خوردگی به شکل‌های گوناگون در زندگی روزمره به چشم می‌خورد. نقاط و حفره‌های قرمز مایل به نارنجی در تجهیزات نشتی مخازن آب، آب تیره خروجی از داخل شیرها، همچنین میخها، چنگک‌‌ها، لوله‌‌ها، کانال‌ها، ظروف آشپزخانه و قوطیهای حلبی خورده شده نمونه‌های متداولی از خوردگی هستند. خوردگی با دید غیر تخصصی اغلب بر کهنگی تجهیزات دلالت داشته و قابل چشم پوشی است. در‌صورتی‌که خوردگی بیانگر کاهشی قابل توجه در ارزش یک جسم جامد است که در معرض یک برخورد شیمیایی مستقیم قرار گرفته است.
خوردگی محدود به فلز نبوده بلکه شامل مواد غیر فلزی مانند پلیمرها، مواد نسوز، مواد مرکب و مواد دیگر نیز می‌شود. از نظر ترمودینامیکی خوردگی یک فرآیند خود به خودی است که در جهت کاهش انرژی آزاد[2]حرکت میکند.
مهندسی خوردگی کاربرد دانش و فن یا هنر جلوگیری یا کنترل خسارت ناشی از خوردگی به روش اقتصادی و مطمئن میباشد. برای اینکه مهندس خوردگی به خوبی از عهده وظایف خود برآید بایستی با اصول و عملیات مبارزه با آن، خواص شیمیایی، متالورژیکی، فیزیکی و مکانیکی مواد، آزمایش‌های خوردگی، ماهیت محیط‌های خورنده، قیمت مواد اولیه و . . . آشنا باشد. همچنین در حل مسئله خوردگی بایستی روشی را انتخاب نماید که بیشترین بهره را در بر داشته باشد.
- تعریف خوردگی
خوردگی را تخریب یا فاسد شدن یك ماده در اثر واكنش با محیطی كه در‌آن قرار دارد تعریف می‌‌‌كنند. بعضی‌ها اصرار دارند كه این تعریف بایستی محدود به فلزات باشد، ولی غالباً مهندس خوردگی بایستی برای حل یك مسئله هم فلزات و هم غیر فلزات را در نظر بگیرد. مثلاً، تخریب رنگ و لاستیك بوسیله نور خورشید یا مواد شیمیایی، خورده شدن جداره كوره فولاد‌سازی، و خورده شدن یك فلز جامد بوسیله مذاب یك فلز دیگر تماماً خوردگی نامیده می‌شوند. خوردگی می‌تواند سریع یا كند صورت گیرد ]1[.
خوردگی فلزات را همانطور كه در شكل 1-1 نشان داده شده است می‌توان برعكس متالورژی استخراجی[3] در نظرگرفت. در متالورژی استخراجی، هدف عمدتاً بدست آوردن فلز از سنگ معدن و تصفیه یا آلیاژ‌سازی آن برای مصارف مختلف میباشد. اكثر سنگ معدن‌های آهن حاوی اكسیدهای آهن هستند و زنگ‌زدن فولاد بوسیله آب و اكسیژن منجر به تشكیل اكسید آهن هیدراته[4] می‌گردد. اگر چه اكثر فلزات موقعی كه خورده می‌شوند تشكیل اكسیدهایشان را می‌دهند ولی لغت زنگ زدن فقط در مورد آهن و فولاد بكار برده می‌شود.
| سنگ آهک |
کارخانه ذوب آهن احیا ، تصفیه، ریخته گری ، نورد، ساخت
تصفیه
ریخته گری
نورد
ساخت |
| ورق |
| لوله لوله |
| بدنه اتومبیل (اتمسفر) |
| خطوط لوله زیرزمینی |
| زنگ (اکسید آهن هیدراته) |
| معدن |
شكل 1-1 متالورژی استخراجی و برعكس آن
به طور كلی خوردگی را می‌توان به سه صورت ذیل تعریف نمود:
- تخریب و انهدام توسط عوامل غیر مكانیكی.[5]
- تخریب و انهدام توسط واكنشهای شیمیایی و الكترو شیمیایی فلز و محیط.
- عكس استخراج.
