خوردگی بین دانه ای (IGC) چیست؟

خورده شدن فلزات، همواره از مشکلاتی بوده است که اکثر صنایع، تحت تاثیر آثار مخرب آن قرار می‌گیرند. انواع مختلفی از خوردگی در فلزات اتفاق می‌افتد که خوردگی شیاری، خوردگی سایشی، خوردگی بین دانه‌ای و غیره از انواع آن است.

خوردگی بین دانه ای که در انگلیسی (Intergranular Corrosion) نامیده می‌شود، به طور معمول در اثر تفکیک شیمیایی رخ می‌دهد و از انواع مخرب خوردگی است. در این مقاله به شرح چیستی خوردگی بین دانه‌ای، نحوه ایجاد و روش‌های تشخیص و کنترل آن خواهیم پرداخت. با شاهین فلز سپاهان همراه باشید.

خوردگی بین دانه ای چیست؟

خوردگی بین دانه‌ای (IGC) که با عنوان حمله بین دانه‌ای نیز نامیده می‌شود، یکی از انواع خوردگی است که در مرز کریستال و یا مجاورت آن اتفاق می‌افتد. با وجود این خوردگی در مرزدانه، پس از آن دانه‌ها تحت تاثیر قرار نخواهند گرفت.

خوردگی بین دانه‌ ای اگرچه می‌تواند به تجهیزات، آسیب بسیار زیادی وارد کند، با این حال اتلاف  فلز در این خوردگی پایین است. خوردگی بین دانه‌ای به نوعی حمله متداول آلیاژها به محیط‌های خورنده می‌باشد که همین امر منجر به کاهش یافتن استحکام و شکل‌پذیری سازه می‌شود.

خوردگی بین دانه ای چگونه اتفاق می افتد؟

تخریب IGC در مرزدانه‌ها، ناشی از انحلال آندی در مناطقی است که توسط عناصر آلیاژی، رسوب فاز ثانویه یا هرگونه ناخالصی تضعیف شده باشند. قسمتی از سطح که باقی می‌ماند، غالبا در نقش کاتد عمل می‌کند و به ‌این نحو منجر به خوردگی و از بین رفتن اکثر نقاط نواحی آندی می‌گردد. در خوردگی یا حمله بین دانه‌ای، نسبت کاتد به آند در کل بیش‌تر از یک است. این اتفاق، به مواردی همچون کسر حجمی و توزیع فازهای فعال به لحاظ خوردگی، توزیع عناصر آلیاژی، ناخالصی‌های مخرب و اندازه دانه وابسته است.

میزان و شدت IGC به مکانیزم غالب خوردگی بستگی دارد و عواملی مثل نفوذ گونه‌ها در رفت‌ و آمد جبهه آندی می‌توانند بر سینتیک خوردگی تاثیر داشته باشند. نکته‌ای که در این خوردگی باید به آن توجه داشت، ایجاد عمق حمله نسبتا همگن و یکنواخت است.

در پی انحلال مرزدانه‌ها، دانه‌ها از یک‌دیگر جدا می‌شوند که در اصطلاح این اتفاق، Grain Dropping  یا ریزش دانه‌ نامیده می‌شود. همین امر نیز علت کاهش وزن سازه پس از بروز خوردگی بین دانه ای است.

خوردگی بین دانه ای چه موادی را تحت تاثیر خود قرار می‌دهد؟

خوردگی بین دانه‌ای یا IGC معمولا در فولادهای زنگ نزن به وفور رخ می‌دهد و در مقابل، در فولادهای کربنی به میزان کم‌تری اتفاق می‌افتد. فولاد زنگ نزن آستنیتی غیرتثبیت شده (که  از انواع فولاد ضدزنگ به شمار می‌رود) با گریدهای 304 و 316 که در کارخانه‌های شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند، در صورت استفاده در مرحله حساسیت‌زایی که در ادامه به شرح آن خواهیم پرداخت، در معرض خوردگی بین دانه ای قرار خواهند گرفت.

این حساسیت‌زایی، ناشی از رسوب کاربید کروم در مرز دانه‌ها، در منطقه مجاور جوش می‌باشد. دما در این قسمت مابین 500 تا 800 درجه سانتی‌گراد است. آلیاژهای نیکل و مس ( آلیاژ 400، UNS N04400) مادامی که در معرض انواع خاصی از محلول‌های اسید هیدروفلوئوریک و اسید کرومیک قرار گیرند، احتمال خوردگی بین دانه ای در آن‌ها افزایش می‌یابد.

در آلیاژهای نیکل-مولیبدن (آلیاژ UNS N10001، B) که در معرض هیدروکلریک گرم و اسید سولفوریک قرار دارند، احتمال بروز این خوردگی وجود دارد. علت رخ دادن این حمله در مناطق کناری مرزدانه‌ها، رسوب مواد غنی از مولیبدن می‌باشد.

به جز آن، آلیاژهای نیکل کروم نیز مانند آلیاژ 600 مستعد خوردگی بین دانه‌ای هستند. از دیگر آلیاژهایی که احتمال بروز این خوردگی در آن‌ها وجود دارد، گریدهای آلومینیوم 2024 و 7075 هستند.

در این آلیاژها، فاز CuAl₂  در مرز دانه‌ها رسوب می‌کند. این فاز متعاقبا به‌عنوان کاتد عمل کرده و منجر به افزایش سرعت تخلیه مناطق مجاور مرزدانه می‌شود. افزون بر این موارد، گریدهای آلومینیوم 5083 و 7030 نیز مستعد حمله میان دانه‌ای هستند.

