انواع خوردگی

انواع خوردگی را میتوان به روشهای مختلف طبقه بندی نمود. اساس طبقه بندی که در این کتاب مورد استفاده قرار گرفته است، ظاهر و شکل فلز خورده شده می باشد. بدین طریق صرفاً با مشاهده فلز خورده شده می توان نوع خوردگی را مشخص کرد. برای تشخیص نوع خوردگی در اکثر موارد چشم غیر مسلح کافی است، لکن گاهی اوقات بزرگنمایی (مثلاً ذره بین یا میکروسکوپهائی با بزرگنمائی های کم) مفید یا ضروری است.

اطلاعات با ارزش برای حل یک مسئله خوردگی غالباً با مطالعه دقیق نمونه های آزمایشی خورده شده یا تجهیزات یا اجزائی که منهدم شده اند، بدست می آید. بررسی و مطالعه نمونه های خورده شده مخصوصاً قبل ازتمیز کردن آنها ضروری است.

در بین انواع خوردگی می توان ۸ نوع منحصر بفرد پیدا نمود، لکن تمام آنها کم و بیش وجه تشابهی دارند. این ۸ نوع عبارتند از:

  1. خوردگی یکنواخت یا سرتاسری
  2. خوردگی گالوانیک یا دو فلزی
  3. خوردگی شیاری
  4. حفره دار شدن
  5. خوردگی بین دانه ای
  6. جدایش انتخابی
  7. خوردگی سایشی
  8. خوردگی توام با تنش

این طبقه بندی اختیاری است و ممکن است صدرصد کامل نباشد، لکن تقریباً تمام انواع مشکلات و انهدامهای ناشی از خوردگی را شامل می شود. ضمناً ترتیب فوق نشان دهنده اهمیت انواع ذکر شده نیست.

در زیر ۸ نوع خوردگی فوق الذکر از نقطه نظر خصوصیات، مکانیزمها و طرق جلوگیری از آنها مورد بحث قرار خواهند گرفت. خسارت هیدروژنی، اگر چه از انواع خوردگی محسوب نمی شود، لکن چون بطور غیر مستقیم در اثر خوردگی واقع می شود، در این فصل گنجانده شده است.

انواع خوردگی

خوردگی یکنواخت

خوردگی یکنواخت معمولترین و متداولترین نوع خوردگی است. معمولاً بوسیله یک واکنش شیمیائی یا الکتروشیمیائی بطور یکنواخت در سرتاسر سطحی که در تمامی با محلول خورنده قرار دارد، مشخص می شود. فلز نازک و نازکتر شده و نهایتاً از بین می رود یا تجهیزات مورد نظر منهدم می شوند. مثلاً یک قطعه فولاد یا روی در داخل یک محلول رقیق اسید سولفوریک معمولاً با سرعت یکسانی در تمام نقاط قطعه خورده خواهد شد.

در شکل ۱-۳ یک تانک فولادی در یک کارخانه متروکه ذوب طلا نشان داده شده است. قسمت دایره ای در وسط عکس ضخیم تر از بقیه قسمتهای تانک بود این قسمت حالا بوسیله میله های تقویتی نگهداری می شود.

خوردگی یکنواختی یا سرتاسری، از نظر تناژ مقدار فلز خورده شده بالاترین رقم را دارد، لکن این نوع خوردگی از نقطه نظر فنی اهمیت چندانی ندارد، زیرا عمر تجهیزاتی که تحت این نوع خوردگی قرار می گیرند را دقیقاً میتوان با آزمایشات ساده ای تخمین زد. برای این منظور، تنها قراردادن نمونه های آزمایش در داخل محلول مورد نظر غالباً کافی است.

خوردگی یکنواخت را بطرق زیر می توان متوقف نمود یا کم کرد:

  1. انتخاب مواد و پوشش صحیح،
  2. بوسیله ممانعت کننده، و یا
  3. با استفاده از حفاظت کاتدی.

روشهای مبارزه با این نوع خوردگی را که می توان بتنهائی یا با یکدیگر بکار برد، در فصل ۶ به تفضیل بحث خواهیم کرد.

اکثر انواع دیگر خوردگی طبیعت پیچیده تری دارند و بسختی می توان آنها را پیش بینی نمود. همچنین موضعی بوده و محدود به نواحی خاصی یا قطعات یا قسمتهای معینی از ساختمان فلزی هستند. در نتیجه باعث انهدامهای غیر منتظره یا زودرس کارخانجات، ماشین آلات یا ابزار آلات می شوند.

 

انواع خوردگی گالوانیکی یا دو فلزی

موقعیکه دو فلز غیر همجنس که در تمامس الکتریکی با یکدیگر هستند، در معرض یک محلول هادی یا خورنده قرار بگیرند، اختلاف پتانسیل بین آن دو باعث برقراری جریان الکترون بین آنها می شود. نسبت به موقعیکه این دو فلز در تماس الکتریکی با یکدیگر نباشند، خوردگی فلزی که مقاومت خوردگی کمتری دارد، افزایش یافته و برعکس، خوردگی فلز مقاومتر، تقلیق می یابد. فلزی که مقاومت خوردگی کمتری دارد آندی شده و فلز مقاومتر (از نظر خوردگی) کاتدی می شود.

معمولاً کاتد با فلز کاتدی در این نوع خوردگی یا اصلاً خورده نمی شود و یا اگر خورده شود، مقدار خوردگی آن خیلی کم خواهد بود.

بعلت وجود جریان های الکتریکی بین فلزات غیر همجنس این نوع خوردگی، خوردگی گالوانیکی یا دو فلزی نامیده میشود. این نوع خوردگی، خوردگی الکتروشیمیائی بوده، لکن برای سهولت تشخیص، اصطلاح گالوانیکی یا دو فلزی را در این مورد بکار می بریم.

نیروی محرکه برای برقراری جریان و در نتیجه خوردگی، پتانسیلی است که بین این دو فلز وجود دارد. باطری خشک مثال خوبی در این مورد است. الکترود کربنی بعنوان یک فلز مقاوم خوردگی کاتد- عمل نوده و جداره آن که از فلز روی ساخته شده بعنوان آند عمل می کند و خورده میشود. خمیر بین الکترودها هادی الکتریسته است (و خورنده) و جریان الکتریکی را در داخل باطری هدایت می کند. از منیزیم نیز می توان بعنوان ف لز آند یا جداره باطری استفاده نمود.

 

۲-۳- اثرات محیط

ماهیت و خورندگی محیط بمیزان زیادی بر شدت خوردگی گالوانیکی تاثیر می گذارد. معمولاً فلزی که مقاومت کمتری نسبت به محیط مورد نظر دارد، آند می شود. بعضی وقتها پتانسیل یک زوج گالوانیکی در یک محیط دیگر عکس می شود. جدول ۳-۳ رفتار عمومی فولاد و روی را در محیطهای آبی نشان می دهد. معمولاً هم فولاد و هم روی هر کدام به تنهائی خورده می شوند، لکن موقعیکه آنها را بهم متصل می کنیم روی خورده شده و فولاد حفاظت می شود.

در موارد خاصی مثل دیگهای آب گرم خانگی در درجه حرارتهای بالاتر از     F۰ ۱۸۰ حالت فوق برعکس شده و فولاد آندی می شود. ظاهراً در این حالت محصولات خوردگی روی باعث نجیب تر شدن این فلز نسبت به فولاد می شوند.Haney نشان داد که در حضور یونهای ممانعت کننده نظیر نیتراتها، بی کربناتها و یا کربناتها در آب، روی بمقدار کمی نجیب تر می گردد و پتانسیلها برعکس خواهد شد.

 

جدول ۳-۳ تغییر وزن فولاد ورودی به تنهائی و در تماس با یکدیگر (گرم)

متصل بهم                جدا از هم

فولاد         روی            فولاد        روی               محیط

۰۲/۰+    ۰۵/۰-                    ۰۴/۰-    ۰۰/۰           M  MgSO۴ ۰۵/۰

۰۱/۰+     ۴۸/۰-                   ۱۵/۰-     ۱۷/۰-         M  Na۲SO۴ ۰۵/۰

۰۱/۰+     ۴۴/۰-                   ۱۵/۰-   ۱۵/۰-           M  NaC1 05/0

۰۲/۰+     ۱۳/۰-                   ۱۰/۰-    ۰۶/۰-          M  NaC1 05/0

 

تانتال از نظر مقاومت در برابر خوردگی فلزی بسیار مقاوم است و نسبت به پلاتین و کربن آند است. لکن پیل حاصل تنها در درجه حرارتهای بالا فعال است. مثلاً در زوج تانتال- پلاتین جریان تا C۰ ۱۱۰ برقرار نمی شود و در C۰ ۲۶۵ جریانی حدود ma/ft۲ ۱۰۰ وجود دارد. تانتال نسبت به چدن پرسیلیسیم در اسید سولفوریک غلیظ کاتد است، لکن جریان بین آندو بسرعت بصفر می رسد.

در بالاتر از C۰ ۱۴۵ قطبین پیل عکس می شود. تانتال را نبایستی در تماس با فلزات آندی قرار داد زیرا هیدروژن کاتدی را جذب نموده و ترد می شود.

خوردگی گالوانیکی در اتمسفر نیز واقع می شود. شدت آن بستگی به نوع و مقدار رطوبت موجود در اتمسفر دارد. مثلاً خوردگی نزدیک سواحل دریا بیشتر از اتمسفر خشک می باشد. کندانس بخار در نزدیک ساحل دریا حاوی نمک است و لذا هادی تر و خورنده تر است و در رطوبت و درجه حرارت یکسان نسبت به کندانس در یک ناحیه دور از دریا الکترولیت بهتری است.

آزمایشات اتمسفری در نقاط مختلف نشان داده اند که روی (Zn) در تمام موارد نسبت به فولاد آند است، آلومینیوم وضعیت مختلف و متغیری داشته و قلع و نیکل همواره کاتد بوده اند. موقعیکه فلزات کاملاً  خشک باشند خوردگی گالوانیکی اتفاق نخواهد افتاد، زیرا الکترولیتی برای حمل جریان بین سطوح الکترودها وجود ندارد.

 

۶-۳- کاربردهای مفید

خوردگی گالوانیکی دارای چند کاربرد مفید می باشد. همانطور که قبلاً اشاره گردید باطریهای خشک و باطریهای دیگر انرژی الکتریکی خود را از خوردگی گالوانیکی یک الکترود بدست می آورند. جالب توجه است که اگر اینگونه باطریها تا آنجا که استفاده شوند که جداره روی (zn) سوراخ شود و الکترونیک خورنده به بیرون نشت نماید، در این صورت یک مسئله خوردگی گالوانیکی خواهیم داشت. بعضی کاربردهای مفید این نوع خوردگی بطور خلاصه در زیر آمده است:

 

حفاظت کاتدی

مبحث حفاظت کاتدی را در اینجا بررسی می کنیم زیرا براساس خوردگی گالوانیکی قراردارد. این مطلب در فصل ۶ مفصل تر بحث خواهد شد. حفاظت کاتدی عبارتست از حفاظت یک ساختمان فلزی با کاتد ساختن آن در یک پیل گالوانیکی. فولاد گالوانیزه شده (پوشش روی) مثال کلاسیک حفاظت کاتدی فولاد است. پوشش روی را روی فولاد می دهند نه بخاطر اینکه روی در مقابل خوردگی مقاوم است بلکه بخاطر اینکه مقاوم نیست.

در خراشها یا سوراخهای سطحی، روی خورده خواهد شد و فولاد را حفاظت خواهد نمود.

روز بعنوان یک آند قربانی شونده عمل می کند. برعکس، قلع، که از روی مقاومتر است، گاهی اوقات پوشش مناسبی برای فولاد نیست زیرا معمولاً نسبت به فولاد کاتد است. در خراشها یا سوراخهای پوشش قلع، خوردگی فولاد به واسطه عامل گالوانیکی تسریح می گردد. منیزیم را غالباً به لوله های فولادی زیر زمینی متصل می کنند تا خوردگی آنها متوقف گردد (در ازای خورده شدن منیزیم). حفاظت کاتدی را همچنین با اعمال جریان توسط یک منبع برق خارجی از طریق یک الکترود خنثی نیز بدست می آورند.

 

تمیز کردن نقره

یکی از موارد استفاده خوردگی گالوانیکی تمیز کردن ظروف نقره ای خانگی است. بیشتر ظروف نقره ای توسط مالش یک جسم ساینده تمیز می گردند. این کار علاوه بر به هدر دادن نقره در مورد پوششهای نقره ای زیان آور است، چون باعث از بین رفتن پوشش می گردد.

بیشتر لکه های موجود در روی ظروف نقره ای بواسطه سولفید نقره است. یک روش الکتروشیمیائی ساده مشتمل بر قراردادن نقره در ظروف آلومینیومی محتوی آب و جوش شیرین (از کلرید سدیم استفاده نکنید) می باشد. جریان الکتریکی بوجود آمده در اثر تماس نقره و آلومینیوم باعث احیاء سولفید نقره به نقره می گردد. در این حالت نقره جدا نمی گردد. در انتها ظرف را در آب گرم و صابون می شویند و آب کشی می کنند.

سطح بدست آمده در این حالت بخوبی سطح پولیش شده نیست ولی از سایش و خراشیدن نقره و نیز آسیب رسیدن به اپراتورها جلوگیری می کند. استفاده هم زمان از تمیز کننده های آلتراسونیک باعث افزایش کیفیت وسرعت کار می گردد ولی تجهیزات مذکور همواره در دسترس نمی باشند.

گاهی اوقات، در فروشگاهها، یک فلز جادوئی عرضه می شود که همین کار را می کند، بر طبق دستورالعمل داده شده، فلز جادوئی را بایستی به ظروف نقره ای متل نموده و در یک ظرف لعابی حاوی محلول جوش شیرین قرار داد. فلز جادوئی در حقیقت یک قطعه آلومینیوم یا منیزیم است.

 

انواع خوردگی شیاری

اکثراً در شیارها و نواحی دیگری روی سطح فلز که حالت مرده دارند و در معرض محیط خورنده قرار دارند، خوردگی موضعی شدیدی اتفاق می افتد. این نوع خوردگی معمولاً همراه با حجمهای کوچک محلولها یا مایعات که در اثر وجود سوراخ، سطوح واشرها، محل رویهم قرار گرفتن دو فلز، رسوبات سطحی و شیارهای زیر پیچ، مهره ها، و میخ پرچها ساکن شده اند یا به اصطلاح حالت مرده پیدا کرده اند، می باشد درنتیجه این خوردگی شیاری یا گاهی اوقات خوردگی لکه ای یا واشری نیز می نامند.

 

۷-۳- فاکتورهای محیطی

مثالهایی از رسوباتی که ممکن است باعث خوردگی شیاری (یا خوردگی لکه ای) بشوند عبارتند از: ماسه، کثافات، محصولات، خوردگی و جامدات دیگر. رسوب بعنوان یک مانع عمل می کند و در زیر آن محلول بصورت ساکن در می آید. رسوبات می توانند محصولات خوردگی نیز باشند. شکل (۷-۳) خوردگی شیاری یک کویل حرارتی ازنقره خالص را بعد از فقط چند ساعت کار نشان می دهد.

جامدات معلق نامحلول روی سطح کویل راسب شده ودر مثال حاضر باعث خوردگی نشان داده شده گردیده است. جداره داخلی تانک با روکش نقره هیچگونه اثری از خوردگی نشان نداده زیرا در این نواحی رسوبی بوجود نیامده است.

شکل ۷-۳- خوردگی شیاری یک کویل حرارتی نقره ای

تماس بین سطوح فلز و غیر فلز نیز می تواند باعث خوردگی شیاری گردد. این حالت در مورد بعضی واشرها پیش می آید. مثالهائی از اینگونه واشرها می توانند باعث این نوع خوردگی گردند عبارتند از چوب، پلاستیک، لاستیک، شیشه، بتن، آزبست، موم و پارچه.

شکل ۸-۳ مثال خوبی از خوردگی شیاری در فصل مشترک واشر با فولاد زنگ نزن می باشد. داخل لوله مقدار ناچیزی خورده شده است. فولادهای زنگ نزن خصوصاً مستعد به خوردگی شیاری هستند. مثلاً یک ورقه فولاد زنگ نزن ۸-۱۸ را می توان با قراردادن یک کش لاستیکی به دور آن و سپس فرو بردن آن در آب دریا از وسط به دو نیم کرد. خوردگی شیاری در محل تماس لاستیک و فلز شروع شده و پیشروی می کند.

برای عمل کردن بعنوان یک محل خوردگی، شیار بایستی باندازه کافی باز باشد تا مایع بتواند داخل آن شود، لکن بایستی آنقدر نیز باریک باشد تا یک منطقه ساکن محلول بوجود آورد. بدین دلیل است که خوردگی شیاری معمولاً در شیارهائی با دهانه هائی به عرض چند هزارم اینچ یا کمتر اتفاق می افتد.

این نوع خوردگی بندرت در شیارهای بازتر (مثلاً به عرض حدود ۳ میلیمتر) اتفاق می افتد. واشرهای الیافی که دارای خاصیت جذب آب می باشند، تشکیل یک محلول کاملاً ساکن روی سح فلانج داده و شرایط تقریباً ایده آلی را برای خوردگی شیاری فراهم می آورند.

 

حفره دار شدن

حفره دار شدن نوعی خوردگی شدیداً موضعی است که باعث سوراخ شدن فلز می شود. این سوراخها ممکن است قطرهای مختلفی داشته باشند، لکن در اکثر موارد قطر آنها کوچک است. حفره ها گاهی مجزا بوده و گاهی آنقدر نزدیک هم هستند که سطح زبری بوجود می آورند. معمولاً در صورتیکه قطر دهانه محل خورده شده تقریباً مساوی یا کمتر از عمق آن باشد. شکل حاصل را حفره می نامند.

حفره دار شدن یکی از مخرب ترین و موذی ترین انواع خوردگی می باشد و در اثر سوراخ شدن تجهیزات یا قطعات فلزی، باعث بلااستفاده شدن آنها می شود، در حالی که تقلیل وزن حاصل از این نوع خوردگی ناچیز است. حفره ها را غالباً بسختی می توان دید زیرا اندازه آنها کوچک است و اغلب بوسیله محصولات حاصل از خوردگی پوشیده می شوند.

بعلاوه، چون در شرایط کاملاً مشابه تعداد و عمق نفوذ حفره های بوجود آمده روی سطح فلزی یکسان نیست حفره دار شدن را بسختی می توان به طور کمی اندازه گرفت و مقایسه نمود. همچنین حفره دار شدن را بوسیله آزمایشات خوردگی بسختی می توان پیش بینی نمود. گاهی اوقات در عمل حفره ها زمان زیادی برای بوجود آمدن لازم دارند، چند ماه یا یکسال، حفره دار شدن از این جهت غالباً بطور ناگهانی واقع میشود و خسارت بزرگی ممکن است ببار آورد.

 

۱۱-۳ شکل حفره و رشد آن

شکل ۱۴-۳ مثالی از حفره دار شدن فولاد زنگ نزن ۸-۱۸ بوسله اسید سولفوریک حاوی کلرورفریک می باشد. توجه کنید که حفره ها کاملاً واضح بوده و قسمت اعظم سطح فلز اصلاً خورده نشده است. این خوردگی در ظرف چند روز بوجود آمد، البته با تشدید پارامترهای موثر در آزمایشگاه این اتفاق افتاده است. حفره دار شدن در شرایط معمولی ماهها یا سالها طول می کشد تا در نهایت فلز را سوراخ نماید. شکل ۱۵-۳ یک لوله مسی آب آشامیدنی رانشان میدهد که بعد از چند سال کار سوراخ شده است. حفره های فراوانی وجود دارند و همچنین یک رسوب خطی نیز دیده میشود.

