همه چیز در مورد خوردگی فلز و راههای جلوگیری از آن
خوردگی فلز (Metal Corrosion) از نظر تعریف عبارت است از زوال یک فلز در نتیجه واکنشهای شیمیایی بین آن و محیط اطراف. خوردگی فلزات به نوع فلز و شرایط محیطی ، به ویژه گازهایی که با فلز در تماس هستند بستگی دارد.
تقریبا تمام فلزات می توانند دچار خوردگی شوند. برخی مانند آهن خالص به سرعت دچار خوردگی می شوند. فولاد ضد زنگ ، که ترکیبی از آهن و آلیاژهای دیگر است با سرعت کمتری دچار خوردگی می شود و به همین دلیل بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
تنها گروه کوچکی از فلزات به نام فلزات نجیب نسبت به سایرین واکنش کمتری دارند و به ندرت دچار خوردگی می شوند. در حقیقت ، آنها تنها فلزاتی هستند که به صورت خالص در طبیعت یافت می شوند. پس جای تعجب نیست که این فلزات بسیار با ارزش هستند و شامل رودیم ، پالادیوم ، نقره ، پلاتین و طلا می باشند. برای کسب آگاهی بیشتر در این زمینه با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.
خطرات خوردگی فلز
خوردگی یک مشکل خطرناک و بسیار پرهزینه است که می تواند باعث فروپاشی ساختمان ها و پل ها ، شکستگی خطوط لوله نفت و نشت کارخانه های شیمیایی شود. تماس های الکتریکی در محل خوردگی می تواند باعث آتش سوزی و سایر مشکلات شود ، ایمپلنت های پزشکی خورده شده ممکن است منجر به مسمومیت خونی شود و آلودگی هوا باعث آسیب های ناشی از خوردگی به آثار هنری در سراسر جهان شده است. همچنین این فرآیند دفع بی خطر زباله های رادیواکتیو را که باید ده ها هزار سال در ظروف نگهداری شود را تهدید می کند.
شایع ترین انواع خوردگی ناشی از واکنش های الکتروشیمیایی است. خوردگی عمومی زمانی اتفاق می افتد که اکثر یا تمام اتمهای روی سطح فلز اکسیده می شوند و به کل سطح آسیب می رسانند. بیشتر فلزات به راحتی اکسیده می شوند زیرا آنها تمایل دارند که الکترون ها را در معرض اکسیژن (و سایر مواد) در هوا یا آب از دست بدهند. وقتی اکسیژن دچار کاهش می شود با فلز اکسید تشکیل می دهد.
هنگامی که اکسیداسیون و احیا در انواع مختلف فلزات در تماس با یکدیگر رخ می دهد این فرآیند را خوردگی گالوانیک می نامند. در خوردگی الکترولیتی که بیشتر در تجهیزات الکترونیکی رخ می دهد ، آب یا رطوبت بین دو سطح تماس الکتریکی یک ولتاژ الکتریکی بوجود آورده و در نتیجه یک سلول الکترولیتی ناخواسته ایجاد می شود.
فاکتورهای تسریع کننده خوردگی فلز
درجه حرارت
دمای محیط یکی از عواملی است که میزان و شدت خوردگی فلزات را تحت تاثیر قرار می دهد به عنوان مثال افزایش دما باعث افزایش سرعت خوردگی می شود. تحقیقات نشان داده است که با افزایش ۱۰ درجه ای دمای محیط سرعت خوردگی فلزات دو برابر خواهد شد.
اختلاف پتانسیل
اختلاف پتانسل بین فلزات مختلفی که در تماس باهم هستند با ایجاد یک محیط الکترولیت باعث می‌شود بسته به جنس فلز یکی تبدیل به آند شده و دیگری نقش کاتد را بازی کند. در این حالت فلزی که آند را تشکیل می دهد با سرعت بیشتری دچار خوردگی خواهد شد.
ویژگی فلز
ویژگی فلزات یکی دیگر از فاکتورهایی است که خوردگی را تحت تاثیر قرار می دهد. ساختار بلوری فلزات، نوع آلیاژ و ترکیب شیمیایی ، روش‌های پرداخت و آبکاری، خواص مکانیکی و مقاومت ذاتی فلز و پوشش های بکاررفته به شدت بر میزان خوردگی فلزات تاثیرگذار هستند.
عوامل مکانیکی
ساییدگی یک عامل مکانیکی است که با از بین بردن لایه‌های اولیه روی سطح فلز که مانع از خوردگی سطوح پایین تر می شوند فلز را در معرض خوردگی‌های بیشتر قرار می دهد. قطعات فلزی ماشین آلات که در تماس مداوم با یکدیگر هستند به شدت در معرض ساییدگی هستند و این روند معمولا با روغنکاری مدوام به تعویق می افتد.
