خوردگی نه تنها بر پمپها بلکه بر بسیاری از اجزای یک کارخانه تأثیر میگذارد. این پدیده عمدتاً به فلزات محدود میشود، زیرا ماهیت شیمیایی خوردگی در مواد غیر فلزی کاملاً متفاوت است. در فلزات، خوردگی اغلب ناشی از اختلاف پتانسیل الکتریکی بین نقاط مختلف سطح فلز و جریان الکتریسیته در محیط الکترولیتی رخ میدهد. برای کاهش اثرات خوردگی و رسوبات معدنی در سیستمهای صنعتی، معمولاً از مواد شیمیایی مانند آنتیاسکالانتها برای جلوگیری از تشکیل رسوب و از اسید دیسکلر برای پاکسازی و حذف رسوبات موجود استفاده میشود.
اصول پایه خوردگی فلزات
برای وقوع خوردگی سه شرط اساسی لازم است:
-
وجود اختلاف پتانسیل الکتریکی بین نقاط مختلف (وجود آند و کاتد).
-
قرار گرفتن این نقاط در محیطی هدایتکننده جریان الکتریسیته (الکترولیت).
-
اتصال فلزی بین نواحی آند و کاتد برای جریان الکترونها.
-
آند: منطقهای با پتانسیل الکتریکی کمتر که حمله خوردگی در آن رخ میدهد.
-
کاتد: منطقهای با پتانسیل الکتریکی بالاتر که معمولاً در امان از خوردگی است.
الکترولیتها مایعاتی هستند که جریان الکتریسیته را هدایت میکنند، مانند آب دریا. هیدروکربنهای خالص، به دلیل غیرقطبی بودن، جریان الکتریسیته را هدایت نمیکنند و خوردگی در آنها کمتر رخ میدهد.
انواع خوردگی در فلزات
خوردگی یکنواخت یا عمومی
خوردگی یکنواخت شایعترین نوع خوردگی در فلزات است که به طور یکنواخت در سطح فلز رخ میدهد و باعث نازک شدن تدریجی آن میشود. در این نوع خوردگی، تحلیل ماده تقریباً در تمام سطح فلز یکسان است و پیشبینی آن نسبتاً سادهتر از انواع موضعی خوردگی است. این ویژگی باعث میشود مهندسان بتوانند طول عمر قطعات فلزی و ضخامت مناسب فلزات را برای مقاومت در برابر محیطهای خورنده تعیین کنند.کاربردهای عملی این نوع خوردگی شامل زنگزدگی ورقهای فولادی در محیطهای مرطوب یا تحلیل سطح صفحات فلزی غوطهور در اسید است. با استفاده از پوششهای حفاظتی، انتخاب مواد مقاوم و کنترل شرایط محیطی، میتوان شدت خوردگی یکنواخت را کاهش داد و از آسیب جدی به قطعات جلوگیری کرد.
خوردگی گالوانیک یا دوفلزی
زمانی رخ میدهد که دو فلز با پتانسیل متفاوت در یک الکترولیت تماس پیدا کنند. فلز با پتانسیل پایینتر به آند تبدیل شده و خورده میشود. برای کاهش خوردگی گالوانیک:
-
انتخاب فلزات نزدیک در سری گالوانیک
-
اجتناب از نسبت زیاد کاتد به آند
-
عایقبندی فلزات غیرهمجنس
-
استفاده از آندهای فداشونده مانند روی، منیزیم و آلومینیوم
خوردگی حفرهای
خوردگی حفرهای نوعی خوردگی موضعی و شدید است که در یک ناحیه کوچک از سطح فلز رخ میدهد و باعث ایجاد حفرههای کوچک یا حفرههای شبیه به سوراخ میشود. این نوع خوردگی معمولاً در فلزات غیر فعال مثل فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای مقاوم به خوردگی رخ میدهد، جایی که لایه محافظ سطح فلز بهطور موضعی دچار آسیب شده است. حفرهها معمولاً به قدری کوچک هستند که از نگاه سطحی قابل تشخیص نیستند، اما میتوانند به تجمع خوردگی شدید در طول زمان و کاهش استحکام مکانیکی منجر شوند.عامل اصلی تشدید خوردگی حفرهای، وجود عناصر جزئی و مهاجم در محیط است، مانند کلر، برم یا فلوئور، که میتوانند لایه محافظ فلز را موضعی تخریب کنند. این شرایط معمولاً در محیطهای آبی با یونهای فعال یا سیستمهای صنعتی با رسوبات محلول ایجاد میشوند. خوردگی حفرهای در تجهیزاتی مانند مبدلهای حرارتی، مخازن ذخیره آب و لولههای سیستمهای خنککننده شایع است. برای کاهش این نوع خوردگی، کنترل کیفیت آب، استفاده از آنتیاسکالانتها و شستشوهای دورهای با اسید دیسکلر از روشهای مؤثر به شمار میرود.
خوردگی بین دانهای
خوردگی بین دانهای نوعی خوردگی موضعی است که در مرزهای دانه فلز رخ میدهد. در این حالت، فلز پایه نسبتاً سالم باقی میماند، اما نواحی مرز دانه که ترکیب شیمیایی آنها تغییر کرده یا از عناصر مهم مانند کروم خالی شدهاند، سریعتر خورده میشوند. این نوع خوردگی میتواند باعث ضعف ساختاری و شکست ناگهانی قطعات فلزی شود، حتی زمانی که سطح فلز ظاهراً سالم است. فولادهای ضد زنگ سری 300 بهویژه نسبت به این نوع حمله حساس هستند.برای پیشگیری از خوردگی بین دانهای، روشهای مختلفی به کار میرود: عملیات حرارتی مناسب (بازپخت محلول) برای بازگرداندن کروم به مرزهای دانه، کاهش کربن فولاد تا حد 0.03 درصد، و افزودن عناصر پایدارکننده مانند تیتانیوم یا کلومبیوم. این اقدامات باعث افزایش مقاومت فلز در برابر این نوع خوردگی و جلوگیری از آسیبهای مخرب و غیرقابل پیشبینی میشوند.
خوردگی فرسایشی
خوردگی فرسایشی نوعی خوردگی موضعی است که ناشی از ترکیب اثرات ساییدگی مکانیکی و واکنش شیمیایی محیط با فلز ایجاد میشود. در این حالت، لایه محافظ سطح فلز به تدریج از بین میرود و سطح فلز در معرض حمله خورنده قرار میگیرد. این نوع خوردگی معمولاً در قطعاتی که در معرض حرکت سریع سیال، جریان توربولنت یا ذرات ساینده هستند، دیده میشود و میتواند منجر به کاهش ضخامت و ضعف مکانیکی قطعات شود.یکی از مثالهای رایج خوردگی فرسایشی، پرههای پروانه پمپ یا توربین است که در معرض کاویتاسیون و جریان سریع مایعات قرار دارند. در این شرایط، شکلگیری حبابها و ترکیدن آنها باعث حذف لایه محافظ میشود و سپس مواد فلزی تازه در معرض محیط خورنده قرار میگیرند. این چرخه ادامه پیدا میکند تا ناحیه آسیب دیده به حد بحرانی برسد. علاوه بر آن، سرعت جریان مایع میتواند نرخ خوردگی را افزایش دهد، اما مواد مقاوم مانند تیتانیوم در برابر این نوع حمله عملکرد بسیار بهتری دارند. پیشگیری از خوردگی فرسایشی شامل انتخاب مواد مقاوم، کنترل سرعت سیال و استفاده از پوششهای محافظتی است.
خوردگی تنشی
خوردگی تنشی زمانی اتفاق میافتد که یک فلز همزمان تحت بار مکانیکی و محیط خورنده قرار بگیرد. ترکیب این دو عامل ترکهایی ایجاد میکند که بهمرور گسترش مییابد و بهویژه در دماهای بالا با شتاب بیشتری رخ میکند. محیطهای شیمیایی که احتمال ایجاد ترکخوردگی تنشی را افزایش میدهند، شامل کلریدها، محلولهای قلیایی قوی (Caustics) و آمونیاک هستند. فشار یا تنش در اجزای فلزی میتواند از نقاط مختلفی ناشی شود؛ از جمله بارهای سیاستی یا استاتیک، فرآیندهای حرارتی، کار با ماشینآلات یا عملیات شکلدهی. این ترکیبات خیس و فشردهشده از SCC بهعنوان یکی از چالشهای کلیدی در طراحی و نگهداری تجهیزات صنعتی یاد میشود و نیازمند مدیریت دقیق مواد، محیط و پارامترهای بار است.
خوردگی شیاری
خوردگی شیاری یا crevice corrosion در پمپها زمانی اتفاق میافتد که یک شکاف کوچک یا درز میان دو سطح همجنس، یا میان سطح و گسکت، ایجاد و در آن محیط مرطوب باقی بماند. این شکافها معمولاً به دلیل اتصال سست یا وجود گسکتهایی که اجازه مرطوب شدن سطح را میدهند شکل میگیرند. داخل این شکافها اکسیژن بهطور قابل توجهی کمتر از بیرون منتشر میشود و در نتیجه یک ناحیه کماکسیژن شکل میگیرد، در حالی که مایع پمپشونده که از کنار شکاف عبور میکند اکسیژن بیشتری دارد. این تفاوت در پتانسیل اکسیژن باعث میشود فلز داخل شیار به شکل موضعی تغییر یافته و خوردگی شدیدی در همان ناحیه کماکسیژن اتفاق بیفتد، که به مرور زمان پیشرفت میکند و میتواند به آسیب جدی به قطعات پمپ منجر شود.
نکتههای کلیدی برای کاهش خطر خوردگی شیاری
- طراحی و انتخاب گسکتها و اتصالات بهگونهای باشد که فاصلههای شکافی کم یا بدون درز ایجاد شود.
- از مواد فلزی مقاوم در برابر خوردگی شیاری و کلریدها استفاده کنید و پوششهای محافظ مناسب به کار ببرید.
- تمیزی و نگهداری منظم سطوح اتصال و گسکتها برای جلوگیری از تجمع آلودگی و آسیب سطحی.
- اجرای رویکردهای حفاظت کاتدیک یا سایر روشهای کنترل محیطی برای کاهش تمایل فلز به خوردگی در شکافها.
خوردگی گرافیتی (Graphitic corrosion) و رویزدایی
خوردگی گرافیتی در چدن خاکستری:
- نوعی خوردگی انتخابی است که در آن آهن یا آلیاژهای حاوی آهن به شکل موضعی حل شده و در نتیجه شبکهای از گرافیت باقی میماند. این گرافیت در نتیجهٔ حذف بخش فلزی به صورت متخلخل و کمدوام درآمده و استحکام مکانیکی کاهش مییابد.
- محیطهای معمول: محیطهای آبی اسیدی یا دارای ترکیبات خورنده، بهویژه در حضور اکسیژن محدود و حضور کلریدها یا سایر عوامل خورنده.
- آثار و علامات: حفرههای گسترشیافته در کنار گرافیتها، کاهش پیوستگی و ضخامت بالاتر از حد در مناطق گرافیتی، مرور سریعتر شکست قطعاتی که دارای گرافیت هستند.
- راهکارهای کاهش خطر: انتخاب مواد مقاوم در برابر خوردگی گرافیتی، استفاده از پوششهای محافظ، طراحی با کاهش تودههای گرافیت یا تفکیک بهتر حاوی گرافیت از ناحیهٔ حساس، کنترل دقیق محیطهای آببندی و تمیزی سطوح تماس.
- نکته مهم برای طراحی: انتخاب مواد و رویکردهای حفاظتی معمولاً با نظر یک متخصص مواد و خوردگی صورت میگیرد تا گزینههای مناسب برای هر محیط کاری مشخص شود.
رویزدایی (Dezincification):
- تدریجی یا گزینشی است که در آلیاژهای مسی با روی پایین یا بالا رخ میدهد و در آن روی بهطور انتخابی از سطح یا عمق آلیاژ جدا میشود. باقیماندن ترکیبی با درصد بالای مس منجر به تشکیل یک ساختار پوستی و گاهی شکننده میشود.
- مواد هدف: أغلب در برنزها یا آلیاژهای مسی با حضور روی بالا دیده میشود (brasses). روی زدایی میتواند منجر به پوستهٔ مسی متخلخل و کاهش مقاومت مکانیکی شود.
- محیطهای مؤثر: آب با اکسیژن، محیطهای خورنده قلیایی یا اسیدی، آمونیاک و برخی کلریدها میتوانند شدت dezincification را تشدید کنند.
- آثار و علامات: سطح زنگزده یا فرسوده، ایجاد اسکلت porous از مس با کاهش سختی و استحکام، ناهمواری و کاهش طول عمر قطعات.
- راهکارهای کاهش خطر: استفاده از آلیاژهای مقاومتر به dezincification (مثلاً انتخاب ترکیبات کمروی brasses یا جایگزینی با آلیاژهای بدون Zn)، پوششهای محافظ، کنترل کیفیت آب ورودی، تنظیم pH و دما، و استفاده از inhibitors محیطی.
