مواد در تماس با محیطشان اطلاق می شود.  از این رو این تعریف آورده شده است که خوردگی فقط به فلزات محدود نمی شود و در سیمان و پلاستیک ها و توسط مکانیسم هایی نظیر خوردگی تنشی  نیز ممکن است رخ دهد. در اصل خوردگی در فلزات یک واکنش انتقال الکترونی است. یک یونی فلزی بدون بار یک یا تعداد بیشتری الکترون از دست می دهد و یه یک یون فلزی باردار تبدیل می شود :

M ~ M + + electron

در حلال های یونیزه کننده در ابتدا یون فلز وارد محلول شده سپس وارد واکنش دوم شده و با سایر یون ها که در محیط وجود دارند  ترکیب می شود تا گونه های مولکولی نا محلول مانند اکسید آلومینیوم یا زنگ تشکیل شود.  در فرآیند های اکسیداسیون دما بالا  یون فلز به جزیی از شبکه اکسید تشکی شده تبدیل می شود.

انواع خوردگی

  • خوردگی الکتروشیمیایی

مهم ترین مکانیسم خوردگی  فلزات انحلال الکتروشیمیایی می باشد. این فرآیند پایه خوردگی هایی عمومی ، حفره ای ، میکروبیولوژی و خوردگی تنشی می باشد. خوردگی در محیط های آبی و سایر شرایط  در شرایطی که الکترولیت در محیط وجود داشته باشد از نوع خوردگی الکتروشیمیایی است. سایر مکانیسم ها در غیاب الکترولیت ها صورت می گیرند. [1]

مکانسیم خوردگی

 

  • خوردگی حفره ای

خوردگی حفره ای نوعی از انواع خوردگی است که در برخی از نقاط در سطخ فلزات رخ می دهد( ممکن است در 1% نقاط در معرض عامل خوردگی رخ دهد) . نرخ ایجاد خوردگی حفره ای بسیار بالا است. نوع 316 فولاد ضد زنگ در آب گرم دریا باعث ایجاد خوردگی حفره ای تا mm10 در سال می شود.

خوردگی حفره ایخوردگی حفره ای 2

 

  • خوردگی شیاری

خوردگی شیاری فولاد ضد زنگ مکانیسمی شبیه به خوردگی حفره ای دارد. فاز اولیه با ابجاد یک  شیار در محلی با هندسه مناسب شروع می شود. این شیار ها ممکن است در اثر عوامل مختلفی وجود داشته باشند : در محل های جوشکاری ذوبی، ا رینگ ها و درزبند ها و …

ایجاد شیار در تجهیزات بسیار بستگی به نقطه ای است که این شیار از لحاظ هندسی ایجاد می شود. زمان های کوتاه تر تماس موجب ایحاد شیار های کوچک تر می شود.

خوردگی شیاریمکانسیم خوردگی شیاری

 

  • خوردگی گالوانیک

خوردگی گالوانیک خوردگی پیشرفته یک فلز در تماس با فلزات نجیب می باشد( یا ماده رسانای غیر فلزی مانند گرافیت ). این دو فلز تنها نیار است که در تماس الکتریکی با یکریگر باشند و هم چنین در معرض یک محیط الکترولیت نیز قرار بگیرند. به موجب تفاوت پتانسیل ها در دو فلز پتانسیل فلز نجیب افزایش می یابد.  این خوردگی هم زمان فلز فعال تر هم زمان ریت خوردگی را کاهش می دهد. [2]

مواد شیمیایی بازدارنده خوردگی

استفاده از مواد ارزان در ساخت و ساز تجهیزات مانند فولاد ضد زنگ می تواند تا حدودی در صورت استفاده از مواد شیمایی بازدارنده خوردگی در کاهش خوردگی موثر باشد.