1-3- هزینههای خوردگی
تخمین هزینههای سالانه خوردگی در ایالات متحده بین 8 میلیارد دلار تا 126 میلیارد دلار میباشد] 1[. مهندسان معتقدند كه 30 میلیارد دلار واقعی‌ترین رقم باشد. به هر ترتیب، خوردگی از لحاظ اقتصادی بسیار زیان آور است و برای كاهش‌دادن آن كارهای زیادی می‌توان انجام داد. اگر این نكته را در نظر بگیریم كه هرجا فلز و مواد دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند خوردگی با درجه و شدت‌های متفاوتی واقع می‌گردد، این رقم‌های بزرگ دلاری چندان غیر منتظره نخواهند بود. علاوه بر زیانهای مستقیم خوردگی، هزینههای غیر مستقیم خوردگی حاصل از توقف فرآیند[6] تولید صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، پایین آمدن بازده تجهیزات و خارج شدن از شرایط بهره برداری مطابق طراحی، نیز هزینه‌‌هایی است که باید در نظر گرفته شود. عدم تولید در هنگام توقف در یك واحد نفت، گاز و پتروشیمی جهت تعمیرات می‌تواند تا میلیونها دلار در روز زیان وارد سازد. نشتی‌ها در خطوط لوله و مخازن منجر به عدم تولید بهینه می‌گردد. این نشتی‌ها می‌تواند باعث بروز آلودگی آب‌های زیرزمینی شده و مشكلات زیست محیطی را نیز ایجاد نماید كه هزینههای مورد نیاز برای حل چنین
مشكلاتی سرسام آوراست. در حقیقت اگر خوردگی وجود نداشت اقتصاد جامعه ما به شدت تغییر می‌كرد. مثلاً اتومبیل‌ها، كشتی‌ها، خطوط لوله‌های زیرزمینی و وسایل خانگی احتیاج به پوشش نداشتند، صنایع فولاد زنگ نزن[7] از بین می‌رفتند و مس فقط برای مقاصد الكتریكی بكار می‌رفت. اكثر كارخانجات و محصولاتی كه از فلز پوشش‌دار ساخته می‌شوند از فولاد یا چدن ساخته می‌شدند] 1[.
اگرچه خوردگی اجتناب ناپذیر است، ولی هزینه آن را به مقدار زیادی می‌توان كاهش داد. مثلاً یك آند ارزان قیمت منیزیم می‌تواند عمر تانك آب گرم خانگی را دو برابر كند. شستشوی اتومبیل برای زدودن نمك‌هایی كه برای یخ بندان روی جاده می‌پاشند مفید است. انتخاب صحیح مواد و طراحی خوب، هزینههای خوردگی را كاهش می‌دهد. یك برنامه صحیح تعمیرات و نگهداری وارد صحنه می‌شود و می‌تواند موثر باشد و ماموریت اصلی آن مبارزه با خوردگی است.
جدا از مخارج مستقیم دلاری، خوردگی یك مشكل جدی است زیرا بطور روشنی باعث تمام شدن منابع طبیعی ما می‌گردد. مثلاً فولاد از سنگ آهن بدست می‌آید و میزان تولید داخلی سنگ آهن پر‌عیار كه مستقیماً قابل استفاده باشند، به شدت كاهش یافته است. توسعه صنعتی سریع بسیاری از كشورها نشان می‌دهد كه رقابت برای قیمت منابع فلزی افزایش خواهد یافت.
1-4- خسارات ناشی از خوردگی
در این قسمت بعضی اثرات زیان بار خوردگی تشریح خواهد شد ]2[
1-4-1- ظاهر
سطوح زنگ‌زده خوشایند نیستند. تجهیزات زنگ‌زده یا به شدت خورده شده در یك كارخانه تاثیر بدی روی بیننده خواهد گذاشت. به همین دلیل بدنه ماشین‌ها را رنگ کرده و یا در سازه‌های خارجی ساختمان‌ها از فولاد زنگ نزن، آلومینیوم، یا مس استفاده می‌شود.
1-4-2- مخارج تعمیرات و نگهداری و بهره برداری
بازسازی سطوح خورده‌شده و تعمیر آن‌ها بسیار پر هزینه است. به كاربردن مواد مقاوم در برابر خوردگی نیز مخارج زیادی را در بر دارد. بنابراین برای محافظت از این سطوح هزینه هنگفتی صرف می‌شود
1-4-3- تعطیلی كارخانه
غالباً بخاطر انهدام غیر منتظره ناشی از خوردگی، واحدی را متوقف می‌سازند یا قسمتی از یك سیستم را می‌خوابانند. و این خود منجر به توقف تولید و یا کند شدن روند آن شده و در برخی موارد افرادی را بیکار میکند.
