خوردگی فلزات
خوردگی فلزات فرآیندی است که طی یکسری واکنش های تدریجی ، پشت سرهم و خودبه خودی از سطح فلزآغاز شده وتا عمق ودرون فلز نفوذ می کند . تعریف دیگری که برای خورگی می توان گفت : از بین رفتن یک فلز در اثر واکنش با عوامل محیطی است. تخریب فلزات دراثر خوردگی محصول واکنش های الکتروشیمیایی است که در فلز رخ می دهد.
خوردگی فلزات از سه جنبه برای ما مشکل ساز است : 1) ایمنی 2) اقتصادی 3) مصرف منابع طبیعی
عوامل موثر در خوردگی فلزات عبارتند از : 1) جنس ونوع فلز 2)محیط وشرایط محیطی مانند دما ، Ph محیط و...
برای مثال در محیط هایی که املاح بسیار وجود دارد به خصوص کلر مانند محیط های دریایی روی مذت زمان و سرعت خوردگی و تخریب فلز موثر است .
خوردگی در همه فلزات با سرعت یکسان اتفاق نمی افتد بلکه سرعت خوردگی در محیط های مختلف متفاوت است برای مثال در محیط هایی با Ph
اسیدی نسبت به محیطی با Ph قلیایی خوردگی بیشتر اتفاق می افتد و هم چنین در محیط هایی که اکسیژن بیشتری وجود دارد احتمال وقوع خوردگی بالا تر
می رود، بنابراین میتوانیم بگوییم که خوردگی فلزات تحت تاثیر خواص و ویژگی های فلز یا آلیاژ فلزی و نیز تحت تاثیر محیط و عوامل محیطی است .
عوامل محیطی که بر خوردگی فلزات تاثیر می گذارند عبارتند از : 1)Ph محیط 2) دما 3) قدرت اکسندگی ( پتانسیل اکسایش - کاهش ) 4) جریان
مثال ملموس و واضح از خوردگی فلزات تشکیل یک لایه قرمز رنگ اکسید آهن هیدراته روی فلز آهن است که اصطلاحا زنگ آهن نامیده میشود.
مثال دیگر تشکیل یک لایه سبز رنگ کربنات قلیایی روی سطح فلز مس است ، فلز مس وقتی در معرض هوای مرطوب دارای کربن دی اکسید قرار
بگیرد دچار خوردگی میشود .
فلزات در طبیعت به صورت کربنات ، سولفید و سولفات فلزی وجود دارند که به این نرکیبات نمکی از فلز سنگ معدن می گویند که سطح انرژی پایینی
دارند و از نظر ترمودینامیکی پایدار هستند اما در مقابل فلزات خالص واستخراج شده سطح انرژی بالایی دارند و از نظر ترمودینامیکی ناپایداراند .
حال باتوجه به نکته ذکر شده در پاراگراف بالا به توضیح علت وقوع خوردگی از منظر ترمودینامیکی می پردازیم.
همانطور که گفتیم فلزت در حالت خالص از نظر ترمودینامیکی ناپابدارند وسط انرژی بالایی دارند بنابراین تمایل دارند از نظر شیمیایی و الکتروشیمیایی
با محیط اطراف خود واکنش بدهند و به مواد پایدارتر (نمک فلزی یا سنگ معدن ) تبدیل شوند .این واکنش از سطح فلز خالص شروع شده وبه مرور تا
عمق آن پیش می رود ، به این فرآیند علت خوردگی فلزات از دیدگاه ترمودینامیکی می گویند.
درخوردگی دو اصل مطرح است : 1) اصل ترمودینامیکی 2) اصل الکتروشیمیایی
اصل ترمودینامیکی : جهت خود به خودی بودن یک واکنش شیمیایی را تعیین می کند. با بررسی سطح انرژی گونه های شرکت کننده در واکنش می توان
پیش بینی کرد که واکنش ها ازنظر ترمودینامیکی در کدام جهت خود به خودی هستند. درخوردگی چون فلزات در حالت خاص از نمک خود ناپایدارترند
و سطح انرژی بالایی دارند طبق اصل دوم ترمودینامیک تمایل دارند در جهتی از واکنش پیش بروند تا پایدارشوند وبه سطوح انرژی پایین یعنی ترکیبات
اکسید شده و نمک فلز برسند.
اصل الکتروشیمیایی : تعیین کننده رفتار خوردگی مواد است. واکنش خوردگی را می توان با واکنش های جزئی یعنی اکسیداسیون فلز و کاهش گونه دیگر
در محیط نشان داد که به طور همزمان با سرعت برابر در پتانسیل مخلوط واکنش رخ می دهد. واکنش خوردگی به طور عمده در حد واسط میان فلز و
محیط پیرامون ان رخ میدهد.
اثرات نامطلوب خوردگی : 1) خوردگی باعث کاهش خواص مطلوب و مفید فلز می شود . برای مثال چون بر اثر خوردگی فلزات به مرور تحلیل می
روند استحاکم خود را از دست می دهند ویا چون بر اثر خوردگی سطوح ناهموار وحفره دار یا تغییر رنگ روی سطح فلزات دیده میشود فلز ظاهر براق و
صاف خود را از دست می دهدو ظاهر غیر جذاب بصری ایجاد می کند .
2) محصولات خوردگی می توانند باعث آلودگی محیط بشوند برای مثال خوردگی وزنگ زدگی ناشی از خوردگی فلز می تواند سطوح مجاور ولباس ها
وسایر مواد را لکه دار کنند . در موارد خاص اگر محصولات خوردگی حاوی مواد سمی باشند می توانند خطرات زیست محیطی و بهداشتی نیز رقم بزنند .
3) فرض کنید یکه یا چند قطعه فلزی در خط تولید کارخانه دچار خوردگی شده باشد چون کارایی این قطعات خورده شده کمتر می شود پس جایگزینی
این قطعات هزینه بر و زمان بر است .
4) اعمال و افزایش هزینه برای ممانعت ومحافظت و نگهداری قطعات وتجهیزات فلزی در برابر خوردگی
5) مصرف منابع محدود فلزی که به صورت معادن دراختیار جوامع بشری است .
سه تئوری برای خوردگی مطرح است : 1)تئوری اسید 2) تئوری حمله شیمیایی مستقیم یا خوردگی خشک 3) تئوری خوردگی الکتروشیمیایی یا تر
تئوری اسید :به طور ویژه زنگ زدن آهن در اتمسفر را بررسی می کند. براساس این تئوری زنگ اهن نتیجه واکنش های پشت سر هم ، اکسیژن ، کربن
دی اکسید ورطوبت بر سطح آهن است که آهن را به بی کربنات آهن محلول تبدیل کرده و سپس به دنبال آن بع کربنات آهن بازی ودر نهایت به اکسید آهن
هیدراته تبدیل می کند.
این تئوری با دو واقعیت اثبات می شود :از آنالیز زنگ آهن ایجاد شده متوجه شدند که کربنات های آهن واکسید آهن آبدار در مخلوط زنگ آهن وجود دارد .
زنگ زدگی آهن را می توان با افزودن آهک یا سود به آبی که آهن در آن غوطه ور است به تعویق انداخت.
تئوری حمله شیمیایی مستقیم یا خوردگی خشک : این تئوی بیان میکند که خوردگی در اثر واکنش مستقیم با عامل خورنده صورت می گیرد. برای مثال
خوردگی لوله ها ی رابط و کپسول های حامل گاز بسیار خورنده هیدروزن سولفید که به عناون گاز ترش نیز معروف است .
تئوری خوردگی الکتروشیمیایی یا خوردگی تر:این خوردگی در شرایطی که رطوبت در محیط وجود داشته باشد منجر به ایجاد مدار های کوتاه در سلول
گالوانی می شود . در این تئوری بیان شده است که دو شرط برای ایجاد خووردگی در فلزات برقرار است وجود طوبت ، وجود دوفلز متفاوت
خوردگی الکتروشیمیایی نسبت به خوردگی حمله شیمیایی مستقیم متداول تر است .
