خوردگی و روشهای کنترل آن
خوردگی فرآیندی طبیعی است که در آن مواد، به‌ویژه فلزات، تحت تأثیر عوامل محیطی مانند رطوبت، اکسیژن، مواد شیمیایی و دیگر شرایط، دچار تخریب و زوال می‌شوند. این پدیده به دلیل واکنش‌های شیمیایی و الکتروشیمیایی بین ماده و محیط اطراف آن رخ می‌دهد. خوردگی یکی از مشکلات عمده در صنایع مختلف مانند نفت و گاز، پتروشیمی، ساختمان و حمل‌ونقل است و سالانه هزینه‌های زیادی برای تعمیر، نگهداری و جایگزینی تجهیزات ایجاد می‌کند.
1. تعریف خوردگی
خوردگی به فرآیند تخریب یا زوال مواد (معمولاً فلزات) در اثر واکنش با محیط اطراف گفته می‌شود. این فرآیند باعث کاهش استحکام، تغییر خواص مکانیکی و در نهایت از بین رفتن ماده می‌شود.
مثال ساده:
- زنگ زدن آهن در اثر تماس با آب و اکسیژن.
2. انواع خوردگی
خوردگی در اشکال مختلفی رخ می‌دهد که هر کدام تحت شرایط خاصی ایجاد می‌شوند. انواع اصلی خوردگی عبارت‌اند از:
الف) خوردگی یکنواخت (Uniform Corrosion):
- ویژگی‌ها: سطح فلز به‌طور یکنواخت تحت تأثیر قرار گرفته و ضخامت آن کاهش می‌یابد.
- مثال: زنگ‌زدگی آهن در محیط مرطوب.
- اثر: کاهش کلی استحکام ماده.
ب) خوردگی گالوانیکی (Galvanic Corrosion):
- ویژگی‌ها: زمانی رخ می‌دهد که دو فلز مختلف با هم در تماس باشند و در حضور یک الکترولیت (مانند آب شور) یک سلول گالوانیکی تشکیل دهند.
- مثال: خوردگی پیچ‌های فولادی در تماس با آلومینیوم.
- اثر: یکی از فلزات (فلز آند) سریع‌تر دچار خوردگی می‌شود.
ج) خوردگی حفره‌ای (Pitting Corrosion):
- ویژگی‌ها: به صورت حفره‌های کوچک و عمیق در سطح فلز رخ می‌دهد.
- مثال: ایجاد حفره در فولاد ضدزنگ در محیط‌های کلریدی.
- اثر: کاهش مقاومت ماده و ایجاد نقاط ضعف موضعی.
د) خوردگی بین‌دانه‌ای (Intergranular Corrosion):
- ویژگی‌ها: در مرز دانه‌های فلز رخ می‌دهد و باعث جدا شدن دانه‌ها از یکدیگر می‌شود.
- مثال: خوردگی فولاد زنگ‌نزن در اثر حرارت‌دهی نادرست.
- اثر: کاهش استحکام مکانیکی.
ه) خوردگی تنشی (Stress Corrosion Cracking – SCC):
- ویژگی‌ها: زمانی رخ می‌دهد که فلز تحت تنش مکانیکی و محیط خورنده قرار بگیرد.
- مثال: ترک‌خوردگی فولادهای زنگ‌نزن در محیط‌های کلریدی.
- اثر: ایجاد ترک‌های عمیق و شکست ناگهانی.
و) خوردگی سایش (Erosion Corrosion):
- ویژگی‌ها: ترکیبی از خوردگی و سایش مکانیکی است.
- مثال: خوردگی لوله‌های فلزی در اثر جریان سریع آب.
- اثر: تخریب سریع ماده.
ز) خوردگی حفره‌ای موضعی (Crevice Corrosion):
- ویژگی‌ها: در شکاف‌ها و درزهای کوچک رخ می‌دهد، جایی که محیط خورنده محبوس شده است.
- مثال: خوردگی پیچ و مهره‌ها یا اتصالات جوشکاری‌شده.
- اثر: تخریب موضعی و کاهش استحکام.
3. عوامل موثر بر خوردگی
الف) عوامل محیطی:
- رطوبت و دما: افزایش رطوبت و دمای بالا، خوردگی را تسریع می‌کند.
- وجود اکسیژن: اکسیژن عامل اصلی اکسیداسیون فلزات است.
- مواد شیمیایی: وجود اسیدها، نمک‌ها و کلریدها باعث افزایش سرعت خوردگی می‌شود.
ب) عوامل مربوط به ماده:
- نوع فلز: فلزات فعال‌تر (مانند آهن) بیشتر مستعد خوردگی هستند.
- ساختار متالورژیکی: وجود آخال‌ها، مرز دانه‌ها یا ترک‌ها احتمال خوردگی را افزایش می‌دهد.
ج) عوامل طراحی:
- شکل و طراحی قطعه: وجود درزها، شکاف‌ها و گوشه‌های تیز می‌تواند خوردگی موضعی را افزایش دهد.