شکل ۱۵-۳ حفره دار شدن یک لوله مسی که برای لوله کشی آب آشامیدنی بکار رفته است.

حفره ها معمولاً در جهت نیروی جاذبه رشد می کنند. اکثر حفره ها روی سطوح افقی بوجود آمده و به پائین رشد می کند. تعداد کمتری روی سطوح عمودی تشکیل می گردند و بندرت حفره ها روی سطوحی که در بالای محیط خورنده قرار دارند، رشد می کنند.

دوره شروع حفره دار شدن معمولاً طولانی است. بسته به فلز و محیط مورد مطالعه، این دوره بین ماهها تا سالها طول می کشد. لکن به مجرد اینکه حفره ها شروع شدند، با سرعت دائماً افزاینده ای بداخل نفوذ می کنند. بعلاوه حفره ها موقع رشد تمایل به خالی کردن زیر سطح فلز دارند. این جنبه در شکل ۱۶-۳ نشان داده شده است این لوله از فولاد زنگ نزن ۱۶% گرم (نوع ۴۳۰) بوده که در اثر نشتهای کوچک سوزنی منهدم شده است. این لوله حاوی آب سیر کوله کننده برای سرد کردن اسید نیتریک در یک کارخانه سازنده این اسید بوده است.

بیرون لوله (قسمت پائین) در معرض محیط خورنده- اسید نیتریک- بوده و روی این سطح خوردگی قابل ملاحظه ای انجام نگرفته است. آب سرد کننده مشتمل بر مقادیر کمی کلر بوده است. حفره هائی در داخل لوله شروع شده و به پائین رشد نمودند. سوراخ روی سطح زیری شکل می باشد که نشت از آن شروع شده است. تمایل حفره ها برای خالی کردن زیر سطح، تشخیص آنها را خیلی مشکل تر می سازد. خسارت وارد شده به زیر سطح، خیلی بیشتر از ظاهر حفره است.

شکل ۱۶-۳ حفره دار شدن یک لوله کندانسور از جنس فولاد زنگ نزن

حفره دار شدن را میتوان حد فاصل بین خوردگی یکنواخت و مقاومت کامل در مقابل خوردگی دانست. این حالت بطور شماتیکی در شکل ۱۷-۳ نشان داده شده است.

نمونه A اصلاً خورده نشده است. در نمونه C فلز در تمام سطحی که در تماس با محلول خورنده قرار داشته بطور یکنواخت خورده شده است. در نمونه B در فرورفتیگها خوردگی حفره ای شدیدی بوقوع پیوسته است.

با قراردادن سه نمونه کاملاً مشابه از فولاد زنگ نزن ۸-۱۸ در محلول کلرورفریک و افزودن غلظت یا درجه حرارت به سهولت می توان این حالات را بترتیب از چپ به راست به دست آورد. محلول کلرورفریک خیلی رقیق و سرد (در زمانهای کوتاه) هیچ گونه اثری روی نمونه ندارد (حالت A) ولی کلرورفریک غلیظ و داغ، نمونه را بسرعت حل می کند (حالت C).

مثال بسیار جالب دیگری از این حالت هنگام مطالعه اثر فشار بالای اکسیژن و PH بر خوردگی فولاد بوسیله محلول ۵ درصد نمک طعام بدست آمده است.

در شکل ۱۸-۵ نشان داده شده است که با افزایش Ph، خوردگی از نوع یکنواخت، تبدیل به خوردگی حفره ای موضعی بسیار شدیدی می شود. از Ph=4 به بعد حفره ها بوسیله کلاهکی از مواد خورنده پوشیده می شوند در Ph=12 محصولات خوردگی شکل لوله ای عجیبی بخود می گیرند و سرعت خوردگی در کف لوله ها mpy 17000 بوده است. مکانیزم این اثر در قسمت بعدی آمده است.

 

انواع خوردگی بین دانه ای

طبیعت فعال تر مرز دانه ها نسبت به خود دانه ها در فصل ۲ بحث شد. در اکثر کاربردها یا استفاده فلزات، این خاصیت مرزدانه ها بی نتیجه بوده یا کم اهمیت می باشد.

اگر یک فلرز در یک شرایط خاص ناپایدار باشد و در نتیجه خورده شود، چون مرزدانه ها معمولاً کمی فعالتر از خود دانه ها می باشند، بنابراین خوردگی یکنواخت بوجود می آید. لکن، تحت بعضی شرایط، مرز دانه ها نسبت به دانه ها خیلی فعال تر می شوند و خوردگی بین دانه ای بوجود می آید. خوردگی موضعی و متمرکز در مرز دانه ها یا نواحی نزدیک به آنها در حالیکه خود دانه ها یا اصلاً خورده نشده اند یا کم خورده شده اند، را خوردگی بین دانه ای می نامند. آلیاژ پودر می شود (دانه ها یا کریستالها جدا می شوند) و یا استحکام خود را از دست می دهد.

خوردگی بین دانه ای بوسیله ناخالصیهای موجود در مرزدانه ها، غنی شدن یا فقیر شدن مرزدانه ها نسبت به یک عنصر آلیاژی در این نواحی واقع میشود. مقادیر جزئی آهن در آلومینیوم که قابلیت انحلال کمی برای آهن، دارد، به مرزدانه ها رفته و باعث خوردگی بین دانه ای می شوند. فقیر شدن مرزدانه ها نسبت به کرم باعث خوردگی بین دانه ای فولادهای زنگ نزن می گردد. براساس اندازه گیری کشش سطحی، ثابت شده است که در مرزدانه های برنج مقدار روی (zn) بیشتر از مقدار آن در داخل دانه ها می باشد.

 

۱۸-۳ فولادهای زنگ نزن آستینتی

خوردگی بین دانه ای باعث انهدامهای متعدد فولادهای زنگ نزن ۸-۱۸ شده است. این نوع خوردگی در محیط هایی اتفاق می افتد که آلیاژ در آن محیط دارای مقاومت بسیار  خوب یا عالی می باشد. موقعیکه این فولاد ها در محدوده F۰ ۹۵۰ تا F۰ ۱۴۵ (۵۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد) حرارت داده می شوند، باصطلاح مستعد و آماده برای خوردگی بین دانه ای می شوند. این حالت را حساس شدن می گویند. مثلاً روش اینکه در آزمایشگاه یک نمونه را عمداً حساس کنیم این است که آنرا در ۱۲۰۰ درجه فارنهایت به مدت یکساعت حرارت دهیم.

خوردگی بین دانه ای در اثر فقیر شدن یا تخلیه شدن نواحی مجاور مرزدانه  ها نسبت به کرم می باشد. افزودن کرم در فولاد معمولی باعث مقاوم شدن آن در اکثر محیطها می شود. (خاصیت زنگ نزن). معمولاً برای اینکه فولاد باصطلاح زنگ نزن بشود، بیشتر از ۱۰ درصد کرم لازم است. اگر مقدار کرم بشدت کم شود، سرعت خوردگی تقریباً به مقدار سرعت خوردگی فولاد معمولی خواهد رسید.

در محدوده درجه حرارت ذکر شده، کاربیدکرم  (و کربن) تقریبا، در محلول جامد نامحلول بوده و چنانچه مقدار کربن حدود ۰۲/۰ درصد یا بیشتر باشد بصورت رسوباتی از محلول جامد جدا می شود، و در نتیجه در حوالی مرزدانه ها کرم از محلول جامد خارج شده و نتیجه آن فلزی با درصد کرم پائین در نواحی مجاور مرزدانه ها می باشد.

تحت اثر محلول شیمیائی، کاربرید کرمی که در مرزدانه ها راسب شده خورده نخواهد شد، بلکه نواحی تخلیه شده از کرم در حوالی مرزدانه خورده خواهند شد، بعلت نداشتن کرم (یا پائین بودن مقدار آن) این نواحی از مقاومت کافی در محیط خورنده برخوردار نیستند. فولاد زنگ نزن معمولی ۸-۱۸، نوع ۳۰۴  معمولاً دارای ۰۶/۰ تا ۰۸/۰ درصد کربن است، لذا مقادیر مازاد کربن برای راسب شدن کاربید کرم وجود دارد.

این وضعیت در شکل ۲۴-۳ نشان داده شده است. در درجه حرارت حساس شدن کربن به سهولت بطرف مرزدانه ها نفوذ (دیفوزیون) می کند ولی کرم از موبیلیته کمتری در این درجه حرارت برخوردار است. سطح موجود در مرزدانه ها تشکیل سطوح جدید و یا به عبارت دیگر کاربید کرم را آسان تر می سازند.

شکل ۲۴-۳ نمایش شماتیکی مرزدانه ها در فولاد زنگ نزن نوع ۳۰۴ که حساس شده است.

دلایلی وجود دارند که نشان میدهند مقدار کرم در مرزدانه ها خیلی کم می شود یا حتی صفر می گردد. فرض کنید مقدار کرم مرزدانه ها به ۲ درصد تقلیل پیدا کند، در نتیجه مقاومت خوردگی مرزدانه ها کم می شود. چون آلیاژ با ترکیبی شیمیائی مختلف در تماس با یکدیگر بوده و نسبت سطحی بسیار نامناسبی وجود دارد، نواحی تخلیه شده از کرم دانه ها را محافظت خواهند نمود. در نتیجه نواحی مرزی بسرعت خورده می شوندو خود دانه ها یا خورده نخواهند شد و یا اگر خورده شوند، مقدار خوردگی آنها اندک خواهد بود.

اگر این آلیاژ بصورت ورق نازکی بود و سطح مقطع مرزدانه ها را مشاهده می کردیم، چیزی شبیه به شکل ۲۵-۳ می دیدیم. نواحی خورده شده بصورت شیارهای باریک و میق در بزرگ نمائی های پایین (مثلاً ۱۰×) دیده می شدند.

رسوبات کاربید کرم را، سالها بعنوان «ذرات» در نظر می گرفتند زیرا آنقدر کوچک بودند که امکان مطالعه عمیق آنها بوسیله میکروسکوپ نوری وجود نداشت. نیلسن و ماهلا از شرک دوپانت با استفاده از میکروسکوپ الکترونی نشانداده اند که کاربیدها تشکیل یک لایه نازکی بدور دانه ها با ساختمانی شبیه برگ می دهند. شکل ۲۶-۳، که نتایج کار  آنها را نشان می دهد، کاربیدهای کرم برگ مانند را نشان می دهد بعد از آنکه قسمت فلزی بوسیله اسید کلریدریک قوی حل شده است.

این همچنین بر نکته ای در شکل ۲۵-۳  نشانداده شده تاکید می کند که خود کاربیدها خورده نمی شوندو فلزی که در مجاورت انها قرار دارد و از کرم فقیر گردیده خورده می شود.در حقیقت اسید کلریدریک قوی تمام آلیاژ نوع ۸-۱۸ را بدون توجه به نوع عملیات حرارتی حل می کند.

 

۲۳-۳ زدایش روی، ویژگیها

برنج زرد معمولی از تقریباً ۳۰ درصد روی و ۷۰ درصد مس تشکیل یافته است. زدایش روی را به سهولت با چشم غیر مسلح می توان تشخیص داد، زیرا آلیاژ قرمز رنگ مسی بدست می آید که از رنگ زرد اصلی آلیاژ قابل تمایز می باشد. دو نوع زدایش روی وجود دارد که بسهولت قابل تشخیص هستند. نوع لایه ای یا یکنواخت و نوع موضعی.

شکل ۳۵-۳ مثالی از نوع یکنواخت را نشان میدهد. لایه داخلی که تیره تر به نظر می آید قسمتی است که روی خود را از دست داده و لایه خارجی برنج زرد خورده نشده است. نفوذ حدود ۵۰ درصد ضخامت لوله بوده که بعد از چند سال کار در آب آشامیدنی اتفاق افتاده است.

شکل ۳۶-۳ مثال خوبی از نوع موضعی زدایش روی می باشد. نواحی تیره سوراخهائی هستند که در آن محل ها را از دست رفته است. میزان خوردگی بقیه لوله قابل توجه نمی باشد.

این لوله ازیک مبدل حرارتی در یک موتورخانه جدا شده و در یک طرف آب بویلر و در طرف دیگر گازهای حاصل از احتراق سوخت بوده است. در شکل ۳۷-۳ مقطع یکی از نقاط مشاهده می گردد. خوردگی در طرفی که در تماس با آب بوده اتفاق افتاده است. افزودن روی به مس باعث کم شدن مقاومت خوردگی مس می گردد.

شکل ۳۵-۳ زدایش یکنواخت روی در یک لوله برنجی

شکل ۳۶-۳ زدایش روی از نوع موضعی

اگر در نقاطی که روی را از دست داده اند، مس جامد وجود داشت، مقاومت خوردگی آن نقطه افزایش می یافت. متاسفانه قسمتی از روی از دست داده ضعیف، قابل نفوذ و متخلخل است. مقطع لوله خورده شده در شکل ۳۷-۳ نشان داده شده است. در این حالت فلز ترد بوده و استحکام کمی دارد. علت انهدام لوله به واسطه آن است که حفره های به وجود آمده توسط زدایش موضعی روی در اثر فشار آب باز شده اند (تیره ترین نقاط در شکل ۳۶-۳).

شکل ۳۷-۳ مقطع یکی از نقاط نشان داده شده در شکل ۳۵-۳

تغییر ابعاد هنگام زدایش روی قابل ملاحظه نیست. اگر قطعه ای که زدایش روی در آن صورت گرفته است بوسیله کثافات یا رسوبات مختلف پوشیده باشد و بدقت بازرسی نشود انهدامهای ناگهانی و غیره منتظره در اثر ضعیف بودن فلز واقع میشود.

نوع لایه ای یا یکنواخت زدایش روی در برنجهائی که درصد روی آنها بالاتر است ودر محیطهای اسیدی واقع می شوند اتفاق می افتد. نوع plug اغلب در برنجائی که مقدار روی آنها کم است و در شرایط خنثی، قلیائی یا کمی اسیدی قرار دارند اتفاق می افتد. این بیانها کلی بوده و ممکن است استثنائات زیادی داشته باشند.

شرایط ساکن معمولاً برای زدایش روی مناسبتر می باشند زیرا پوسته ها یا رسوبات خارجی روی سطح فلز قرار می گیرند. اینها ممکن است باعث خوردگی شیاری و یا درجه حرارتهای بالاتری در تبادل کننده های حرارتی بشوند (بخاطر عایق بودن رسوبات)

ساختمان فلز و ترکیب شیمیائی آن مهم می باشد. بعضی برنجها حاوی بیشتر از ۳۵ درصد روی می باشند. در این موارد، یک فاز غنی از روی بوجود می آید (ساختمان دوفازه) و خوردگی موضعی ممکن است واقع گردد. گاهی اوقات ابتدا فاز β تحت زدایش روی قرار می گیرد و سپس این خوردگی به فاز زمینه (α) نیز سرایت می کند.

برنج قرمز (۱۵% روی)، بندرت مسئله زدایش روی پیدا می کند. نمونه های کششی از برنج قرمز، برنج دریایی (۳۵% روی) و فلز مونتز (۴۰% روی) که بمدت چندین ماه در معرض محلول کلریدی در ۸۰ درجه سانتیگراد قرار گرفتند، بترتیب بمقدار ۵%، ۳۰%، ۱۰۰% کاهش استحکام از خود نشان دادند. مجدداً این نتایج نشان می دهند که آلیاژی که روی خود را از دست داده باشد استحکام خیلی کمی دارد.

 

۲۴-۳  مکانیزم زدایش روی

برای توجیه زدایش روی، دو تئوری پیشنهاد  شده است. در یکی گفته می شود که در اثر حل شدن روی محلهای خالی در ساختمان شبکه برنج بوجود می آید. این تئوری اثبات نشده است. یک دلیل محکم بر علیه آن وجود دارد و آن این است که زدایش روی تا عمق های زیاد غیر ممکن یا بسیار آهسته خواهد بود. زیرا دیفوزیون محلول و یونها از طریق شبکه ای مشتمل بر جاهای خالی مشکل بوده و نیاز به زمان زیادی داراد.

مکانیزمی که بیشتر از مکانیزم قبلی مورد قبل قرار گرفته مشتمل بر سه مرحله است. ۱) انحلال برنج ۲) باقیماندن روی در محلول، ۳) راسب شدن مس روی سطح برنج.

روی فلز کاملاً فعالی است، در حالیکه مس نجیب تر است. روی می تواند در آب خالص به آهستگی خورده شود و واکنش کاتدی آن احیاً آب به گاز هیدروژن و یونهای هیدروکسیل می باشد. بهمین دلیل زدایش روی در غیاب اکسیژن نیز می تواند انجام شود. در صورتیکه اکسیژن نیز حضور داشته باشد، در واکنش کاتدی وارد شده و خوردگی افزایش می یابد.

آنالیز نواحی که روی را از دست داده اند نشان میدهد که ۹۰ تا ۹۵ درصد مس وجود دارد که مقداری از آن نیز بصورت اکسید مس می باشد، مقدار اکسید مس بستگی به مقدار اکسیژن محیط دارد و طبیعت متخلخل رسوبات باعث تسهیل تماس محلول و برنج می گردد.

 

انواع خوردگی سایشی

خوردگی سایشی عبارتست از سرعت یافتن یا افزایش سرعت خوردگی یا از بین رفتن یک فلز در اثر حرکت نسبی بین یک مایع خورنده و سطح فلز. معمولاً این حرکت خیلی سریع است و اثرات سایش مکانیکی و یا سائیده شدن وجود دارد. یونهای فلزی حل شده روی سطح فلز در اثر حرکت روی سطح باقی نمی مانند، یا محصولات جامد حاصل از خوردگی از سطح فلز بطریق مکانیکی کنده می شوند. گاهی اوقات حرکت باعث تقلیل  سرعت خوردگی می گردد، مخصوصاً موقعی که تحت شرایط ساکن خوردگی موضعی اتفاق بیفتد، لکن این خوردگی سایشی نیست، زیرا سرعت خوردگی افزایش نیافته است.

خوردگی سایشی دارای ظاهری شیار دار، موجی شکل، سوراخهای کروی شکل و ناهموار می باشدو معمولاً این اشکال در جهت خاصی قرار گرفته اند. شکل ۳۸-۳ ظاهر موجی شکل خوردگی سایشی را نشان میدهد. این پروانه پمپ بعد از سه هفته کار به این صورت درآمده است. شکل ۳۹-۳ نشان دهنده خوردگی سایشی لوله مبدل حرارتی حاوی آب بطور شماتیکی می باشد.

در اکثر موارد انهدامهای ناشی از خوردگی سایشی در زمانهای کوتاهی اتفاق می افتند، و غیره منتظره بودن آنها عمدتاً بدین خاطر است که آزمایشات خوردگی تحت شرایط ساکن و یا بدون در نظر گرفتن اثرات سایشی انجام گرفته است.

اکثر فلزات و آلیاژها مستعد به خوردگی سایشی هستند. در بسیاری از آنها مقاومت در مقابل خوردگی بستگی به نوع پوسته سطحی (غیر فعال شدن) دارد. مثالهائی در این مورد عبارتند از آلومینیوم، سرب و فولاد زنگ نزن. موقعی که این پوسته های محافظ سطی صدمه ببینند یا سائیده بشوند خوردگی سایشی اتفاق می افتد ودر نتیجه فلز یا آلیاژ با سرعت بالائی خورده می شوند. فلزاتی که سختی پائینی دارند و بسهولت صدمه می بینند یا به طریق مکانیکی زود سائیده میشوند، مثل مس و سرب، خیلی مستعد به خوردگی سایشی می باشند.

