فهرست مطالب
- مقدمه
- فرآیندهای خوردگی
- انواع خوردگی
- خوردگی یکنواخت
- خوردگی گالوانیک
- خوردگی حفرهای
- خوردگی شکافی
- خوردگی بین دانهای
- خوردگی تحت تنش
- خوردگی میکروبی
- عوامل مؤثر بر خوردگی
- ویژگیهای فلز
- محیط و شرایط خارجی
- روشهای پیشگیری و کنترل خوردگی
- پوششها و رنگها
- حفاظت کاتدی
- انتخاب مواد مناسب
- کنترل محیطی
- تاثیر اقتصادی و محیطی خوردگی
- نوآوریهای اخیر در مهار خوردگی
- نتیجهگیری
- منابع
مقدمه
خوردگی فلزات یکی از مهمترین چالشهای مهندسی و صنعتی در جهان امروز است که تاثیرات گستردهای بر اقتصاد، محیط زیست و سلامت انسانها دارد. این پدیده به تغییرات شیمیایی و فیزیکی فلزات ناشی از تعامل آنها با محیط اطراف منجر میشود و میتواند موجب کاهش عمر مفید سازهها و تجهیزات شود. با توجه به گستردگی کاربرد فلزات در صنایع مختلف مانند خودروسازی، ساختمانسازی، نفت و گاز، و الکترونیک، درک دقیق از مکانیسمهای خوردگی و روشهای کنترل آن بسیار حیاتی است.
در این مقاله، به بررسی فرآیندهای خوردگی و انواع مختلف آن میپردازیم و عوامل مؤثر بر آن را بررسی میکنیم. سپس، روشهای پیشگیری و کنترل خوردگی را معرفی خواهیم کرد و تاثیرات اقتصادی و محیطی این پدیده را مورد بررسی قرار میدهیم. همچنین، نوآوریهای اخیر در مهار خوردگی و فناوریهای جدید در این زمینه را نیز بررسی خواهیم کرد.
با شرکت الکامهر کیمیا، یکی از بزرگترین و بروزترین تولیدکنندگان راد آلومینیوم، آلیاژهای آلومینیومی، مفتول، هادی خالص، هادی آلیاژی، شمش آلیاژی و گرانول در ایران همراه باشید.
فرآیندهای خوردگی
خوردگی فرآیندی است که در آن فلزات به واسطه واکنشهای شیمیایی و الکتروشیمیایی با محیط اطراف خود دچار زوال میشوند. این فرآیند معمولاً شامل اکسیداسیون فلزات است که منجر به تشکیل ترکیباتی نظیر اکسیدها، هیدروکسیدها یا سولفیدها میشود. به طور کلی، خوردگی میتواند به صورت طبیعی و یا تحت تأثیر عوامل انسانی تسریع شود.
جدول 1: فرآیندهای شیمیایی و الکتروشیمیایی خوردگی
| فرآیند | واکنش شیمیایی/الکتروشیمیایی |
|---|---|
| اکسیداسیون |  |
| کاهش اکسیژن |  |
| تشکیل هیدروکسید |  |
در جدول بالا، M\text{M}M نشاندهنده فلز مورد نظر و n\text{n}n بار یون فلزی است. این فرآیندها میتوانند با حضور الکترولیتهای مختلف و تحت شرایط مختلف محیطی (مانند رطوبت، دما، و حضور یونهای خاص) شدت یابند.
انواع خوردگی
خوردگی یکنواخت
خوردگی یکنواخت به صورت یکسان در سطح فلز رخ میدهد و معمولاً باعث کاهش ضخامت فلز میشود. این نوع خوردگی به دلیل سادگی شناسایی و پیشبینی، کمخطرترین نوع خوردگی محسوب میشود.
خوردگی گالوانیک
این نوع خوردگی هنگامی رخ میدهد که دو فلز با پتانسیل الکتریکی مختلف در تماس با یکدیگر و یک الکترولیت قرار گیرند. فلزی که پتانسیل الکتریکی پایینتری دارد به عنوان آند عمل کرده و دچار خوردگی میشود.
جدول 2: جدول پتانسیل الکتریکی فلزات
| فلز | پتانسیل الکتریکی (ولت) |
|---|---|
| طلا | +1.50 |
| نقره | +0.80 |
| مس | +0.34 |
| آهن | -0.44 |
| روی | -0.76 |
| منیزیم | -2.37 |
خوردگی حفرهای
خوردگی حفرهای نوعی خوردگی موضعی است که منجر به تشکیل حفرهها و سوراخهای کوچک در سطح فلز میشود. این نوع خوردگی به دلیل دشواری در شناسایی و پتانسیل برای آسیب جدی، بسیار خطرناک است.