رطوبت محیط
رطوبت محیط یکی دیگر از عوامل تاثیرگذار بر خوردگی فلزات است زیرا باعث تسهیل تشکیل الکترولیت و ایجاد محیط اندی و کاتدی می شود. محیط های اسیدی با تشکیل الکترولیت قویتر سرعت خوردگی را افزایش می دهند.
ناخالصی‌ها
یکی دیگر از عوامل تاثیرگذار بر خوردگی وجود نمک‌ها و ناخالصی هایی است که با ایجاد قطب های الکتریکی در فلز می توانند بر خوردگی تاثیر بگذارند.
انواع خوردگی فلز
خوردگی تنشی
وقتی که فلزات یا قطعات فلزی در یک محیط خورنده تحت تاثیر تنش کششی قرار می گیرد به احتمال زیاد با ایجاد ترک و شکاف دچار خوردگی می شوند.
خوردگی حفره ای
خوردگی حفره ای به صورت موضعی در سطح فلزات ایجاد شده و باعث سوراخ شدن و تخریب فلزات خصوصا لوله ها می شود. ناخالصی‌های غیر فلزی، ناهمگنی‌های ساختاری و شیمیایی از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر این نوع خوردگی هستند.
خوردگی شکافی
این نوع خوردگی به صورت موضعی در شکاف ها و سطح زیرین فلزات روکش شده به وجود می آید و بیشتر در فلزات آلیاژی رخ می دهد و باعث شکستگی سازه ها در محل زیر واشرها ، میخ پرچ ها و محل تکیه گاه ها می شود.
خوردگی گالوانیک
این خوردگی در صورتی رخ می دهد که دو فلز مختلف در مجاورت یک عنصر خورنده قرار بگیرند. در این صورت در نقطه تماس فلزات واکنش الکتروشیمیایی ایجاد شده و با تشکیل آند و کاتد فلزات دچار فرسایش می شوند.
خوردگی درون دانه ای
خوردگی درون دانه ای وقتی رخ می دهد که مرز دانه ها در فلز پلی کریستال مورد حمله قرار گیرد.
خوردگی فرسایشی
این خوردگی همانطور که از اسم آن پیداست در اثر حرکت فلزاتی که در تماس با یکدیگر هستند اتفاق می افتد. این خوردگی می تواند روکش های ضد زنگ فلزات را به راحتی از بین ببرد.
خوردگی یکنواخت
رایج ترین نوع خوردگی ، خوردگی یکنواخت است که سطح فلز را به صورت یکنواخت تحت تاثیر قرار می دهد و فلز را به تدریج از بین می برد.
اثرات خوردگی فلز
هزینه سالانه خوردگی در سراسر جهان بیش از ۲ تریلیون دلار تخمین زده می شود ، با این حال کارشناسان معتقدند با محافظت مناسب در برابر خوردگی می توان از ۲۵ تا ۳۰ درصد از آنها جلوگیری کرد. پروژه های عمرانی ضعیف نیاز به جایگزینی را افزایش داده و این اتلاف منابع طبیعی نگرانی های جهانی را به دنبال دارد. علاوه بر این ، خوردگی فلز می تواند منجر به نگرانی های در رابطه با ایمنی ، از دست دادن جان ، هزینه های غیرمستقیم اضافی و آسیب رساندن به منابع طبیعی شود.
چگونه می توان از خوردگی فلز جلوگیری کرد؟
به روش های مختلفی می توان از خوردگی های خطرناک جلوگیری کرد. جریان های الکتریکی می توانند فیلم های منفعلی بر روی فلزاتی تولید کنند که به طور معمول وجود ندارند. برخی از فلزات در محیط های خاص نسبت به سایرین پایدارتر هستند و دانشمندان آلیاژهایی مانند فولاد ضد زنگ را برای بهبود عملکرد در شرایط خاص اختراع کرده اند.
برخی از فلزات را می توان با لیزر تصفیه کرد و به آنها ساختار غیر بلوری داد که در برابر خوردگی مقاومت می کند. در گالوانیزه ، آهن یا فولاد با روی پوشش داده می شود که یک سلول گالوانیکی تشکیل می دهد که روی به جای آهن دچار خوردگی می شود. سایر فلزات با آبکاری با یک فلز خنثی یا غیرفعال محافظت می شوند. پوشش های غیر فلزی – پلاستیک ، رنگ و روغن نیز می توانند از پوسیدگی فلزات جلوگیری کنند.
چندین روش مقرون به صرفه برای جلوگیری از خوردگی وجود دارد که شامل موارد زیر است:
