همه چیز در مورد خوردگی و انواع آن

خوردگی عبارت است از زوال یک ماده در نتیجه برهمکنش آن با محیط اطرافش که می تواند در هر نقطه و یا در هر زمانی رخ دهد. اگرچه این تعریف برای هر نوع ماده ای قابل اجرا است، اما معمولاً برای آلیاژهای فلزی در نظر گرفته شده است. انواع مختلفی از خوردگی وجود دارد که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده است: خوردگی یکنواخت، خوردگی حفره ای، خوردگی شکافی، خوردگی رشته ای، خوردگی گالوانیکی، ترک خوردگی محیطی و خوردگی فرتینگ و …. بیایید بررسی کنیم که این نوع خوردگی چگونه رخ می دهد و چگونه می تواند به فولاد آسیب برساند. در ادامه با انواع خوردگی بیشتر آشنا می شوید.

خوردگی چیست؟

خوردگی یا Corrosion در تبدیل فلزات خالص شده به اشکال پایدارتر شیمیایی مانند هیدروکسید، سولفید و اکسید نقش دارد. و به صورت کلی خوردگی یعنی از بین رفتن مواد به دلیل واکنش با محیط اطراف. خوردگی فقط مختص فلزات نیست و کامپوزیتها، پلیمرها و سرامیک‌ها نیز دچار خوردگی می‌شوند. اما این فرایند طبیعی بیشتر در فلزات ایجاد شده و خسارات زیادی به وجود می‌آورد.

همیشه خوردگی مضر نیست و در برخی مواقع مانند و حفاظت کاتدی سازه‌های مختلف و تولید انرژی الکتریکی در یک باتری  مفید واقع شود.

تاریخچه خوردگی

از قدیمی‌ترین آثار خوردگی میتوان به دیوار آهنی قفقاز که به دستور کورش هخامنشی با پوشش مس ساخته شده بود اشاره کرد. شروع تحقیق درباره خوردگی در سال 1761 پس از غرق شدن کشتی جنگی HMS Alarm در انگلستان بود. بعد از آن از پوشش مسی برای ساخت کشتی استفاده نمودند اما مشاهده شد که میخ‌های فولادی استفاده شده دچار خوردگی شدند. تحقق درباره این علم روز به روز در حال پیشرفت است و به یک شاخه مهم در علوم پایه و مهندسی تبدیل شده است.

در ایران رشته مهندسی خوردگی از زیرشاخه‌های مهندسی مواد است. مهندسی مواد به شناخت خصوصیات مکانیکی و فیزیکی مواد، مواد نوین و استحصال فلزات می‌پردازد. برای تحصیل در رشته مهندسی خوردگی باید مدرک کارشناسی را در زیر شاخه مهندسی سرامیک، مهندسی متالورژی صنعتی و مهندسی متالورژی استخراجی دریافت کرد و در مقطع کارشناسی مهندسی خوردگی را انتخاب نمود.

انواع خوردگی

عمل خردگی فلزات انواع مختلفی دارد که عبارتند از:

خوردگی یکنواخت

خوردگی یکنواخت رایج ترین نوع خوردگی است. این خوردگی به طور طبیعی زمانی اتفاق می‌افتد که فولاد کربنی از طریق یک واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی با محیط اطراف خراب می‌شود و کل سطح را خراب می‌کند و آن به صورت یکنواخت دچار خوردگی می‌شود.

خوردگی موضعی

خوردگی موضعی انواع مختلفی دارد:

خوردگی حفره‌ای: این نوع خوردگی زمانی اتفاق می‌افتد که شکستگی کوچکی در فلز ایجاد شود. سوراخ یا حفره بعدی آندی و فلز اطراف آن کاتدی می‌شود. این یک واکنش گالوانیکی موضعی ایجاد می‌کند که منجر به شکست ساختاری فلز می‌گردد. مکان یابی و مدیریت حفره، کاری دشوار است، زیرا اغلب توسط مواد دیگری که در طی تشکیل خوردگی تولید می‌شوند پوشانده می‌شود.

خوردگی شکافی: این خوردگی موضعی را اغلب می‌توان در زیر واشرها، گیره‌ها و سایر نواحی متحرک یافت که در آن‌ها اکسیژن کم و شرایط اسیدی می‌تواند منجر به خوردگی در شکاف‌ها شود.

خوردگی رشته‌ای: این خوردگی در زیر سطوحی که رنگ یا روکش شده‌اند رخ می‌دهد. نقص در رنگ یا پوشش باعث نفوذ آب شده و باعث خوردگی زیر لایه محافظ و در نتیجه ساختار ضعیف می‌شود.

خوردگی گالوانیکی

خوردگی گالوانیکی نتیجه یک مجموعه شرایط خاص است. این تنها در محیط هایی یافت می‌شود که در آن فلزات الکتروشیمیایی غیرمشابه در تماس الکتریکی و در معرض الکترولیت قرار دارند. این خوردگی زمانی اتفاق می افتد که جفت گالوانیکی بین فلزات آندی و کاتدی اتفاق می افتد. آند با جفت شدن سریعتر خورده می‌شود، در حالی که کاتد کندتر خراب می شود.