خوردگی شکافی
خوردگی شکافی در مناطقی از فلز رخ میدهد که در تماس با یک محیط خورنده قرار دارند و محدودیتهای فیزیکی مانند درزها و شکافها در آنها وجود دارد. این نوع خوردگی معمولاً در نقاطی که جریان مایعات محدود است، رخ میدهد.
خوردگی بین دانهای
خوردگی بین دانهای نوعی خوردگی است که در مرزهای دانههای فلز رخ میدهد و میتواند منجر به تضعیف ساختار فلز شود. این نوع خوردگی معمولاً در فلزاتی که تحت تأثیر عملیات حرارتی قرار گرفتهاند، مشاهده میشود.
خوردگی تحت تنش
خوردگی تحت تنش ترکیبی از تنش مکانیکی و خوردگی شیمیایی است که منجر به ترکخوردگی فلز میشود. این نوع خوردگی در شرایط خاصی مانند محیطهای اسیدی و دماهای بالا رخ میدهد.
خوردگی میکروبی
خوردگی میکروبی ناشی از فعالیت میکروارگانیسمها مانند باکتریها و قارچها در سطح فلزات است. این نوع خوردگی میتواند به صورت مستقیم یا غیرمستقیم به تخریب فلزات منجر شود.
عوامل مؤثر بر خوردگی
ویژگیهای فلز
- ترکیب شیمیایی: عناصر موجود در آلیاژ میتوانند به عنوان عوامل مؤثر بر خوردگی عمل کنند.
- ریزساختار: ساختار کریستالی فلز میتواند بر روی رفتار خوردگی تأثیر بگذارد.
- پتانسیل الکتروشیمیایی: تفاوت در پتانسیل الکتریکی فلزات میتواند به خوردگی گالوانیک منجر شود.
محیط و شرایط خارجی
- رطوبت: حضور آب و رطوبت میتواند به تسریع واکنشهای خوردگی منجر شود.
- دما: افزایش دما معمولاً باعث افزایش نرخ خوردگی میشود.
- ترکیبات شیمیایی: حضور یونهای خاص مانند کلریدها و سولفیدها میتواند به تشدید خوردگی منجر شود.
جدول 3: تاثیر عوامل محیطی بر نرخ خوردگی
| عامل محیطی | تاثیر بر خوردگی |
|---|---|
| رطوبت | افزایش |
| دما | افزایش |
| کلریدها | افزایش |
| سولفیدها | افزایش |
| pH | بستگی به فلز دارد |
روشهای پیشگیری و کنترل خوردگی
پوششها و رنگها
استفاده از پوششهای محافظ مانند رنگها و پوششهای پلیمری میتواند به جلوگیری از تماس فلز با عوامل خورنده کمک کند.
حفاظت کاتدی
در این روش، فلز تحت حفاظت به عنوان کاتد یک سلول الکتروشیمیایی قرار میگیرد و با اعمال یک پتانسیل الکتریکی، خوردگی فلز کاهش مییابد.
انتخاب مواد مناسب
انتخاب آلیاژها و مواد مقاوم به خوردگی میتواند به کاهش مشکلات خوردگی کمک کند. برای مثال، استفاده از فولادهای ضدزنگ در محیطهای خورنده بسیار موثر است.
کنترل محیطی
با کنترل عواملی مانند رطوبت، دما، و ترکیبات شیمیایی موجود در محیط، میتوان نرخ خوردگی را کاهش داد.
تاثیر اقتصادی و محیطی خوردگی
خوردگی فلزات باعث خسارات اقتصادی قابل توجهی در صنایع مختلف میشود. هزینههای مرتبط با خوردگی شامل تعمیر و نگهداری، تعویض قطعات، و از دست دادن بهرهوری میباشد. برآوردها نشان میدهد که هزینههای خوردگی به طور متوسط 3 تا 4 درصد تولید ناخالص داخلی کشورهای صنعتی را تشکیل میدهد.
جدول 4: تاثیر اقتصادی خوردگی در برخی صنایع
| صنعت | هزینه سالانه (میلیارد دلار) |
|---|---|
| نفت و گاز | 37 |
| خودروسازی | 22 |
| ساختمانسازی | 18 |
| نیروگاهها | 15 |
همچنین، خوردگی فلزات میتواند تاثیرات محیطی قابل توجهی داشته باشد. نشت مواد خطرناک از تجهیزات خورده شده میتواند به آلودگی خاک و آب منجر شود. به علاوه، تولید و استفاده از مواد محافظتی نیز میتواند منابع طبیعی را تحت فشار قرار دهد.
