0
04136674922

انواع خوردگی فلزات – معرفی مختصر، ساده و همه فهم

در این نوشته از عصر مواد قصد داریم معرفی مختصر، ساده و همه فهمی از برخی انواع خوردگی (corrosion) فلزات تقدیم علاقمندان و کاربران محترم وب سایت عصر مواد نماییم. در واقع این نوشته برای کسانی نوشته شده است که تخصصی در زمینه خوردگی و حتی متالورژی ندارند ولی علاقمند هستند با انواع خوردگی ها در حدی آشنا شوند که به دردشان به خورد و خیلی زود فراموششان نشود. بدیهی است معرفی کامل و مفصل تر این خوردگی ها یا قبلاً در نوشته های دیگری از عصر مواد تقدیم شده است و یا در نوشته های بعدی تقدیم علاقمندان خواهد شد.

 

 

تعریف های مختلفی برای خوردگی (corrosion) فلزات ارائه شده است. از پذیرفته شده ترین تعریف ها در مورد خوردگی می توان به موارد زیر اشاره نمود:

 

  • خوردگی تخریب و یا تغییر خواص فلز در اثر واکنش شیمیایی و یا الکتروشیمیایی با محیط اطراف است. عملاً کلیه محیط ها خورنده هستند، لکن قدرت خورندگی آن ها برای یک ماده ی خاص متفاوت است.

 

  • خوردگی عکس متالورژی استخراجی و تمایل فلز برای رسیدن به حالت تعادل است. همان طور که می دانید فلزات در طبیعت معمولاً به صورت خالص وجود ندارند و بیشتر به شکل ترکیبات سولفیدی و اکسیدی یافت می شوند. برای استخراج فلزات از سنگ معدن، باید شکل اکسید شده یا سولفور شده فلز را احیا کرد تا به فلز آزاد دست پیدا کرد. در این صورت، انرژی آزاد درونی فلز افزایش می یابد و در نتیجه فلز می کوشد با اکسید شدن مجدد، انرژی اضافی خود را دفع کند. در واقع تمایل فلز به از دست دادن انرژی آزاد درونی اضافی و رسیدن به سطح انرژی پایین تر، دلیل اصلی تمایل طبیعی فلز به خوردگی و اکسیده شدن است.

 

 

وقوع خوردگی در فلزات دلایل، مکانیسم ها و انواع مختلفی دارد. زنگ زدگی را می توان معروف ترین و جلوی چشم ترین نوع خوردگی دانست که همه ما با آن آشنا هستیم و وقوع آن را به رطوبت نسبت می دهیم. علاوه بر زنگ زدگی که یک نوع خوردگی یکنواخت و عمومی است، فلزات با انواع دیگری از خوردگی از جمله خوردگی گالوانیک، خوردگی شیاری، خوردگی حفره دار شدن، خوردگی بین دانه ای، خوردگی میکروبی، خوردگی های تحت تنش، خوردگی های ناشی از هیدروژن، کاویتاسیون، خوردگی های سایشی و فرسایشی، خوردگی خستگی، خوردگی های دما بالا و غیره هم تخریب می شوند.

 

همان طور که در بند ابتدایی خواندید در این نوشته از عصر مواد قصد داریم معرفی مختصر، ساده و همه فهمی از برخی انواع خوردگی تقدیم علاقمندان و کاربران محترم وب سایت عصر مواد نماییم. معرفی کامل و مفصل تر این خوردگی ها یا قبلاً در نوشته های دیگری از عصر مواد تقدیم شده است و یا در نوشته های بعدی تقدیم علاقمندان خواهد شد.

 

 

خوردگی عمومی یا یکنواخت (Uniform Corrosion)

 

خوردگی یکنواخت، عمومی ترین نوع خوردگی است که با آن مواجه هستیم. در این نوع خوردگی، سطح فلز به صورت یکنواخت یا لای به لای خورده می شود. زنگ زدگی تعریف ساده و بسیار همه فهمی از این نوع خوردگی است. اگر از خوردگی یکنواخت جلوگیری نشود، تخریب ناشی از آن تا از بین رفتن کامل قطعه فلزی ادامه خواهد یافت.

 

 

 

 

اگر چه بیشترین تخریب و انهدام ناشی از خوردگی متعلق به خوردگی یکنواخت یا عمومی است ولی به دلیل قابل پیش بینی بودن وقوع آن، قابل کنترل بودن نرخ خوردگی با روش های مختلف از قبیل اعمال رنگ و پوشش، استفاده از ممانعت کننده و اعمال حفاظت کاتدی، قابل پیش بینی بودن سرعت خوردگی و زمان های تعویض قطعات و در نهایت به دلیل قابلیت پیشگیری از خسارت های بسیار مخرب ناشی از آن، از کم اهمیت ترین و یا به عبارت بهتر کم ریسک ترین انواع خوردگی است. 