ترک خوردگی محیطی

این فرآیند خوردگی زمانی اتفاق می افتد که شرایط محیطی ایجاد می‌شود که بر فولاد کربنی تأثیر منفی می‌گذارد. مواد شیمیایی، تنش و دما می‌توانند شرایطی را ایجاد کنند که باعث ایجاد ترک خوردگی ناشی از استرس (SCC)، خستگی ناشی از خوردگی، شکنندگی فلز مایع و ترک ناشی از هیدروژن شود.

خوردگی به کمک جریان و بین دانه ای

خوردگی به کمک جریان زمانی رخ می‌دهد که لایه اکسید محافظ در طول زمان توسط جریان باد یا آب حل شود. این خوردگی اکسید روی سطح فلز را در معرض دید و لایه های بعدی را در معرض خوردگی بیشتر قرار می دهد.

خوردگی بین دانه‌ای به مرزهای دانه فلز حمله می کند که اغلب در نتیجه ناخالصی‌های فلزی است. ناخالصی‌ها اغلب در غلظت‌های بالاتر در نزدیکی مرزهای این دانه‌ها وجود دارند که آنها را در برابر این نوع خوردگی حساس‌تر می‌کند.

خوردگی فرسایش

این نوع خوردگی زمانی رخ می‌دهد که وزن، ارتعاش یا سایش مکرر، باعث ایجاد حفره‌ها و شیارهایی بر روی سطح فلز می‌شود. این اغلب در قطعات ماشین آلات در حال حرکت، یا سطوحی که هنگام انتقال از مکانی به مکان دیگر دچار لرزش می‌شوند، رخ می دهد.

خوردگی با دمای بالا

خوردگی در دمای بالا می‌تواند در اثر اکسید شدن، سولفید شدن یا کربن شدن یا سوخت‌های حاوی وانادیم رخ دهد. سولفات ها همچنین می‌توانند ترکیبات خورنده‌ای تشکیل دهند که به فولاد کربنی که معمولاً در برابر دماهای بالا و خوردگی مقاوم است حمله می‌کنند.

خوردگی خاک

خوردگی خاک زمانی دیده می شود که فولاد کربنی در معرض رطوبت و اکسیژن در خاک اطراف قرار گیرد. خاک هایی با رطوبت بالا، رسانایی الکتریکی بالا، اسیدیته بالا و نمک‌های محلول بالا بیشترین خورندگی را دارند.

از آنجایی که فولاد کربنی تقریباً 85 درصد از کل تولید فولاد در سراسر جهان را تشکیل می دهد، لازم است در مورد چیزهایی که به آن آسیب می زند آگاهی داشته باشید. تلاش برای درک و مدیریت خوردگی فولاد کربنی می تواند به کاهش و کاهش هزینه های بالای مرتبط با این نگرانی رایج کمک کند.

عوامل تاثیرگذار بر خوردگی

چندین عامل بر روی خوردگی موثر هستند:

اختلاف پتانسیل

اگر دو فلز از جنس‌های متفاوت در یک محیط الکترولیتی مشترک وجود داشته باشد به الکترود در می‌آیند و اختلاف پتانسل بین آن‌ها ایجاد میشود که با توجه به جنس فلز یکی به کاتد و دیگری به آند تبدیل می‌شود. در این شرایط فلز اندی با سرعت بیشتری شروع به خوردگی می‌کند.

درجه حرارت

حرارت بر روی شدت خوردگی فلز تاثیر می‌گذارد. درجه حرارت بالا باعث افزایش سرعت خوردگی می‌شود. آزمایشات نشان داده است که هر 10 درجه افزایش حرارت باعث دو برابر شدن سرعت خوردگی می‌شود.

خواص فلزی

ساختمان درونی فلزات، بر روی خوردگی و شدت آن تاثیر می‌کذارد که شامل موارد زیر است:

• ساختار بلوری فلز
• روش‌های ریخته‌گری
• خواص مکانیکی
• مقاومت فلز
• نوع آلیاژ و ترکیب شمیایی آن
• عملیات حرارتی

ناخالصی‌ها و شرایط محیطی

یک عامل مهم در خوردگی فلزات رطوبت است به این دلیل که باعث ایجاد محیط کاتدی و آندی می‌شود. همچنین وجود ناخالصی‌ها و نمک به فرایند خوردگی سرعت می‌دهد. میزان pH نیز بر روند خوردگی موثر است. محیط اسیدی باعث افزایش سرعت خوردگی می‌شود.

عوامل مکانیکی

ساییدگی بر خوردگی موثر است زیرا باعث می‌شود تا لایه‌های اولیه خورده شده بر روی سطح که از خوردگی لایه‌های پایین محافظت می‌کند از بین بروند. در این صورت سطح‌های پایین‌تر در معرض خوردگی قرار می‌گیرند.

تنش‌های کششی نیز بر روی خوردگی فلزات موثر است به خصوص هنگامی که این تنش‌ها از قدرت ارتجاعی فلز بیشتر باشند. بنابراین فلزات تحت فشار بیشتر دچار خوردگی می‌شوند.

بیشتر بخوانید: همه چیز در مورد اسیدشویی فولاد ضدزنگ