خوردگی چیست و چگونه در فلزات اتفاق می افتد؟

خوردگی یک فرآیند شیمیایی یا الکتروشیمیایی مخرب است که می‌تواند سالانه هزینه‌‌های گزافی را بر دوش صنایع مختلف بیندازد.‌

ما در این مقاله قصد داریم به توضیح مختصری در خصوص فرآیند خوردگی، راه‌های جلوگیری از خوردگی و عوامل موثر بر آن بپردازیم و همچنین شما را با روش‌هایی آشنا کنیم که بتوانید از این فرآیند جلوگیری کنید‌. با ما تا پایان مقاله همراه باشید.

خوردگی چیست؟

فرآیند خوردگی فلزات چیست ؟ خوردگی، یک مشکل خطرناک و بسیار پرهزینه است و می‌تواند باعث فرو ریختن ساختمان‌ها و پل‌ها، شکستن خطوط لوله نفت و نشت مواد خطرناک کارخانه‌‌های شیمیایی و غیره شود.

فرآیند خوردگی که در زبان انگلیسی با عنوان Corrosion شناخته می‌شود، یک فرآیند طبیعی است که سبب از بین رفتن یک ماده به دلیل واکنش با محیط اطراف خود می‌‌شود. به‌ طور کلی فرآیند خوردگی به عنوان پدیده‌‌ای طبیعی که به زوال یک ماده یا فلز از طریق واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی با محیط اطراف خود می‌انجامد، شناخته می‌شود.

مانند سایر مخاطرات طبیعی، خوردگی و زنگ‌زدگی می‌‌تواند به همه‌چیز از وسایل نقلیه، لوازم خانگی و سیستم‌های آب و فاضلاب گرفته تا خطوط لوله، پل‌ها و ساختمان‌‌های عمومی، آسیب‌های خطرناک و پرهزینه‌‌ای وارد کند.

در حال حاضر، روش‌‌های ثابت شده‌‌ای برای جلوگیری و کنترل خوردگی وجود دارد که می‌‌تواند تاثیر این فرآیند را بر ایمنی عمومی، اقتصاد و محیط زیست کاهش دهد.

علم پیشگیری و کنترل خوردگی بسیار پیچیده است و علاوه بر این‌که اشکال مختلفی دارد، تحت تأثیر عوامل خارجی متعددی نیز قرار می‌گیرد که این عوامل عبارت ‌اند از: اثرات شرایط محیطی مانند مقاومت خاک، رطوبت، و در معرض آب قرار گرفتن انواع مواد.

برهم‌کنش یک ماده (معمولاً یک فلز یا آلیاژ) با محیط باعث زوال یا خوردگی طبیعی می‌‌شود. اما بر خلاف سایر رویدادهای طبیعی بالقوه و خطرناک، روش‌‌های ثابتی برای جلوگیری و کاهش خوردگی وجود دارد. در نتیجه با این روش‌‌ها می‌توان پیامدهای منفی خوردگی را برای محیط زیست، اقتصاد و ایمنی کاهش داد و یا از بین برد.

یکی از مهم‌ترین مقاطع فلزی که به وفور دچار خوردگی می‌شود و لازم است که به کمک روش‌های مختلف در برابر خورده شدن تقویت گردد، میلگردها هستند. به همین علت از روش های مختلفی برای تقویت میلگرد در برابر خوردگی استفاده می‌کنند. برای اطلاع از این روش‌ها و چگونگی اعمال آن‌ها، مطالعه مقاله زیر را پیشنهاد می‌کنیم:

فرآیند خوردگی چگونه رخ می ‌دهد؟

خوردگی در فلزات به دو صورت شیمیایی و الکتروشیمیایی انجام می‌‌گیرد. در روش شیمیایی عواملی همچون محلول‌های روغنی گازوئیل، گازهای خشک، نفت و … سبب انجام واکنش می‌‌شوند.

اما در خوردگی الکتروشیمیایی اسیدها، باز‌ها و نمک‌‌های محلول، عامل اصلی هستند. در واقع علت این امر این است که عناصر مختلف تمایل به پایداری دارند به همین دلیل وارد واکنش‌های شیمیایی می‌‌شوند.