خوردگی گالوانیک

چه سیستم هایی که در معرض خوردگی هستند؟

  • سیستم های بویلر و بخار

در سیستم ها و تجهیزاتی  از جنس استیل با استفاده از مواد شیمایی فرار بر پایه آمین  مانند آمونیاک ، مورفولین و یا سیکلوهگزیل آمین می توان با وارد کردن این مواد در خوراک سیستم (آب) تا حدودی از فرآیند خوردگی جلوگیری کرد. این مواد از درون خط لوله ها عبور کرده و وارد سیستم بخار شده و در نتیجه شرایط اسیدی موجود در تجهیزات را خنثی می کند. مواد ضد خوردگی به صورت شیمیایی استفاده  شده و طی مکانیسم های فیزیکی از بین می روند. بازدارنده های تشکیل دهنده فیلم مانند آمین های هتروسیکلیک و آلکیل سولفونات ها باید به اندازه ای باشند که بتوانند تمام سطح استیل را در بر بگیرند در غیر این صورت ممکن است خوردگی در نقاطی از سطح تجهیزات رخ بدهد. انتخاب بازدارنده های خوردگی باید با توجه به سایر موادی که در سیستم موجود است و یا جنس تجهیزات انتخاب شود. برخی از آمین ها در تجهیزاتی از جنس مس خوردگی ایجاد میکنند. اگر مس در سیستم موجود باشد یا تجهیزات از جنس مس باشد با افزودن بنزوتری ازول و یا تولیل تری ازول به اندازه مناسب می توان از خوردگی جلوگیری کرد.

  • سیستم های خنک کننده

سیستم های سیرکوله باز مقداری از آب را توسط تبخیر از دست می دهند و ممکن است آلودگی هایی که در اتمسفر وجود دارد را جذب کند. ایجاد بازدارندگی در سیستم های این چنینی بخشی از سیستم تصفیه محسوب می شود که در آن رسوب و سایر فاکتور های مرتبط باید کنترل شود. برای این منظور فسفات ها  و فسفونات ها به همراه یون های روی استفاده می شوند.  افزودن زیست کش ها برای جلوگیری از رشد میکرو ارگانیسم هایی نظیر جلبک در سیستم هایی که نور خورشید به آن ها نفوذ می کند ضروری است. بازدارندگی از خوردگی در سیستم های آبی بسته که شامل تجهیزاتی که در موتور ها هستند می باشند باید با استفاده از بازدارنده های قوی تری نظیر کرومات ها کنترل شود.  مشکلات دفع از چنین سیستم هایی استفاده از موادی مانند کرومات  وجود دارد ولی استفاده از نیتریت ها ، بورات ها و بنزوآت ها چنین مشکلاتی را در پی نخواهد داشت.  اگر در سیستم مس وجود داشته باشد یا تجهیزات از جنس مس باشد استفاده از این نوع بازدارنده ها مشکلی را در پی نخواهد داشت. اگر در سیستم آلومینیوم وجود داشته باشد وجود نیتریت موجب به وجود آمدن خوردگی از نوع pitting  یا خوردگی حفره ای در محدوده خاصی از ph  می شود. استفاده از نیتریت در تجهیزاتی که لحیم کاری در مفاصل انجام شده باشد نیز خطرناک است. آلومینیوم تنها ماده ای است که در صورت استفاده از بنزوآت ها در محلول اسیدی مشکلی را در پی نخواهد داشت .  سازگاری سیستم ها و تجهیزات از جمله فولاد ضد زنگ و گالوانیزه با هر کدام از بازدارنده های خوردگی باید قبل از به کار گیری این مواد بررسی شود.

  • سیستم های گرمایشی

در این گونه سیستم ها همانند سیستم های خنک کننده بسته می توان از ترکیبات بنزوآت ، نیترات و بورات استفاده کرد. در سیستمی که طراحی مناسبی داشته باشد به گونه ای که ورود اکسیژن در کم ترین حد ممکن باشد سیستم دچار خوردگی نمی شود. در سیستم هایی که در بیمارستان ها ، واحد های تولید خوراک و نوشیدنی ها استفاده می شود اگر نشتی اندکی از سیستم صورت بگیرد ممکن است باعث آلودگی محیط و افراد شود.