 

 

خوردگی گالوانیکی (Galvanic Corrosion):

 

تحت یک شرایطی تماس دو فلز غیر هم جنس با هم می تواند اتفاق جالبی را موجب شود. این اتفاق آن است که اولاً یکی از فلزات خورده می شود و دیگری سالم می ماند و ثانیاً جدا کردن این دو فلز از هم، باعث توقف خوردگی می شود. به این پدیده، خوردگی گالوانیک یا خوردگی دو فلزی گفته می شود. 

 

تعریف تخصصی تر از خوردگی گالوانیک آن است که: وقتی دو فلز با خواص الکتروشیمیایی متفاوت در تماس الکتریکی با هم در یک محلول الکترولیت قرار گرفته و یک پیل گالوانیک تشکیل شود، فلز فعال تر که پتانسیل الکتروشیمیایی منفی تری دارد خورده می شود و فلز نجیب تر سالم می ماند. به فلز خورده شده آند و به فلز سالم مانده کاتد می گویند.

 

علت ایجاد این نوع خوردگی در بین فلزات به اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی آن‌ ها نسبت داده می شود و برای وقوع آن، فراهم شدن سه شرط زیر الزامی است:

 

  • حضور دو فلز با پتانسیل الکتروشیمیایی متفاوت
  • تماس الکتریکی یا امکان انتقال الکترون بین دو فلز
  • مواجهه دو فلز در یک محلول الکترولیت که به عنوان مسیر انتقال الکترون عمل می کند.

 

 

پیل گالوانیک

 

 

با فراهم شدن این سه شرط، آند یا فلزی که فعال تر است و پتانسیل الکتروشیمیایی منفی تری در محلول الکترولیت دارد، الکترون از دست داده و دچار خوردگی شدیدی می شود. از سوی دیگر، کاتد یا فلزی که نجیب تر است و پتانسیل الکتروشیمیایی مثبت تری در محلول الکترولیت دارد، سالم مانده و دچار خوردگی نمی شود. 

 

 

 

 

نکته جالبی در این میان وجود دارد و آن این است که مهندسان از خوردگی گالوانیکی به صورت هدفمند و به منظور محافظت از یک قطعه یا تجهیز ارزشمند استفاده می کنند که به آن حفاظت کاتدی می گویند. در این روش، قطعه ای را آند قرار می دهند تا با خوردگی و فدا کردن آن، از قطعه ارزشمند به عنوان کاتد محافظت نمایند. برای مثال برای جلوگیری از خوردگی بسیار مخرب و هزینه زای لوله فولادی حامل آب، گاز و یا نفت از روش بسیار سودمند حفاظت کاتدی استفاده می کنند. در این روش، لوله فولادی کاتد واقع شده و خورده نمی شود. در مقابل، فلزی که آند واقع شده است، به صورت فداشونده خورده شده و از بین می رود.

 

 

 

خوردگی حفره دار شدن (Pitting Corrosion)

 

برخی فلزات از قبیل فولادهای زنگ نزن، آلومینیوم، تیتانیوم و نیکل، در اتمسفر و برخی محیط های دیگر به صورت یکنواخت خورده نمی شوند. این اتفاق به دلیل یک لایه ی اکسید بسیار نازک ولی پسیو و مقاومی است که در سطح آن فلزات تشکیل شده و مانع خوردگی فلز به صورت یکنواخت و لایه به لایه می شود. علیرغم مقاومت به خوردگی یکنواخت بالای این فلزات، نقطه ضعف بزرگی در آن ها وجود دارد و آن اینست که این فلزات مستعد خوردگی موضعی هستند. این نوع خوردگی باعث حفره دار و سوراخ شدن فلز می شود و به دلیل سرعت بالای پیشرفت خوردگی و غیر قابل تشخیص بودن آن با آزمون های خوردگی، از مخرب ترین و خطرناک ترین انواع خوردگی ها است.

 

 

 

 

اگر به صورت ساده بخواهیم خوردگی حفره دار شدن (pitting) را معرفی بکنیم، به نظرم توصیف زیر گویای همه چیز خواهد بود:

 

فلزاتی که با یک لایه ی پسیو مقاوم محافظت می شوند، در مواجهه با برخی یون های خورنده به ویژه یون کلر، قسمت کوچکی از لایه محافظ خود را از دست می دهند. با تخریب لایه ی اکسیدی روی سطح فلز، ناحیه کوچکی از سطح در مقابل یون های خورنده آسیب پذیر شده و خوردگی درآن ناحیه باعث تشکیل یک حفره کوچک در سطح می شود. دست به دست دادن چند عامل که در نوشته “خوردگی حفره دار شدن چیست؟ عدد PREN چگونه محاسبه می شود؟” در عصر مواد به صورت کامل توضیح داده شده است، باعث تشکیل و رشد این حفره ها در راستای نیروی جاذبه می شود. به این ترتیب قطعه در نقاط مختلفی از سطح سوراخ می شود، بدون اینکه ضخامت آن کاهش یابد و یا کاهش وزن محسوسی پیدا کند. در شدیدترین حالت از خوردگی حفره دار شدن، قطعه به شکلی در می آید که انگار موریانه به جانش افتاده و آن را سوراخ سوراخ کرده است.