این خوردگی شامل : نواحی میان اتصالات کاتدی آندی است .اکسایش یا خوردگی در ناحیه آندی صورت می گیرد و منجر به تولید یون های فلزی
میشود.یون های نافلزی مانند هیدروکسید یا اکسیژن در ناحیه کاتدی تشکیل می شوند . توزیع یون های فلزی و نافلزی در نواحی اطراف خود منجر به
خوردگی میان نواحی کاتدی و آندی می شود .
تعدادی از انواع خوردگی : 1) خوردگی یکنواخت یا معمولی 2) خوردگی گالوانی یا دو فلزی 3) خوردگی حفره ای
4) خوردگی سلول غلظتی 5) خوردگی سایشی
خوردگی یکنواخت یا معمولی :متداول ترین نوع خوردگی است . در این نوع خوردگی به صورت یکنواخت به طریق شیمیایی و الکتروشیمیایی از سطح
فلز کم می شود . این نوع خوردگی از نظر تناژ مقادیر فلز خورده شده بالاترین رقم را دارد .خوردگی آهن نمونه ای از این خوردگی است .
روش های محافظت و مقابله با خوردگی یکنواخت : 1) انتخاب صحیح مواد و پوشش هایی مثل رنگ و گریس کاری 2) آبکاری 3)استفاده از ممانعت
کننده ها 4)حفاظت کاتدی :یعنی بین فلز دیگری با فلز اصلی که میخواهیم از آن در برابر خوردگی محافظت کنیم اتصال ایجاد میکنیم در این صورت فلز
ثانوی تمایل بیشتری برای خورده شدن و از دست دادن الکترون باید داشته باشد .
خوردگی گالوانی یا دو فلزی : وقتی رخ می دهد که دو فلز متفاوت در اتصال با یکدیگر قرر داشته باشند و در معرض یک محلول هادی (الکترولیت) قرار
بگیرند.در این صورت فلز مقاوم تر دچار خوردگی نمی شود اما آهنگ خوردگی فلزی که مقاومت کمتری دارد افزایش می یابد .
به علت وجود جریان الکتریکی بین دو فلز غیرهم جنس این نوع خوردگی الوانی یا دو فلزی نامیده می شود .
برای ایجاد خوردگی گالوانی حتما سه شرط باید برقرار باشد : 1) فلز ها مثل هم نباشند 2)حتما هادی جریان یا به عبارتی الکترولیت وجود داشته باشد
3) حتما جریان برقرار باشد .
راه های جلوگیری از خوردگی گالوانی : 1) از کوپل شدن دوفلز و ایجاد زوج گالوانی باید جلوگیری کنیم . 2)از ایجاد وبرقراری شرایطی و محیطی که
ارتباط و اتصال دو فلز را برقرار میکند ممانعت کنیم .
خوردگی حفره ای : در این نوع خوردگی در فلزات حفره وسوراخ ایجاد می شود. حفره دار شدن نوع شدیدی از خوردگی است . حفره های ایجاد شده بر
اثر این نوع خوردگی می تواند قطر های مختلفی داشته اشد ولی اکثرا کوچک اند. تقلیل وکاهش وزن در این نوع خوردگی بسیار ناچیز است . مثال برای
این نوع خوردگی سوراخ شدن لوله های مسی براثر جریان آب
خوردگی سلول غلظتی :این نوع خوردگی در مورد قطعات فلزی و پوشش های فلزی به وقوع می پیوندد که بخشی از آن در یک محلول الکترولیت غوطه ور است وبخشی دگر در معرض اکسیژن و هوای آزاذ قرار دارد . قسمتی که در مجاورت با اکسیژن کمتری قرار دارد آند است و اکسایش در آن رخ می دهد وقسمتی که در مجاوت با اکسیژن بیشتری قرار دارد کاتد است و کاهش می یابد .
خوردگی سایشی : از سرعت حرکت نسبی یک مایع خورندهدر سطح فلز ایجاد می شود . این نوع خوردگی معمولا در لوله کشی ها ، پروانه ها وتیغه های
توربین ها و دریچه ها و پمپ ها دید می شود. ظاهر شیاردار، موجی شکل وسوراخ های نا هموار کروی شکل که در یک جهت قرار دارند ناشی از این
نوع خوردگی است .