وقوع خوردگی بین دانه‌ای در فولاد زنگ نزن آستنیتی به چه صورت است؟

در فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی حمله بین دانه‌ای، معمولا در نتیجه رسوب کاربید کروم (Cr₂₃C₆)در مرزدانه‌ها رخ می‌دهد. با توجه به آن که کروم عنصر آلیاژی اصلی است که باعث مقاومت به خوردگی در فولاد زنگ نزن می‌شود، مناطق تخلیه شده از کروم مستعد این خوردگی هستند.

چراکه محتوای کروم در مجاورت کاربید، ممکن است کم‌تر از مقدار مورد نیاز برای آلیاژ باشد. اگر کاربیدها یک شبکه پیوسته در مرزدانه تشکیل دهند، در این صورت خوردگی امکان ایجاد یک شکاف در مرز را پیدا می‌کند و احتمال ریزش یا از هم‌پاشیدن دانه وجود دارد.

اثر حساس زایی چیست؟

در تعریف کلی، حساس‌زایی یا حساسیت‌زایی، به ته‌نشینی کاربیدها در مرزدانه‌های فولاد زنگ نزن و یا آلیاژهای آن گفته می‌شود، که حساس‌زایی سبب مستعد خوردگی شدن فولاد یا آلیاژ ناشی از تنش شوند.

آلیاژهای خاص هنگامی‌که در معرض دماهای حساس کننده قرار گیرند، بیش از پیش در معرض خوردگی بین دانه‌ای قرار خواهند داشت. در این دما و محیطی خورنده، مرزدانه‌های این آلیاژها واکنش‌پذیری بالایی پیدا خواهند کرد و مقاومت خود را از دست می‌دهند که همین امر منجر به بروز خوردگی در میان آن‌ها می‌شود.

آلیاژهای خاص زمانیکه در معرض دماهایی که به آن دمای حساس کننده می‌گویند قرار بگیرند بیشتر در معرض خوردگی بین دانه ای هستند. در یک محیط خورنده، رابط دانه‌های اینگونه آلیاژهای حساس سازی شده، بسیار واکنشی گردیده و نتیجتاً خوردگی بین دانه ای در آنها اتفاق می‌افتد.

این موضوع با عنوان یک حمله موضعی درون و مجاور مرزدانه‌ها شناخته می‌شود که رابطه کمی با خوردگی در خود دانه ها دارد. آلیاژ متلاشی شده ممکن است مقاومتش را از دست بدهد.

آزمون های تشخیص خوردگی بین دانه ای چیست؟

نظر به آن‌که بررسی و تشخیص حمله بین دانه‌ای دشوار است، می‌توان برای تست مقاومت در برابر IGC از روش‌های آزمایشگاهی خاص مانند آزمون Huey و یا تست اشتراوس استفاده کرد.

آزمون Streicher نیز برای تعیین کمیت کاهش وزن در قطعه قابل اجراست. افزون بر آن، خوردگی بین دانه‌ای، هنگامی که نمونه‎ای از قسمت تخریب شده را به صورت متالوگرافی تهیه و با میکروسکوب الکترونی روبشی بررسی شود، قابل مشاهده خواهد بود.

روش‌های کنترل IGC چیست؟

روش‌های مختلفی برای کنترل یا به حداقل رساندن خوردگی بین دانه‌ای در آلیاژهای حساس و مستعد، به ویژه فولاد ضدزنگ آستنیت، به کار برده می‌شود. به عنوان مثال، یک محلول در دمای بالا برای عملیات حرارتی، که معمولا محلول تابکاری، فرونشاندن تابکاری یا فرونشاندن محلولی عنوان می‌شود، مورد استفاده قرارگرفته‌اند.

آلیاژ تا دمایی در حدود ۱۰۶۰ تا ۱۱۲۰ درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شود و پس از آن آبداده می‌شود. انجام ان روش برای عملیات در در مجموعه‌های بزرگ مناسب نمی‌باشد و یا در مکان‌هایی که از جوشکاری برای تعمیر یا چسباندن قطعات دیگر استفاده شده، تاثیری ندارد.

از شیوه‎های کنترلی دیگر که برای  خوردگی بین دانه‌ای استفاده می‌شود، شامل تشکیل دهندگان قوی کاربیدها  و یا عناصر تثبیت‌کننده مانند نیوبیم یا تیتانیوم در فولاد ضدزنگ هستند. این‌گونه عناصر، میل شدیدتری به کربن نسبت به کروم دارند.

تشکیل کاربید با این عناصر، منجر به کاهش کربن موجود در آلیاژ برای تشکیل کاربیدهای کروم می‌شود. مانند یک فولاد ضدزنگ تثبیت شده آستنیتی کروم-نیکل-مس حاوی تیتانیوم که در U.S. Pat. No. 3,562,781  موجود است.

کربن در فولاد ضدزنگ، امکان دارد در ابتدا به کمتر از 0.03 درصد نیز برسد که این کمبود کربن، برای تشکیل کربید فراهم می‌شود. انجام این روش‌ها منجر به صرف هزینه بسیاری می‌شود که تا حدی تاثیرگذار هستند. فولادهایی که درصد کربن کم‌تری دارند، مقاومت کم‌تری را در دماهای بالا از خود نشان می‌دهند.

کلام نهایی

در این مقاله، در رابطه با یکی از انواع خوردگی فلزات، معروف به خوردگی بین دانه‌ای اطلاعاتی مفید بیان شد. با استفاده و بهره‌گیری از موارد و نکات گفته شده، می‌توان از بروز خوردگی بین دانه‌ای جلوگیری کرد و یا خسارت‌های وارده را در محصولات به حداقل رساند.

سوالات متداول: