خوردگی فلزات چیست؟ انواع خوردگی فلزات

هر ساله میلیاردها دلار در سراسر جهان صرف جبران خسارات ناشی از خوردگی می‌شود؛ خساراتی که شامل توقف خطوط تولید، هزینه‌ های تعمیر و تعویض قطعات و حتی حوادث و سوانح ناشی از شکست تجهیزات است. اما خوردگی فلزات چیست؟ به زبان ساده، خوردگی فرآیندی است که طی آن فلزات در اثر واکنش های شیمیایی یا الکتروشیمیایی با محیط اطراف دچار تغییرات ناخواسته می‌شوند و خواص مکانیکی و ظاهری خود را از دست می دهند. این پدیده یکی از مهم ‌ترین چالش ها در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، خودروسازی، هوافضا، ساختمان‌ سازی و صنایع دریایی است.

شناخت انواع خوردگی فلزات، بررسی عوامل موثر بر آنها و آگاهی از روش های جلوگیری از وقوع انواع خوردگی در فلزات برای هر مهندس یا تکنسینی که با تجهیزات فلزی سروکار دارد، ضروری است. همچنین بهره‌گیری از فناوری های نوین مانند مونیتورینگ خوردگی و تست‌ های غیر مخرب (NDT) می‌تواند نقش کلیدی در پیشگیری از خرابیهای پرهزینه ایفا کند. در این مقاله این پدیده را به طور کامل توضیح خواهیم داد. همراه ما باشید.

چرا فلزات خورده می‌شوند؟

دلیل اصلی خوردگی فلزات، تمایل طبیعی آنها به بازگشت به حالت پایدارتر معدنی است. اکثر فلزات در طبیعت به شکل سنگ معدن وجود دارند و برای استفاده صنعتی، طی فرآیندهای مختلف از این ترکیبات جدا شده و به حالت خالص یا آلیاژی تبدیل می‌شوند.

با قرار گرفتن فلز در محیط، واکنش‌های شیمیایی و الکتروشیمیایی باعث می‌شود فلز دوباره به ترکیبات پایدار بازگردد. این فرآیند تحت تاثیر موارد زیر تشدید می‌شود:

وجود رطوبت و الکترولیت‌ ها
دما و فشار بالا
آلودگی ‌های صنعتی و گازهای خورنده
اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی بین بخش های مختلف فلز

مکانیسم کلی خوردگی فلزات

خوردگی معمولاً بر اساس واکنش‌های الکتروشیمیایی رخ می‌دهد و شامل دو نیم‌ واکنش است:

واکنش آندی (Oxidation): فلز الکترون از دست می‌دهد و به یون فلزی تبدیل می‌شود.
مثال:

Fe → Fe²⁺ + 2e

واکنش کاتدی (Reduction): الکترون‌های آزاد شده در واکنش آندی، توسط یک گونه شیمیایی دیگر در محل کاتد مصرف می‌شوند.
مثال در محیط اسیدی:

2H⁺ + 2e⁻ → H₂

زمانی که این دو واکنش همزمان رخ دهند، مدار الکتروشیمیایی کامل شده و خوردگی آغاز می‌شود.

رایج ‌ترین انواع خوردگی فلزات

خوردگی فلزات بسته به شرایط محیطی، نوع فلز و مکانیزم واکنش می‌تواند به اشکال مختلفی بروز کند. در ادامه، رایج ‌ترین انواع خوردگی در فلزات را با جزئیات بیشتری بررسی می‌کنیم:

1. خوردگی یکنواخت (Uniform Corrosion)

خوردگی یکنواخت به ‌طور یکنواخت در سطح فلز گسترش می‌یابد و منجر به کاهش تدریجی ضخامت می‌شود. قابل پیش‌ بینی و اندازه‌گیری است و معمولاً با محاسبه نرخ کاهش ضخامت کنترل می‌شود.

نمونه‌ ها: زنگ‌ زدگی یکنواخت فولاد در محیط مرطوب، اکسیداسیون آلومینیوم در هوای آزاد.

2. خوردگی گالوانیکی (Galvanic Corrosion)

خوردگی گالوانیکی زمانی رخ می‌دهد که دو فلز با پتانسیل الکتروشیمیایی متفاوت، در حضور یک الکترولیت، در تماس مستقیم باشند. فلز فعالتر (آند) خورده می‌شود و فلز نجیب تر (کاتد) محافظت می‌گردد. شدت آن به اختلاف پتانسیل دو فلز و مقاومت الکترولیت بستگی دارد.

نمونه ‌ها: خوردگی پیچ فولادی در سازه آلومینیومی در محیط دریایی.

3. خوردگی حفره ‌ای (Pitting Corrosion)

خوردگی حفره ‌ای موضعی که باعث ایجاد حفره‌ های کوچک اما عمیق در سطح فلز می‌شود و خطرناک است چون سطح فلز ممکن است ظاهراً سالم به نظر برسد، ولی در عمق آسیب جدی ببیند.

نمونه‌ ها: خوردگی فولاد ضدزنگ در حضور یون کلرید.

4. خوردگی شیاری (Crevice Corrosion)

خوردگی شیاری در نواحی بسته یا دارای شکاف رخ می‌دهد که اکسیژن کافی به آن ناحیه نمی‌رسد. معمولاً در محل اتصالات، زیر واشرها یا رسوبات جامد شکل می‌گیرد.

نمونه ‌ها: خوردگی زیر آب ‌بندی ‌های لاستیکی در تجهیزات دریایی.

5. خوردگی بین ‌دانه‌ای (Intergranular Corrosion)

خوردگی بین ‌دانه‌ای به مرزهای دانه ‌های فلز حمله می‌کند و موجب تضعیف ساختار می‌شود، بدون آنکه ظاهر سطح تغییر زیادی داشته باشد. اغلب ناشی از رسوب کاربیدها یا تغییرات متالورژیکی در حین عملیات حرارتی است.

نمونه‌ ها: خوردگی فولاد ضدزنگ حساس ‌شده پس از جوشکاری.

6. خوردگی سایشی (Erosion Corrosion)

خوردگی سایشی ترکیبی از خوردگی شیمیایی و سایش مکانیکی ناشی از حرکت سریع سیال بر روی سطح فلز است. معمولاً الگوهای شیار مانند یا حفره‌ های کشیده ایجاد می‌کند.

نمونه‌ ها: خوردگی در تیغه ‌های پمپ یا لوله‌ های انتقال دوغاب معدنی.

7. خوردگی تنشی (Stress Corrosion Cracking – SCC)

خوردگی تنشی ترک ‌خوردگی فلز تحت تأثیر همزمان تنش مکانیکی و محیط خورنده. می‌تواند منجر به شکست ناگهانی قطعه شود.

نمونه‌ ها: ترک‌ خوردگی در خطوط لوله فولادی در محیط‌ های حاوی کلرید یا هیدروکسید.

عوامل موثر بر خوردگی فلزات

عوامل موثر بر خوردگی فلزات را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد:

عوامل محیطی

رطوبت نسبی بالا
وجود گازهای خورنده مانند SO₂، H₂S و کلر
دما و فشار بالا
PH محیط و میزان شوری

2. عوامل متالورژیکی

ترکیب شیمیایی آلیاژ
وجود ناخالصی ‌ها
ساختار میکروسکوپی
تنش های باقیمانده در فلز

بیشتر بخوانید: انواع خوردگی در صنعت و روش‌های جلوگیری از آن

انواع خوردگی فلزات بر اساس ظاهر

دسته ‌بندی خوردگی بر اساس ظاهر شامل موارد زیر است:

خوردگی یکنواخت: کاهش ضخامت همگن
خوردگی موضعی: مانند حفره‌ای و شیاری
خوردگی فیلیفرم (Filiform): ایجاد الگوهای رشته ‌ای زیر پوششها
خوردگی لایه‌ای (Lamellar): جدا شدن لایه ‌های فلز

راه ‌های جلوگیری از خوردگی فلزات

برای کاهش یا جلوگیری از وقوع خوردگی، می‌توان از ترکیبی از روش‌های فنی و مدیریتی استفاده کرد. مهم‌ترین روش‌های جلوگیری از وقوع انواع خوردگی در فلزات عبارت ‌اند از:

پوشش ‌دهی سطحی: استفاده از رنگ، پوشش پودری، گالوانیزه کردن یا آبکاری برای ایجاد لایه محافظ.
استفاده از آلیاژهای مقاوم به خوردگی: مانند فولاد ضدزنگ یا آلیاژهای نیکل و تیتانیوم.
کنترل محیط: کاهش رطوبت، استفاده از گازهای خشک و کنترل PH محیط.
حفاظت کاتدی و آندی : اعمال جریان الکتریکی یا استفاده از آند فداشونده برای جلوگیری از واکنش خوردگی.
مونیتورینگ خوردگی: نصب سنسورها و تجهیزات پایش مداوم وضعیت فلزات برای شناسایی زودهنگام خوردگی.
تجهیزات تست ‌های غیر مخرب (NDT): استفاده از روش‌ هایی مانند التراسونیک، رادیوگرافی یا جریان گردابی، استفاده از ضخامت سنج التراسونیک برای بررسی ضخامت و تشخیص عیوب بدون آسیب رساندن به قطعه.

نتیجه‌گیری

در پاسخ به پرسش خوردگی فلزات چیست، باید گفت که این پدیده یک فرآیند شیمیایی یا الکتروشیمیایی است که موجب تخریب و از بین رفتن خواص فلز می‌شود. آشنایی با انواع خوردگی فلزات و عوامل موثر بر خوردگی فلزات، به مهندسان و صنعتگران کمک می‌کند تا بهترین روشهای جلوگیری از وقوع انواع خوردگی در فلزات را انتخاب کنند. استفاده از مونیتورینگ خوردگی و تست‌های غیر مخرب نقش مهمی در کاهش هزینه‌ های تعمیر و نگهداری و افزایش طول عمر تجهیزات ایفا می‌کند.