دانلود تحقیق مهندسی خوردگی

تعریف خوردگی

تعریف خوردگی : خوردگی را به چند بیان می توان تعریف نمود:

از بین رفتن یا پوسیدن یک ماده در اثر انجام واکنش با محیطش .

از بین رفتن مواد در اثر عواملی که صد در صد مکانیکی نیستند .

عکس متالوزی استخراجی .

در این کتاب تعاریف 1و2 مناسب ترند زیرا سرامیکها، پلاستیکها ، لاستیک و مواد غیر فلزی دیگر نیز مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

مثلا"از بین رفتن رنگ و لاستیک در اثر تابش خورشید ، فرسوده شدن جداره کورهای فولاد سازی ، از بین رفتن فلز در اثر تماس با فلز مذاب ،همه خوردگی نامیده می شوند .

بعضی ها ترجیح می دهند که "خوردگی "را فقط در مورد فلزات بکار برند و بعضی دیگر طیف وسیع تر فوق را بکار میبرند .

شکل 1_1 تعریف (2) را نشان می دهد .

اکثر سنگ معدنهای آهن شامل اکسید اهن میباشند و رنگ زدن فولاد به وسیله اب و اکسیزن منجر به تولید اکسید اهن هیدراته می شود.

زنگ زدن منحصرا در مورد خوردگی اهن و فولاد به کار میرود .

هر چند که فلزات دیگر نیز هنگام خوردگی تبدیل به اکسیدهای خود می شوند ،بنابراین می گوئیم فلزات غیر اهنی خورده می شوند و نمی گوئیم زنگ می زنند .

انواع خوردگی

مقدمه

خوردگی را می توان به روش های مختلف طبقه بندی نمود .

اساس که در این کتاب مورد استفاده قرار گرفته است ، ظاهر وشکل فلز خورده می باشد .

بدینطریق صرفا"با مشاهده فلز خورده شده می توان نوع خوردگی را مشخص کرد .

برای تشخیص نوع خوردگی در اکثر موارد چشم غیر مسلح کافی است، لکن گاهی اوقات بزرگ نمایی (مثلا ذره بین یا میکروسکوپهایی با بزرگ نمایی های کم) مفید خواهد بود یا ضروری است .

اطلاعات با ارزش برای حل یک مسئله خوردگی غالبا " با مطالعه دقیق نمونه های ازمایشی خورده شده یا تجهیزات یا اجزائی که منهدم شده اند ، بدست می اید.

بررسی و مطالعه نمونه های خورده شده مخصوصا قبل از تمیز کردن انها ضروری است .

در بین انواع خوردگی می توان 8 نوع منحصر به فرد پیدا نمود ،لکن تمام انها کم وبیش وجه تشابهی دارند .

این 8 نوع عبارتند از :(1)خوردگی یکنواخت یا سرتاسری (uniform attack  )،(2) یا دو فلزی (galvanic or two metal corrosion) ،(3) خوردگی شیاری (crevice corrosion) ،(4) حفره دار شدن (pitting) ،(5) خوردگی بین دانه ای (intergranular corrosion ) ،(6) جدایش انتخابی (selective leaching ) ،(7)خوردگی سایشی (erosion corrosion)،(8) خوردگی توام با تنش (stress corrosion)  .

این طبقه بندی اختیاری است و ممکن است صد در صد کامل نباشد، لکن تقریبا "تمام انواع مشکلات و انهدامهای ناشی از خوردگی را شامل می شود .

ضمنا"ترتیب فوق نشاندهنده اهمیت انواع ذکر شده نیست .

در زیر 8 نوع خوردگی فوق الذکر از نقطه نظر خصوصیات ،مکانیزمها و طرق جلوگیری از انها مورد بحث خواهند گرفت .

خسارت هیدروژنی ، اگر چه از انواع خوردگی محسوب نمی شود ، لکن چون به طور غیر مستقیم در اثر خوردگی واقع می شود ،در این فصل گنجانده شده است .

خوردگی یکنواخت (uniform attack)

خوردگی یکنواخت معمولترین و متداولترین نوعخوردگی است .

معمولا "به وسیله یک واکنش شیمیایی که به طور یکنواخت در سرتاسر سطحی که در تماس با محلول خورنده قرار دارد،مشخص می شود .

فلزنازک و نازکتر شده و نهایتا "از بین می رود یا تجهیزات مورد نظر منهدم می شوند .

مثلا "یک قطعه فولاد یا روی در داخل یک محلول رقیق اسید سولفوریک معمولا" با سرعت یکسانی در تمام نقاط قطعه خورده خواهد شد.

خوردگی یک نواخت یا سرتاسری ،از نظر تناژ مقدار فلز خورده شده بالاترین رقم را دارد .

لکن این نوع خوردگی از نقطه نظر فنی اهمیت چندانی ندارد ،زیرا عمر تجهیزاتی که تحت این نوع خوردگی قرار می گیرند را دقیقا "می توان با ازمایشات ساده ای تخمین زد .

برای این منظور ،تنها قرار دادن نمونه های ازمایش در داخل محلول مورد نظر غالبا "کافی است .