1-4-4- آلوده شدن محصول
در اكثر موارد قیمت یك محصول در بازار به خلوص و كیفیت آن بستگی دارد. عاری بودن از آلودگی‌های جزئی فاكتور حیاتی در تولید و حمل و نقل پلاستیك‌‌های شفاف، رنگ‌ها، مواد غذایی، داروها و نیمه هادی‌ها[8]ست. در بعضی موارد مقدار كمی خوردگی كه باعث وارد شدن یون‌های فلزی به داخل محلول می‌گردد ممكن است باعث تجزیه كاتالیزوری[9] یك محصول گردد. از جمله این موارد تولید و انتقال پراكسید هیدروژن[10] غلیظ و یا هیدرازین[11] میباشد. درمواردی كه با آلودگی و تجزیه محصول مواجه هستیم عمر قطعه فاكتور مهمی نخواهد بود با وجود اینكه فولاد معمولی ممكن است سال‌ها دوام بیاورد، ولی فلز گرانتری بكار برده می‌شود تا از آلودگی محصول به محصولات خوردگی ناشی از فولاد معمولی اجتناب گردد.
1-4-5- نشت یا از بین رفتن محصولات با ارزش
نشت جزئی سولفوریك‌اسید به فاضلاب نگرانی حادی ایجاد نمی‌كند، زیرا سولفوریك‌اسید ماده ارزان قیمتی است. اما، نشت یا از بین رفتن ماده‌ای كه گالنی چند صد دلار ارزش دارد بایستی به سرعت متوقف گردد. نشت جزئی تركیبات یا محلول‌های اورانیم خطرناك است و می‌تواند خیلی گران تمام شود. در چنین مواردی استفاده از طراحی مناسب‌تر و مواد بهتر برای ساخت تجهیزات بخوبی قابل توجیه هستند.
1-4-6- اثرات بر امنیت و قابلیت اعتماد
كاركردن با مواد خطرناك مثل گازهای سمی، كلریدریك‌اسید، سولفوریك‌اسید و نیتریك‌اسید غلیظ، مواد منفجره و قابل اشتعال، مواد رادیواكتیو، و مواد شیمیایی در دماها و فشارهای بالا مستلزم استفاده از نوعی مواد ساختمانی است كه خطر انهدام خوردگی را به حداقل برساند. صرفه‌جویی در مواد ساختمانی در مواردی كه امنیت به خطر می‌افتد، مطلوب نیست. ملاحظات بهداشتی نیز می‌توانند مهم باشد مثل آلودگی آب آشامیدنی، محصولات خوردگی می‌توانند باعث شوند كه ضد عفونی كردن تجهیزات مشكل‌تر گردد.
- انواع خوردگی
دسته‌بندیهای مختلفی می‌توان برای انواع خوردگی داشت، یك نوع دسته‌بندی برای اساس ظاهر خوردگی میباشد كه برای تشخیص شكل ظاهری خوردگی، گاهی اوقات چشم غیرمسلح كافی میباشد و گاهی اوقات نیاز به بزرگنمایی‌های بالاتری میباشد، بر اساس شكل ظاهری، خوردگی را می‌توان به هشت نوع تقسیم‌بندی كرد ]2S/Cr2O3……….[.
1-5-1- خوردگی یکنواخت
در این نوع خوردگی لایه‌های سطحی فلز مورد حمله قرار گرفته و اثرات خوردگی در تمام سطح مشاهده شده و کاهش ضخامت در این نقاط تقریبا یکسان میباشد. به طور مثال زنگ زدگی معمولی آهن و کدر شدن نقره و تیرگی نیکل از این نوع خوردگی می‌باشند.
این نوع خوردگی معمولترین نوع خوردگی است. عمر تجهیزاتی که متحمل این نوع خوردگی می‌شوند، را می‌توان با آزمایش‌های سادهای همچون کوپن گذاری و اندازهگیری میزان کاهش وزن تخمین زد ]2S/Cr2O3…..[.
1-5-2- خوردگی گالوانیکی
این نوع خوردگی وقتی رخ می‌دهد که دو فلز یا آلیاژ متفاوت (یا دو ماده متفاوت دیگر همانند آلیاژ کربن و فلز) درحضور یک محیط خورنده با یکدیگر تماس پیدا کنند. درمنطقه تماس، فرآیند الکتروشیمیایی به وقوع می‌پیوندد که در آن ماده‌ای به عنوان کاتد عمل کرده و ماده‌ی دیگر آند می‌شود. در این فرآیند کاتد در برابر اکسید شدن محافظت شده و آند اکسید می‌شود ]2S/Cr2O3….[.
1-5-3- خوردگی شکافی
این خوردگی وقتی رخ می‌دهد که یک عامل خورنده در فاصله باریک بین دو جز گیر کند. با پیشرفت واکنش، غلظت عامل خورنده افزایش می‌یابد بنابراین واکنش با نرخ فزاینده‌ای پیشروی میکند ]2S/Cr2O3……….[.
فرم در حال بارگذاری ...