- نکته مهم برای طراحی: انتخاب مواد باید توسط متخصص مواد و خوردگی انجام شود تا با شرایط سرویس و محیط کار همخوانی داشته باشد.
عوامل ایجاد شدن خوردگی در فلزات
عوامل محیطی و شیمیایی:
این دسته از عوامل تعیینکننده نرخ و ماهیت خوردگی هستند. حضور اکسیژن، یونهای خورنده مانند کلریدها و نمکها، شدت و دامنه تغییرات pH، دمای محیط و وجود آب یا رطوبت بهطور روشن بر مسیرهای اکسایش-کاهش سطح فلز اثر میگذارند. محیطهای آبی اسیدی یا قلیایی قوی ممکن است لایههای حفاظت سطح را تضعیف کنند و به شکلدهی سریعتر ناهمواریهای خورنده منجر شوند. بهویژه حضور کلریدها میتواند پیتینگ یا فرسایش-خورندگی را تشدید کند و در کنار دمای بالا و اکسیژن محدود، شرایطی را فراهم آورد که در آن فلز به طور موثرتری خورده میشود.
عوامل فیزیکی و جریان سیال
عوامل فیزیکی و هندسه جریان سیال با شدت عمل کردن به خوردگی، نقش کلیدی دارند. سرعت بالای جریان و ناپیوستگیهای فشار یا دبی، turbulence شدیدی ایجاد میکنند که پوششهای محافظ یا لایههای اکسیدی را فرسوده یا شکسته میکند. فرسایش-خورندگی و پدیدههای مانند cavitation در پمپها، لولهها و تجهیزات مشابه باعث کاهش ضخامت و ضعف مقاومت سطح میشوند. همچنین وجود ذرات معلق یا ساییدگی مکانیکی میتواند پوستۀ محافظ را خراش دهد و مسیرهای جدیدی از خوردگی را باز کند.
ترکیب و ویژگیهای ماده/آلیاژ
ویژگیهای مادّه یا آلیاژ در تعیین حساسیت به خوردگی نقشی اساسی دارند. تفاوت پتانسیل بین فلزات در تماس، وجود ناخالصیها، عیوب میکروساختاری و اندازه دانهها میتواند باعث تشکیل یا گسترش گالوانیک یا خوردگی موضعی شود. ساختار داخلی مانند فازها، رسوبات و اینکلوشنها میتواند مقاومت سطحی را کاهش دهد. در طراحیهای دقیق، انتخاب آلیاژهای مقاوم، کنترل فرآیندهای حرارتی، بهبود ریزساختار و کاهش تنشهای باقیمانده از جمله روشهای کاهش حساسیت به خوردگی هستند.
تنش و بار (بارگذاری)
وقتی فلز در معرض تنش مکانیکی و محیط خورنده همزمان قرار میگیرد، پدیده خوردگی در اثر تنش یا SCC رخ میدهد. این پدیده میتواند در دماهای نسبتاً پایین آغاز و با افزایش دما شتاب پیدا کند و ترکهای طولانی و عمیق بدون علامت اولیه ایجاد کند. وجود تنش داخلی، طراحی نامناسب یا بارگذاری دینامیک میتواند واکنش حساسیتآفرینی را تقویت کند. کنترل تنشها، استفاده از مواد مقاوم در برابر SCC، و مدیریت محیط خورنده از جمله روشهای کنترل هستند.
طراحی، اجرا و نگهداری
طراحی مناسب و اجرای دقیق و نگهداری منظم از آسیبهای خوردگی جلوگیری میکند. تماس فلزات ناهمسان یا استفاده از گسکتها و درزهای ناقص میتواند شکافهای مرطوب ایجاد کند. همچنین طراحی ناقص برای زهکشی مناسب یا تجمع آب در نقاط خاص، پوششهای محافظ نامناسب یا ناکارآمد، و نبود حفاظت کاتدی یا inhibitors محیطی از عوامل پرخطر هستند. بهکارگیری پوششهای مقاوم، جداسازی الکتریکی فلزات متفاوت، بازرسیهای منظم و اجرای حفاظت کاتدی از رایجترین راهکارهای کاهش خطرند.
عوامل زیستی
خورندگی میکروبی با حضور میکروارگانیسمها و تشکیل بیوفیلمها میتواند محیط خورنده را تغییر داده و ترکیبات شیمیایی خورنده را تولید کند. MIC یا خوردگی میکروبی به افزایش نرخ خوردگی در برخی شرایط صنعتی میانجامد و نیازمند کنترل زیستی، انتخاب مواد مقاومتر و استفاده از روشهای بهداشتی و تمیزکاری است.