تعداد زیادی از محیطهای خورنده می توانند باعث خوردگی سایشی گردندکه شامل گازها، محلولهای آبی، سیستمهای آبی و فلزات مذاب می باشد. مثلاً گازهای گرم ممکن است فلز را اکسید نمایند و سپس سرعتهای بالای گاز پوسته محافظ روی آن را از بین برد. جامدات در مایعات (گل و لای مخصوصاً از نقطه نظر خوردگی سایشی مخرب می باشند.

کلیه تجهیزاتی که در تماس با مایعات متحرک می باشند در معرض خوردگی سایشی قرار دارند. بعضی از این تجهیزات عبارتند از: سیستمهای لوله کشی، مخصوصاً زانوها، یا پیچ ها، و سه راهی ها ، شیرها، پمپ های دمنده ها، دستگاههای گریز از مرکز، پروانه ها، بهم زنها، و تانکهای متحرک، لوله های مبدلهای حرارتی مثل بویلرها و کندانسورها.

پره های توربین، افشانه ها، خطوط نجار و دودکش ها، گیوتین ها، زره های آسیابها، آسیابها و تجهیزاتی که در معرض پاشیدن قرار دارند.

بعلت وجود خوردگی در فرایند خوردگی سایشی، بایستی کلیه فاکتورهائی که بر خوردگی اثر می گذارند در نظر گرفته شوند. البته در اینجا تنها فاکتورهائی که در رابطه مستقیم با خوردگی سایشی قرار دارند بررسی خواهند شد.

 

۲۹-۳ پوسته های سطحی

ماهیت و خواص پوسته های محافظ سطحی که روی بعضی فلزات و آلیاژها تشکیل می گردد از نظر مقاومت در برابر خوردگی سایشی خیلی اهمیت دارد. توانائی این پوسته ها برای حفاظت فلز بستگی به سرعت یا سهولت تشکیل آنها در مراحل اولیه و تماس با محیط خورنده، مقاومت آنها در مقابل خسارات مکانیکی یا سایش، و سرعت تشکیل مجدد آنها در صورت صدمه دیدن یا از بین رفتن دارد. پوسته سطحی که سخت، متراکم، چسبنده و پیوسته باشد نسبت به موقعیکه پوسته بسهولت سائیده و یا کنده شود حفاظت بهتری بوجود خواهد آورد.

اگر پوسته ترد باشدو تحت تنش ترک بخورد و خرد بشود دیگر محافظ نخواهد بد. گاهی اوقات ماهیت پوسته محافظی که روی سطح یک فلز بوجود می آید بستگی به محیط خورنده ای که فلز در آن قرار دارد خواهد داشت، که این عامل تعیین کننده مقاومت خوردگی سایشی در آن محیط می باشد.

مقاومت خوردگی فولادهای زنگ نزن  بعلت غیر فعال شدن آنهاست. در نتیجه این آلیاژها مستعد به خوردگی سایشی می باشند. در شکل ۴۰-۳ خوردگی سریع فولاد زنگ نزن ۳۱۶ توسط لجن اسید سولفوریکح- سولفات فرو با سرعت بالا نشان داده شده است. در ۵۵ درجه سانتیگراد سرعت خوردگی حدود mpy 4500 میباشد. در شرایط ساکن این آلیاژ اصلاً تقلیل وزن نداشته و کاملاً غیر فعال است که توسط x بر روی محور در ۶۰ درجه سانتیگراد نشان داده شده است.

پروانه شکل ۳۸-۳ تقریباً دو سال عمر می کرد. موقعی که محلولی را که به وسیله آن پمپ می شد احیا کننده تر نمودند، در نتیجه پوسته پسیو از بین رفته و عمر آن به سه هفته تقلیل پیدا کرد.

مقاومت طویل المدت سرب در محیط های اسید سولفوریک، بستگی به پوسته محافظ سولفات سرب- اکسید سرب دارد ودر اکثر موارد عمر آن به ۲۰ سال می رسد.

موقعی که سرب در معرض اسید سولفوریک قرار می گیرد به واسطه پوشش سطحی با محصولات حاصل از خوردگی افزایش وزن پیدا می کند مگر در اسید قوی که در این مورد پوسته مزبور در اسید محلول بوده و محافظ نخواهد بود. با وجود این، والوهای سربی و زانوهای سربی در یک کارخانه توسط محلول ۳ درصد اسید سولفوریک در C۰ ۹۰ به سرعت خورده شدند. در اثر این انهدام ها آزمایشات خوردگی سایشی انجام گرفت و نتایج در شکل ۴۱-۳ رسم شده است. تحت شرایط ساکن سرب خورده نمی شد (حتی مقدار کمی افزایش وزن داشت). همان طور که در شکل نشان داده شده است در سرعتهای بالا با افزایش درجه حرارت سرعت خوردگی افزایش می یابد.

تغییرات سرعت خوردگی فولاد بوسیله آب ساکن در Ph های مختلف ظاهراً به خاطر ماهیت و ترکیب پوسته های سطحی است که بوجود می آیند. در شکل ۴۲-۳ اثر Ph آب مقطر در C۰ ۵۰ برخوردگی سایشی فولاد کربنی نشان داده شده است. سرعت خوردگی در Ph های ۶، ۱۰ پائین است و در PH های ۸ و کمتر از ۶ سرعت خوردگی بالاست. پوسته روی نمونه هائی که سرعت خوردگی زیادی از خود نشان داده اند، دانه ای بوده که از Fe۳O۴ تشکیل شده بود.

در PH های کمتر از ۵ پوسته ترک می خورد که احتمالاً در اثر تنشهای داخلی بوده و فلز تازه در معرض محیط قرار گرفته است. در نواحی که سرعت خوردگی پائین است، محصولات خوردگی Fe(OH)۳, Fe(OH)۲ بوده که محافظتر می باشند زیرااز انتقال اکسیژن و یونها جلوگیری نموده اند. آزمایشات خوردگی سایشی در آب تغذیه بویلر در F۰ ۲۵۰ با استفاده از تجهیزات متفاوت دیگری و همچنین تجربیات نیروگاهها نتایج بالا بودن سرعت خوردگی در pH=8 را تائید می کنند.

نتایج آزمایشات مس و برنج در محلولهای کلرور سدیم حاوی اکسیژن نشان می دهند که در محلولهای اشباع با اکسیژن، مس بیشتر از برنج خورده می شود. پوسته روی مس پوسته سیاه و زرد متمایل به قهوه ای (CuCl2) بوده است.

سطح برنج با پوسته خاکستری تیره (CuO) پوشیده شده بود. مقاومت بهتر برنج در مقابل خوردگی به پایداری بیشتری یا حفاظت کنندگی بیشتر پوسته خاکستری تیره نسبت داده میشود. مشکلاتی در به دست آوردن نتایج «قابل تکرار» به وجود آمد تا موقعی که یک روش کنترل شده تمیز کردن با مواد قلیایی و خشک کردن برای نمونه اتخاذ شد، این نشان میدهد که پوسته های سطحی که روی مس و برنج تشکیل می شود در اثر تماس با آتمسفر، سایش، یا دلایل دیگر می تواند اثر مشخصی روی عملکرد خوردگی سایشی در بعضی شرایط بگذارد.

تیتانیم فلز فعالی است، لکن در اثر محیط ها در مقابل خوردگی سایشی مقاوم است زیرا پوسته TiO۲ که روی سطح آن تشکیل می شود از پایداری بالائی برخوردار است. مقاومت آن در آب دریا و محلولهای حاوی کلرور و همچنین اسید نیتریک دودکنندهعالی است.

 

رفتار لوله های فولادی و فولادهای کم آلیاژی در مقابل مواد نفتی در درجه حرارتهای بالا در پالایشگاه های بستگی به پوسته سولفیدی بوجود آمده روی سطح لوله دارد. موقعی که پوسته فرسوده شود، خوردگی بالائی اتفاق می افتد. مثلاً موقعی که در این سیستمهای آلی سیانیدها وجود داشته باشند، پوسته سولفیدی محکم و یکپارچه متخلخل شده ودیگر محافظ نخواهد بود.

استفاده صحیح و موثر ممانعت کننده ها در تقلیل خوردگی سایشی در اکثر موارد بستگی به ماهیت و نوع پوسته روی فلز و درنتیجه واکنش بین فلز و ممانعت کننده دارد.

 

۳۰-۳ سرعت حرکت

سرعت حرکت در خوردگی سایشی رل مهمی بعهده دارد. غالباً سرعت بشدت بر مکانیزم واکنشهای خوردگی اثر می گذارد. همچنین سرعتهای بالا باعث سایش مکانیکی می گردند، مخصوصاً موقعی که محلول حاوی جامدات معلق می باشد. در شکلهای ۴۰-۳، ۴۱-۳  افزایش شدید سرعت خوردگی در اثر سرعت حرکت نشان داده شده است.

شکل ۴۲-۳ نشان میدهد که اگر فاکتور سرعت در نظر گرفته نشود یا سرعت حرکت کم باشد، نتایج کاملاً گمراه کننده خواهد بود. نمونه های آزمایشات استاتیک در این شکل کاملاً هم در حالت سکون نبودند بلکه در تانک، مایع اندکی بهم می خورده است. در جدول ۱۰-۳ اثر سرعت حرکت برخوردگی بعضی فلزات و آلیاژها در آب دریا نشان داده شده است. این اطلاعات نشان می دهند که اثر سرعت بین صفر تا مقادیر بالائی متغیر است.

افزایش سرعت حرکت معمولاً باعث افزایش خوردگی می گردد. اثر سرعت ممکن است تا رسیدن به یک سرعت بحرانی صفر باشد یا خیلی کم، و به مجرد رسیدن به سرعت بحرانی به شدت افزایش یابد. جدول ۱۰-۳ چند مثال را در این مورد نشان میدهد، افزایش سرعت از یک تا ft/sec 4 تاثیر کمی بر سرعت خوردگی داشته لکن در سرعت ft/sec 27 خوردگی شدیدی به وجود آمده است. در مورد فلزات پائین جدول سرعت بالای فوق الذکر کمتر از سرعت بحرانی برای آنهاست.

خوردگی سایشی می تواند روی فلزات و آلیاژهائی واقع شود که در سرعتهای کم در محیط مورد نظر کاملاً مقاوم بوده اند. مثلاً اجزا والوهای فولاد زنگ نزن کرم دار ساده در حالت سخت شده در اکثر کاربردهای مشتمل بر بخار دارای مقاومت عالی هستند، لکن در والوهای تروتل یا تقلیل دهنده در فشارهای بالا شیار شیار می شود (پدیده کشش سیم).

افزایش سرعت بسته به اثر آن بر مکانیزم خوردگی ممکن است باعث افزایش و یا کاهش سرعت خوردگی گردد. می تواند باعث افزایش سرعت خوردگی فولاد با رساندن بیشتر اکسیژن، دی اکسید کربن، یا سولفید هیدروژن به سطح فلز گردد.

در حضور ممانعت کننده های خوردگی افزایش سرعت حرکت می تواند با رساندن ممانعت کننده ها به سطح فلز با سرعت بیشتر باعث کم شدن سرعت خوردگی گردد. نشان شده است که برای حفاظت فولاد در آب آشامیدنی در سرعتهای حرکت بالا، نیتریت سدیم کمتری لازم است.

مکانیزمهای مشابهی برای دیگر انواع ممانعت کننده ها پیشنهاد شده است.

سرعتهای بالاتر نیز همچنین می تواند در بعضی موارد سرعت خوردگی را کاهش دهد با جلوگیری کردن از راسب شدن لجن یا کثافات که در غیر این صورت باعث خوردگی شیاری می شوند. از طرف دیگر، جامدات معلق در سرعتهای بالای سیال می تواند اثرات سایشی داشته و حفاظت سطحی را از بین ببرند.

این حالت در ارتباط با شکل ۴۰-۳ اتفاق افتاده که شامل خوردگی سایشی سریع سانتریفوژ فولاد زنگ نزن از نوع ۳۱۶ برای انتقال لجن اسید سولفوریک بود.

مطالعات خوردگی سایشی آلومینیوم و آلیاژهای زنگ نزن در اسید نیتریک دود کننده نتایج غیر منتظره و جالبی بوجود آورده اند، با افزایش سرعت حرکت، خوردگی آلومینیوم افزایش یافت و خوردگی فولاد زنگ نزن ۳۴۷ کم شد. علت این رفتار این بود که مکانیزم خوردگی در دو حالت باهم فرق می کردند.

در شکل ۴۳-۳ افزایش سرعت خوردگی آلومینیوم با افزایش سرعت حرکت نشان داده شده است. در اسید نیتریک دود کننده آلومینیوم تشکیل نیترات آلومینیوم و اکسید آلومینیوم می دهد. در حالت ساکن یا سرعت خیلی کم، سرعت خوردگی کم بوده یا اصلاً صفر می باشد. در سرعتهای متوسط ۱ تا ۴ فوت بر ثانیه، پوسته نیترات از بین می رود، لکن این آن قدر نیست که پوسته چسبنده تر اکسیدی را از بین ببرد. سرعتهای بالای ft/sec4 قسمت اعظم پوسته اکسیدی را نیز از بین می برند و خوردگی سایشی با سرعت بیشتری واقع می گردد.

در شکل ۳۴-۳ تقلیل سرعت خوردگی فولاد زنگ نزن ۳۴۷ با افزایش سرعت نشان داده شده است، تحت شرایط ساکن این فولاد بوسیله اسید نیتریک بصورت اتوکاتالیتیک خورده میشود زیرا واکنش کاتدی تشکیل اسید نیترو می دهد. افزایش سرعت باعث خارج شدن اسید نیترو از محیط و کاهش خوردگی می شود.

بیشتر فولادهای زنگ نزن تمایل زیادی به حفره دار شدن و خوردگی شیاری در آب دریا و کلرورهای دیگر دارند، لکن بعضی از این فولادها را بطور موفقیت آمیزی در آب دریا بکار می برند، مشروط بر آنکه آب دریا دارای سرعت بالائی باشد. این حرکت از تشکیل رسوبات جلوگیری نموده و شروع حفره ها را مانع می شود.

 

خوردگی توم با تنش

ترک خوردن در اثر خوردگی توام با تنش که نتیجه اعمال همزمان تنشهای کششی و محیط خورنده روی فلز می باشد. عده ای از محققین کلیه انهدامهای ناشی از ترک خوردن در محیطهای خورنده من جمله انهدامهای ناشی از تردی ئیدروژنی را scc نامیده اند لکن این دو نوع ترک خوردن با تغییر پارامترهای محیطی، رفتارهای متفاوتی از خود نشان می دهند. مثلاً حفاظت کاتدی روش موثری برای جلوگیری از sec است، در حالیکه باعث تسریع تردی هیدروژنی می گردد. به این دلیل در اینجا این دو نوع ترک خوردن را جداگانه بحث می کنیم.

در مرحله sec، فلز یا آلیاژ تقریباً خورد نمی شود، در حالی که ترکهای ریزی به داخل آن پیشرفت می کند. شکل ۵۳-۳ این حالت را نشان می دهد. این نوع ترک خوردن نتایج جدی و خطرناکی دارد، زیرا در تنشهائی که در محدود که تنش مجاز طراحی شده قرار دارند، واقع می گردد. در شکل ۵۴-۳ تنشهای لازم برای sec فولاد زنگ نزن ۳۰۴ نسبت به کل استحکام آن مقایسه شده است. چنانچه این فولاد در معرض کلرور منیزیم (MgCl۲) جوشان قرار بگیرد (در F۰ ۳۱۰ یا C۰ ۱۵۴)، قابلیت تحمل تنش (تنش مجاز) آهن به قمداری که در F۰ ۱۲۰۰ مجاز است، می رسد.

دو مورد کلاسیک sec، ترک خوردن فصلی برنج و تردی بازی فولاد است.

هر دوی این نامگذاریها بازگو کننده شرایط محیطی است که منجر به sec شده است. ترک خوردن فصلی به انهدامهای ناشی از sec فشنگهای برنجی اطلاق شده است. در فصل بارندگیهای شدید، مخصوصاً در مناطق گرمسیر، ترکهائی در محل اتصال محفظه برنجی به گلوله مشاهده می شد. بعداً معلوم شد که عامل محیطی در ترک خوردن فصلی، آمونیاک حاصل از تجزیه مواد آلی بوده است. مثالی از این نوع ترک خوردن، در شکل ۵۵-۳ نشان داده شده است.

در لوکوموتیوهای بخار اولیه، تعداد زیادی از دیگهای بخار که به روش پرچکاری ساخته شده بودند، منفجر شدند. مطالعه انهدامها نشان دادند که ترکها یا شکست ترد، از سوراخ پرچها شروع شده بودند. این نواحی در مرحله پرچکاری، کار سرد شده بودند، و آنالیز رسوبات سفید رنگی  که در این نواحی وجود داشت، نشان داد که مواد قلیائی هیدروکسید سدیم جز اصلی است. به این ترتیب شکست ترد در حضور مواد قلیائی اصطلاح تردی بازی را بوجود آورد.

در شکل ۵۶-۳ ورقی که بوسیله تردی بازی ترک خورده است نشان داده شده است. ترکها خیلی ریز بوده و تعدادشان زیاد است و به وسیله یک محلول رنگی که در آنها نفوذ کرده است، قابل رویت شده اند.

در حالی که در تنش به تنهائی به طریق معمول در متالورژی مکانیکی اثر می کند (مثلاً خزش، خستگی، گسیختگی) و خوردگی نیز به تنهائی واکنشهای انحلال را باعث می شود، اثر هم زمان و توام این دو باهم گاهی اوقات نتایج ناگواری که در بالا بدان اشاره شد، ببار می آورند.

تمام سیستمهای فلز و محیط خورنده باعث sec نمی شوند. مثال خوبی در این مورد مقایسه بین برنجها و فولادهای زنگ نزن آستینتی می باشد. فولادهای زنگ نزن در محیطهای کلرور دار ترک می خورند، لکن در محیطهای حاوی آمونیاک ترک نخواهند خورد در حالیکه برنجها در محیطهای آمونیاک دار ترک می خورند و در محیطهای کلروردار ترک نمی خورند. بعلاوه تعداد محیطهای مختلفی که در آنها یک آلیاژ ترک خواهد خورد، معمولاً کم می باشد.

مثلاً فولادهای زنگ نزن در اسید سولفوریک، اسید نیتریک، اسید استیک، یا آب خالص ترک نخواهند خورد. لکن در محیطهای کلروردار بازی ترک خواهند خورد.

فاکتورهای مهم در sec درجه حرارت، ترکیب شیمیائی محلول، ترکیب شیمیائی فلز، تنش و ساختمان فلز می باشد. در قسمتهای بعدی این فاکتورها بهمراه مطالبی درباره شکل ترکها، مکانیزم تشکیل و روشهای جلوگیری از آنها بحث خواهد گردید.