 

 

 

 

 

خوردگی شکافی یا شیاری (Crevice Corrosion)

 

اگر حمله موضعی عناصر خورنده به فلز در یک سطح آزاد اتفاق بیفتد و موجب خوردگی آن شود، آن را خوردگی حفره دار شدن (Pitting Corrosion) می گویند که توضیح داده شد ولی اگر خوردگی موضعی در یک سطح بسته مثل شکاف، شیار، سوراخ و محل اتصال (زیر پیچ، مهره، میخ پرچ و واشرها) اتفاق بیفتد، آن را خوردگی شیاری (Crevice Corrosion) می گویند. برای اینکه این نوع خوردگی اتفاق بیفتد، معمولاً نیاز است تا سیال حاوی یون های خورنده در محل شیار یا شکاف به صورت ساکن در بیاید.

 

 

 

 

 

خوردگی بین دانه ای (intergranular corrosion)

 

در برخی از مواد فلزی مثل آلیاژهایی از آلومینیوم، مس، نیکل و گروهی از فولادهای زنگ نزن، نوع جالبی از خوردگی موضعی ممکن است مشاهده بشود که در آن، مرزدانه ها یا نواحی نزدیک به آن در فلز دچار خوردگی می شوند، در حالی که خود دانه ها یا اصلاً خورده نشده اند یا کم خورده شده اند. به این نوع خوردگی، خوردگی بین دانه ای یا مرزدانه ای می گویند. تصویری از این خوردگی را در شکل زیر می ببینید:

 

 

 

 

خوردگی بین دانه ای معمولاً به دلیل فقیر یا غنی شدن موضعی یک یا چند عنصر آلیاژی در مرزدانه ها و یا حضور ناخالصی ها و رسوبات در این نواحی رخ می دهد. با توجه به اینکه بروز این نوع خوردگی در فولادهای زنگ نزن آستنیتی مثل ۳۰۴ و ۳۱۶ بسیار شایع است، توضیح مختصر و ساده ای از مکانیسم وقوع این خوردگی در این آلیاژها ارائه می دهیم:

 

اگر فولادهای زنگ نزن آستنیتی مثل ۳۰۴ و ۳۱۶ هنگام سرد شدنِ پس از عملیات حرارتی یا جوشکاری، از محدوده دمایی حدود ۸۵۰-۴۲۵ به آهستگی عبور کنند، کاربیدهای کروم تشکیل می شود. این کاربیدها در محلول جامد نامحلول هستند و با جدا شدن از آن، در مرزدانه های آستنیت رسوب می کنند. در نتیجه، حوالی مرز دانه ها از کروم تهی می شود و مقدار کروم این فولادها در نواحی مرزدانه های آستنیت به زیر مقدار ۱۱ درصد (یعنی حداقل مقدار کروم برای زنگ نزن شدن فولاد) می رسد. در نتیجه، آلیاژ به دلیل فقیر شدن مرزدانه ها از کروم، به خوردگی موضعی در مرزدانه ها حساس می شود و ممکن است در محیط ها و سرویس های کاری ویژه، مرزدانه ها به طور ترجیحی خورده شوند. لازم به ذکر است که در خودِ دانه خوردگی رخ نمی دهد و اگر هم رخ دهد بسیار ناچیز است. به این پدیده حساس شدن و به فولادهایی که این اتفاق برایشان می افتد، فولادهای حساس شده می گویند. به خوردگی و زنگ زدن موضعی این فولادها در این شرایط نیز خوردگی بین دانه ای می گویند.

 

 

 

خورده شدن مرزدانه های فولاد زنگ نزن آستنیتی در محیط اسیدی، الف)اطراف دانه ها کامل خورده نشده اند، ب) مرزدانه ها کاملاً خورده شده اند

 

 

اگر علاقمندید اطلاعات بیشتر و مفصلی از این نوع خوردگی داشته باشید، پیشنهاد می کنم نوشته زیر از عصر مواد را حتماً بخوانید:

 

توضیح ساده و کاربردی خوردگی بین دانه ای در فولادهای زنگ نزن

 

 

این نوشته در حال تکمیل است …

ارسال دیدگاه