عوامل زمانی
مدت زمان قرارگیری در محیط خورنده نقش زیادی در شدت خوردگی دارد. بسیاری از فرایندهای خوردگی به آهستگی اما پیوسته اتفاق میافتند و با افزایش زمان سرویس، ضایعات به مرور گسترش مییابد. برنامهریزی برای عمر خدمات، بازرسیهای دورهای و اجرای نگهداری پیشگیرانه از جمله اقداماتی هستند که آسیبها را به تعویق میاندازند و عمر مفید تجهیزات را افزایش میدهند.
-
پدیده خوردگی: تحلیل عوامل و استراتژیهای پیشگیری و کنترل
خوردگی پدیدهای پیچیده و چندعاملی است که نتیجه همافزایی بین محیط خورنده، جنس یا آلیاژ به کار رفته و شرایط بارگذاری است. نرخ و نوع خوردگی به شدت به محیط عملیاتی وابستهاند؛ حضور اکسیژن، یونهای خورنده مانند کلریدها، دامنه و شدت تغییرات pH، دما و رطوبت از جمله عوامل کلیدی هستند که مسیرهای اکسایش-کاهش را شدت میبخشند. از سوی دیگر، ترکیب ماده/آلیاژ، وجود ناخالصیها یا عیوب ساختاری و تفاوت پتانسیلهای گالوانیک میتواند تمایل فلز به خوردگی را تشدید کند. تنشهای مکانیکی همزمان با محیط خورنده میتواند به پدیدههایی مانند خوردگی تنشی (SCC) منجر شود که خطرناکتر است. طراحی مناسب، انتخاب مواد مقاوم و استفاده از پوششها یا حفاظت کاتدی از ابزارهای اصلی کاهش خطر هستند و نگهداری منظم، بازرسیهای دورهای و کنترل محیط امکان کاهش آسیبها و افزایش عمر مفید تجهیزات را فراهم میکند. همچنین کنترل عوامل زیستی (MIC)، بهبود مدیریت آب و استفاده از inhibitors محیطی میتواند نرخ خوردگی را کاهش دهد. نگاه به آینده از طریق توسعه پوششهای هوشمند، حسگرهای پایش خوردگی و مدلسازی پیشبینی دقیق، امکان مدیریت ایمنتر و اقتصادیتر خوردگی را فراهم میکند؛ این رویکردها به ویژه در طراحی و نگهداری تجهیزات صنعتی حیاتی هستند
سوالات متداول درمورد خوردگی فلزات و تجهیزات صنعتی
خوردگی فلز چیست و چرا در صنایع اهمیت دارد؟
فرایند شیمیایی یا الکترولیتی است که باعث از بین رفتن یا کاهش دوام فلز میشود. اهمیت آن در صنایع به دلیل افزایش هزینه نگهداری، کاهش ایمنی و کاهش عمر تجهیزات است.
رایجترین انواع خوردگی که باید مراقب باشند کداماند؟
خوردگی گالوانیکی، خوردگی حفرهای، خوردگی تنشی و خوردگی فرسایشی
عوامل کلیدی مؤثر بر خوردگی چه هستند؟
ترکیب محیطی (pH و وجود نمک/کلریدها)، دما، رطوبت، حضور اکسیژن، ترکیب آلیاژ، طراحی سطحی و خراشها، و آلایندههای شیمیایی محیط.
چگونه میتوان از خوردگی جلوگیری یا آن را کاهش داد؟
انتخاب مواد مقاوم مناسب برای محیط، استفاده از پوششهای حفاظتی (اپوکسی، پلیاورتان و غیره)، کاتدیک پروتکشن (آند قربانی یا جریان معین)، کنترل دقیق آب و آلایندهها، طراحی مناسب برای نگهداشت و بازرسی منظم.
بازرسی خوردگی را چگونه انجام دهیم و چه نشانههایی را مهم بدانیم؟
بازرسی بصری، اندازهگیری ضخامت با ابزارهای غیر مخرب، آزمونهای غیر مخرب مانند تست نفوذ یا کنترلهای غیر مخرب دیگر، و بررسی صحیح پوششها. نشانههای هشداردهنده: تغییر رنگ، پوستهاندازی، ترک یا سوراخ، کاهش ضخامت، نشتی یا نشت داخلی.
بدون دیدگاه