 

۳۹-۳ اثرات تنش

همانطور که در شکل ۵۹-۳ نشان داده شده است، افزایش تنش، زمان شکست را تقلیل می دهد. همچنین به نظر می رسد که برای هر آلیاژ تنشی وجود دارد که در کمتر از آن شکست اتفاق نخواهد افتاد. حد تنش مجاز برای مصونیت از نظر sec، بستگی به درجه حرارت، ترکیب شیمیائی فلز، و ترکیب شیمیائی  محیط دارد. بطور کلی حد تنش مجاز بین ۱۰ تا ۷ درصد تنش تسلیم است. برای هر زوج آلیاژ، محیط احتمالاً یک تنش مجاز وجوددارد، لکن این تنش مجاز را بایستی با احتیاط بکار برد. زیرا شرایط محیطی ممکن است در حین عمل تغییر نمایند.

بنابراین معیار اصلی تنشهائی که باعث sec می گردند، این است که کششی بوده و از یک حدی بالاتر باشند. این تنشها می توانند هر نوعی اعم از، تنش اعمال شده، پس ماند، حرارتی، و یا در اثر جوشکاری باشند. در حقیقت موارد زیادی وجود دارد که sec بدون وجود تنش خارجی اتفاق افتاده است. فولادهای جوشکاری شده، دارای تنشهای پس مانده نزدیک نقطه تسلیم می باشند.

محصولات خوردگی نیز از منابع مولد تنش می باشند. در محلهای بسته، تنشهائی به بزرگی psi 10000 می تواند به وسیله محصولات خوردگی بوجود آید. در شکل ۶۰-۳ یک ترک sec که بوسیله محصولات خوردگی توسعه یافته است، نشان داده شده است.

تاثیر گوه بالغ بر Ksi)10) b/in2000/10 منجر به تنشهای خیلی بالایی در راس ترک می گردد زیرا راس ترک یک شیار تیز است که عامل تجمع تنش می باشد.

هوداگ و پیج نشان میدهند که تنشهای به شدت موضعی بالغ بر Mpa 2000 (مگا پاسکال)، یا تقریباً Ksi 289 حاصل می گردد. این نویسندگان مسئله را از دید مکانیک شکست بررسی نموده اند. تنشهای بالا منجر به فرو رفتگی لوله های حرارتی بشرحی که در پاراگراف بعدی خواهد آمد می شوند.

پدیده ای بنام فرورفتگی در نیروگاههای هسته ای مشاهده شده است. لوله های اینکونل در محل عبور از نگهدارنده های فولاد کربنی به داخل، فرورفتگی پیدا می کنند.

فضای استوانه ای شکل بین سطح خارجی لوله و سطح داخلی سوراخ در فولاد کربنی به وسیله محصولات خوردگی پر می شود. حجم محصولات خوردگی که در این شیار بسته ایجاد میشود بیشتر از حجم فلزی است که خورده شده است و فشار حاصل باعث تورفتگی اینکونل می شود. در این شرایط تنشهای بوجود آمده زیادتر از تنش تسلیم آلیاژ است این حالت شبیه تاثیر گوه مانند محصولات خوردگی در یک ترک حاصل از خوردگی توام با تنش است که در شکل ۶۰-۳ نشان داده شده است.

وضعیت مشابهی شامل چدن پرسیلیسم و چدن خاکستری معمولی در معرض اولئوم (اسید سولفوریک دود کننده) وجود دارد. اسید در طول ورقهای گرافیتی به داخل نفوذ می کند (شکل ۱-۵ رجوع شود)، فولاد زمینه را خورده، و با ایجاد فشار در این نواحی مسدود باعث ترک خوردن چدن، که بعضی وقتها ناگهانی است می شود. (به قسمت ۲-۷ مراجعه شود). اولین تجربه من با تاثیر گوه در دهه ۱۹۳۰ با چنین موردی بود.

 

۴۱-۳ فاکتورهای محیطی

در حال حاضر الگوی کلی برای محیطهائی که در آلیاژهای مختلف باعث ایجاد sec می شوند وجود ندارد. Sec در بعضی محیطهای آبی واقع می شود. همچنین در بعضی نمکهای مذاب و فلزات مذاب و نیز مایعات غیر آلی (معدنی) فاقد آب اتفاق می افتد. (رجوع شود به شکلهای ۵۸-۳ و ۶-۸)

وجود اکسید کننده ها غالباً اثر زیادی بر تمایل به ترک خوردن دارد. شکل ۶۳-۳ اثرات مشترک کلرور و اکسیژن حل شده بر sec فولاد زنگ نزن نوع ۳۰۴ را نشان میدهد. در حقیقت وجود اکسیژن حل شده و یا اکسید کننده های دیگر لازمه ترک خوردن فولادهای زنگ نزن آستینتی در محلولهای کلردار می باشد و اگر اکسیژن حذف گردد، شکست اتفاق نخواهد افتاد.

 

در جدول ۱۲-۳ تعدادی از سیستمهای محیط- آلیاژ که ترک خوردن در آنها واقع میشود نشان داده شده است. محیطهای جدیدی که باعث sec در آلیاژهای مختلف می گردند دائماً پیدا می شوند. لذا همواره لازم است در صورت تغییر ترکیب محیط، آلیاژ مورد نظر را از نظر تمایل به sec ارزیابی نمود (با آزمایشات sec).

ویژگی محیطهائی که باعث ایجاد sec می گردند این است که آلیاژ در حالتی که فاقد تنش می باشد در آنها به مقدار خیلی جزئی خورده می شود. اگر چه غالباً گزارش می شود که sec فولاد در محلولهای سولفور هیدروژن و محلولهای حاوی سیانید اتفاق افتاده است. جدول ۱۲-۳ لکن بدون شک این انهدامها ناشی از تردی هیدروژنی است تا sec (به قسمت خسارات هیدروژنی در همین فصل مراجعه گردد).

شبیه اکثر واکنشهای شیمیائی، sec با افزایش درجه حرارت، شدت می یابد. در بعضی سیستمها، مثل آلیاژهای منیزیم، شکست به سهولت در درجه حرارت محیط واقع می گردد. در بعضی دیگر درجه حرارت جوش لازم است. اکثر آلیاژهائی که مستعد به ترک خوردن هستند، حداقل در C۰ ۱۰۰ شروع به ترک خوردن می نمایند. در شکل ۶۴-۳ اثر درجه حرارت بر ترک خوردن فولادهای زنگ نزن آستینتی نشان داده شده است. در همین رابطه نیز در مورد تردی بازی فولاد جوشکاری شده، نتایج در شکل ۶۵-۳ نشان داده شده است.

حالت فیزیکی محیط نیز مهم است. آلیاژهای که در معرض محیطهای آبی تک فاز قرار می گیرند، گاهی اوقات کمتر صدمه می بیند تا موقعی که در همان درجه حرارت و تنش در معرض تر شدن و خشک شدن متناوب قرار بگیرند.

اتوکلاو نشان داده شده است در شکل ۱۰-۴ برای آزمایشات sec تحت شرایط بخار و کندانش بخار مشتمل بر آب حاوی کلرور در ۴۰۰ می باشد. مایع کندانس شده در سقف اتو کلاو قطره قطره روی نمونه های چکد و بسرعت خنک می گردد. و باعث افزایش غلظت کلرید می گردد. در این درجه حرارت کلرور سدیم در فاز بخار وجود دارد. فولاد زنگ نزن ۸-۱۸ در تنش پائینی حدود psi 2000 بمدت ۲ ساعت در این شرایط ترک خورده است.

اگر نمونه ها را در داخل محلول قرار می دادیم برای ترک خوردن نیاز به تنشهای بالاتر و زمانهای طولانی تری داشت. نتایج مشابهی، موقعی که نمونه بطور متناوب بداخل آب فرو برده شده و از آن بیرون آید، بدست می آید.

ارتباط جالبی بین این آزمایشات و نتایج بدست آمده در عمل وجود دارد. شکل ۶۶-۳ مثال بسیار خوبی در این مورد است. این اتوکلاو از فولاد زنگ نزن ۸-۱۸ فورج شده و برای کار در درجه حرارت و فشار بالا مورد استفاده قرار می گرفته است. ضخامت دیواره آن ۲ اینچ و ارزش آن ۲۰۰۰۰ دلار بوده است. این اتو کلاو فقط چند بار که مجموع زمان این چند بار، به چند سرعت می رسید، مورد استفاده قرار گرفت.

با استفاده از مواد نفوذ کننده رنگی، ترکها در سطح خارجی اتو کلاو دیده میشود. این سطح به وسیله آب شهر که از کیفیت خوبی هم برخوردار بود، خنک می شد. بعد از هر بار کار آب سرد کننده در جدار بیرونی اتو کلاو تخلیه می شد. قطرات آب که روی سطح اتوکلاو باقی می ماندند، در اثر تبخیر خنک می شدند و کلرور موجود در آن غلیظتر و متمرکز می شد.

شکل ۶۷-۳ ترک خوردن سطح خارجی یک تانک از فولاد زنگ نزن ۸-۱۸ را نشان می دهد. در اینجا نیز از مواد رنگی نافذ برای نشان دادن ترکها استفاده شده است.

این تانک حاوی آب مقطر گرم بوده است. سطح خارجی به وسیله یک ماده عایق حاوی چند ppm کلرور پوشیده شده بود. در اثر نفوذ باران به این عایق کلرور موجود در آن شسته شده و محلول حاصل روی سطح خشک شده و تغلیظ شده بد. در این کارخانه ترکهای زیادی از این قبیل روی تانکها و خطوط لوله مشاهده شد. این گونه تجارب بسیار متداول بوده و sec سطوح خارجی نام گرفته اند.

شکل ۶۸-۳ موقعیت ترک ها را در یک کندانسور از جنس فولاد زنگ نزن که به حالت عمومی قرار دارد، نشان میدهد. تلاطم سطح آب در منطقه مرده باعث تر و خشک شدن متناوب آن منطقه گردیده است. این مسئله با هواگیری کندانسور و از بین بردن منطقه مرده حل شد. با این عمل لوله ها همواره در تماس با محلول قرار می گرفتند و دیگر sec در انها واقع نمی شد.

هاروی یاما مقاله بسیار عالی تحت عنوان ترک خوردن در اثر خوردگی توام با تنش sec مبدلهای حرارتی لوله ای از جنس فولاد زنگ نزن در آب خنک کننده، نوشته است، این مقاله در بر گیرنده مطالعه ۷۱۵ مبدل حرارتی صنعتی است که چندین سال مورد بهره برداری قرار گرفته اند.

بعضی از نتیجه گیریهای وی عبارتند از: نحوه ترک خوردن sec در ۴۷ درصد از مواد میان دانه ای و در ۱۶ درصد میان دانه ای بعلاوه بین دانه ای و ۸ درصد بین دانه ای بود. مهمترین عامل ترک خوردن وجود فضای بخار بود که در ۳۴ درصد موارد مشاهده شد که فاصله زیادی با علل دیگر ترک خوردن داشت.

جایگزین کردن با آلیاژهای دیگر در ۳۱ درصد از موارد، بهترین روش جلوگیری از sec بود. انواع فولادهای زنگ نزن ۳۰۴، ۳۱۶، ۳۲۱ عملکرد مشابهی داشتند اگر چه انواع با کربن پائین تر انهدامهای بیشتری نشان دادند. در مورد انواع فریتی یا دوبلکس هیچ گونه انهدامی گزارش نشد. مبدلهای افقی و آنهایی که آب در داخل لوله ها بود کمتر در معرض sec قرار گرفتند. این تحقیق شامل سرد کردن با آب دریا نبود.

یک بررسی به وسیله د.ر مکینتایر (chem..Eng,p. 132, Apr.5, 1982) از واحدهای شیمیایی سواحل خلیج نشان داد که بازاء هر مورد هواگیری غلط، هر کدام یک مبدل عمودی در سال از دست داده اند. دو مقاله دیگر در این رابطه عبارتند از چگونه از عهده کار با یک مبدلی که به طور ناصحیح هواگیری می شود برآئیم، توسط ک.ت.بل (chem..Eng,progr.pp. 54-55, july93) و عیب یابی مبدلهای حرارتی لوله ای به وسیله س. یوکل (chem..Eng,.pp. 57-80, july25,93 ) در ارتباط با لوله های مبدلهای حرارتی اسمالوود کار آیی لوله ها را بطرز عالی خلاصه کرده است. وی نواقص از نوع خوردگی را به شرح زیر بیان می کند:

  1. جایگزینی اشتباهی آلیاژ نامناسب،
  2. خوردگی فلز جوش،
  3. تمیز کردن غلط،
  4. خوردگی موقع آزمایش حمل و نقل و نصب،
  5. تنشهای پس ماند،
  6. عملیات حرارتی غلط،
  7. فلزات ناخواسته ای که در سطح فلز فرو رفته اند،
  8. جهت خاص قرار گرفتن کریستالها،
  9. زبری سطح،
  10. فرو رفتگی ها،
  11. آلودگیهای حاصل از درجه حرارت های بالا.

مثالی در مورد شماره ۱۱ جذب کربن در اثر کربوره شدن موضعی یا عمومی فلز می باشد. (جذب کربن بوسیله قطعات ریختگی در قسمت ۲۰-۳ بحث شده است). مثالهایی در مورد هر کدام از این نواقص ذکر شده است. نواقص مکانیکی نیز بحث شده اند، و روشهای پیدا کردن نواقص، مثل اولتراسونیک، ارائه شده است. یک برنامه کنترل کیفیت در این زمینه پیش بینی شده است.

 

روشهای جلوگیری از خوردگی

انتخاب مواد:

۱-۶- فلزات و آلیاژها

متداولترین روش جلوگیری از خوردگی انتخاب فلز یا آلیاژ مناسب برای کاربرد مورد نظر است. چون این روش در واقع مهمترین روش جلوگیری یا کم کردن خسارت حاصل از خوردگی است، فصلهای ۵، ۷، ۸، ۱۱ نیز به این موضوع اختصاص داده شده است. در اینجا مختصراً بعضی قوانین کلی ذکر می شود.

یکی از متداولترین برداشتهای غلط افرادی که با متالوژی یا مهندسی خوردگی آشنایی ندارند درباره مواد استفاده و ویژگیهای فولاد زنگ نزنمی باشد. فولاد زنگ نزن به معنای واقعی «زنگ نزن» نبوده، همچنین مقاومت ترین فلز در برابر خوردگی نیز نبوده و یک آلیاژ مشخص هم نیست. فولاد زنگ نزن یک اسم کلی است که به یک گروه بیش از ۳۰ نوع آلیاژ مختلف شامل ۵/۱۱ تا ۳۰ درصد کرم و صفر تا ۲۲ درصد نیکل به همراه عناصر آلیاژی دیگر اطلاق می شود.

فولادهای زنگ نزن در مقابله با خوردگی کاربرد وسیعی دارند، ولی بایستی به خاطر داشت که در تمام محیطها مقاوم نیستند. در حقیقت، در بعضی شرایط مثل محیطهای حاوی کلرور در صورت وجود تنش در فلز، فولادهای زنگ نزن از فولاد ساختمانی معمولی هم ضعیف تر است. فولادهای زنگ نزن نسبت به فولادهای ساختمانی معمولی استعداد بیشتری به خودگی موضعی مثل خوردگی بین دانه ای، ترک خوردن در اثر خوردگی توام با تنش و حفره دار شدن دارند. غالباً کیفیت فولادهای زنگ نزن را بوسیله آهن ربا تعیین می کنند.

اعتقاد بر این است که فولادهای زنگ نزن غیر مغناطیسی بهتر از نوع مغناطیسی هستند. لکن این آزمایش بی اساسی بوده ودر حقیقت ممکن است گمراه کننده باشد. گروه زیادی از آلیاژهای فولاد زنگ نزن غیر مغناطیسی بوده و اکثر فولادهای زنگ نزن آستینتی ریختگی از خود رفتار مغناطیسی نشان میدهند.

رابطه ای بین مغناطیس پذیری و مقاومت خوردگی وجود ندارد. تحت بعضی شرایط بسیاری از فولادهای زنگ نزن مغناطیسی بهتر از انواع غیر مغناطیسی کار می کنند. بطور خلاصه، این تصور که فولادهای زنگ نزن در کاربردهای مشتمل بر خوردگی همواره بهترین هستند، منجر به انهدام های بسیار زیادی شده است. در حقیقت فولادهای زنگ نزن گروهی از آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی با قیمت نسبتاً کم هستند که بایستی با احتیاط و دقت مورد استفاده قرار بگیرند.

در انتخاب آلیاژها، چند زوج موفق فلز- محیط خورنده وجود دارد. این زوجها معمولاً نشان دهنده بیشترین مقاومت خوردگی با حداقل هزینه می باشند. بعضی از این زوجهای موفق در زیر آمده است:

۱- فولاد زنگ نزن- اسید نیتریک

۲- نیکل و آلیاژهای آن- مواد قلیایی

۳- موئل- اسید فلوریدریک

۴- هاستولی ها (کلریمیت ها)- اسید کلریدریک گرم

۵- سرب- اسید سولفوریک رقیق

۶- آلومینیوم- آتمسفرهای پاکیزه

۷- قلع- آب مقطر

۸- تیتانیم- محلولهای اکسیدان قوی و گرم

۹- تانتال- بیشترین مقاومت

۱۰- فولاد- اسید سولفوریک غلیظ

لیست فوق تنها لیست، از زوجهای موفق نیست. در بسیاری موارد، مواد ارزان تر یا مواد مقاومت تر وجوددارند. برای کار در اسید نیتریک، معمولاً اولاً فولاد زنگ نزن در نظر گرفته می شود، زیرا فولادهای زنگ نزن دارای مقاومت عالی در این محیط تحت شرایط بسیار مختلف می باشد. قلع و پوششهای قلع، تقریباً همیشه برای نگهداری یا لوله کشی آب مقطر خیلی انتخاب می شود. سالهای زیادی است که تانتال را بعنوان فلزی که دارای بالاترین مقاومت خوردگی است بکار می برند. تانتال در اکثر اسیدها در تمام غلظتها و تمام دماها مقاومت است و معمولاً در شرایطی که کمترین مقدار خوردگی بایستی وجود داشته باشد، مثلاً در اندام های مصنوعی داخل بدن انسان به کار می رود.

یک ویژگی جالب در مورد تانتال این است که از نظر مقاومت در برابر خوردگی تقریباً دقیقاً شبیه شیشه است، هم شیشه و هم تانتال در تمام محیطها مقاومند بجز اسید فلوریدریک و محلولهای بازی.

به علت این شباهت تانتال و شیشه، تولید کنندگان تجهیزات با روکش شیشه ای از درپوشهایی از جنس تانتال برای پوشاندن نواقص سطحی روکش استفاده می کنند.

همچنین چند قانون کلی دیگر نیز در انتخاب فلزات و آلیاژها می توان مورد استفاده قرار داد. در محیطهای احیاء کننده یا غیر اکسیدان مثل اسیدها و محلولهای آبی فاقد هوا، از نیکل، مس و آلیاژهای آنها می توان استفاده کرد. در شرایط اکسید کننده، آلیاژهای کرم دار مفیدهستند. در شرایط اکسید کننده بسیاری قوی تیتانیم و آلیاژهای آنها قابل استفاده است. این قانون کلی در فصول ۷ و ۸ نشان داده شده است.

۲-۶- خالص کردن فلز

مقاومت خوردگی یک فلز خالص معمولاً بهتر از فلز ناخالص است. لکن فلزات خالص معمولاً گران تر بوده و نسبتاً نرم و ضعیف هستند. بطور کلی این روش در مورد معدودی که خیلی خاص می باشند به کار برده می شود.

