انواع خوردگی فلزات: از اصول شیمیایی تا روش‌های پیشگیری

مقدمه

خوردگی فلزات پدیده‌ای طبیعی و خودبه‌خودی است که سالانه خسارات اقتصادی عظیمی به صنایع وارد می‌کند. این فرآیند الکتروشیمیایی باعث تخریب تدریجی مواد فلزی در اثر واکنش با محیط اطراف می‌شود. درک انواع مختلف خوردگی برای انتخاب راهکارهای مناسب محافظتی ضروری است. در این مقاله به بررسی جامع انواع خوردگی، مکانیسم‌های شیمیایی و روش‌های کنترل آن می‌پردازیم.

خوردگی یکنواخت (Uniform Corrosion)

ویژگی‌ها:

• شایع‌ترین نوع خوردگی

• تخریب یکنواخت در سطح فلز

• قابل پیش‌بینی و اندازه‌گیری

مکانیسم شیمیایی:

واکنش آند و کاتد به صورت تصادفی در سطح فلز جابجا می‌شوند:

آند: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻
کاتد: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻

مثال‌ها:

• زنگ زدن فولاد در هوای مرطوب

• خوردگی لوله‌های آب

روش‌های کنترل:

• رنگ‌آمیزی

• پوشش‌های محافظ

• استفاده از بازدارنده‌های خوردگی

خوردگی گالوانیکی (Galvanic Corrosion)

ویژگی‌ها:

• هنگامی که دو فلز مختلف در تماس الکتریکی قرار گیرند

• فلز با پتانسیل احیای کمتر (فعال‌تر) به عنوان آند عمل می‌کند

سری گالوانیک:

Mg (فعال) → Zn → Al → Fe → Ni → Cu → Ag (نجیب)

مثال‌ها:

• اتصال مس به فولاد در سیستم لوله‌کشی

• پیچ‌های فولادی در آلومینیوم

روش‌های کنترل:

• عایق‌بندی فلزات از یکدیگر

• استفاده از آند فداشونده

• طراحی مناسب اتصالات

خوردگی حفره‌ای (Pitting Corrosion)

ویژگی‌ها:

• حمله موضعی شدید

• ایجاد حفره‌های عمیق

• خطرناک‌ترین نوع خوردگی

مکانیسم:

1. شکست پوشش محافظ

2. تشکیل سلول حفره‌ای

3. رشد خودتکثیری حفره

مثال‌ها:

• خوردگی فولاد ضدزنگ در محیط کلراید

• تخریب مخازن شیمیایی

روش‌های کنترل:

• انتخاب مواد مناسب

• کنترل محیط (کاهش یون‌های مهاجم)

• پوشش‌دهی با کیفیت بالا

خوردگی شکافی (Crevice Corrosion)

ویژگی‌ها:

• در شکاف‌ها و مناطق محدود شده رخ می‌دهد

• نیاز به حضور الکترولیت راکد دارد

مکانیسم:

1. کاهش اکسیژن در شکاف

2. اسیدی شدن محیط شکاف

3. تسریع خوردگی

مثال‌ها:

• زیر واشرها و پیچ‌ها

• اتصالات فلزی

روش‌های کنترل:

• حذف طراحی‌های ایجادکننده شکاف

• آب‌بندی مناسب

• استفاده از مواد مقاوم

خوردگی بین دانه‌ای (Intergranular Corrosion)

ویژگی‌ها:

• حمله به مرز دانه‌ها

• کاهش استحکام مکانیکی

• ظاهر سالم سطح فلز

مکانیسم:

• رسوب کربید کروم در فولاد ضدزنگ

• تشکیل مناطق فقیر از کروم

مثال‌ها:

• خوردگی فولاد ضدزنگ سری 300 بعد از جوشکاری

• تخریب آلیاژهای آلومینیوم

روش‌های کنترل:

• عملیات حرارتی مناسب

• استفاده از فولادهای پایدار شده

• کنترل ترکیب شیمیایی

خوردگی فرسایشی (Erosion Corrosion)

