یکی از عوامل ناخوشایند که در اکثر تجهیزات صنعتی با آن مواجه هستیم، خوردگی فلزات است. خوردگی واکنش شیمیایی و یا الکتروشیمیایی عناصر محیط با قطعات فلزی است و می تواند موجب تخریب ساختار فلز و در نتیجه شکست قطعه در ناحیه خورده شده شود. لذا در نظر گرفتن مقاومت به خوردگی در طراحی قطعات صنعتی از اهمیت بسزایی برخوردار است.
در قطعات فلزی عوامل خوردگی باید شناخته شده و متناسب با آن پوشش ضد خوردگی (رنگ، گالوانیزه و …)، آلیاژ مقاوم به خوردگی، تجهیزات جلوگیری از خوردگی (سیستم های حفاظت کاتدی) و اقدامات دوره ای ترمیمی (سند بلاست جهت اکسید زدایی و …) در نظر گرفته شود.
تقریبا تمامی صنایع با خوردگی در سطوح مختلف سر و کار دارند. نمونه ای از کاربردهایی که انتخاب آلیاژ مقاوم به خوردگی نقش تعیین کننده ای دارند عبارت است از:
- رآکتورهای صنایع دارویی، شیمیایی و غذایی
- لوله های انتقال مواد شیمیایی و فرآورده های پتروشیمی
- تجهیزات حفاری چاه های نفت و گاز که در مواجهه با گاز ترش قرار دارند
- تجهیزات شناورها و سکوهای نفت و گاز که در تماس مستقیم با آب دریا قرار دارند
برخی از آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی
یک طراح، قبل از انتخاب متریال، پوشش ضد خوردگی و سایر راهکارها جهت مقابله با خوردگی، باید شناخت کافی نسبت به مشخصات محیط خورنده ای که با آن سر و کار دارد داشته باشد.
نوع ترکیب خورنده؟ اسید، باز، نمک، آب دریا و …
نوع ترکیب خورنده یکی از تعیین کننده ترین عوامل در تعیین جنس آلیاژ به کار رفته در تجهیز است. ممکن است یک سوپرآلیاژ مقاومت بسیار بالایی نسبت به خوردگی در محیط های اسیدی از خود نشان دهد، ولی در محیط بازی به شدت آسیب پذیر باشد. برای مثال مقاومت به خوردگی نیکل خالص صنعتی (آلیاژ 200/201) در دمای اتاق در مقابل محلول هیدروکسید سدیم، 100 برابر محلول اسید هیدروکلریک است. هم چنین ممکن است یک سوپرآلیاژ در مواجهه با یک اسید به شدت خورده شود، اما در مقابل اسید های دیگر مقاومت خوبی از خود نشان دهد. برای مثال سوپر آلیاژ Hastelloy C276 در مواجهه با اسید نیتریک با سرعت 50 برابر نسبت به اسید سولفوریک خورده می شود. آشنایی با نوع ماده خورنده در اقتصادی بودن انتخاب ما نیز بسیار موثر است. به عنوان مثال در آلیاژ به کار رفته در یک سازه دریایی که تنها با آب دریا در تماس است و در مواجهه با محیط های بازی و اسیدی قرار ندارد، استفاده از فولادهای داپلکس کفایت می کند و نیازی به استفاده از آلیاژهای پایه نیکل با قیمتی حداقل 5 برابر داپلکس نیست.
تراکم ترکیب خورنده؟ PH و یا غلظت
آگاهی از غلظت ماده خورنده در طراحی آلیاژ مقاوم به خوردگی تاثیر گذار است. برای مثال سرعت خوردگی سوپرآلیاژ Hastelloy C276 در مواجهه با محلول در حال جوش اسید هیدروکلریک 2 درصد، 70 برابر خوردگی در مقابل محلول مشابه با غلظت 0.5 درصد است! همچنین آگاهی از غلظت، طراح را به انتخاب یک گزینه اقتصادی در مواردی که غلظت ماده خورنده کم است، کمک می کند.
دمای محیط خورنده؟
دمای محلول خورنده تاثیر زیادی بر سرعت خوردگی خواهد داشت. افزایش دما در اکثر واکنش های شیمیایی فرآیند خوردگی، موجب افزایش سرعت خوردگی می شود. ممکن است سرعت واکنش با افزایش چند برابری دما تا ده ها برابر افزایش یابد. برای مثال در آلیاژ Hastelloy C22 سرعت خوردگی در مواجهه با محلول در حال جوش اسید هیدروکلریک 10 در صد حدود 10 برابر سرعت خوردگی محلول مشابه در دمای 70 درجه است. از طرف دیگر افزایش دما موجب بروز انواع خاصی از خوردگی در برخی ساختارهای آلیاژی می گردد. خوردگی بین دانه ای (inter-granular corrosion) نوعی خوردگی است که در دماهای بالا به وجود می آید. تاثیر این نوع خوردگی در نیکل خالص صنعتی (Alloy 200/201) در مواجهه با محلول های کلریدی (افزایش 100 برابر سرعت خوردگی در مواجهه با محلول اسید هیدروکلریک 10 در صد در دمای 100 درجه نسبت به محلول مشابه در دمای 20 درجه) و استیل های آستنیتی نظیر 304 و 316 در مواجه با رطوبت (مقایسه خوردگی استیل 304 و 316 با 304L و 316L) دیده می شود.
موقعیت نصب قطعه در تجهیز؟
گاهی اوقات وقتی یک آلیاژ به تنهایی در یک محیط خورنده قرار می گیرد، سرعت خوردگی کمی دارد. اما قطعه ساخته شده از آن آلیاژ در تماس با سایر قطعات تجهیز در آن محیط خورنده، سرعت خوردگی بسیار بالاتری خواهد داشت. این پدیده عموما ناشی از خوردگی های شیاری (crevice corrosion) و گالوانیک است. در این نوع خوردگی ها محل قرار گیری قطعه در تجهیز و تماس آن با سایر قطعات علاوه بر ترکیب خورنده، در سرعت خوردگی تاثیر گذار است.
همچنین در مواردی پیش می آید که قطعه از لحاظ ظاهری سالم به نظر می رسد و آثار مخرب خوردگی در آن دیده نمی شود. ولی دچار شکست غیر منتظره تحت بار در محیط خورنده می گردد. این گونه شکست ها گاهی اوقات ناشی از خوردگی های موضعی (localized corrosion) می باشد مانند خوردگی حفره ای (pitting) که با بررسی ظاهری قابل رویت نیست و می تواند به دلیل تحت بار قرار گرفتن قطعه و ایجاد تمرکز تنش در نواحی خورده شده موجب شکست در آن ناحیه شود. ترک خوردگی های تنشی (SCC) نمونه ای از این نوع شکست هاست.