  • بازدارنده های فاز بخار

برای فاز بخار بازدارنده های خوردگی فرار مانند سیکلوهزیل آمین و مشتقات آن استفاده می شود. این گونه از واحد ها باید به طور کامل مهر و موم شود تا از هدر رفت بازدارنده ها جلوگیری به عمل آید.  استفاده از این بازدارنده ها برای استفاده در تجهیزات فولادی و برای محافظت از ان در برابر خوردگی استفاده می شود.

انتخاب فلزات ضد خوردگی مناسب

خوردگی با استفاده کردن از برخی فلزات یا آلیاژها که در برابر  خوردگی مقاوم  هستند می تواند تا حدودی کاهش پیدا کند.  اما باید توجه داشت که نباید واژه مقاوم در برابر خوردگی یا corrosion resistance  را با واژه ضد خوردگی یا corrosion proof  اشتباه گرفت.  زیرا همیشه جریانی در سیستم وجود دارد که حاوی موادی است که می توانند در فلز موجب ایجاد خوردگی شود. برای مثال طلا در مقابل بسیاری ازمایعات خورنده مقاوم است اما در اثر در معرض قرار گرفتن با سیانید هیدروژن به سرعت دچار خوردگی می شود. نقره نیز فلز بسیار مقاومی در برابر خوردگی است اما در اثر در معرض قرار گرفتن با ترکیبات حاوی سولفور به سرعت دچار خوردگی می شود.

  • فولاد کم کربن

استفاده از این نوع فلز در سیستم هایی که با جریان های حاوی حلال های هیدرو کربنی و یا جریان هایی که آب کم تری نسبت به مواد شیمیایی دارند (حدود 1 ppm و یا کمتر ) مناسب است. این نوع از فلز  برای استفاده در محیط های آبی مناسب نیستند فقط در صورتی می توان انها را در این محیط ها استفاده کرد که از بازدارنده خوردگی استفاده شده باشد. در صورتی که نیاز به استفاده از فلزاتی نظیز فولاد کم کربن در مجاوت محیط های آبی باشد می توان ضخامت دیواره را جهت افزایش طول عمر تجهیزات افزایش داد.

 

  • فولاد ضد زنگ

انواع مختلفی از فولاد ضد زنگ وجود دارد اما باید به خاطر داشت که این مواد مقاوم در برابر خوردگی فقط در محیط های خاصی کارایی دارند. برای مثال ، نمونه UNS-S20910 به طور خاص برای محیط هایی که با سولوفوریک اسید سر و کار دارند طراحی شده ایت و نسبت هب این ماده مقاوم است. استفاده از این فلز در سایر محیط ها هم کاربرد دارد اما در معرض جریان هایی با  PH  پایین و حاوی کلر استفاده از این فلز توصیه نمی شود.

خوردگی فولاد ضد زنگ

  • آلیاژهای مس

مس و برنج بیشتر برای سیستم هایی که با آب سر و کار دارند استفاده می شود. اگرچه موجود بودن مواد شیمیایی مختلف در آب موجب ایجاد خوردگی حفره ای در این فلزات می شود.

 

  • آلیاژهای نیکل

الیاژهای نیکل مانند UNS N10276 و  UNS N08800 آلیاژهای مقاومی هستند که در محیط هایی با دمای بالا و بسیار خورنده استفاده می شوند.  اگرچه این فلزات نیز در برخی از محیط ها دچار خوردگی می شوند. برای مثال ، UNS N1027 در معرض یکی از انواع نرم کننده های مو که به علت خورندگی بالا هرگز وارد بازار نشده است دچار خوردگی شدید می شود به شکلی که در طی 1 ماه دچار خوردگی حفره ای بسیار عمیق می شود.

 

  • آلیاژهای تیتانیوم

آلیاژهای تیتانیوم بسیار سبک و در محیط های حاوی مقادیر بالایی کلر بسیار  خوردگی مقاوم هستند. اگرچه ، این ماده در جریان هایی با PH  بالا به سرعت خورده می شود.

  • آلیاژهای آلومینیوم

آلیاژ های آلومینیوم در هوا مقاوم در برابر خوردگی هستند. اما زمانی که در محیط های آبی قرار می گیرند مقاومتی در برابر خوردگی از خود نشان نمی دهند. مقاومت در برابر خوردگی در این ماده فقط در محیط هایی که دارای رنج خاصی از PH  هستند رخ می دهد. طبق جداولی که در این باره موجود هستند این ماده بیشترین مقاومت را در محیط هایی با رنج  4 تا 7 دارد. اما نرخ خوردگی در محیط هایی با PH  بالاتر از 7 و پایین تر از 4 بسیار بالا است.

 

 

چه عواملی بر روی خوردگی تاثیر می گذارند ؟

شدت خوردگی به نوع فلز و محیطی که در آن قرار گرفته است بستگی دارد.

  • ماهیت فلز
  • اضافه ولتاژ
  • قرارگیری فلز در سری گالوانیک
  • محیط های نسبی بخش های آنودیک و کاتدیک فلز
  • خلوص فلز
  • ماهیت فیلم سطحی
  • حلالیت محصولات خوردگی
  • فراریت محصولات خوردگی
  • ماهیت محیط
  • محدوده دمایی
  • رطوبت هوا
  • ناخالصی های موجود در آب
  • وجود ذرات معلق در محیط
  • تاثیر PH
  • ماهیت گاز ها ، نمک ها و آلاینده های حل شده
  • رسانایی محیط خوردگی
  • سرعت جریان فرآیندی
  • قطبیت الکترودها

جمع بندی

  • خوردگی یک فرآیند طبیعی است که انرژی پیوند را در فلزات کاهش داده و خواص مفید و طبیعی آن ها را از بین می برد و تجزیه می کند.
  • نتیجه نهایی این فرآیند شامل اکسیداسیون اتم فلز می باشد که به موجب آن یک یا چند الکترون را از دست می دهد.
  • خوردگی به عبارتی اشاره دارد به شکستن فلزات از حالت توده ای به پودری.
  • بازدارنده های خوردگی بهترین راه حل برای جلوگیری از خوردگی است و رساندن آن به کمترین میزان است.
  • بازدارنده های خوردگی دوست دار محیط زیست نتایج خوبی را در بازدارندگی از خوردگی از خود نشان می دهند.

پترو کیمیا پیوند به عنوان وارد کننده مواد شیمایی ضد خوردگی کیفیت کالا را مطابق با آنالیز تضمین میکند

پترو کیمیا پیوندمنابع

[1]        W. S. Tait, Controlling corrosion of chemical processing equipment, Third Edition. Elsevier Inc., 2018.

[2]        B. W. Darvell, “Chapter 13 Corrosion,” Mater. Sci. Dent., pp. 382–398, 2018, doi: 10.1016/B978-0-08-101035-8.50013-4.

[3]        A. Atkinson and J. Corish, “Corrosion.,” NATO ASI Ser. Ser. B Phys., vol. 97, pp. 477–504, 1983.

 

 

منابع تصاویر

  • https://facilityexecutive.com/2017/06/galvanic-corrosion-what-to-do-about-it/
  • https://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=galvanic_corrosion
  • https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Book%3A_Chem1_(Lower)/16%3A_Electrochemistry/16.08%3A_Electrochemical_Corrosion
  • https://www.jefa.com/electro-f.htm
  • https://www.researchgate.net/figure/Crevice-corrosion-which-appears-due-to-a-different-accumulation-of-oxygen-inside-and_fig4_304997539
  • https://steelfabservices.com.au/a-guide-to-crevice-corrosion-how-to-treat-it/
  • https://www.researchgate.net/figure/Pitting-corrosion-diagram-on-stainless-steel_fig1_324548688
  • https://www.mdpi.com/2076-3417/9/16/3265/htm
  • https://www.thomasnet.com/insights/fluid-gas-flow/2014/01/08/stopping-corrosion-in-boiler-tube-bundles/
  • https://frocktrade.com/carbon-steel-pipe-uses/
  • https://www.thefabricator.com/thefabricator/article/metalsmaterials/an-overview-of-austenitic-and-ferritic-stainless-steels
  • https://www.sambhavmetal.com/nickel-and-its-alloys/
  • http://maaslandmetals.com/titanium/
  • https://www.yieh.com/en/aluminum-alloy-tube-pipe

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.

فهرست