آلومینیوم مثال خوبی است زیرا در حالت نسبتاً خالص ۵/۹۹% نسبتاً ارزان است. برای نگهداری آب اکسیژنه از آلومینیوم خالص تجارتی استفاده می کنند، زیرا وجود ناخالصیها می تواند باعث تجزیه آب اکسیژنه گردد. در یک مورد دیگر، در اثر جدایش ناخالصیهای آهن در آلیاژ آلومینیوم خوردگی موضعی واقع گردید. تقلیل مقدار ناخالصی آهن باعث از بین رفتن خوردگی فوق شد.

مثال دیگر زیر کونیم تولید شده به وسیله قوس الکتریکی است که از نظر خوردگی دارای مقاومت بشیتری نسبت به زیر کونیم تولید شده به وسیله کوره القائی است. علت این امر وجود ناخالصی بیشتر در زیر کونیم تولید شده به وسیله کوره القایی است. این یک کاربردخاص در نیروگاههای اتمی است که مقادیر بسیار کم خوردگی، خیلی زیادی محسوب می شود.

۳-۶ غیر فلزات

در این گروه هم قطعات و تجهیزات و هم روکش های غیر فلزی قرار دارند. منظور از روکش های غیر فلزی پوشش هایی با ضخامت زیاد هستند که از این نظر از رنگ ها متمایز هستند. پنج گروه کلی مواد غیر فلزی عبارتند از: ۱) لاستیکها، طبیعی و مصنوعی ۲) پلاستیکها ۳) سرامیک ها ۴) کربن و گرافیت و ۵) چوب.

این مواد به همراه خواص مکانیکی و مقاومت خوردگی آنهادر فصل ۵ مورد بحث قرار گرفته اند.

بطور کلی، لاستیکها و پلاستکیها در مقایسه با فلزات و آلیاژها، ضعفی تر، نرم تر، مقاومت تر در برابر یونهای کلر و اسید کلریدریک، ضعیف تر در برابر اسید سولفوریک غلیظ و اسیدهای اکسیدان مثل اسید نیتریک، ضعیف تر در برابر حلال ها بوده ودارای مقاومت خوردگی عالی و مقاومت در درجه حرارت های بالا هستند، ولی ترد بوده و دارای استحکام پائینی می باشند. کربن و گرافیت مقاومت خوردگی، هدایت الکتریسته و حرارت خوبی داشته ولی شکننده می باشند. چوب بوسیله محیطهای خورنده از بین می رود.

دستورالعمل شماره ۸ انسیتو تکنولوژی مواد (MTI) راهنمای عملی استفاده از روکش های الاستومری (۱۹۸۳) در مورد روکشهای لاستیکی مخازن، خطوط لوله، هواکش ها، فیلترها، اسکرابرها و غیره می باشد. این دستورالعمل حاوی قسمتهایی در مورد لاستیکهای مورد استفاده، انتخاب، آزمایشات، طراحی، ساخت، آماده سازی و تجهیزاتی که بایستی روکش شوند، عملیات، بازرسی، نگهداری، مقاومت شیمیایی و هزینه می باشد. روشهای صحیح و غلط توضیح داده شده اند. در این راهنما همچنین در مورد لاستیکهای طبییع نرم و سخت، پلی کلروپرین، و لاستیکهای بوتیل توضیح داده شده است.

۴-۶ تغییر محیط خورنده

تغییر محیط خورنده یک روش عمومی برای تقلیل خوردگی است. نمونه تغییراتی که غالباً به کار برده می شود عبارتند از:

  1. تقلیل درجه حرارت
  2. تقلیل سرعت
  3. خارج ساختن اکسیژن یا اکسید کننده ها و
  4. تغییر غلظت.

در بسیاری موارد این تغییرات به نحو موثری می تواند خوردگی را کم نماید، لکن بایستی به احتیاط عمل شود. همانطوری که در فصل ۲ بطور مفصل بحث شد تاثیر این تغییرات بستگی به سیستم فلز- محیط خورنده دارد.

کم کردن درجه حرارت: این کار معمولاً باعث تقلیل قابل ملاحظه سرعت خوردگی می گردد. لکن در بعضی شرایط تقلیل درجه حرارت تاثیر کمی بر سرعت خوردگی خواهدداشت (به قسمت ۸-۲ رجوع شود). در موارددیگر، افزایش درجه حرارت خوردگی را کم می کند.این حالت موقعی اتفاق می افتد که آب تازه یا نمکدار به نقطه جوش می رسد و در نتیجه تقلیل قابلیت انحلال اکسیژن با بالا رفتن درجه حرارت می باشد. بنابراین آب دریا به صورت جوشان، خورندگی کمتری نسبت به آب دریا و صورت داغ (مثلاً ۱۵۰ درجه فارنهایت) دارد.

کم کردن سرعت حرکت: یکی از روشهایی که اغلب برای کنترل خوردگی به کار می رود، تقلیل سرعت حرکت می باشد. همانطور که در قسمت ۷-۲ بحث شد، افزایش سرعت حرکت معمولاً سرعت خوردگی را افزایش می دهد، اگر چه استثنائات مهمی در این مورد وجود دارند. فلزات و آلیاژهایی که غیر فعال می شوند، مثل فولادهای زنگ نزن معمولاً در محیطهای متحرک بهتر عمل می کنند تادر محلولهای ساکن. هر جا که امکان داشته باشد، از سرعت های خیلی بالا بایستی اجتناب شود، زیرا خوردگی سایشی به وجود می آید.

خارج کردن اکسیژن یا اکسید کنند ها: این روش یکی از روشهای خیلی قدیمی کنترل خوردگی است. برای مثال آب تغذیه دیگ های بخار را از میان توده انبوهی از قراضه های فولادی عبور می دادند. روشهای مدرن امروزه شامل: کاربرد خلاء دمیدن گاز خنثی به داخل محلول یا استفاده از مواد حذب کننده اکسیژن (به قسمت ۵-۶ رجوع گردد) می باشند.

اسید کلریدریکی که موقع تولید یا نگهداری آن با فولاد در تماس بوده است، حاوی کلروفریک که یک ناخالصی اکسید کننده است می باشد. این اسید نا خالص که در صنعت اسید کلریدریک شور یا اسیدموریاتاتیک نامیده میشود، آلیاژهای نیکل- مولیبدن (هاستولی B، کلریمت ۲) را به سرعت می خورد، در حالی که این آلیاژها در اسید کلریدریک خالص مقاومت بسیار خوبی از خود نشان می دهند. فصل ۷.

اگر چه هوازدائیکاربرد وسیعی دارد، ولی برای فلزات یا آلیاژهای فعال غیر فعال توصیه نمی شود. برای تشکیل پوسته غیر فعال و باقی ماندن آنها روی سطح فلز، این فلزات و آلیاژها بایستی در معرض مواد اکسید کننده قرار بگیرند و معمولاً در محیطهای احیاء کننده یا غیر اکسیدان مقاوم نیستند. برای بحث بیشتر درباره اثرات و اکسید کننده ها بر سرعت خوردگی به قسمت ۶-۲ مراجعه شود.

تغییر غلظت: تاثیر تغییر غلظت بر سرعت خوردگی در قسمت ۹-۲ بحث ده است. کاهش غلظت عامل خورنده معمولاً مفید است. در تعداد زیادی از فرآیندها، عامل خورنده بطور اتفاقی وارد می شود. مثلاً با حذف یونهای کلر، خوردگی آب خنک کننده در راکتورهای هستهای کاهش می یابد. تعداد زیادی از اسیدها مثل اسید سولفوریک و فسفریک در غلظتهای بالا در درجه حرارتهای متوسط تقریباً کاملاً خنثی هستند در این موارد، با افزایش غلظت اسید خوردگی کاهش می یابد.

بحث کنترل خوردگی بدون ذکری از وسایل جادوئی یا دستگاههای تصفیه آب که بطور وسیعی برای کنترل خوردگی آب فروخته شده می شوند کامل نخواهد بود.

معمولاً ادعا می شود که این وسایل «خوردگی را متوقف خواهند کرد»، «از زنگ زدگی جلوگیری می کنند»، «باکتریها را از بین می برند»، «مزه و بوی آب را بهتر می کنند»، یا «سختی آب را کم می کنند» بعضی تولید کنندگان در مورد محصولات فوق تمام موارد فوق را ادعا می کنند. به هر صورت این وسایل براساس بعضی اصول شبه علمی قرار دارند، بسادگی ساخته می شوند، قیمت بازار آنها گران است و کاملاً فاقد ارزش هستند. با کمال تعجب، سالانه تعداد زیادی از این وسایل بوسیله مهندسین نصب می گردد.

وسایل جادویی نبایستی با دستگاهها و سیستمهای سختی گیر آب، آماده سازی آب و حفاظت کاتدی که تولید کنندگان معتبر می سازند اشتباه شود. وسایل جادویی و بی ارزش معمولاً دارای علائم مشخصه زیر هستند: ۱) براساس یک اصل جدید مشکوک یا مخفی قرار دارند ۲) آگهی تبلیغات شامل شهادت افراد زیادی (معمولاً از افراد عادی) می باشد ۳) در مشخصات ادعا شده هیچگونه اشاره ای به محدودیتهای دستگاه نشده است. دستگاه برای هر نوع آبی مناسب است و هر سیستمی با هر اندازه ای را محافظت می کند ۴) دستگاه معمولاً دارای گارانتی کامل است.

۵-۶ کاربرد ممانعت کننده ها

ممانعت کننده ها موادی هستند که وقتی به مقادیر کم به یک محیط خورنده اضافه شوند، سرعت خوردگی را کم می کنند. در واقع ممانعت کننده را می توان یک کاتالیزور باز دارنده فرض کرد. ممانعت کننده های بسیار زیادی با ترکیبات مختلف موجود می باشند. اکثر این مواد با آزمایشات تجربی پیدا شده و اصلاح یافته اند و بساری از آنها با نامهای تجارتی عرضه می گردند و ترکیبات شیمیائی آنها مخفی نگه داشته می شود. به همین دلیل فرآیند حفاظت به این روش بطور کامل مشخص و روشن نیست. لکن ممانعت کننده ها را میتوان بر حسب مکانیزم و ترکیب طبقه بندی نمود.

ممانعت کننده های جذبی این مواد بزرگترین گروه ممانعت کننده ها هستند. بطور کلی، این نوع ممانعت کننده ها ترکیبات آلی هستند که جذب سطح فلز شده و واکنشهای انحلال فلز و احیاء را کند می نمایند. در اکثر موارد، ممانعت کننده های جذبی بر هر دو فرآیند آندی و کاتدی تاثیر می گذارند، هر چند که در بعضی موارد این تاثیر یکسان نیست. آمین ههای آلی نمونه ای از این گروه می باشند.

سموم تصعید هیدروژن: این مواد مثل یونهای آرسنیک و آنتیموان، مانع از واکنش آزاد شدن هیدروژن می گردند. در نتیجه اینگونه مواد در محلولهای اسیدی خیلی موثر هستند ولی در محیطهایی که واکنشهای کاتد دیگری مثل احیاء اکسیژن کنترل کننده است بی اثر می باشند.

مواد جذب کننده عوامل مضر: این مواد عوامل خورنده را از محیط حذف می نمایند. مثالهایی از این نوع ممانعت کننده عبارتند از سولفیت سدیم و هیدرازین که طبق روابط زیر با اکسیژن حل شده در محیط ترکیب می شوند:

واضح است که این نوع ممانعت کنند ها در محلولهایی که احیا اکسیژن کنترل کننده است خیلی خوب عمل خواهند نمود و در محلولهای اسیدی قوی موثر نخواهند بود.

مواداکسید کننده: موادی مثل کرومات، نیترات و نمکهای فریک نیز در بسیاری موارد به عنوان یک ممانعت کننده مورد استفاده قرار میگیرند. بطور کلی، این مواد برای جلوگیری از خوردگی فلزات و آلیاژهایی که انتقال فعال- غیر فعال از خودشان می دهند، بکار برده می شود. مثل فولاد و آلیاژهای آن و فولادهای زنگ نزن.

ممانعت کننده های فاز بخار: این ترکیبات خیلی شبیه ممانعت کننده های جذبی بوده و دارای فشار بخار خیلی بالایی می باشند. در نتیجه، از این مواد می توان بدون تماس مستقیم برای جلوگیری از خوردگی آتمسفری فلزات  استفاده نمود.

در عمل این ممانعت کننده های را نزدیک فلزی که بایستی محافظت شود قرار می دهند، در نتیجه تبخیر و میعان (کندانس) شدن آنها روی سطح فلز باعث حفاظت فلز می شوند. ممانعت کننده های فاز بخار معمولاً موقعی موثر واقع خواهند بود که در فضای بسته مثل داخل بسته بندی قطعات یا داخل ماشین آلات در مراحل انبار و حمل و نقل مورد استفاده قرار بگیرند.

در جدول ۱-۶ بعضی ممانعت کننده های مهم، به همراه کاربرد و منبع آنها نشان داده شده است. مثالهایی از کلیه انواع مختلف ممانعت کننده های فوق الذکر در این جدول وجوددارند.

لازم به ذکر است که ممانعت کنند ها از نظر فلز، محیط خورنده، درجه حرارت و غلظت معمولاً منحصر بفرد هستند. همانطور که در بالا بدان اشاره شد غلظت و نوع ممانعت کننده ای که در یک محیط خورنده مورد نظر بایستی استفاده شود با آزمایش و به تجربه تعیین می گردد، و اینگونه اطلاعات را معمولاً از تولید کنندگان آن مواد می توان دریافت نمود.

در صورتی که غلظت ممانعت کننده کمتر از اندازه کافی باشد، ممکن است خوردگی تسریع شود، مخصوصاً خوردگی های موضعی مثل حفره دار شدن. لذا در صورتی که غلظت ممانعت کننده کمتر از اندازه کافی باشد خسارت بیش از موقعی خواهدبود که ممانعت کننده اصلاً بکار برده نشود.

برای پرهیز از این خطر بایستی غلظت ممانعت کننده همواره بیش از مقدار مورد نیاز باشد و غلظت آن بطور متناوب تعیین گردد. موقعی که دو یا چند ممانعت کننده به یک سیستم خورنده اضافه می گردد، تاثیر آنها گاهی اوقات بیشتر از تاثیر هر کدام به تنهائی است. این خاصیت را اثر تقویتی می نامند. تعداد بسیاری از ممانعت کننده هایی که در جدول ۱-۶ آمده اند ترکیباتی مرکب از چند ممانعت کننده هستند. مکانیزم اثر تقویتی کاملاً روشن نیست.

اگر چه در موارد بسیاری از ممانعت کننده ها به خوبی می توان استفاده نمود، ولی محدودیتهایی نیز برای این نوع محافظت از خوردگی وجود دارد. ممکن است اضافه کردن ممانعت کننده به سیستم بخاطر آلوده کردن محیط عملی نباشد. به علاوه بسیاری از ممانعت کننده ها سمی بوده و کاربرد آنها محدود به محیطهایی است که بطور مستقیم یا غیر مستقیم در تهیه مواد غذایی یا محصولات دیگری که مورد استفاده انسان قرار می گیرند، نمی باشد.

به همین دلیل نمک های آرسنیک که در اسیدهای قوی ممانعت کنند های بسیاری موثری هستد کاربرد محدودی دارند. ممانعت کننده ها عمدتاً در سیستمهای بسته کاربرد داشته معمولاً در سیستم های کاملاً بازبکار برده نمی شوند. بالاخره با افزایش درجه حرارت و غلظت محیط درجه موثر بودن ممانعت کننده ها به سرعت از بین می رود.

اطلاعات عمومی بیشتر، شامل جنبه های تئوریکی و همچنین مثالهای دیگری از کاربردهای انواع مختلف ممانعت کننده ها در اینجا بحث می شود.

جدول ۱-۶ لیست مراجع ممانعت کننده های خوردگی

مراجع***

روزنفلد در نطق افتتاحیه کنگره سالانه NACE در ۱۹۸۱ بحث تئوریکی و همچنین کاربرد محاسبات شیمی کوانتم، اسپکتروسکوپی فتوالکترون اشعه ایکس، ردیاب هایی رادیو اکتیو (مثلاً Cl 36) و پولاریزاسیون شیمیایی را بعنوان «ابزارهایی» برای مطالعه پدیده ممانعت کنندگی بحث می کند.

ممانعت کنندگی می تواند هم بوسیله جذب سطحی و هم لایه های فازی روی سطح فلز صورت پذیرد. وی نشان میدهد که ممانعت کنندگی با جذب سطحی مانع از حفره دار شدن فولادهای زنگ نزن می شود. حفاظت به حذب سطحی یونهای غیر فعال کننده به سطح فلز و جایگزین شدن آنها به جای عامل مخرب (Cl–) نسبت داده شده است. حفاظت به قدرت جایگزین شدن نسبت داده شده تا به قدرت اکسیدکنندگی، آنیون NO۳ موثرتر از CrO۴ است، هر چند که دومی اکسید کننده قویتری است.

روزنفلد نشان میدهد که حفاظت فولاد در برابر خوردگی بوسیله سولفیدهیدروژن به خاطر ظهور فیلم های فازی شامل آهن، گوگرد، و اجزاء ممانعت کننده روی سطح فولاد است، وی همچنین اشاره می کند که فقط درصد کوچکی (در یک مورد ۴%) از سطح بایستی بوسیله ممانعت کننده جذب سطحی پوشیده شود تا خوردگی متوقف گردد. جذب سطحی در بعضی موارد دارای ماهیت شیمیایی است. نکته اصلی کلام روزنفلد  آن است که «مکانیزم ممانعت کننده، بدون توجه به مقداری که جذب  سطح می شود، مشتمل است بر تغییر خواص الکتروفیزیکی اتمهای سطح بوسیله واکنشهای سطحی تا پوشاندن سطح فلز و جدا کردن آن از محیط خورنده».

در ماه مه ۱۹۸۳ یک کنفرانس بین المللی در مورد ممانعت کنندگی برگزار گردید. شواهدی در سالهای اخیر ارائه شده اند که بسیاری از ممانعت کننده های آلی و معدنی با اندرکنش کردن با یکی از چند محصول خوردگی و تشکیل یک فاز محافظ عمل حفاظت را انجام می دهند تا با جذب سطح فلز شدن.

در این کنفرانس بر متمایز کردن ممانعت کننده ها از نظر آنکه جذب سطح فلز می شوند و یا با تشکیل فازها حفاظت را انجام می دهند تاکید گردید. مجموعه مقالات این کنفرانس حاوی حدود ۳۰ مقاله بوسیله NACE در ۱۹۸۴ بچاپ رسیده است. یک ممانعت کننده و بر طرف کننده رنگ با نام تجارتی ۹۹- KO از نوعی فازی است.

گرین مکانیزم ها، کاربردها و محدودیتهای ممانعت کننده های اکسید کننده را بحث کرده است. این ممانعت کننده ها در حضور یون های هالیدی و سایر یون هایی که باعث تشدید خوردگی موضعی می شوند بایستی با احتیاط بسیار زیاد بکار روند. یک مقاله پیمایش بوسیله جی، ترابانلی و وی کاراسیتی با عنوان «مکانیزم و پدیده شناختی ممانعت کننده های آلی» حاوی ۱۶۱ مرجع در جلد اول پیشرفت ها در علم و تکنولوژی خوردگی، صفحات ۱۴۷ تا ۲۲۸، پلنوم پرس، نیویورک، ۱۹۷۰ ارائه شده است. فرمول های ساختمانی ممانعت کننده های آلی نیز ارائه شده است و مفید هستند.

