خوردگی فلزات چیست؟ انواع خوردگی فلزات

به طور کلی، خوردگی فلزات یک پدیده طبیعی است که تقریبا بر تمام اجسام فلزی که در زندگی روزمره استفاده می کنید، تاثیر می گذارد. در واقع یک نتیجه رایج از واکنش های الکتروشیمیایی بین مواد و ترکیبات موجود در محیط است. خودروها، هواپیماها، ابزار پزشکی، ساختمان ها، زیر ساخت ها، لوازم خانگی و سیستم های توزیع انرژی همگی از فلز تشکیل شدند و این فرایند طبیعی بر همه آنها تاثیر می گذارد. در محیط های خاص، فلزات ممکن است در معرض انواع مختلفی از این فرایند قرار گیرند.

حتی یک آلیاژ منفرد بسته به قرار گرفتن در معرض محیط های مختلف در نقاط مختلف یک سیستم می تواند بیش از یک شکل از خوردگی را تجربه کند. مدت زمان، شرایط کلی و سطح قرار گرفتن در معرض محیط های خورنده همگی بر میزان، شدت و نوع آن تاثیر گذارند. در ادامه به بررسی دقیق تر خوردگی فلزات و انواع آن می پردازیم.

خوردگی فلزات چیست؟

خوردگی یک مشکل بسیار خطرناک و پرهزینه است. به همین دلیل، ساختمان ها و پل ها ممکن است فرو بریزیند، خطوط لوله نفت بشکند و کارخانه های شیمیایی نشت کنند. رایج ترین انواع آن، ناشی از واکنش های الکتروشیمیایی است. این فرایند زمانی رخ می دهد که سطح فلز با یک محیط خورنده واکنش دهد یا تحت شرایط نامساعد دیگری قرار گیرد که باعث این مشکل شود. اکسیداسیون یا تشکیل زنگ زدگی در سطح در معرض فلز می دهد و باعث می شود که مواد در طول زمان ضعیف شوند و ساختار آن آسیب ببیند.

البته این یک فرایند طبیعی است که یک فلز تصفیه شده را به اکسید فلزی پایدارتری تبدیل می کند. تبادل الکترون بین فلز و محیط رخ می دهد و فلز در این فرایند الکترون های خود را از دست می دهد. فلزات در طول زمان به طور طبیعی خورده می شوند، اما نوع محیطی که مواد در معرض آن قرار می گیرند می تواند روند این فرایند را تسریع کند.

عوامل موثر در خوردگی فلزات:

از جمله عوامل موثر در این فرایند می توان به:

• دما
• pH
• نوع یون ها
• مقدار رسانایی
• پتانسیل الکتروشیمیایی

اشاره کرد.

چرا فلزات خورده می شوند؟

بیشتر فلزات به صورت طبیعی در حالت فلزی خود وجود ندارند، برای جدا کردن این عناصر فلزی از ترکیباتی که در طبیعت تشکیل می دهند، انرژی  لازم است. از آنجایی که آنتروپی افزایش می یابد و انرژی آزاد باید کاهش یابد، اتم هایی که فلزی را در حالت فراپایدار تشکیل می دهند، می خواهند به شرایط پایداری برگردند که برای حفظ آن به انرژی کمتری نیاز داشته باشند. خوردگی در واقع بازگشت انرژی است که برای استخراج آنها از حالت اولیه کم انرژی از طریق اکسیداسیون استفاده می شود. این موضوع از طریق تبادل الکترونی که بین فلز و محیط آن رخ می دهد به دست می آید.

در طول این فرایند، فلز معمولا الکترون های خود را از دست می دهد و اکسید می شود. در حالی که مواد محیطی روی آن اثر می گذارند، الکترون می گیرند و کاهش می یابند. این واکنش هم خود به خود هم از نظر الکتروشیمیایی مطلوب است.

رایج ترین انواع خوردگی فلزات چیست؟

اصولا بر اساس نحوه نمایش آن را طبقه بندی می کنند. اشکال مختلف آن بر اساس ظاهر فلز خورده با اشکال خوردگی که با مشاهده بصری شناسایی می شوند،گروه بندی می شوند. در بیشتر مواد این موضوع با چشم غیر مسلح کافی است؛ اما گاهی اوقات بزرگنمایی مفید با ابزار مورد نیاز است. به طور کلی آن را به سه گروه می توان تقسیم نمود:

• بررسی با ابزار اضافی
• تعیین با مشاهده بصری
• نیازمند تایید میکروسکوپی

در این گروه ها انواع مختلفی از این فرایند قرار می گیرند که در ادامه به بررسی رایج ترین آنها می پردازیم.

