معیارهای مقاومت به خوردگی
معیارهای مقاومت به خوردگی توانایی یک ماده، به ویژه فلزات، برای مقاومت در برابر تخریب شیمیایی یا الکتروشیمیایی است که به دلیل تماس با محیط خورنده ایجاد می‌شود.
این فرآیند می‌تواند در حضور عواملی مانند رطوبت، اکسیژن، نمک‌ها، اسیدها و بازها رخ دهد. خوردگی می‌تواند منجر به تخریب ساختاری مواد و کاهش کارایی آنها شود، بنابراین اهمیت زیادی در طراحی و استفاده از مواد در صنایع مختلف دارد.
برای بهبود مقاومت به خوردگی، استفاده از آلیاژهای خاص و پوشش‌های محافظ از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. آلیاژهایی مانند فولاد زنگ نزن، تیتانیوم و آلیاژهای نیکل به دلیل ترکیب شیمیایی خاص خود، مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند.
همچنین، استفاده از پوشش‌هایی مانند رنگ‌ها، پوشش‌های گالوانیزه و پلاستیکی می‌تواند سطح مواد را از تماس مستقیم با عوامل خورنده محافظت کند.
پاسیو شدن نیز یکی دیگر از روش‌های مهم است؛ در این فرآیند، برخی مواد به طور طبیعی یک لایه اکسید محافظ بر روی سطح خود تشکیل می‌دهند که از خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند.
ارزیابی مقاومت به خوردگی مواد از طریق تست‌های مختلفی مانند تست‌های نمک‌پاشی، تست‌های الکتروشیمیایی و تست‌های محیطی انجام می‌شود.
این تست‌ها به تعیین رفتار مواد در شرایط محیطی مختلف و پیش‌بینی عمر مفید آنها کمک می‌کنند.
با استفاده از این ارزیابی‌ها، می‌توان مواد مناسب را برای کاربردهای خاص انتخاب کرد و از تخریب زودهنگام آنها جلوگیری کرد.
به این ترتیب، مقاومت به خوردگی به حفظ ایمنی، کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری و افزایش کارایی و عمر مفید تجهیزات و سازه‌ها کمک می‌کند.
معیارهای مقاومت به خوردگی یک ماده به توانایی آن برای مقابله با تخریب شیمیایی یا الکتروشیمیایی گفته می‌شود که به دلیل تماس با محیط خورنده ایجاد می‌شود. معیارهای مهم برای ارزیابی مقاومت به خوردگی عبارتند از:
۱- ترکیب شیمیایی: ترکیب شیمیایی مواد نقش مهمی در مقاومت به خوردگی دارد. برخی از عناصر مانند کروم، نیکل، و مولیبدن مقاومت به خوردگی را افزایش می‌دهند.
۲- ساختار متالورژیکی: میکروساختار مواد (مانند نوع و توزیع فازها، اندازه دانه‌ها و …) تاثیر زیادی بر رفتار خوردگی دارد.
۳- شرایط محیطی: دما، رطوبت، pH، حضور اکسیژن و دیگر عوامل محیطی بر سرعت خوردگی تاثیر می‌گذارند.
۴- پوشش‌ها و روکش‌ها: استفاده از پوشش‌های محافظ (مانند رنگ‌ها، پوشش‌های گالوانیزه، پوشش‌های پلاستیکی و …) می‌تواند مقاومت به خوردگی را به طور چشمگیری افزایش دهد.
۵- پاسیو شدن: توانایی ماده در تشکیل یک لایه اکسید محافظ بر سطح خود که از تماس بیشتر با محیط خورنده جلوگیری می‌کند. برای مثال، فولاد زنگ‌نزن به دلیل تشکیل لایه‌ای از اکسید کروم مقاوم به خوردگی است.
۶- روش‌های تولید و پردازش: فرآیندهای تولید و پردازش مواد، مانند حرارت‌دادن، کارسرد و آنیل کردن می‌توانند تاثیر زیادی بر مقاومت به خوردگی داشته باشند.
۷- طراحی و ساخت: طراحی مناسب قطعات و تجهیزات (مانند جلوگیری از تله‌های خورنده، درزهای تنگ و…) می‌تواند مقاومت به خوردگی را بهبود بخشد.
۸- آلودگی‌ها و ناخالصی‌ها: حضور ناخالصی‌ها در مواد می‌تواند منجر به افزایش نقاط ضعف و خوردگی محلی شود.
ارزیابی مقاومت به خوردگی معمولاً از طریق تست‌های مختلفی مانند تست‌های نمک‌پاشی، تست‌های الکتروشیمیایی و تست‌های محیطی انجام می‌شود.
انواع خوردگی
خوردگی انواع مختلفی دارد که هر کدام تحت شرایط خاصی رخ می‌دهند و ویژگی‌های متفاوتی دارند.
برخی از انواع مهم خوردگی عبارتند از:
۱- خوردگی یکنواخت
این نوع خوردگی به طور یکنواخت و همگن در سطح فلز رخ می‌دهد. معمولاً تمام سطح فلز با نرخ یکسانی دچار تخریب می‌شود. این نوع خوردگی را می‌توان به راحتی تشخیص داد و میزان آن را اندازه‌گیری کرد. خوردگی یکنواخت معمولاً در محیط‌های آبی یا در حضور اسیدهای ضعیف اتفاق می‌افتد.
۲- خوردگی گالوانیکی
این نوع خوردگی زمانی رخ می‌دهد که دو فلز با فعالیت الکتروشیمیایی متفاوت با هم در تماس باشند و در حضور یک الکترولیت (مانند آب) قرار گیرند. فلز فعال‌تر (آند) دچار خوردگی می‌شود و فلز نجیب‌تر (کاتد) حفاظت می‌شود. این نوع خوردگی در سازه‌هایی که از چند فلز مختلف ساخته شده‌اند، شایع است.
۳- خوردگی حفره‌ای
خوردگی حفره‌ای نوعی خوردگی موضعی است که باعث تشکیل حفره‌ها یا نقطه‌های کوچک در سطح فلز می‌شود. این نوع خوردگی به دلیل نابرابری‌های شیمیایی یا میکروساختاری در سطح فلز رخ می‌دهد و می‌تواند به سرعت به عمق فلز نفوذ کند. خوردگی حفره‌ای در فولادهای زنگ‌نزن و آلومینیوم بسیار شایع است.
۴- خوردگی بین‌دانه‌ای
این نوع خوردگی در مرز دانه‌های فلز رخ می‌دهد و می‌تواند به دلیل فرآیندهای حرارتی نادرست یا ترکیب شیمیایی خاصی از فلزات رخ دهد. این نوع خوردگی می‌تواند منجر به ضعف ساختاری شدید فلز شود. فولادهای زنگ‌نزن حساس به این نوع خوردگی هستند، به خصوص زمانی که در دمای حساسیت‌زایی (۴۵۰-۸۵۰ درجه سانتی‌گراد) گرم شده باشند.
۵- خوردگی شکافی
خوردگی شکافی در نقاطی رخ می‌دهد که دو سطح فلزی یا یک سطح فلزی و یک ماده دیگر به هم نزدیک باشند و یک شکاف یا فضای بسته ایجاد کنند. در این فضاها، محیط خورنده به دام می‌افتد و می‌تواند به سرعت باعث تخریب فلز شود. این نوع خوردگی در اتصالات، پیچ‌ها، واشرها و مناطق مشابه شایع است.
۶- خوردگی تنشی
این نوع خوردگی ترکیبی از تنش مکانیکی و محیط خورنده است و منجر به ترک‌خوردگی و شکست فلز می‌شود. فولادهای زنگ‌نزن و آلیاژهای آلومینیوم به این نوع خوردگی حساس هستند. شرایط تنش‌زا مانند تنش‌های پسماند یا بارگذاری‌های مکانیکی می‌توانند این نوع خوردگی را تسریع کنند.
این‌ها برخی از مهم‌ترین انواع خوردگی هستند که هر کدام تحت شرایط خاصی رخ می‌دهند و نیاز به روش‌های پیشگیری و کنترل خاص خود دارند.
شناخت دقیق این انواع و شرایط وقوع آنها می‌تواند به انتخاب مناسب مواد و طراحی صحیح برای جلوگیری از خوردگی کمک کند.
روش‌های اندازه‌گیری مقاومت به خوردگی
اندازه‌گیری مقاومت به خوردگی به منظور ارزیابی عملکرد مواد در برابر تخریب خورنده و تعیین طول عمر آنها، از اهمیت زیادی برخوردار است.
چندین روش برای اندازه‌گیری مقاومت به خوردگی وجود دارد که هر کدام بر اساس نوع و شدت خوردگی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
برخی از روش‌های معمول عبارتند از:
۱- آزمون‌های الکتروشیمیایی
– پتانسیودینامیک: در این روش، منحنی‌های پتانسیل-جریان برای نمونه تهیه می‌شود و پارامترهایی مانند پتانسیل خوردگی و جریان خوردگی اندازه‌گیری می‌شوند. این منحنی‌ها اطلاعات مفیدی درباره رفتار خوردگی و مکانیزم‌های آن ارائه می‌دهند.
– طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی: این روش با اعمال یک سیگنال AC به نمونه و اندازه‌گیری امپدانس در فرکانس‌های مختلف، مقاومت خوردگی و ویژگی‌های لایه‌های محافظ را ارزیابی می‌کند.
۲- آزمون‌های محیطی
– آزمون نمک‌پاشی: در این آزمون، نمونه‌ها در معرض یک اسپری مه نمکی قرار می‌گیرند تا مقاومت آنها در برابر خوردگی کلریدی بررسی شود. این آزمون معمولاً برای بررسی پوشش‌های محافظ و روکش‌های فلزی استفاده می‌شود.
– آزمون‌های سیکلی: این آزمون‌ها شامل دوره‌های متناوب از شرایط محیطی مختلف (مانند رطوبت بالا، دمای بالا و پایین، و غوطه‌وری در محلول‌های خورنده) هستند و برای ارزیابی عملکرد مواد تحت شرایط متغیر استفاده می‌شوند.
۳- آزمون‌های شیمیایی:
– آزمون غوطه‌وری: در این روش، نمونه‌ها در محلول‌های خورنده خاصی غوطه‌ور می‌شوند و پس از مدت زمان مشخصی، میزان کاهش وزن آنها اندازه‌گیری می‌شود. این روش برای ارزیابی مقاومت به خوردگی یکنواخت و بین‌دانه‌ای مناسب است.
۴- آزمون‌های مکانیکی و ترمومکانیکی:
– آزمون خوردگی تنشی : در این آزمون، نمونه‌ها تحت بار مکانیکی و محیط خورنده قرار می‌گیرند و مدت زمان تا شکست یا میزان ترک‌خوردگی آنها اندازه‌گیری می‌شود.
– آزمون‌های خستگی خوردگی: این آزمون‌ها شامل اعمال بارگذاری‌های چرخه‌ای به نمونه‌ها در حضور یک محیط خورنده هستند و برای بررسی تاثیر ترکیبی خستگی و خوردگی استفاده می‌شوند.
هر یک از این روش‌ها برای نوع خاصی از خوردگی و شرایط محیطی متفاوت مناسب هستند و انتخاب روش مناسب بستگی به نوع ماده، کاربرد مورد نظر و شرایط محیطی دارد.
راهکارهای افزایش مقاومت به خوردگی
برای افزایش مقاومت به خوردگی مواد، راهکارهای مختلفی وجود دارد که هر کدام بر اساس نوع ماده، شرایط محیطی و کاربرد مورد نظر انتخاب می‌شوند.
برخی از مهم‌ترین راهکارها عبارتند از:
۱- انتخاب مواد مناسب:
– آلیاژهای مقاوم به خوردگی: استفاده از آلیاژهای خاص که دارای ترکیباتی مانند کروم، نیکل و مولیبدن هستند، می‌تواند مقاومت به خوردگی را افزایش دهد. به عنوان مثال، فولاد زنگ‌نزن و آلیاژهای نیکل-کروم مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند.
– مواد غیرفلزی: در برخی شرایط، استفاده از مواد غیرفلزی مانند پلاستیک‌ها، سرامیک‌ها و کامپوزیت‌ها که مقاومت طبیعی در برابر خوردگی دارند، می‌تواند موثر باشد.
۲- پوشش‌ها و روکش‌ها:
– پوشش‌های فلزی: استفاده از پوشش‌های فلزی مانند گالوانیزه کردن (روکش روی)، کروماته کردن و آبکاری نیکل می‌تواند سطح فلز را در برابر خوردگی محافظت کند.
– پوشش‌های غیر فلزی: استفاده از پوشش‌های پلیمری، رنگ‌ها و رزین‌ها می‌تواند سطح مواد را از تماس مستقیم با محیط خورنده محافظت کند. این پوشش‌ها می‌توانند به صورت اسپری، غوطه‌وری یا اعمال دیگر اعمال شوند.
۳- روش‌های الکتروشیمیایی:
– حفاظت کاتدی: این روش شامل اعمال یک جریان الکتریکی به فلز است تا آن را به عنوان کاتد در یک سلول الکتروشیمیایی قرار دهد. این کار می‌تواند با استفاده از آندهای قربانی یا جریان الکتریکی مستقیم انجام شود. حفاظت کاتدی معمولاً برای حفاظت از لوله‌ها، مخازن و سازه‌های زیرآبی استفاده می‌شود.
– پاسیو شدن: برخی مواد مانند فولاد زنگ‌نزن به طور طبیعی یک لایه اکسید محافظ بر روی سطح خود تشکیل می‌دهند که از خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند. فرایندهای شیمیایی و الکتروشیمیایی می‌توانند به تسریع تشکیل این لایه کمک کنند.
۴- تغییر شرایط محیطی:
– کنترل pH: تنظیم pH محیط می‌تواند به کاهش سرعت خوردگی کمک کند. مثلاً در سیستم‌های خنک‌کننده، افزودن بازها یا اسیدها برای کنترل pH می‌تواند موثر باشد.