- اتصالات گالوانیکی: اتصال دو فلز مختلف در حضور الکترولیت.
4. روشهای کنترل خوردگی
برای جلوگیری یا کاهش اثرات خوردگی، روشهای مختلفی وجود دارد که به نوع خوردگی و شرایط محیطی بستگی دارد:
الف) روشهای پوششی:
- رنگ‌آمیزی: استفاده از رنگ‌های ضدزنگ برای جلوگیری از تماس فلز با محیط.
- پوشش‌های فلزی:
- گالوانیزه: پوشش‌دهی آهن یا فولاد با لایه‌ای از روی.
- آبکاری: استفاده از پوشش‌هایی مانند نیکل، کروم یا طلا.
- پوشش‌های غیر فلزی:
- استفاده از پلیمرها، اپوکسی‌ها یا پلاستیک‌ها.
ب) روشهای الکتروشیمیایی:
- حفاظت کاتدی (Cathodic Protection):
- استفاده از یک فلز قربانی (مانند روی) که به جای فلز اصلی دچار خوردگی می‌شود.
- کاربرد: خطوط لوله زیرزمینی، کشتی‌ها.
- حفاظت آندی (Anodic Protection):
- افزایش پتانسیل الکتریکی فلز تا از خوردگی جلوگیری شود.
ج) استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی:
- آلیاژهای مقاوم: استفاده از فولادهای زنگ‌نزن، آلومینیوم یا تیتانیوم.
- مواد غیرفلزی: استفاده از پلاستیک‌ها یا کامپوزیت‌ها در محیط‌های خورنده.
د) بهبود طراحی:
- اجتناب از درزها و شکاف‌ها: طراحی مناسب برای جلوگیری از ایجاد شکاف‌های خورنده.
- کاهش تماس گالوانیکی: استفاده از مواد مشابه در اتصالات.
ه) روشهای شیمیایی:
- استفاده از بازدارنده‌ها (Inhibitors):
- افزودن مواد شیمیایی به محیط برای کاهش سرعت خوردگی.
- مثال: استفاده از بازدارنده‌های کرومات در سیستم‌های خنک‌کننده.
- تغییر محیط: کاهش رطوبت یا حذف اکسیژن از محیط.
و) نگهداری و بازرسی منظم:
- بازرسی دوره‌ای: شناسایی مناطق آسیب‌دیده و تعمیر آن‌ها.
- تمیزکاری: حذف رسوبات و آلودگی‌های خورنده از سطح فلز.
5. استانداردهای مرتبط با خوردگی
برای کنترل و پیشگیری از خوردگی، استانداردهای بین‌المللی متعددی وجود دارد:
- ISO 9223: طبقه‌بندی محیط‌های خورنده.
- NACE MR0175/ISO 15156: مقاومت مواد در برابر خوردگی در صنایع نفت و گاز.
- ASTM G48: روشهای آزمون خوردگی.
- API 571: اصول خوردگی و تخریب مواد در صنایع.
6. کاربردهای کنترل خوردگی در صنایع مختلف
الف) صنعت نفت و گاز:
- حفاظت کاتدی خطوط لوله.
- استفاده از بازدارنده‌های خوردگی در چاه‌های نفت.
ب) صنعت ساختمان:
- استفاده از میلگردهای گالوانیزه در بتن.
- پوشش‌دهی سازه‌های فلزی.
ج) صنایع دریایی:
- استفاده از آلیاژهای مقاوم به خوردگی در کشتی‌ها.
- حفاظت کاتدی بدنه کشتی‌ها.
د) صنایع شیمیایی:
- استفاده از مواد مقاوم مانند تیتانیوم در تجهیزات فرآیندی.
7. نتیجه‌گیری
خوردگی یک چالش بزرگ در صنایع مختلف است که می‌تواند منجر به خسارات مالی و جانی شود. با شناسایی نوع خوردگی، عوامل موثر بر آن و استفاده از روشهای مناسب کنترل، می‌توان از وقوع آن جلوگیری کرد یا اثرات آن را به حداقل رساند. طراحی مناسب، انتخاب مواد مقاوم، استفاده از پوشش‌ها و اعمال روشهای الکتروشیمیایی از جمله راهکارهای موثر برای کنترل خوردگی هستند.
سرفصل ها:
- اصول خوردگی و حفاظت فلزات
- روشهای تعیین و بیان سرعت خوردگی
- جنبه های الکتروشیمیایی خوردگی
- عوامل موثر در خوردگی
- انواع واکنش های ویژه خوردگی
- انواع پیل های خوردگی
- خوردگی ناشی از جریان های سرگردان
- پاسیو شدن یا رویین شدن
- عوامل محیطی موثر بر خوردگی
- بهره گیری از واکنش های خوردگی
- انواع خوردگی
- خوردگی در محیط های ویژه
- روش های کنترل خوردگی
-
آناشی با استاندارهای خوردگی