یک علت مهم خوردگی در مسیرهای بالایی در پالایشگاههای نفت، خوردگی بوسیله سولفیدهیدروژن و اسید کلریدریک است. در این موارد ممانعت کننده های تشکیل دهنده فیلم بوسیله ناتان و پروگیونی پیشنهاد می شود. سوابق اتفاقاتی که روی داده بیان شده است. ممانعت کننده ها همچنین در کم کردن تاول زدن هیدروژنی مفید هستند.

ملاحظات محیط زیستی باعث معطوف شدن توجه به ممانعت کننده ها حاوی فلزات سبک شده است (مثلاً کاربرد کروماتها ممنوع شده است).

در مقاله ای توسط برسک اطلاعاتی در مورد آزمایشات و تجربیات عملی با این ممانعت کننده ها در محیطهای آبی ارائه شده است. رشد جلبک ها (و راسب شدن) نیز بحث شده است. بران کرومات را بوسیله ممانعت کننده ترای اوزول جایگزین نموده است. برای اطلاعات بیشتر به فصل ۸ در قسمت آبهای خنک کننده مراجعه شود.

ویوکازویش و سولیوان اثرات مشترک و جداگانه مولیبدات، فسفات، و بورات را با نیترات و توی ترای اوزول در آبهای خنک کننده در اتومبیل مطالعه نموده و روش آزمایشات را بیان نموده است. اضافه کردن ۲/۰% آب به آمونیاک آن را هیدراته کرده و باعث توقف خوردگی فولاد شده است.

ممانعت کننده ها همچنین در فصل ۸ در محیطهای مربوطه و همچنین در فصل ۳ بحث شده اند.

طراحی

طراحی یک سیستم غالباً به اندازه انتخاب مواد در مبارزه با خوردگی اهمیت دارد. در طراحی بایستی نیازهای مکانیکی و استحکام را به همراه سهم خوردگی در این رابطه در نظر گرفت. در تمام موارد طراحی مکانیکی یک جزء بایستی براساس مواد ساختمانی باشد زیرا مواد ساختمانی که برای مبارزه باخوردگی بکار می رود از نظر ویژگی های مکانیکی بسیار متفاوتند.

۶-۶ ضخامت دیواره

چون خوردگی باعث نازک شدن فلز می شود، لذا بایستی این مقدار نازک شدن را در طراحی لوله ها، تانک ها و قطعات دیگر در نظر گرفت. بطور کلی، ضخامت دیواره را به برابر ضخامت حداقل لازم می گیرند. مثلاً اگر برای یک تانک ۱۰ سال عمر در نظر گرفته می شود.

سرعت خوردگی تانک در آن محیط حدود MPY12 باشد، بنابراین تخمین عمق خوردگی در ۱۰ سال  اینچ است ودر نتیجه ضخامت تانک را  اینچ می گیرند. در این صورت تغییراتی جزئی در عمق نفوذ خوردگی یکنواخت، که در اکثر موارد کاملاً یکنواخت نیست، اشکالی بوجود نخواهد آورد. البته ضخامت دیواره بایستی نیازهای مکانیکی مثل فشار، وزن و تنش های دیگر را نیز برآورده سازد.

این قانون کلی در مواردی که اطلاعات دقیق و قال اطمینان خوردگی و نظارت موثر بر خوردگی لازم است ممکن است، صادق نباشد. والاس ووب بحث جالبی در مورد مقدار واقعی خوردگی ارائه نموده اند. آنها این سوال را مطرح می کند که «آیا شما مخازن خود را با پول نقد روکش می کنید؟ به عبارت دیگر اگر مقدار خوردگی را بیش از حد لازم منظور کنیم وزن و قیمت بالا خواهد رفت.

آنها همچنین پیشنهاد می کنند که در یک مخزن عمودی مرتفع، مقدار خوردگی در مناطق مختلف را بایستی متفاوت در نظر گرفت. قسمتهای بالایی مخزن می توانددر معرض خوردگی کمتری نسبت به نیمه پائین قرار داشته باشد. من حدود ۴۰ سال پیش این ایده را بکار بردم و در قسمتهای بالایی مخازن فولادی واگنها برای حمل اسید سولفوریک ضخامت بیشتری توصیه نمودم نواحی بالایی چندین برابر سریعتر از نواحی پائین خورده می شدند.

۷-۶ قوانین طراحی

قوانین طراحی بسیاری وجوددارند  که برای بدست آوردن بهترین ممانعت در برابر خوردگی بایستی رعایت شوند. موقعی که من در ۱۹۳۴ در شرکت دوپانت شروع بکار کردن، بایستی هر ماه هزینه های صرفه جویی شده در اثر فعالیتهای خود را گزارش می کردم. بعد از یکی دو سال طراحان را متقاعد کردم که «پیشگیری» با صرفه است. به عبارت دیگر به جای اینکه صبر کنیم تا تجهیزات موقع بهره برداری در اثر خوردگی از کار بیفتند خوردگی را در مرحله طراحی حذف کنیم (هزینه تغییر چند خط روی نقشه به مراتب کمتر است).

این مسئله ارتباط نزدیک بین طراحان و مهندسین خوردگی گردید و تمام پروژه های بزرگ بودجه ای برای استفاده از مهندس خوردگی اختصاص دادند. من قاطعانه معتقدم که مهندس خوردگی نیز بایستی نقشه ها را تائید نماید و نه فقط مهندسین طراح.

انواع خوردگی

بعضی از قواعد طراحی که بایستی در نظر گرفته شوند در زیر آمده اند. اگر طراح دارای زمینه خوبی در مورد خوردگی باشد مفید خواهد بود ولی متاسفانه معمولاً این حالت وجود ندارد.

۱- به جای پرچکاری از جوشکاری استفاده کنید. اتصالات پرچی نقاطی برای خوردگی شیاری هستند. (به فصل ۳ رجوع شود)

۲- تانک ها و محفظه های دیگر را طوری طراحی کنید که به سهولت قابل تخلیه و تمیز کردن باشند. کف تانک ها بایستی به طرف سوراخ تخلیه شیب داشته تا از باقی ماندن محلول در کف تانک هنگام تخلیه جلوگیری شود اسید سولفوریک غلیظ خوردگی بسیار کمی روی فولاد دارد. ولی در صورتی  که تانک به طور کامل تخلیه نگردد و محلول باقیمانده در تماس با هوا باشد، اسید با جذب رطوبت هوا و رقیق شدن باعث خوردگی سریع تانک می شود.

۳- سیستمها را طوری طراحی کنید که اجزایی که به سرعت خورده میشوند به سهولت قابل تعویض باشند. در کار کارخانجات اجزاء پمپها اغلب به خاطر خوردگی احتیاج به تعمیر یا تعویض پیدا می کنند، لذا سیستم را طوری طراحی می کنند که به سهولت بتوان آنها را از مدار خارج نمود.

۴- از تنش های مکانیکی بالا و مراکز تنش در قطعاتی که در معرض محیط خورنده قرار دارند بپرهیزید. تنش های مکانیکی یا داخلی یکی از عوامل ترک خوردن در اثر خوردگی توام با تنش (SCC، به فصل ۳ رجوع شود) می باشد. این مطلب مخصوصاً در مورد آلیاژهایی که مستعد به SCC هستند مثل فولادهای زنگ نزن و برنج ها بایستی رعایت گردد.

۵- حتی الامکان از تماس الکتریکی فلزات غیر همجنس جلوگیری کنید تا خوردگی گالوانیکی بوجودنیاید (به فصل ۳ رجوع شود). در صورت امکان در تمام سیستم از یکنوع فلز یا آلیاژهای هم خانواده استفاده کنید ودر غیر این صورت فلزات غیر همجنس را از یکدیگر عایق نمائید.

۶- در سیستمهای لوله کشی از زانوها باز اویه های تند بپرهیزید. پیچ های تند و جاهای دیگری که در آنها جهت سیال به سرعت عوض می شود باعث خوردگی سایشی می گردد. این مطلب مخصوصاً در سیستم هایی که مستعد به خوردگی سایشی هستند مثل سرب، مس و آلیاژهای آنها مهم می باشد.

۷- برای شرایطی که سیال با فلز برخورد می کند، ضخامت بیشتری از فلز در نظر بگیرید.

۸- در باره انتخاب صحیح مواد اطمینان حاصل کنید.

۹- مشخصات کامل کلیه مواد ساختمانی را لیست کنید و دستورالعمل هایی تهیه کنید تا مطمئن شوید مشخصات تعیین شده در تمام طول مسیر تا بازرسی نهایی رعایت میشود. در صورتی که لازم باشد، دستورالعمل های کنترل کیفیت را نیز تعیین کنید.

۱۰- اطمینان حاصل کنید که تمام کدها و استانداردهای مربوطه رعایت شده اند.

۱۱-  تاریخ تحویل تجهیزات را بطور واقع بینانه و به صورت برنامه ریزی شده تنظیم کنید.

۱۲- دستورالعمل هایی برای آزمایشات و نگهداری در انبار قطعات و تجهیزات تعیین کنید. مثلاً پس از آزمایش هیدرولیکی نبایستی وسیله مربوطه پر یا نیمه پر به مدت طولانی باقی بماند. این می تواند منجر به خوردگی میکروبی، حفره دار شدن و خوردگی تنشی گردد. در مورد نگهداری در انبار، لوله های یدکی از جنس فولاد زنگ نزن موقع نگهداری در انبار نزدیک ساحل دریا در اثر خوردگی تنشی ترک خوردند.

۱۳- دستورالعمل های بهره برداری و نگهداری را تعیین کنید (مثلاً خواباندن های برنامه ریزی شده)

۱۴- بگونه ای طراحی نمائید که ارتعاشات شدید وجود نداشته باشد، نه فقط برای قطعاتی که در مرض چرخش هستند، بلکه همچنین در مثلاً لوله های مبدل حرارتی.

۱۵- در مورد تانک هایی که موقع تخلیه هوای مرطوب دریایی را به داخل می کشند، سیستم تزریق هوای خشک یا گاز خنثی در نظر بگیرید.

۱۶- در صورت امکان موقعیت کارخانه یا تجهیزات را طوری انتخاب کنید که در مسیر حرکت باد ناشی از کارخانه یا اتمسفرهای «آلوده» قرار نداشته باشد.

۱۷- در عملیات انتقال حرارت از نقاط گرم جلوگیری کنید. مبدلهای حرارتی ودستگاههای انتقال حرارت دیگر بایستی طوری طراحی گردند که شیب درجه حرارت یکنواخت داشته باشند. توزیع غیر یکسان درجه حرارت منجر به گرم شدن موضعی و سرعتهای خوردگی بالا می شود. به علاوه نقاط گرمتر باعث تنشهائی می گردند که ممکن است منجر به خوردگی توام با تنش گردد.

۱۸- موقع طراحی حذف هوا را در نظر داشته باشید. احیاء اکسیژن یکی از مهمترین واکنشهای کاتدی در خوردگی است و اگر اکسیژن حذف گردد، غالباً خوردگی نیز کم می شود یا متوقف می گردد. در طراحی تجهیزات کارخانجاتی که با موادشیمیائی سروکار دارند توجه خاصی بایستی به همزن ها، مدخل ورودی محلول و نواحی دیگری که امکان وارد کردن هوا به سیستم دارند معطوف شود.

نصب شیرهای هواگیری و استفاده منظم از آنها مفید است. فلزات و آلیاژهای فعال- غیر فعال در این مورد استثناء هستند. تیتانیم و فولادهای زنگ نزن در اسیدهای هوادار یا اکسید کننده های دیگر مقاومترند.

۱۹- کلی ترین قانون، اجتناب از غیر یکنواختی است. فلزات غیر همجنس، حبابهای هوا، توزیع غیر یکنواخت حرارت و تنش و اختلافات دیگر در نقاط مختلف سیستم باعث خوردگی می گردد. لذا هنگام طراحی بایستی سعی شود کلیه شرایط را در تمام سیستم تا حد امکان یکنواخت نمود.

حفاظت کاتدی و آندی

۸-۶ حفاظت کاتدی

حفاظت کاتدی قبل از به وجود آمدن علم الکتروشیمی مورد استفاده قرار گرفته است. در ۱۸۲۴ دیویاین روش را برای حفاظت کشتیهای انگلیستی بکار برد. اساس حفاظت کاتدی را میتوان با در نظر گرفتن خوردگی فلز M در یک محیط اسیدی توضیح داد. واکنشهای الکتروشیمیائی انحلال فلز و آزاد شدن گاز هیدروژن است، بر طبق معادلات زیر:

۳-۶                   M→ M+n + ne

۴-۶                  ۲H+ + ۲e  → H۲

با فراهم نمودن الکترون برای فلزی که بایستی محافظت شود، حفاظت کاتدی انجام می شود. بررسی معادلات ۳-۶ و ۴-۶ نشان میدهد که با دادن الکترون به فلز، انحلال آن تقیل می یابد و تصعید هیدروژن انجام می شود. اگر فرض کنیم جریان از قطب مثبت به قطب منفی می رود، مطابق قرار داد در قوانین الکترویسیته، بنابراین در صورتی که جریان از الکترولیت وارد سطح فلز گردد باعث محافظت آن می شود. برعکس اگر جریان از سطح فلز وارد الکترولیت گردد خوردگی شدید واقع می گردد. در تکنولوژی حفاظت کاتدی قرارداد جهت جریان به صورت فوق فرض شده ودر اینجا نیز به همین صورت بیان می شود.

دو روش برای حفاظت کاتدی وجود دارد: ۱) بوسیله یک مولد برق یا ۲) بوسیله ایجاد یک زوج گالوانیکی مناسب. در شکل ۱-۶ حفاظت کاتدی به روش اعمال جریان الکتریکی نشان داده شده است. در این شکل یک تانک زیر زمینی به قطب منفی مولد جریان مستقیموصل شده است و قطب مثبت به یک آند خنثی مثل گرافیت یادورآیرون متصل است.

انواع خوردگی

محل اتصال کابل به تانک و الکترود خنثی به دقت عایق میشد تا از نشت جریان جلوگیری شود. آند معمولاً بوسیله پشت بند شامل پودرکک، گچ یا بنتونیت محصور شده است تا اتصال الکتریکی بین آند و زمین مجاور را بهبود بخشد. همانطوری که در شکل ۱-۶ نشان داده شده است جریان از زمین (الکترولیت) وارد سطح تانک می شود و باعث کاهش خوردگی آن می گردد.

در شکل ۲-۶ حفاظت کاتدی با متصل کردن فلزی که بایستی مورد حفاظت قرار گیرد به منیزیم نشان داده شده است. همان طور که در فصل ۳ گفته شد، منیزیم نسبت به فولاد آندی بوده و در زوج گالوانیکی با فولاد، منیزیم خورده خواهد شد. آند در این حالت، آند قربانی شونده نام دارد زیرا در طی فرآیند حفاظت فولاد مصرف می شود. حفاظت کاتدی با استفاده از آند قربانی شونده همچنین برای حفاظت لوله های زیرزمینی نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد. (شکل۳-۶) در این مورد آندهایی با فواصل یکسان در طول لوله کار گذاشته می شوند تا توزیع یکنواختی از جریان الکتریکی به سطح لوله برسد.

جریان الکتریکی لازم برای محافظت فلز به طور تجربی تعیین می گردد، در جدول ۲-۶ بعضی مقادیر به عنوان نمونه داده شده است. محیط های خورنده مثل اسیدهای گرم نیاز به جریان بیشتری دارند در صورتیکه که در محیطهایی که قدرت خورندگی کمتری دارند جریان بسیار کمتری مورد نیاز است (مثلاً در بتن). جدول ۲-۶ مقادیر متوسط جریان را به طور نمونه نشان میدهد و کاربردهای خاص ممکن است مقادیر متفاوتی نیاز داشته باشند.

مثلاً در بعضی خاکهای خیلی اسیدی غالباً ۱۰ تا ۱۵ میلی آمپر برفوت مربع جریان لازم است، همچنین چنانچه لوله دارای پوشش آلی باشد جریان به مراتب کمتری لازم خواهدبود، زیرا تنها محل هایی از فلز که بواسطه نواقص در پوشش در معرض محیط خورنده قرار دارند، بایستی محافظت شوند. در اینگونه موارد به روش سعی و خطا، اندازه آند یا جریان مورد نیاز بایستی تعیین گردد. یک روش دقیقتر و سریعتر اندازه گیری پتانسیل فلز مورد بوسیله یک الکترود و مرجع مناسب می باشد.

تجهیزات فولادی

در تماس با خاک ها، آب های شیرین و شور و آب دریا چنانچه به پتانسیل ۸۵/۰ ولت نسبت به الکترود مقایسه مس- سولفات مس پلاریزه گردند محافظت خواهند شد. شکل ۴-۶ الکترود مزبور را که برای حفاظت کاتدی مورد استفاده قرار می گیرد نشان میدهد.

این الکترود دارای مزایای زیر است: ارزان بودن، دقت خوب، و محکم و با دوام بودن. پتانسیل یک فلز بوسیله یک ولمتر با مقاومت بالا به صورتی که در شکل ۵-۶ نشان داده شده است اندازه گیری می شود. موقع اندازه گیری الکترود مقایسه را داخل زمین یا روی یک قطعه اسفنج آغشته به آب نمکدار می گذارند تا اتصال الکتریکی برقرار شود. دانسیته جریان لازم برای پلاریزه کردن فلز تا ۸۵/۰ ولت به سهولت اندازه گیری می شود.

در مواردی که از آندهای قربانی شونده (مثلاً منیزیم) استفاده میشود، از همین اندازه گیری به منظور تعیین تعداد و اندازه آندها برای حفاظت کامل استفاده می شود.

درمورد لوله های بلند یا اسکلت های فلزی بزرگ و پیچیده، اندازه گیری پتانسیل بوسیله الکترود مقایسه برای تعیین یکنواختی جریان انجام میشود.

انتخاب آند برای حفاظت کاتدی براساس ملاحظات مهندسی و اقتصادی قرار دارد. در جدول ۳-۶ چند نوع آند قربانی شونده و آند برای روش اعمال جریان خارجی با یکدیگر مقایسه شده اند. بین آندهای قربانی شونده، منیزیم، متداولترین است. اگر چه راندمان آن پائین است (حدود ۵۰ درصد) لکن این کمبود با پتانسیل بسیار منفی آن جبران شده و درنتیجه جریان بالایی بدست می دهد.

آندهایی که در روش اعمال جریان خارجی مورد استفاده قرار می گیرند متنوع تر هستند و از قراضه های فولادی ارزان قیمت که به سرعت خورده می شوند، تا تیتانیم پلاتینیزه خنثی که هم راندمان بالایی دارد و هم گرانقیمت است را در بر می گیرد. فولاد، گرافیت و آهن سیلسیم دار متداول ترین هستند، سرب و تیتانیم پلاتینیزه شده کاربرد روز افزونی در محیطهای دریایی پیدا کرده اند.

جریان های سرگردان غالباً در سیستم های حفاظت کاتدی باعث اشکالاتی می گردند. اصطلاح جریان های سرگردان به جریان های مستقیم موجوددر منطقه مورد نظر اطلاق می گردد.

انواع خوردگی

چنانچه یک شیئی فلزی در یک میدان جریان الکتریکی قرار بگیرد، اختلاف پتانسیل، روی آن بوجود آمده و در نقاطی که جریان از سطح شیئی وارد خاک می گردد خوردگی شدیدی ملاحظه می گردد در سالهای گذشته به خاطر نشت جریان ترامواهای الکتریکی، مشکلات ناشی از جریان های سرگردان کاملاً متداول بودند، لوله ها و تانک هایی که زیر مسیر ترامواها قرار داشتند به سرعت خورده می شدند. لکن چون این نوع وسیله حمل و نقل امروزه کنار گذاشته شده، جریان های سرگردان از این منابع دیگر وجود ندارد. منبع متداولتر جریان های سرگردان، سیستمهای حفاظت کاتدی می باشند.

