خوردگی گالوانیک چیست و روش های جلوگیری از آن

خوردگی یکی از مشکلات جدی در صنعت و مهندسی سازه‌ها به شمار می‌آید که می‌تواند به کاهش عمر مفید و خسارات مالی قابل توجه منجر شود. یکی از انواع خاص و پیچیده این پدیده، خوردگی گالوانیک است که در مواقعی که دو فلز مختلف در تماس با یکدیگر قرار می‌گیرند و در حضور یک الکترولیت قرار می‌گیرند، بروز می‌کند. این پدیده می‌تواند منجر به تخریب سریع و غیرمنتظره فلزات شده و مشکلات متعددی را برای سازه‌ها و سیستم‌های صنعتی ایجاد کند. این مقاله به بررسی کامل خوردگی گالوانیک، مکانیزم آن، عوامل مؤثر، و روش‌های مختلف جلوگیری از آن می‌پردازد. هدف از این مقاله، فراهم کردن درک عمیق‌تر از خوردگی گالوانیک و ارائه راهکارهای مؤثر برای کاهش آسیب‌های ناشی از آن در صنایع مختلف است.

خوردگی گالوانیک چیست؟

خوردگی گالوانیک نوعی خوردگی است که وقتی دو فلز مختلف به هم متصل می‌شوند و در محیطی که بتواند جریان الکتریکی را هدایت کند، مانند آب یا خاک مرطوب، رخ می‌دهد. این فرآیند به دلیل تفاوت‌های الکتروشیمیایی بین دو فلز مختلف ایجاد می‌شود. در این حالت، یکی از فلزات به عنوان آند (که در آن اتم‌ها به یون تبدیل شده و وارد محلول می‌شوند) و دیگری به عنوان کاتد (که در آن واکنش‌های کاهش الکترون انجام می‌شود) عمل می‌کند.

عوامل مؤثر بر خوردگی گالوانیک

این پدیده تحت تأثیر چندین عامل است که می‌توانند شدت و سرعت آن را تغییر دهند. این عوامل شامل موارد زیر هستند:

1. تفاوت پتانسیل الکتروشیمیایی

تفاوت در پتانسیل الکتروشیمیایی بین دو فلز نقش اساسی در خوردگی گالوانیک دارد. هر چه تفاوت پتانسیل بین دو فلز بیشتر باشد، خوردگی آند شدیدتر خواهد بود. معمولاً فلزاتی که در سری پتانسیل الکتروشیمیایی در انتهای پایین‌تر قرار دارند، به عنوان آند عمل کرده و سریع‌تر دچار خوردگی می‌شوند.

2. مساحت نسبی آند و کاتد

نسبت مساحت آند به کاتد تأثیر زیادی بر سرعت خوردگی دارد. اگر مساحت آند نسبت به کاتد بزرگتر باشد، سرعت خوردگی آند افزایش می‌یابد. به عبارت دیگر، وقتی مساحت آند نسبت به کاتد بزرگتر باشد، الکترون‌های آزاد شده در آند به طور متمرکزتر می‌شوند و باعث افزایش سرعت خوردگی می‌گردند.

3. ویژگی‌های محیط

محیطی که دو فلز در آن قرار دارند، نقش مهمی در خوردگی گالوانیک دارد. عوامل محیطی شامل:

– رطوبت: میزان رطوبت و وجود آب می‌تواند تأثیر زیادی بر خوردگی داشته باشد، زیرا آب به عنوان الکترولیت عمل کرده و جریان الکتریکی را هدایت می‌کند.

– pH محیط: pH محیط می‌تواند بر سرعت خوردگی تأثیر بگذارد. محیط‌های اسیدی یا قلیایی ممکن است خوردگی را تسریع کنند.

– وجود مواد شیمیایی: مواد شیمیایی مانند کلریدها می‌توانند خورنده باشند و سرعت خوردگی را افزایش دهند.

4. درجه حرارت

افزایش درجه حرارت معمولاً سرعت واکنش‌های شیمیایی و الکتروشیمیایی را افزایش می‌دهد. بنابراین، در دماهای بالا، خوردگی گالوانیک معمولاً سریع‌تر رخ می‌دهد.

5. ترکیب فلزات

ترکیب و خلوص فلزات می‌تواند بر خوردگی گالوانیک تأثیر بگذارد. فلزات آلیاژی و ناخالصی‌ها می‌توانند باعث تغییر پتانسیل الکتروشیمیایی و بنابراین بر سرعت خوردگی تأثیر بگذارند.

6. حالت سطح فلزات

وضعیت سطح فلزات نیز می‌تواند تأثیرگذار باشد. سطح‌های زبر، زنگ‌زده یا آلوده می‌توانند مقاومت کمتری در برابر خوردگی داشته باشند و باعث افزایش سرعت خوردگی گالوانیک شوند.

7. وجود پوشش‌های محافظ

پوشش‌های محافظ مانند رنگ‌ها یا پوشش‌های فلزی می‌توانند از تماس مستقیم دو فلز و محیط جلوگیری کرده و بنابراین خوردگی را کاهش دهند.

8. برقراری تماس الکتریکی

وجود یا عدم وجود تماس الکتریکی بین دو فلز تأثیر مستقیمی بر خوردگی گالوانیک دارد. اگر فلزات به درستی به هم متصل نشوند، امکان بروز خوردگی گالوانیک کمتر خواهد بود.</p>

9. وجود لایه‌های غیر همگن

وجود لایه‌های غیر همگن یا نواحی با ترکیب شیمیایی مختلف بر روی سطح فلز می‌تواند باعث خوردگی گالوانیک محلی شود. این نواحی می‌توانند به عنوان آند یا کاتد عمل کنند و باعث تسریع خوردگی شوند.

10. نوع اتصال بین فلزات

نوع و کیفیت اتصال بین دو فلز نیز می‌تواند بر خوردگی گالوانیک تأثیر بگذارد. اتصالات ضعیف یا غیرمستقیم ممکن است باعث ایجاد نواحی مختلف پتانسیل شده و خوردگی را تشدید کنند. با توجه به این عوامل، پیشگیری و کنترل خوردگی گالوانیک نیاز به بررسی دقیق شرایط محیطی و انتخاب مناسب مواد و روش‌های محافظتی دارد.

روش‌های جلوگیری از خوردگی گالوانیک

جلوگیری از خوردگی گالوانیک نیازمند استفاده از استراتژی‌ها و تکنیک‌های مختلف برای کاهش یا حذف تأثیرات منفی آن است. در اینجا به برخی از روش‌های مؤثر برای جلوگیری از خوردگی گالوانیک اشاره می‌شود:

1. انتخاب مواد مشابه

با انتخاب فلزات با پتانسیل الکتروشیمیایی نزدیک به هم، تفاوت‌های پتانسیلی که باعث خوردگی گالوانیک می‌شود، کاهش می‌یابد.

2. استفاده از پوشش‌های محافظ

– پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی: استفاده از رنگ‌ها، پوشش‌های نازک یا پوشش‌های فلزی که فلز را از تماس با محیط خورنده محافظت می‌کنند.

– پوشش‌های عایق: لایه‌های عایق مانند پوشش‌های پلاستیکی یا وینیل می‌توانند تماس مستقیم فلزات مختلف را جلوگیری کنند.

3. پیشگیری از تماس فلزات مختلف

از تماس فلزات مختلف با یکدیگر جلوگیری کنید یا از جداکننده‌های عایق استفاده کنید تا از ایجاد جریان الکتریکی بین فلزات جلوگیری شود.

4. استفاده از آندهای رویی (Sacrificial Anodes)

استفاده از فلزات با پتانسیل الکتروشیمیایی پایین‌تر به عنوان آندهای فداشونده که در تماس با فلزات اصلی قرار می‌گیرند. این آندها سریع‌تر از فلزات اصلی دچار خوردگی می‌شوند و به این ترتیب، فلزات اصلی محافظت می‌شوند.

5. کنترل محیط

کنترل رطوبت و pH: با کاهش رطوبت و تنظیم pH محیط می‌توان تأثیر محیط بر خوردگی را کاهش داد. محیط‌های خشک و تنظیم شده کمتر باعث خوردگی گالوانیک می‌شوند.

جلوگیری از تجمع آب: استفاده از سیستم‌های زهکشی یا پوشش‌هایی که مانع از تجمع آب در نزدیکی فلزات می‌شود.

6. استفاده از مواد عایق

استفاده از مواد عایق الکتریکی برای جدا کردن فلزات مختلف و جلوگیری از برقراری تماس الکتریکی بین آنها

7. کنترل کیفیت ساخت و نصب

اطمینان از اینکه فلزات به درستی نصب شده‌اند و اتصالات محکم و بدون نقص هستند. اتصالات ضعیف یا نادرست می‌توانند نواحی مختلف پتانسیل را ایجاد کرده و خوردگی را تسریع کنند.

8. آندهای کاتدی (Cathodic Protection)

استفاده از سیستم‌های محافظتی کاتدی که شامل جریان الکتریکی برای کاهش فعالیت آند است. این سیستم‌ها معمولاً شامل آندهای فداشونده یا سیستم‌های جریان الکتریکی خارجی می‌شوند.

9. آلیاژهای مقاوم به خوردگی

انتخاب آلیاژهایی که مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارند. این آلیاژها ممکن است شامل ترکیباتی باشند که باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی گالوانیک شوند.

10. بررسی و نگهداری منظم

بررسی منظم تجهیزات و ساختارها برای شناسایی و تعمیر مشکلات احتمالی که می‌توانند باعث خوردگی گالوانیک شوند. نگهداری صحیح می‌تواند از بروز مشکلات بزرگتر جلوگیری کند. با توجه به این روش‌ها و انتخاب استراتژی‌های مناسب، می‌توان تأثیرات خوردگی گالوانیک را کاهش داد و عمر مفید تجهیزات و سازه‌ها را افزایش داد.

نتیجه گیری

خوردگی گالوانیک یکی از مسائل مهم در مهندسی مواد و حفاظت از سازه‌ها است که ناشی از تعامل الکتروشیمیایی دو فلز با پتانسیل‌های مختلف در یک محیط رسانا می‌باشد. این نوع خوردگی می‌تواند به سرعت باعث آسیب و خرابی فلزات شود و در نتیجه هزینه‌های تعمیر و نگهداری را افزایش دهد. در این مقاله، عوامل مؤثر شامل تفاوت پتانسیل الکتروشیمیایی، مساحت نسبی آند و کاتد، ویژگی‌های محیط، درجه حرارت، و ترکیب فلزات بررسی شد.