تنشی:

این نوع به صورت شکستگی های کوچک و مویی ایجاد می کند. در واقع زمانی رخ می دهد که مواد در محیط خورنده هستند و تنش های کششی وجود دارد. همه فلزات دارای محدوده/محدوده کششی متفاوتی هستند و هر چه به ارتفاع این حد نزدیکتر باشد، احتمال این نوع بیشتر می شود.

حفره ای:

در این مدل، حفره‌های کوچک و زنگ‌زده روی سطح فلز شکل می‌گیرند. این حفره‌ها به مرور زمان به صورت سوراخ‌هایی عمیق‌تر شده و به داخل فلز نفوذ می‌کنند. این پدیده معمولاً به دلیل مشکلاتی مانند نقص‌های ساختاری، پوشش‌دهی نامناسب، ناهمگونی در سطح فلز یا آسیب به لایه محافظ آن ایجاد می‌شود. این نوع خوردگی به دلیل ماهیت موضعی و پیشرونده‌اش، می‌تواند به سرعت باعث تخریب بخش‌های حیاتی فلز شود و خطرات جدی برای سازه‌ها و تجهیزات به همراه داشته باشد.

در واقع پس از بررسی، حفره های کوچک داخل مواد مشخص می شوند. اگرچه ترک ناشی از تنش نیز وجود دارد، اما این نشانه هایی از نوع بسیار خطرناک تر است. این حفره های کوچک و عمیق می توانند در اثر عوامل مختلفی ایجاد شوند که شامل:

• آسیب به فیلم
• کاربرد ضعیف پوشش
• رسوبات خارجی در خود فلز

است. با این وجود اگر در اوایل چرخه عمر فرایند تولید، حفره ای ایجاد نشود، می تواند باعث خرابی های بسیاری سریع و ویرانگر شود. در نقاطی که این  فیلم شکسته شده است، رطوبت پتانسیل ورود و ایجاد خوردگی سلول ها را دارد. این باعث افزایش خطر شکست در خود ماده می شود، زیرا چندین نقطه وجود دارد که دانه های ماده استحکام ساختاری ندارند.

فرسایشی:

یکی از رایج ترین اشکال این فرایند، نوع فرسایشی است. این موضوع زمانی رخ می دهد که یک مایع خورنده از روی یک فلز عبور می کند و در نتیجه باعث تخریب سریع سطح فلز آن می شود. این نوع سایش روی فلزات معمولا با چشم غیر مسلح نیز قابل مشاهده است. شیارها، دهانه ها یا دره هایی را روی سطح مواد ایجاد می کند.

یون های روی سطح مواد به معنای واقعی کلمه توسط نیروی مایع خورنده ای که روی آن جریان دارد از بین می رود. این باعث می شود که مواد با برداشتن فیلم و نفوذ به خود فلز، در معرض آسیب بسیار بیشتری قرار می گیرند.

شکاف:

در داخل شکاف ها ایجاد می شود و می تواندبر هر چیزی که به فلز متصل است، تاثیر بگذارد. فلز جوش داده شده روی فلز یا حتی فلز متصل به اجسام غیر فلزی.

این شکاف ها اغلب با آلاینده هایی پر می شود که سرعت فرایند خوردگی را تسریع می کنند. آب بزرگترین مظنونی است که باید مراقب آن بود. این آب کاتالیزور در ایجاد واکنش های الکتروشیمیایی است که در نهایت باعث تجزیه و شکست مواد می شود.

موضوعی، یکنواخت یا عمومی:

بدترین و خطرناک‌ترین نوع خوردگی، نوعی است که به طور گسترده و یکنواخت در تمام سطح فلز اتفاق می‌افتد. این مشکل معمولاً ناشی از نبود پوشش محافظ یا آسیب دیدن آن است که باعث می‌شود فلز به طور مستقیم در معرض عوامل خورنده محیطی قرار گیرد. این نوع خوردگی به راحتی با چشم غیرمسلح قابل تشخیص است، زیرا سطح فلز به طور یکسان دچار تخریب و فرسایش می‌شود. این پدیده نه تنها ظاهر فلز را تحت تأثیر قرار می‌دهد، بلکه به مرور زمان باعث کاهش استحکام و عملکرد آن نیز می‌شود.

بین دانه ای:

فلزها از میلیاردها دانه تشکیل شدند که مسئول استحکام فلز هستند. اگر خوردگی بین دانه ای رخ دهد، ساختار فیزیکی که فلز را در کنار هم نگه می دارد در معرض خطر قرار می گیرد.

گالوانیکی:

زمانی که دو فلز غیر مشابه برای مدت طولانی در تماس باشند، این مدل رخ می دهد. تفاوت پتانسیل الکترود بین فلزات باعث ایجاد سلولی به نام زوج دو فلزی می شود. سلول زوج دو فلزی باعث می شود که یک فلز به عنوان کاتد و دیگری به عنوان آند عمل کند. البته به یاد داشته باشید که هرچه دو فلز از یکدیگر دورتر باشند، تاثیر بالقوه بیشتری در مورد خوردگی دارند.

روش های پیشگیری از خوردگی:

می توان از خوردگی با روش های متنوعی جلوگیری نمود. جریان های الکتریکی می توانند فیلم های غیر فعال را روی فلزاتی که معمولا ندارند، تولید کنند. برخی از فلزات در محیط های خاص پایدارتر از بقیه هستند و دانشمندان آلیاژ هایی مانند فولاد ضد زنگ را برای بهبود عملکرد در شرایط خاص اختراع کردند. پیشگیری از این فرایند شامل راهکارهای زیر است:

• انتخاب مواد مناسب
• طراحی ویژه محصول
• استفاده از روش های حفاظتی
• نصب و نگهداری صحیح قطعات
• به کارگیری بهترین تحقیق، توسعه و آزمایش در کلاس

انتخاب آلیاژ مناسب با ترکیب شیمیایی ایده آل، کلید پیشگیری از این فرایند طبیعی است.

حفاظت طبیعی:

برخی از فلزات دارای انفعال طبیعی یا مقاومت در برابر خوردگی هستند. این موضوع زمانی رخ می دهد که فلز با اکسیژن هوا واکنش می دهد یا در آن خورده می شود. در نتیجه یک لایه اکسید نازک ایجاد می شود که تمایل فلز را برای انجام واکنش بیشتر مسدود می کند. در مورد فولاد ضد زنگ حاوی حداقل 11 درصد کروم، زمانی که آن فلز در معرض یک محیط اکسیژن دار قرار می گیرد، کروم با هوا واکنش داده و یک لایه اکسید غیر فعال روی سطح فلز تشکیل می دهد. این امر اکسیداسیون بیشتر با کند می کند و به فلز کمک می کند تا در برابر خوردگی یکنواخت و موضعی مقاومت کند. البته عناصر دیگر نیز در این اثرات دخیل هستند.

آیا همه فلزات خورده می شوند؟

بله، برخی مانند آهن خالص به سرعت خورده می شوند. با این حال، فولاد ضد زنگ که آهن و آلیاژهای دیگر را ترکیب می کند، کندتر خورده می شود و بنابراین بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

سرعت خوردگی چیست و چگونه محاسبه می شود؟

این عامل به میزان تخریب یا از بین رفتن مواد در اثر واکنش های شیمیایی یا الکتروشیمیایی با محیط اطراف اشاره کرد. این سرعت نشان می دهد که یک ماده با چه سرعتی در اثر این فرایند ضعیف یا تخریب می شود. این عامل را معمولا بر اساس عمق خوردگی در واحد زمان یا جرم از دست رفته در واحد سطح و زمان بیان می شود.

یکی از روش های عالی برای اندازه گیری سرعت خوردگی فلزات، دستگاه اندازه گیری آنلاین سرعت خوردگی فلزات است. این دستگاه نتایج را با دقت و سرعت بالا ارائه می دهد. نمونه را تخریب نمی نماید و کاربردهای متنوعی در محیط های مختلف دارد. برای خرید این دستگاه، کافیست به شیمی استور مراجعه نمایید.

جمع بندی:

خوردگی فلزات یک پدیده طبیعی و الکتروشیمیایی است که در اثر واکنش فلزات با محیط اطراف رخ می دهد و باعث تخریب تدریجی آنها می شود. این فرایند در صنایع مختلف مانند خودروسازی، ساختمان سازی و نفت و گاز کاربرد دارد. انواع اصلی آن شامل یکنواخت، حفره ای، تنشی، رطوبت و حضور یون های خورنده هستند. در این مقاله به بررسی خوردگی فلزات و انواع مختلف آن پرداختیم.