– کاهش غلظت مواد خورنده: با کاهش غلظت نمک‌ها، اسیدها و دیگر مواد خورنده در محیط می‌توان خوردگی را کاهش داد. این کار می‌تواند با استفاده از فیلترها، مواد جاذب یا تغییرات فرآیندی انجام شود.
۵- طراحی مناسب:
– اجتناب از تله‌های خورنده: طراحی مناسب قطعات و سازه‌ها می‌تواند از ایجاد نقاط تجمع مواد خورنده جلوگیری کند. مثلاً جلوگیری از ایجاد شکاف‌ها، درزها و نقاط بسته که مواد خورنده در آنها جمع می‌شوند.
– استفاده از مواد ناسازگار: در طراحی‌هایی که از چند نوع فلز استفاده می‌کنند، باید از قرار دادن فلزات با پتانسیل‌های الکتروشیمیایی متفاوت در تماس با یکدیگر اجتناب کرد تا خوردگی گالوانیکی رخ ندهد.
با استفاده از این راهکارها می‌توان مقاومت به خوردگی مواد را افزایش داد و عمر مفید آنها را در شرایط مختلف محیطی بهبود بخشید.
انتخاب روش مناسب بستگی به نوع خوردگی، شرایط محیطی و کاربرد خاص دارد.
تعمیرات و نگهداری مقاومت به خوردگی
تعمیرات و نگهداری مقاومت به خوردگی شامل اقداماتی است که به منظور حفظ و افزایش عمر مفید سازه‌ها و تجهیزات در برابر تخریب ناشی از خوردگی انجام می‌شود.
این اقدامات می‌توانند پیشگیرانه یا واکنشی باشند و بر اساس نوع سازه، شرایط محیطی و نوع مواد مورد استفاده، متفاوت باشند.
برخی از مهم‌ترین روش‌های تعمیرات و نگهداری مقاومت به خوردگی عبارتند از:
۱- بازرسی و نظارت منظم
انجام بازرسی‌های منظم بصری برای شناسایی علائم اولیه خوردگی مانند تغییر رنگ، حفره‌ها، ترک‌ها و زنگ‌زدگی. این بازرسی‌ها می‌توانند به شناسایی نقاط ضعف و نیاز به تعمیرات زودهنگام کمک کنند و استفاده از تکنیک‌های غیرمخرب مانند اولتراسونیک، رادیوگرافی و تست‌های جریان گردابی برای شناسایی نواقص و خوردگی‌های زیر سطحی که به راحتی قابل مشاهده نیستند.
۲- نگهداری پیشگیرانه
اعمال مجدد پوشش‌های حفاظتی مانند رنگ‌ها، پوشش‌های پلیمری و پوشش‌های فلزی برای جلوگیری از تماس مواد با عوامل خورنده و در سیستم‌های حفاظت کاتدی، تعویض منظم آندهای قربانی که به طور عمدی خورده می‌شوند تا از خوردگی فلز اصلی جلوگیری کنند.
۳- کنترل شرایط محیطی
حفظ رطوبت نسبی محیط در سطح پایین برای کاهش سرعت خوردگی. استفاده از رطوبت‌گیرها و سیستم‌های تهویه مناسب می‌تواند در این زمینه موثر باشد و تنظیم pH محیط‌های کاری برای کاهش خوردگی. به عنوان مثال، افزودن بازها یا اسیدها به سیستم‌های آبی برای کنترل pH.
۴- تعمیرات واکنشی
تعویض یا ترمیم قطعاتی که به شدت دچار خوردگی شده‌اند تا از انتشار خوردگی به قسمت‌های دیگر جلوگیری شود. و استفاده از روش‌های جوشکاری و تعمیرات مکانیکی برای ترمیم نقاط خورده شده و تقویت سازه‌های آسیب‌دیده.
۵- استفاده از مواد بازدارنده خوردگی
استفاده از مواد بازدارنده شیمیایی که به محلول‌ها اضافه می‌شوند تا فرآیند خوردگی را کاهش دهند. این مواد می‌توانند شامل بازدارنده‌های آلی و غیرآلی باشند و اعمال پوشش‌های جدید یا بازسازی پوشش‌های موجود برای ایجاد لایه‌های محافظ جدید بر روی سطح فلز.
۶- آموزش و آگاهی‌سازی
– آموزش کارکنان: آموزش کارکنان در مورد شناسایی و مقابله با علائم خوردگی، استفاده از تجهیزات حفاظتی و انجام بازرسی‌های منظم.
– برنامه‌های آگاهی‌سازی: ایجاد برنامه‌های آگاهی‌سازی در مورد اهمیت نگهداری و تعمیرات برای کاهش خوردگی و افزایش عمر مفید تجهیزات و سازه‌ها.