واکنش‌‌های الکتروشیمیایی از دو نیم واکنش دو عنصر شرکت‌کننده تشکیل می‌‌شوند. عنصری که نیم واکنش اکسایش را انجام می‌دهد الکترون از دست داده و دچار خوردگی می‌‌شود. به ‌طور خلاصه عامل تعیین کننده فرآیند خوردگی تمایل عناصر به شرکت کردن در واکنش‌‌ها است.

پیش‌بینی می‌‌شود که استفاده از روش‌های کنترل خوردگی می‌‎تواند هزینه جهانی خوردگی را بین 15 تا 35 درصد کاهش دهد. هزینه ‌های ناشی از خوردگی تقریبا 2.5 تریلیون دلار (ایالات متحده) یعنی معادل 3.4 درصد از تولید ناخالص داخلی جهانی (GDP) است.

تخمین زده می‌‌شود که با کمک روش‌های کنترلی می‌توان این مقادیر نجومی را سالانه بین 375 تا 875 میلیارد دلار در سطح جهانی کاهش داد.

با این‌که مزایای کنترل خوردگی و کاهش هزینه‌‌‌ها تا حدودی در صنعت تایید شده است، اما پیامدهای فردی و زیست‌محیطی این فرآیند، قابل محاسبه نیست. در بسیاری از موارد تنها پس از یک رویداد فاجعه‌بار که ممکن است منجر به نابودی تولیدات، ایجاد تصادفات و غیره شود، به این روش‌‌های کنترلی توجه می‌‌شود.

برای بهره‌مندی کامل از صرفه‌جویی‌‌های بالقوه کنترل فرآیند خوردگی، پیاده‌‌سازی یک سیستم مدیریت خوردگی و ادغام آن با سیستم مدیریت ضروری است.

پلاریزاسیون خوردگی چیست ؟

در لغت و در تعریف کلی، پلاریزاسیون، مقاومت در برابر عبور جریان تعریف می‌شود. در خوردگی اما، پلاریزاسیون به معنای تغییر پتانسیل یک واکنش الکتروشیمیایی است. طبق تعریف بیان شده، پلاریزاسیون منجر به عدم خوردگی می‌شود. علت این امر نیز آن است که مانع جریان یافتن و یا حرکت الکترون‌ یا یون‌ها می‌‎شود. در مقابل آن، دپلاریزاسیون به معنای از دست رفتن پلاریزاسیون می‌باشد که سبب خوردگی می‌شود. در تعریف دیگر، عاملی که منجر به عدم خوردگی ماده شود، پلاریزاسیون است.

روش های کنترل خوردگی

چندین راه مقرون به صرفه برای جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی فلزات وجود دارد، از جمله:

• از پوشش ضد زنگ و پوشش ضد خوردگی فلزات مانند فولاد ضدزنگ یا آلومینیوم استفاده کنید.
• اطمینان حاصل کنید که سطح فلز تمیز و خشک بماند.
• از عوامل خشک کننده استفاده کنید.
• از یک پوشش یا محصول مانع مانند گریس، روغن، رنگ یا پوشش فیبرکربن استفاده کنید.
• یک لایه محافظ، به عنوان مثال لایه ‌ای از سنگ آهک را همراه لوله‌ های زیرزمینی قرار دهید.
• از یک آند قربانی برای ارائه یک سیستم حفاظت کاتدی استفاده کنید.

این روش‌ ها و استفاده‌ از بازدارنده‌‌های فرآیند خوردگی، می‌‌توانند به افزایش طول عمر تجهیزات شما کمک کنند.

انواع خوردگی

همان‌طور که می‌دانیم خوردگی آسیب‌های فراوانی به صنایع مختلف وارد می‌کند. شناخت و آگاهی از انواع خوردگی به منظور اقدامات پیشگیرانه و جلوگیری از آن، بسیار مهم و ضروری به نظر می‌رسد. در فلزات انواع مختلفی از خوردگی اتفاق می‌افتد که با توجه به شکل ظاهری آن‌ها، قابل تشخیص هستند. برای نمونه می‌توان به خوردگی بین دانه‌ای، خوردگی سایشی، خودگی میکروبی و غیره اشاره کرد.

عوامل موثر بر نرخ خوردگی و زنگ زدگی فلزات

برخی از مهم‌ترین پارامترهای موثر بر نرخ خوردگی فلزات به شرح زیر هستند:

عوامل اکسید کننده

یکی از شروط وقوع فرآیند خوردگی، انجام همزمان واکنش آندی و کاتدی است. واکنش آندی باعث حل شدن فلز می‌شود. برای واکنش کاتدی، باید یک عامل اکسیدکننده وجود داشته باشد که رایج‌ترین عوامل در این واکنش، اکسیژن محلول یا یون هیدروژن هستند.

اگر دسترسی به عوامل اکسیدکننده محدود شود، فرآیند خوردگی مهار و یا به ‌طور کامل متوقف می‌‌شود. غلظت هیدروژن را می‌توان به ‌راحتی به عنوان مقدار pH اندازه‌گیری کرد. اکسیژن به ‌طور معمول در آب وجود دارد، اما در فاضلاب به دلیل وجود باکتری‌‌های مصرف کننده، اکسیژن وجود ندارد.

هدایت الکتریکی الکترولیت

فرآیند خوردگی شامل واکنش‌‌های الکتروشیمیایی است. بنابراین افزایش رسانایی الکتریکی الکترولیت باعث افزایش نرخ خوردگی می‌‌شود. محتوای کلرید در آب دریا، باعث افزایش سرعت رسانایی و در نتیجه آفزایش خوردگی خواهد شد.

دما

به‌طور کلی افزایش دما باعث افزایش نرخ خوردگی می‌‌شود. اثبات شده است که افزایش دما به میزان 10درجه سانتی‌گراد، می‌‌تواند میزان خوردگی را دو برابر ‌کند.

غلظت

افزایش غلظت، نرخ خوردگی را تا حداکثر مقدار ممکن افزایش می‌‌دهد.

چرا فلزات خورده می‌ شوند؟

با توجه به تعریف فرآیند خوردگی، اصطلاح خوردگی را می‌توان برای همه مواد از جمله غیرفلزات به کار برد، اما در عمل بیشتر همراه با مواد فلزی به کار می‌‌رود.

به غیر از طلا، پلاتین و چند فلز دیگر، سایر فلزات به شکل خالص در طبیعت وجود ندارند. فلزات معمولاً از نظر شیمیایی به مواد معدنی مثل سولفید و اکسیدها متصل می‌‌شوند.

بنابراین برای به دست آوردن فلز خالص باید با استفاده از روش‌‌های مختلف و صرف انرژی، آن‌‌ها را از ترکیبات سولفیدی و اکسیدی استخراج نمود. همان‌طور که می‌‌دانید، فلزات در حالت خالص انرژی بالاتری نسبت به ترکیب سولفید و یا اکسید خود دارند.

از آن‌جایی که همه مواد در جهان تلاش می‌‌کنند تا به کم‌ترین حالت انرژی خود برگردند، فلزات خالص نیز تلاش می‌‌کنند تا به پایین‌ترین حالت انرژی خود (یعنی سولفید یا اکسید) برگردند.

یکی از راه‌هایی که فلزات می‌توانند به سطح انرژی پایین‌تر برسند فرآیند خوردگی است. محصولات خوردگی فلزات اغلب سولفیدها یا اکسیدها هستند. به ‌طور‌ کلی انواع مختلفی از خوردگی وجود دارد که تاسیسات و سایر مناطقی که با تجهیزات فلزی کار می‌‌کنند، باید از آن‌‌ها آگاه باشند.

روش های از بین بردن زنگ زدگی یا خوردگی آهن

در صورتی که کلیه نکات جلوگیری از زنگ زدگی و خوردگی آهن را رعایت کردید، اما باز هم مقاطع فلزی مورد نیاز شما دچار خوردگی شدند، اصلا نگران نباشید! در دنیای امروز، روش‌های مختلفی برای از بین بردن زنگ آهن وجود دارند.

جمع بندی

همان‌طور که گفتیم، فرآیند طبیعی خوردگی می‌‌تواند باعث نابودی یک ماده توسط واکنش‌‌های شیمایی و الکتروشیمیایی شود.‌ اما با کمک روش‌هایی همچون استفاده از فلزات غیرخورنده و پوشاندن سطح با موادی همچون گریس یا رنگ می‌‌توان از فرآیند خوردگی جلوگیری کرد.‌

همچنین مواردی مانند عوامل اکسیدکننده، هدایت الکتریکی الکترولیت، دما و غلظت می‌‌توانند نرخ خوردگی را به طور چشم‌گیری افزایش دهند.

سوالات متداول