نوآوریهای اخیر در مهار خوردگی
پیشرفتهای اخیر در زمینه مواد و فناوریهای جدید به مهار خوردگی کمک کردهاند. استفاده از نانوذرات به عنوان افزودنی در پوششها، توسعه آلیاژهای جدید با مقاومت بالا به خوردگی، و استفاده از روشهای الکتروشیمیایی پیشرفته از جمله نوآوریهای اخیر در این زمینه هستند.
نتیجهگیری
خوردگی فلزات یک چالش جدی برای صنایع مختلف محسوب میشود و نیازمند توجه ویژهای به منظور کاهش خسارات اقتصادی و محیطی است. درک فرآیندها و انواع خوردگی، به کارگیری روشهای مناسب برای پیشگیری و کنترل آن، و استفاده از فناوریهای جدید میتواند به کاهش تاثیرات منفی خوردگی کمک کند.
منابع
- Revie, R. W., & Uhlig, H. H. (2008). Corrosion and Corrosion Control: An Introduction to Corrosion Science and Engineering. John Wiley & Sons.
- Fontana, M. G. (2005). Corrosion Engineering. McGraw-Hill Education.
- Jones, D. A. (1996). Principles and Prevention of Corrosion. Prentice Hall.
- Shreir, L. L. (2013). Shreir’s Corrosion. Elsevier.
- Roberge, P. R. (2008). Corrosion Engineering: Principles and Practice. McGraw-Hill Education.
- Mansfeld, F. (2005). “Electrochemical Techniques for Corrosion.” In Corrosion Mechanisms. CRC Press.
- Bardal, E. (2003). Corrosion and Protection. Springer.
- Talbot, D. E. J., & Talbot, J. D. R. (1998). Corrosion Science and Technology. CRC Press.
- Schweitzer, P. A. (2007). Fundamentals of Corrosion: Mechanisms, Causes, and Preventative Methods. CRC Press.
- Zhang, X. G. (2013). Corrosion and Electrochemistry of Zinc. Springer.
- Jones, D. A. (2017). Principles and Prevention of Corrosion. Prentice Hall.
- Callister, W. D., & Rethwisch, D. G. (2018). Materials Science and Engineering: An Introduction. John Wiley & Sons.
- Heitz, E. (2012). Electrochemical Methods of Corrosion Testing. Elsevier.
- Parkins, R. N. (2000). “Stress Corrosion Cracking.” In Corrosion: Fundamentals, Testing, and Protection. ASM International.
- Baboian, R. (2005). “Galvanic Corrosion.” In Corrosion Tests and Standards: Application and Interpretation. ASTM International.
- Mansfeld, F. (2007). “Localized Corrosion: Mechanisms and Methods.” In Corrosion Mechanisms. CRC Press.
- King, F. (2013). “Microbiologically Influenced Corrosion.” In Uhlig’s Corrosion Handbook. John Wiley & Sons.
- Scully, J. R., & Silverman, D. C. (2013). “Corrosion Prevention by Protective Coatings.” In Uhlig’s Corrosion Handbook. John Wiley & Sons.
- Féron, D. (2007). Corrosion Behaviour and Protection of Copper and Aluminium Alloys in Seawater. CRC Press.
- Landolt, D. (2007). Corrosion and Surface Chemistry of Metals. EPFL Press.
- Ahmad, Z. (2006). Principles of Corrosion Engineering and Corrosion Control. Butterworth-Heinemann.
- Pourbaix, M. (1974). Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions. National Association of Corrosion Engineers.
- Oldfield, J. W., & Sutton, W. H. (1996). “Crevice Corrosion.” In Corrosion Mechanisms. CRC Press.
- Houser, T. (2016). “Economic Impact of Corrosion.” Journal of Corrosion Science and Engineering.
- Stansbury, E. E., & Buchanan, R. A. (2000). Fundamentals of Electrochemical Corrosion. ASM International.
- McCafferty, E. (2010). Introduction to Corrosion Science. Springer.
- Schweitzer, P. A. (2010). Corrosion Engineering Handbook. CRC Press.
- Bockris, J. O’M., & Reddy, A. K. N. (2000). Modern Electrochemistry. Kluwer Academic Publishers.
- Macdonald, D. D. (2005). “Passivity and Localized Corrosion.” In Corrosion Mechanisms. CRC Press.
- Trzaskoma, P. P. (2012). “Advances in Corrosion-Resistant Materials.” Journal of Materials Engineering and Performance.
بدون دیدگاه