ویژگی‌ها:

• ترکیب اثرات مکانیکی و شیمیایی

• افزایش سرعت خوردگی توسط جریان سیال

مکانیسم:

• تخریب لایه محافظ

• افزایش دسترسی محیط خورنده

مثال‌ها:

• خوردگی لوله‌های حاوی دوغاب

• پره‌های توربین بخار

روش‌های کنترل:

• کاهش سرعت سیال

• انتخاب مواد سخت

• طراحی هیدرودینامیک مناسب

خوردگی تنشی (Stress Corrosion Cracking)

ویژگی‌ها:

• ترکیب تنش مکانیکی و محیط خورنده

• ایجاد ترک‌های ناگهانی

• بسیار خطرناک و غیرقابل پیش‌بینی

سیستم‌های حساس:

• فولادهای کربنی در محیط قلیایی

• فولادهای ضدزنگ در کلراید

• آلیاژهای مس در آمونیاک

روش‌های کنترل:

• کاهش تنش‌های باقیمانده

• انتخاب مواد مناسب

• کنترل محیط

خوردگی میکروبی (Microbial Corrosion)

ویژگی‌ها:

• توسط میکروارگانیسم‌ها تسریع می‌شود

• در محیط‌های آبی و خاک

• تشکیل بیوفیلم

مکانیسم:

• تولید اسید توسط باکتری‌ها

• ایجاد اختلاف اکسیژن

• تولید ترکیبات خورنده

مثال‌ها:

• خوردگی خطوط لوله نفت

• تخریب سازه‌های دریایی

روش‌های کنترل:

• استفاده از مواد ضد میکروبی

• تصفیه محیط

• محافظت کاتدی

خوردگی در دمای بالا (High Temperature Corrosion)

ویژگی‌ها:

• در دماهای بالای 500 درجه سانتیگراد

• تشکیل اکسیدها و سولفیدها

• تخریب مواد دیرگداز

انواع:

• اکسیداسیون

• سولفیداسیون

• کربوراسیون

روش‌های کنترل:

• استفاده از پوشش‌های مقاوم به حرارت

• آلیاژسازی مناسب

• کنترل محیط کوره

روش‌های عمومی کنترل خوردگی

1. انتخاب مواد:

• فولادهای ضدزنگ

• آلیاژهای نیکل

• تیتانیوم و زیرکونیوم

2. طراحی مهندسی:

• حذف شکاف‌ها

• بهبود زهکشی

• کاهش تمرکز تنش

3. محافظت کاتدی:

• آندهای فداشونده

• جریان اعمالی

4. پوشش‌دهی:

• رنگ‌ها

• آبکاری

• پوشش‌های سرامیکی

5. بازدارنده‌های خوردگی:

• انواع آلی و معدنی

• مکانیسم جذب سطحی

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

شناخت انواع خوردگی و مکانیسم‌های آنها اولین گام در کنترل مؤثر این پدیده مخرب است. هر نوع خوردگی راهکارهای خاصی برای پیشگیری دارد، اما برخی اصول کلی مانند انتخاب مواد مناسب، طراحی صحیح و محافظت سطحی در همه موارد کاربرد دارند. با توجه به هزینه‌های بالای خوردگی در صنایع، سرمایه‌گذاری در زمینه کنترل و پیشگیری از خوردگی نه تنها ضروری بلکه بسیار مقرون به صرفه است.

توصیه‌های کلیدی:

1. همیشه شرایط محیطی را در انتخاب مواد در نظر بگیرید

2. از ترکیب روش‌های محافظتی استفاده کنید

3. برنامه‌های بازرسی منظم داشته باشید

4. به آموزش پرسنل در زمینه خوردگی اهمیت دهید

5. از آخرین فناوری‌های کنترل خوردگی استفاده نمایید

با به کارگیری این راهکارها می‌توان عمر سازه‌های فلزی را به طور قابل توجهی افزایش داد و از خسارات ناشی از خوردگی جلوگیری کرد.