این مسئله مخصوصاً در حوزه های نفتی شلوغ و کمپلکس های صنعتی که دارای لوله های زیر زمینی بسیاری می باشند وجود دارد.

شکل ۶-۶ جریان های سرگردان ناشی از یک سیستم حفاظت کاتدی را نشان میدهد. صاحب تانک زیر زمینی حفاظت کاتدی نصب نمود. او از خط لوله مجاور که در اثر حوزه جریان های سرگردان به سرعت سوراخ شد بی اطلاع بود. اگر صاحب خط لوله، حفاظت کاتدی به لوله خود متصل می کرد، خوردگی ناشی از جریانهای سرگردان لوله از بین می رفت، لکن باعث خوردگی روی تانک مجاور می شد. به سهولت می توان دید که چگونه خوردگی در اثر جراین های آواره تشدید می شود.

افزایش جریان برای حفاظت روی هر کدام باعث افزایش جریان مورد نیاز برای حفاظت دیگری می شود، در یک منطقه صنعتی که دارای دانسیته بالایی از خطوط لوله زیر زمینی بود، حریان مورد نیاز برای حفاظت در بعضی مناطق به ۲۰ میلی آمپر بر فوت مربع افزایش یافت.

راه حل این مسئله هماهنگی بین دو سیستم می باشد. مثلاً خوردگی ناشی از جریان های سرگردان شکل ۶-۶ به صورت شکل ۷-۶ قابل حل است. به این ترتیب لوله و تانک بدون ایجاد جریان های سرگردان حفاظت شده و مخارج حفاظت بین دو سیستم تقسیم می شود.

حفاظت  کاتدی

با اعمال جریان خارجی برای کاهش مخار تعمیرات و نگهداری شاهراه ها و پل ها بکار رفته است و صرفه جویی های قابل ملاحظه ای صورت گرفته است.

خوردگی آرماتورهای فولادی در بتن کاهش داده میشود. در مناطق خارج از شهر، استفاده از پانلهای خورشیدی برای تامین جریان الکتریکی پیشنهاد شده است.

حفاظت کاتدی هنوز بیشتر یک فن است تا یک علم و تجربیات قبلی بهترین مبنا برای قضاوت است. این نظریه یک مهندس خوردگی بود که بعد از ۳۰ سال تجربه عمدتاً در حفاظت کاتدی خطوط لوله ها بازنشسته می شد.

شرکتهای زیادی در زمینه حفاظت کاتدی وجود دارند و در صورتی که پروژه بزرگی وجود داشته باشد بایستی با آنها مشورت نمود.

یکی از مفصل ترین مجموعه مراجع در مورد خوردگی در زیر سطح زمین می باشد. قسمت اول در متریال پرفورمانس، صفحه ۴۳-۱۴ (ژانویه ۱۹۸۲) به چاپ رسید. مجموعاً ۱۰ قسمت در شماره های متوالی چاپ گردید. این مجموعه مراجع شامل ۱۱۷۲ مقاله انگلیسی می باشد. موضوعات شامل خوردگی در خاک و در زیر سطح زمین، خوردگی بیولوژیکی، حفاظت کاتدی و پوشش های محافظ می باشد.

۹-۶ حفاظت آندی

برعس حفاظت کاتدی، حفاظت آندی نسبتاً جدید است و اولین بار در ۱۹۵۴ پیشنهاد شد. این تکنیک با استفاده از اصول سینتیک الکترود ابداع گردید و بدون اطلاع از نظریه های مدرن تئوری الکتروشیمی توصیف آن مشکل است. به طور خلاصه، حفاظت آندی براساس تشکیل یک پوسته سطحی محافظ روی فلزات با اعمال جریانهای آندی می باشد. معادلات ۳-۶، ۴-۶ را در نظر بگیرید، همان طور که مشاهده می شود بااعمال جریان آندی به یک فلز قاعدتاً سرعت انحلال فلز بایستی افزایش پیدا کند و سرعت آزاد شدن هیدروژن کاهش یابد.

معمولاً در مورد فلزات این حالت اتفاق می افتد بجز در مورد فلزات فعال- غیر فعال مثل نیکل، آهن، کرم، تیتانیم و آلیاژهای آنها اگر به دقت جریان آندی به این فلزات اعمال گردد، غیر فعال شده و سرعت انحلال تقلیل می یابد. برای حفاظت آندی، دستگاهی بنام پنانسیواستات لازم است، پتانسیواستات یک دستگاه الکترونیکی است که فلز را در یک پتانسیل ثابت نسبت به یک الکترود مقایسه نگه می دارد. در شکل ۸-۶ حفاظت آندی یک تانک فولادی حاوی اسید سولفوریک نشان داده شده است.

پنانسیواستات دارای ۳ ترمینال است، یکی به تانک متصل میشود، دیگری به یک الکترود کمکی بعنوان کاتد (الکترود پلاتین یا پوشش داده شده بوسیله پلاتین) و سومی به یک الکترود مقایسه (مثلاً الکترودکالومل). در عمل پتانسیو استات، همواره پتانسیل ثابتی بین تانک و الکترود مقایسه برقرار می سازد. پتانسیل لازم را با اندازه گیری های الکتروشیمیایی قبلاً معین می کنند.

حفاظت آندی

سرعت خوردگی را به شدت تقلیل می دهد. جدول ۴-۶ سرعت خوردگی فولاد زنگ نزن آستنینتی رادر محلولهای اسیدسولفوریک حاوی یونهای کلر با و بدون حفاظت آندی نشان می دهد. همانطور که ملاحظه می شود حفاظت آندی باعث می شود سرعت خوردگی در بعضی سیستمها ۱۰۰۰۰۰ برابر کمتر شده اگر چه حفاظت آندی محدود به فلزات فعال- غیر فعال است ولی باید توجه داشت که اکثر فلزات ساختمانی شامل این فلزات می باشند.

لذا این محدودیت بر خلاف آنچه که در ابتدا به نظر می رسد، چندان مهم نیست. جدول ۵-۶ بعضی سیستم هایی که حفاظت آندی به طور موفقیت آمیزی در انها بکار رفته نشان میدهد. مزیت عمده حفاظت آندی قابلیت استفادهاز آن در محیطهای بسیار خورنده و نیاز به جریان الکتریکی کم می باشد. (برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد اصول و مکانیزم حفاظت آندی، به فصل ۱۰ رجوع گردد).

یک کاربرد جالب توجه و اقتصادی از حفاظت آندی، استفاده ازلوله هایی از جنس فولاد زنگ نزن نوع ۳۱۶ برای خنک کردن اسید در واحدهای اسید سولفوریک می باشد.

لوله ها دارای حفاظت آندی هستند و این کار به جای استفاده از مبدلهای حرارتی چدنی ضخیم صورت می گیرد.

برای مطالعه بیشتر به کتاب عالی ریگزولاک مراجعه نمائید. در این کتاب تمام فازهای این موضوع بطور عمیقی بحث شده است.

۱۰-۶ مقایسه حفاظت آندی و کاتدی

در جدول ۶-۶ بعضی از اختلافات مهم حفاظت کاتدی و آندی آورده شده است. هر یک از این دو روش دارای معایب و مزایایی هستند، ودر عین حال مکمل یکدیگرند. حفاظت آندی در محیط های ضعیف تا خیلی خورنده می تواند مورد استفاده قرار گیرد، در حالی که حفاظت کاتدی محدود به محیطهای متوسط از نظر خوردگی می باشد زیرا با اضافه شدن خورندگی محیط، جریان الکتریکی بیشتر لازم است (جریان لازم برای محافظت فولاد در جدولهای ۲-۶ و ۵-۶ را با یکدیگر مقایسه نمائید). لذا حفاظت کاتدی فلزات در محیطهای بسیار خورنده عملی نیست. برعکس در حفاظت آندی جریانهای بسیار کمی بکار میرود، لذا در محیطهای بسیار خورنده می تواند مورد استفاده قرار بگیرد.

مخارج سیستم حفاظت کاتدی چندان گران نیست زیرا اجزاء مورد استفاده ساده بوده و به سهولت نصب می گردند. حفاظت آندی نیاز به تجهیزات پیچیده ای شامل پتانسیو استات و اکلترود مقایسه داشته و مخارج نصب آن نیز بالاتر است. مخارج بهره برداری از این دو روش نیز به خاطر اختلاف جریان الکتریکی مورد نیاز که در بالا بدان اشاره شد با یکدیگر متفاوت است.

منطقه مورد حفاظت یا قدرت پرتاب حفاظت کاتدی کم می باشد، لذا برای برقراری جریان یکنواخت احتیاج به الکترودهای متعدد در فواصل نزدیک به یکدیگر می باشد. سیستم های حفاظت آندی دارای قدرت پرتاب بالایی هستند، لذا با یک الکترود کمکی به تنهائی می توان یک خط لوله طویل را محافظت کرد.

حفاظت آندی

دارای دو ویژگی منحصر به فرد است. اول جریان الکتریکی اعمال شده معمولاً با مقدار خوردگی سیستم تحت حفاظت برابر است. لذا حفاظت آندی نه تنها یک روش حفاظت است، بلکه یک روش اندازه گیری سرعت لحظه ای خوردگی می باشد. دوم شرایط لازم برای حفاظت آندی را با رسم منحنی پلاریزاسیون در آزمایشگاه به دقت می توان تعیین نمود.برعکس شرایط عمل برای حفاظت کاتدی معمولاً با آزمایشات متعدد به روش سعی و خطا تعیین می گردد.

اگر چه روش های ارزیابی سریع مختلفی برای تخمین جریان مورد نیاز برای حفاظت کاتدی پیشنهاد شده است، تمام آنها کم و بیش غیر قابل اطمینان هستند و انتخاب نهایی معمولاً براساس تجربیات قبلی است.

همان طورکه در فصل ۱۰ خواهد آمد، حفاظت آندی براساس اصول علمی دقیقی قرار دارد و به طور موفقیت آمیزی برای حل مشکلات صنعتی بکار رفته است. لکن از زمان معرفی این روش، وارد شدن آن در مهندسی خوردگی به کندی صورت گرفته است. عدم تمایل مهندسین خوردگی برای استفاده از این روش حفاظت، عمدتاً به خاطر تجارت شخصی و  اطلاعاتی که در مجلات خوردگی کلاسیک وجود دارند می باشد. اگر قطب های مولد جریان مستقیم در یک سیستم حفاظت کاتدی اشتباهاً به فلز مورد نظر متصل شوند، نتیجه وحشتناکی به بار خواهد آمد.

خوردگی سریع آند در یک زوج گالوانیکی، قانون کلی در مجلات خوردگی کلاسیک که جریانهای اندی اعمال شده خوردگی را تشدید می کنند، تمام اینها باعث کندی وارد شدن این روش حفاظت کاندی در عمل شده است. در واقع حفاظت آندی یک حالت استثناء در مورد قاعده کلی تشدید خوردگی در اثر جریانهای آندی یا گرفتن الکترون از فلز می باشد.

حفاظت آندی در آینده احتمالاً انقلابی در زمینه حفاظت در مهندسی خوردگی به وجود خواهد آورد. با استفاده از این روش می توان برای یک کاربرد معین خوردگی فلز ارزانتری بکار برد. حفاظت آندی را می توان یکی از مهمترین دستاوردهای علم خوردگی در تمام طول تاریخ آن دانست.

پوشش ها

۱۱-۶ پوششهای فلزی و پوششهای غیر آلی دیگر

پوششهای نسبتاً نازک فلزی و یا مواد غیر آلی می تواند سد یا مانع مناسبی بین فلز و محیط آن باشد. کار اصلی اینگونه پوششها (صرفنظر از پوشش های قربانی شونده مثل Zn) بوجود آوردن سدی موثر بین فلز و محیط آن می باشد. پوششهای فلزی با روش آبکاری الکتریکی، پاشیدن مشعلی، روکش کردن، غوطه وری گرم، گازی، بدست می آیند.

پوششهای غیر آلی (معدنی) بوسیله پاشیدن، دیفرزیون، یا تبدیل شیمیائی اعمال می گردند. معمولاً پاشیدن پختن یا حرارت دادن در درجه حرارت بالا را به دنبال دارد. پوشش های فلزی معمولاً قابلیت تغییر شکل پذیری دارند، در حالیکه پوشش های غیر آلی ترد هستند. در هر دو مورد بایستی مانع کاملی روی سطح فلز بوجود آید. تخلخل پوشش یا نواقص دیگر می تواند باعث خوردگی موضعی فلز زمینه در اثر خوردگی گالوانیکی گردد.

مثال هایی از اشیاء پوشش دار، سپرهای اتومبیل، زه های اتومبیل، وسایل  خانگی، ظروف نقره ای، فولاد گالوانیزه و قوطی های مواد غذایی می باشند. وانهای حمام و تانکهای فولادی با پوشش شیشه ای مثال هایی از پوشش های سرامیکی می باشند. مثالهایی از پوشش های که بوسیله دیفوزیون و یا تبدیل شیمیائی بدست می آیند به ترتیب فولادکرم کاری و آلومینوم آندیزه می باشند.

آبکاری الکتریکی:

این روش مشتمل بر فرو بردن قطعه در داخل محلولی از فلزی که بایستی پوششی داده شود و عبور جریان مستقیم (D.C) بین قطعه و یک الکترود دیگر، می باشد. مشخصات رسوب بستگی به فاکتورهای متعددی شامل درجه حرارت، دانسیته جریان، زمان و ترکیب شیمیائی محلول دارد. این متغیرها را میتوان طوری تنظیم کرد که پوشش های ضخیمی مثلاً تا ۲ میل یا نازکی تا حدود هزارم میل (هر میل یک هزارم اینچ است) بدست آید.

همچنین با تنظیم این متغیرها می توان پوششهای تیره، درخشان، نرم (سرب) یا سخت (کرم)، و انعطاف پذیر یا ترد بدست آورد.

پوششهای سخت برای مبرازه با خوردگی سایشی بکار برده می شوند. پوشش می تاند از یک لایه فلز تشکیل شده باشد، یا از چند لایه فلزی تشکیل یابد، یا حتی دارای ترکیب آلیاژی باشد (مثل برنج). مثلاً سپر اتومبیل دارای یک لایه داخلی مس (برای چسبندگی خوب)، یک لایه داخلی نیکل (برای حفاظت از خوردگی) و یک لایه نازک از کروم صرفاً به خاطر ظاهر می باشد. از نظر مقدار مصرف پوششهای فلزی به ترتیب زیر قرار دارند: روی، نیکل، قلع و کادمیم.

پوششهای طلا، نقره و پلاتین نیز معمول هستند. اکثریت فلزات را با آبکاری الکتریکی می توان روی فلزات دیگر پوشش داد.

پاشیدن مشعلی:

این فرآیند که متالیزه کردن نیز نامیده می شود مشتمل است بر هدایت سیم فلزی یا پودر فلزی از طریق یک مشعل که باعث ذوب آن می شود و به صورت ذرات ریز مذاب به سطح فلزی که بایستی پوشش داده شود، پاشیده می شود.

اکسیژن و استیلن یا پروپان معمولاً برای ایجاد شعله بکار برده میشود. این پوششها معمولاً متخلخل بوده ودر شرایط حاد خورنده مرطوب محافظ نیستند. معمولاً با افزایش نقطه ذوب فلز، تخلخل پوشش افزایش می یابد. روی، قلع و سرب از این نظر بهتر از فولاد یا فولاد زنگ نزن می باشند.

سطحی که بایستی پوشیده شود بایستی زیر گردد (با ماسه پاشی) تا باند یا اتصال مکانیکی بوجود آید. گاهی اوقات یک پوشش رنگ روی پوششی که به این طریق حاصل می شود اعمال می گردد تا حفره ها را پر نماید و مانع بهتری بوجود آید. فلز متخلخل زمینه مناسبی برای رنگ بوده و اتصال خوبی بوجود می آید.

پاشیدن مشعلی یک روش اقتصادی برای بازیابی سطوح فرسوده مثل شفتها می باشد. فلزات با نقطه ذوب بالا را میتوان با جت های پلاسما رسوب داد.

کاربردهای پاشیدن مشعلی مشتمل است بر تمام انواع تانکها و مخازن، پلها، بدنه کشتیها و اسکلت داخلی آنها و بسیاری محصولات فولادی دیگر.

دودکشهای پوشیده به وسیله آلومینیوم و آب بندی شده به وسیله یک پوشش آلی سیلیسیم- آلومینیوم تا ۹۰۰ درجه فارنهایت محافظ هستند فولاد زنگ نزن ۸-۱۸ که توسط این روش و با آلومینیوم پوشش داده شده است تا حوالی F۰ ۱۵۰۰ در هوا مقاوم می باشد. قیمت پوششی به ضخامت ۵ میل، ۶ سنت بر فوت مربع برای آلومینیوم و ۱۲ سنت بر فوت مربع برای روی می باشد.

روکش کردن:

این روش مشتمل است بر پوشش دادن سطح فلز به وسیله نورد کردن دو ورق فلزی به یکدیگر. مثلاً با نورد گرم یک ورق فولادی و ورق نیکلی می توان یک ورق دوبله مثلاً با ضخامت  اینچ نیکل و یک اینچ فولاد به وجود اورد. فلز روکش معمولاً نازکتر از فلز زمینه است. آلومینوم با استحکام بالا، غالباً به وسیله آلومینوم خالص تجرایت روکش داده میشود تا مانعی در مقابل SCC آلومینوم زمینه گردد.

گاهی اوقات یک لایه نازک را به دیواره های تانک های فولادی نقطه  جوش می کنند. Ti. Cu, Al, Ni و فولاد زنگ نزن وفلزات دیگر غالباً برای روکش کردن فولاد بکار برده می شوند.

توسعه فولادهای زنگ نزن کم کربن (L 304) کاربرد مخازن روکش داده شده را افزایش داده است. یک تانک فولادی با روکش فولاد زنگ نزن را نمی توان عملات حرارتی، کوانچ و آنیل نمود. موقع جوش دادن قطعات روکش شده برای اجتناب از رقیق شدن فلز جوش، لازم است الکترود بر آلیاژی تری استفاده کرد.

مثلاً الکترود فولاد زنگ نزن نوع ۳۱۰ برای اتصال ورق فولاد روکش شده به وسیله نوع L 304 به کار می رود. روکش کرن مزایای اقتصادی بسیار زیادی دارد زیرا در آن مانع خوردگی یا فلز گرانتر نسبتاً نازک بوده و به وسیله لایه زیری ارزان قیمت فولادی تقویت می شود. مثال خوبی در این مورد یک مخزن تخت فشار بالاست که دارای روکش یا  اینچ روی فولاد به ضخامت ۳ اینچ می باشد. اگر تمام فولاد از فلز گرانقیمت مقاوم خوردگی انتخاب می شد، قیمت چندین برابر بود.

روش غوطه ور گرم:

با فرو بردن فلزات به داخل حمام مذاب فلز با نقطه ذوب پائین، عمدتاً Al, pb, Sn, Zn که بایستی پوشش داده شود، انجام می شود. این فرآیند یکی از روشهای قدیمی پوشش دادن فلزات است. فولاد گالوانیزه مثالی معروفی است. ضخامت پوشش خیلی بیشتر از حالت آبکاری الکتریکی است زیرا بدست آوردن ضخامت های نازک بسیار مشکل است. قطعات پوشش داده شده را با عملیات حرارتی و بوجود آوردن باند آلیاژی بین پوشش و فلز زمینه می توان کامل تر نمود.

روش گازی:

این کار در یک محفظه باخلاء نسبتاً بالا انجام می شود. فلزی که بایستی پوشش باشد به وسیله جریان الکتریکی حرارت داده می شود و بخار حاصل از آن روی سطح قطعه ای که بایستی پوشش داده شود می نشیند. این روش گرانتر از روشهای دیگر بوده و معمولاً کاربرد آن محدود به قطعات بحرانی و خاصی می باشد، به عنوان مثال قطعاتی با استحکام بالا برای راکت ها و موشکها، به استثنای روش جدیدی که در یک خط تولید فولاد را به وسیله Al پوشش می دهند.

روش نفوذی:

این روش مشتمل است بر عملیات حرارتی برای به وجود آوردن آلیاژ روی سطح در اثر نفوذ یک فلز به داخل فلز دیگر. به این دلیل این روش «آلیاژ سازی سطحی» نیز نامیده میشود. قطعاتی که بایستی پوشش داده شوند در مواد جامد مناسب یا محیط گازی مناسب قرار می گیرند. گالوانیزه خشک (پوشش روی) کرمایز کردن  پوشش کرم، آلونایز کردن پوشش آلومینیوم مثالهایی در این مورد می باشند. در مورد آلونایز کردن، سطح را نیز اکسید می نمایند تا یک لایه محافظ AL۲O۳ نیز به وجودآید.

فولادهای ساده کربنی، کم آلیاژی، و زنگ نزن را میتوان آلونایز کرد. مقاومت خرودگی خوبی در برابر هوا و گازهای گوگرد دار در دماهای بالا (حدود F۰ ۱۶۵۰) ایجاد می شود. این فولادهای آلونایز شده در صنایع نفت و شیمیایی برای مبدلهای حرارت یا سطوح داغ دیگر به کار می روند (مثلاً در تولید اسید سولفوریک). این روش معمولاً برای محیطهای آبی توصیه نمی شود.

تبدیل شیمیایی:

در این روش با خورده شده سطح فلز یک لایه ای از محصول خوردگی که محافظ باشد، به وجود می آورند. آندیزه کردن مشتمل است بر اکسیداسیون آندی در یک حمام اسیدی برای به وجود آوردن لایه اکسیدی، معروفترین مثال در این مورد آلومینیوم آندیزه شده است که روی آن پوسته محافظ (AL۲O۳) به وجود آمده است.

بهبود خیلی زیادی در مقاومت خوردگی به وجود نخواهد آمد، لذا آلومینیوم آندایزه شده نبایستی در جاهائیکه آلومینوم معمولی سریعاً خورده شده بکار رود.

پوسته به وجود آمده متخلخل بوده و لذا برای رنگ بسیار مناسب است. البته چنانچه سطح آندیزه شده در معرض آب جوش قرار بگیرد، به اصطلاح آب بندی می شوند. در واقع آلومینیوم آندیزه شده عمداً اکسید شده، تا لایه سطحی یکنواختی روی آن به وجود آید. آلومینیوم آندایز شده برای بسیاری از مقاصد آرشیتکتی (مثلاً پانلهای دیواری در ساختمانها) و سایر مواردی که که ظاهر مجذوب مورد نظر است بکار می رود. به بیان دیگر، آندایز کردن آلومینیوم را میتوان یک اکسیداسیون کنترل شده در نظر گرفت که به منظور ایجاد یک لایه سطحی یکنواخت انجام می شود.

انواع خوردگی

مثال هایی دیگر در این مورد باندریزه کردن و پارکریزه کردن (فسفاته کردن در حمام اسید فسفریک)، کروماتیزه کردن (در معرض اسید کرومیک و دی کروماتها قرار دادن)، و پوششهای اکسیدی یا حرارتی روی فولادها می باشد.

بدنه های اتومبیل بهترین مثال برای فسفاته کردن می باشد. در اینجا زمینه خوبی برای رنگ کاری بعدی فراهم می آید. و همچنین در صورتی که رنگ صدمه ببیند، شروع زنگ زدگی مدتی به تاخیر می افتد. کروماته کردن به قطعاتی که از منیزیم یا روی ساخته شده اند اعمال می گردد و تا حدودی مقاومت خوردگی را افزایش می دهد، لکن غالباً قطعات رنگ می شوند. پوسته های اکسیدی روی فولاد با حرارت دادن در هوا یا فرو بردن در محلولهای داغ به وجود می آید.

این پوسته ها را به منظور جلوگیری از زنگ زدگی بایستی با یک محصول نفتی روغن کاری نمود. برای آبی کردن لوله های تفنگ آنها را به داخل محلول داغ قلیایی فرو برده و سپس سطح اکسید شده فلز را با روغن برزک خام، در حالی که فلز داغ است ماساژ می دهند.

ایجاد تغییرات در سطح فلز: عملیات سطحی مشتمل بر تابش اشعه های پر انرژی به طور افزاینده ای مورد توجه قرار دارند. موقعی که عناصر آلیاژی مثل کرم به سهولت قابل دسرسی نباشند، در آینده این روشها به کار خواهند رفت.

آلیاژ سازی سطحی بالیزر در یک مقاله پیمایشی به وسیله دریپر بیان شده است. در این مقاله روش ها، ملاحظات اساسی و نتایج تشریع شده اند. لیزرهای CO۲ متداولترین هستند. یک کتاب خوب شامل مباحث اثرات تابش مستقیم و رفتار حاصله آلیاژهای مختلف فولاد، آلومینیوم، و مس (برنز Fe-Al) وجود دارد.

مک کافرتی نشان داده است که تابش لیزر مقاومت خوردگی آلومینیوم ۳۰۰۳ در اسید کلریدریک و محلولهای سیتراتی را بهبود می بخشد، و هیچگونه تاثیری روی پتانسیل حفره دار شدن در محلول ۱/۰ مولار نمک طعام ندارد. مورومک کافرتی نشان داده اند که فولاد آلیاژ شده با ۵، ۲۰، ۸۰ درصد کرم غیر فعال شده است. لیزر همچنین برای وارد ساختن ذرات سخت در فلز (مثل WC و TIC) برای بهبود مقاومت سایشی به کار می رود.

کاشت ین:

کاربرد کاشت ین برای ایجاد تغییرات در سطح، روش دیگری است که در آینده کاربردهای عملی پیدا خواهد کرد. پاترو همکاران در یک مقاله پیمایشی نتایج مفید این روش بر مقاومت خوردگی را بحث می کنند.

فولاد با لعاب شیشه ای، فلز مهمی برای صنایع شیمیائی و همچنین منازل می باشد، از مزایای این روش آسانی تمیز کردن سطوح صاف است (مخصوصاً موقعی که مواد چسبنده در میان باشند مثل صمغ یا بعضی رزین ها).

فولادهای لعابدار به طور وسیعی در صنایع داروسازی صنایع غذایی، نوشابه سازی و بسیاری کاربردهای دیگری که مشتمل بر محیط های بسیار خورنده می باشند یا آلودگی محصول مهم است به کار می روند.

در شکل ۹-۶ یک وسیله ای که از فولاد لعابدار ساخته شده نشان داده شده است. بتن کاربردهای زیادی در زمینه خوردگی دارد. مثالهایی در این مورد، پوشاندن فولادهای ساختمانی (همچنین برای ضد آتش کردن) لوله هایی با لایه بتن، و مخازن بتنی هستند.

۱۲-۶ پوششهای آلی

پوششهای آلی مشتمل بر مانع نسبتاً نازکی بین فلز و محیط آن می باشند. رنگها، حلالها، لاکها بدون شک از نقطه نظر تناژ بیشتر از هر دو روش دیگر برای حفاظتی فلزات به کار می روند. پوششهای مورد استفاده برای سطوح خارجی برای همه آشناست، ولی پوشش ها یا روکش های داخلی نیز به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند.

در ایالات متحده سالانه حدود ۲ میلیون دلار صرف پوششهای آلی میشود. انواع و اقسام و محصولات مختلفی وجود دارد که بعضی از انها خواص مفیدی دارند. اطلاعات زیادی در این زمینه پیچیده، لازم است تا عملکرد موفق باشد. بهترین روش برای کسی که تازه وارد این زمینه می شود آن است که با تولید کنندگان معتبر پوششهای آلی مشورت کند. به عنوان یک قانون کلی، این پوشش ها در محیطهایی که به سرعت فلز زمینه را می خورند نباستی به کار برده شوند.

مثلاً رنگ برای حفاظت فولاد در مقابل اسید کلریدریک به کار نخواهد رفت، زیرا نواقص کوچک رنگ باعث سوارخ شدن سریع فلز می گردد. همچنین توصیه میشود آزمایشاتی برای ارزیابی استقامت رنگ به عمل آید.

جدا از کاربرد صحیح، سه فاکتور اصلی برای پوششهای آلی، به ترتیب اهمیت عبارتند از: ۱) آماده کردن سطح ۲) انتخاب آستر ۳) انتخاب صحیح لایه یا لایه های رویی.

اگر سطح فلز به طور صحیح آماده نگردد، در اثر اتصال ضعیف ممکن است رنگ پوسته پوسته شود. اگر آستر چسبندگی خوبی نداشته باشد یا با لایه رویی سازگار نباشد، سیستم پوشش عمر طولانی نخواهد داشت. اگر دو فاکتور اولی مناسب نباشند، سیستم پوشش بدون توجه به کیفیت و نوع لایه رویی به سرعت از بین خواهد رفت. در اکثر موارد عمر کم پوششها در اثر عدم آماده سازی سطحی و انتخاب صحیح می باشد.

انواع خوردگی

آماده کردن سطح: عبارت است از زبر کردن سطح برای بدست آوردن اتصال مکانیکی (دندانه های سطحی) و همچنین تمیز کردن کثافات، زنگ، پوسته اکسیدی، روغن، گریس، فلاکسهای جوشکاری، علائم رنگی و نوشته های روی سطح فلز، و ناخالصی های دیگر. به عبارت دیگر بدست آوردن یک سطح تمیز و خشن. ماسه پاشی سطح فولاد بهترین روش است. روشهای دیگر عبارتند از: اسید شویی یا عملیات شیمیایی دیگر، کاردک زدن، برس زدن، تمیز کردن به روش شعله ای (حرارت دادن به وسیله مشعل و سپس تمیز کردن کثافات و اکسیدهای سطحی) و تراشیدن با اسکنه. در یک مطالعه تاثیر آماده سازی سطحی  نشان داده شد که عمصر رنگ با روش ماسه پاشی ۳/۱۰ سال، با روش اسید شویی ۶/۹ سال و ۳/۲ سال برای روش تمیز کردن دستی بوده است.

مکهای درز جوش و لبه های تیز را بایستی با سنگ زنی آماده کرد تا از اتصال بین رنگ و فلز اطمینان حاصل شود. روشهای شیمیایی دیگر عبارتند از: تمیز کردن با حلالهای آلی، تمیز کردن با مواد قلیایی گرم یا سرد، فسفاته کردن، کروماته کردن و روشهای الکتروشیمیایی مثل آندیزه کردن و تمیز کردن به روش کاتدی.

علاوه بر ملاحظات اقتصادی، انتخاب روش آماده سازی سطحی بستگی به فاکتورهای مختلفی دارد، مثل نوع فلز، شکل، اندازه و امکان دسترسی به آن، سیستم پوشش و شرایط کار سیستم.

آسترها:

می توانند شامل مواد رنگی ضد زنگ ها مثل کرومات روی و پودر روی باشند و به این ترتیب علاوه بر ایجاد یک مانع نقش دیگری نیز ایفا نمایند. برای اینکه شیارها و نواقص سطحی دیگر به وسیله آستر پر شوند قابلیت تر کردن نیز بایستی وجود داشته باشد، زمان خشک شدن بایستی کوتاه باشد تا از آلوده شدن سطح قبل از اعمال لایه رویی جلوگیری شود، مخصوصاً در شرایط عملی.

لایه رویی:

انتخاب لایه رویی بسیار مهم است. انتخاب لایه رنگی رویی ارازن قیمت روش اشتباهی است، زیرا قسمت عمده هزینه های رنگ کاری، مخارج نیروی انسانی است. در بسیاری موارد، هدف از رنگ کاری حفظ ظاهر است، در غیر  این صورت اگر در ابتدا فولاد را کمی ضخیم تر می گرفتند، مسئله خوردگی ارزانتر حل می شد. ولی هیچکس وجود تجهیزات زنگ زده را در اطراف خود نمی پسندد. نکته مهم در اینجا این است که با صرف یک مقدار اضافی خیلی کم (کسری از یک سنت بر فوت مربع در سال) و با انتخاب یک لایه رویی صحیح، ظاهر مطلوب و حفاظت خوب در برابر خوردگی، حتی درآتمسفرهای خورنده قابل حصول است.

ضخامت پوشش بایستی به اندازه ای باشد که تمام سطح فلز را بپوشاند. پوشاندن کامل سطح فلز، یا عدم وجود کامل مک ها یا نواقص دیگر، با یک بار رنگ کردن، مک های یک لایه به وسیله لایه بعدی پوشیده خواهد شد. ضخامت پوشش نیز مهم است زیرا در اثر تماس رنگ با محیط نیز فساد ایجاد شده و به مرور زمان پوشش از بین می رود.

به روشهای مختلفی می توان مخارج تعمیرات و نگهداری پوشش ها را تقلیل داد. مثلاً انجام برنامه های لکه گیری (کاری که در مورد اتومبیل خود نیز بایستی انجام دهید) نقاط ضعیف به جای اینکه آنقدر صبر کنیم که پوشش آنقدر خراب شده باشد که احتیاج به رنگ کاری مجدد باشد.

بندرت پیش آید که یک پوشش در یک زمان در تمام نقاط از بین برود. یک روش دیگر کاربرد رنگ بوسیله روش پاشیدن به صورت گرم می باشد. در این روش به خاطر بالا بودن درجه حرارت، جامدات بیشتر (باتینر کمتر) به سطح پاشیده می شود و ضخامت بیشتری در هر لایه ایجاد می گردد. کاربرد نوارهایی روی لبه ها برای محافظت آنها، روش دیگری در این مورد است، بدیهی است که لبه ها را مشکل تر می توان حفاظت نمود. یک روش دیگر این است که سیستم را طوری طراحی کنیم که مقدار سطح و لبه ها حداقل باشد (استفاده از یک ستون استوانه ای یا لوله ای بجای ستون شکل).

انواع خوردگی

اغلب کارخانجات، رنگ کاری مورد نیاز خود رابه صورت مناقصه به شرکتهای دیگر واگذاری می کنند. این عمل ممکن است ابتدا باعث هزینه کمتری گردد، ولی معمولاً در دراز مدت پر خرج تر خواهد بود. اگر در یک کارخانه رنگ کاری به مقدار کافی وجود داشته باشد، بهتر است خود اقدام به استخدام و تربیت رنگ کار نماید. یک کارخانه این کار را انجام داد و سالانه هزار دلار صرفه جویی نمود.

بطور خلاصه، رنگ کاری خوب مشتمل است بر آماده سازی سطحی مناسب، انتخاب پوشش مناسب، و کاربرد صحیح آن. انواع بسیار زیادی از رنگ های مختلف وجود دارند، لکن ذکر جزئیات آنها در محدوده این کتاب نیست، غالباً رنگهای قیر معدنی و بیتومینی برای پوشش دادن لوله ها بکار می روند.

گاهی اوقات برای تقویت پوشش بوسیله پارچه آغشته به رنگ، لوله ها را نوار پیچی می کنند. رنگهای آلکید ، گلیپتول، بتن، سرب قرمز، اکسید آهن، فنولیک، لیتوپون، دی اکسید تیتانیم و لاستیک کلرینه شده تنها مثالهای معدودی در این زمینه می باشند. رنگهای وینیل و اپوکسی بطور وسیعی در کاربردهای مشتمل بر خوردگی مصرف می شوند.

شکل ۱۰-۶ برای انتخاب اولیه نوع پوشش برای یک کاربرد داده شده می تواند مورد استفاده قرار گیرد. یک دستورالعمل عالی در مورد رنگ ها و پوشش های محافظ که به وسیله وزارتخانه های ارتش، نیروی دریایی و نیروی هوایی تهیه شده و به قیمت ارزان قابل تهیه است توصیه می گردد.

کربی تعمیرات و نگهداری رنگ را در دو مقاله بحث کرده است. در جدول ۷-۶ مقاومت پوشش ها در محیطهای مختلف نشان داده شده است. ضخامت مورد نیاز، تعداد لایه ها، موقعیت (داخل سالن یا در هوای باز) کار، زمان رنگ آمیزی (با مشاهده اولین علامت زنگ) توضیح داده شده است در جدول ۸-۶ نکات مهمی که بایستی در نظر گرفته شوند آمده است. در جدول ۹-۶ هزینه های آماده سازی سطحی و رنگ آمیزی تخمین زده شده است. شرایط لیست شده در وسط ستون چپ بشرح زیر است:

تجهیزات تازه و نو:

۱- پوسته محکم نورد بدون زنگ یا مقدار کمی زنگ.

۲- پوسته ضعیف نورد، زنگ پودری و آمورف، بدون حفره.

۳- مقداری کمی پوسته نورد، زنگ زدگی سرتاسری، مقداری حفره.

تعمیر و نگهداری:

۴- لایه رویی نازک، ظاهر شدن آستری، زنگ زدگی جزئی.

۵- لایه رویی نازک، ظاهر شدن آستری، ۱۰% سطح دارای پوسته ضعیف و رنگ ضعیف.

جدول ۸-۶

۶- لایه رویی به طور کامل اکسید شده و به طرز زیادی پوسته پوسته شده، تقریباً ۳۰% سطح حفره دار شده و دارای پوسته های سخت شده است.

۷- به طرز بدی حفره دار شده ودارای تجمع هایی از زنگ می باشد.

جدول ۹-۶

در جدول ۱۰-۶ نمونه ای مشخصات داده شده است.

۱۳-۶ استانداردهای کنترل خوردگی

انجمن ملی مهندسین خوردگی استانداردهایی (روشهای توصیه شده) برای موارد مختلف خوردگی تهیه نموده است. این روشها در جدول ۱۱-۶ لیست شده اند.

۱۴-۶ آنالیز شکست

قسمت اعظم این کتاب به آنالیز شکست اختصاص داده شده است (دلایل و راه حلها). MTI یک پروژه در این رابطه انجام داد، و نتایج آن به صورت یک کتاب تحت عنوان «اطلس انهدام های ناشی از خوردگی» (۱۹۸۵) به چاپ رسیده است. علاقمندان به این گزارش جامع ارجاع داده می شوند. دستورالعمل های مرحله به مرحله ارائه شده است، از درخواست برای بررسی تا گزارش نهایی. بررسی های محلی قدم به قدم و همچنین آزمایشگاهی نیز توضیح داده شده اند. یک «زنجیره اشتباهات» به صورت دیاگرام نشان داده شده است. تعداد زیاد تصاویر عالی از شکستهای متداول نشان داده شده است. بر اهمیت بررسی نمونه ها قبل از تمیز کردن تاکید شده است
و همینطور به جمع آوری شواهد ودلایل و گزارش کردن صحیح.

ارسال یک پیام