خوردگی یکنواخت را به طریق زیر می توان متوقف نمود یا کم کرد :(1)انتخاب مواد و پوشش صحیح ، (2) به وسیله ممانعت کننده،ویا(3) با استفاده از حفاظت کاتدی .

این روشهای مبارزه با این نوع خوردگی را که می توان به تنهائی یا با یکدیگر به کار برد ، در فصل 6 به تفصیل بحث خواهیم کرد .

اکثر انواع دیگر خوردگی طبیعت پیچیده تری دارند و به سختی می توان انها را پیش بینی نمود .

همچنین موضعی بوده و محدود به نواحی خاصی یا قطعات یا قسمتهای معینی از ساختمان فلزی هستند .

در نتیجه باعث انهدامهای غیر منتظره یا زود رس کارخانجات ،ماشین الات یا ابزار الات می شوند .

در نتیجه باعث انهدامهای غیر منتظره یا زود رس کارخانجات ،ماشین الات یا ابزار الات می شوند .

خوردگی گالوانیکی یا دو فلزی (galvanic or two metal corrosion ) موقعی که دو فلز غیر همجنس که در تماس الکتریکی با یکدیگر هستند ،در معرض یک محلول هادی یا خورنده قراربگیرند ،اختلاف پتانسیل بین این دو فلز در تماس الکتریکی با یکدیگر نباشند ،خوردگی فلز مقاومت خوردگی کمتری دارد ،افزایش یافته وبر عکس ،خوردگی فلز مقاومتر ،تقلییل می یابد .

فلزی که مقاومت خوردگی کمتری دارد اندی شده و فلز مقاومتر (از نظر خوردگی ) کاتدی می شود معمولا "کاتد یا فلز کاتدی در این نوع خوردگی با اصلا" خورده نمی شود و یا اگر خورده شود ، مقدار خوردگی ان خیلی کم خواهد بود .

ویژگی برقراری جریان الکتریکی بین فلزات غیر همجنس باعث شده است که این نوع خوردگی ،خوردگی گالوانیکی یا دو فلزی نامیده شود .این نوع خوردگی، خوردگی الکترو شیمیایی بوده ، لکن برای سهولت تشخیص ، اصطلاح گالوانیکی یا دو فلزی را در این مورد به کار می بریم .

در خوردگی گالوانیکی ، معمولا پولاریزاسیون واکنش کاتدی (پولاریزاسیون کاتدی)کنترل کننده است .

چون درجه پولاریزاسیون و موثر بودن ان بستگی به فلز و الیاژ دارد ، لذا قبل از انکه بتوان میزان خوردگی گالوانیکی را برای یک کوپل پیش بینی نمود ، لازم است اطلاعاتی درباره ویژگی پولاریزاسیون انها به دست اورد .

مثلا تیتانیم در اب دریا خیلی نجیب می باشد (مقاومت عالی نشان می دهد )، مع هذا خوردگی گالوانیکی یک فلز فعال تر که در تماس با تیتانیم در اب دریا قرار می گیرد ،معمولا شدید نخواهد بود یا کمتر از مقداریست که پیش بینی می شود .دلیل ان این است که تیتانیم به سهولت در اب دریا به صورت کاتدی پولاریزه می شود .

به طور خلاصه ، جداول گالوانیکی ویژگی خوردگی گالوانیکی را دقیق تر از جدول emf نشان می دهد .

لکن همانطور که بعدا بحث خواهد شد بایستی توجه داشت که در مورد سری گالوانیکی نیز استثنائاتی وجود دارد ، لذا هر جا که ممکن باشد بایستی ازمایشات خوردگی در شرایط مورد نظر انجام شود .

2-3 اثرات محیط : ماهیت و خورندگی محیط به میزان زیادی بر شدت خوردگی گالوانیکی تاثیر می گذارد .

معمولا فلزی که مقاومت کمتری نسبت به محیط مورد نظر دارد ،اند می شود .

بعضی وقتها پتانسیل یک زوج گالوانیکی در یک محیط دیگر عکس می شود .

جدول 3-3 رفتار عمومی فولاد و روی را در محیط های ابی نشان می دهد .

معمولا هم فولاد و هم zn هر کدام به تنهائی خورده می شوند ، لکن موقعی که انها را به هم متصل می کنیم روی خورده می شود وفولاد حفاظت می شود .

در موارد خاصی مثل دیگ های اب گرم در درجه حرارت های بالاتر ازf ◦180حالت فوق بر عکس شده و فولادی اندی می شود .

ظاهرا در این حالت محصولات خوردگی zn باعث نجیب تر شدن این فلز نسبت به فولاد می شود .

تانتال از نظر مقاومت در برابر خوردگی یک فلز خیلی مقاوم است و نسبت به پلاتین و کربن اند است .

لکن پیل حاصل تنها در درجه حرارتهای بالا فعال است .

مثلا در زوج تانتال – پلاتین جریان تا c◦110بر قرار نمی شود ودرc ◦ 265 حدودma/ft2 100 جریان وجود دارد .

تانتال نسبت به چدن پر سیلیسیم در اسید سولفوریک غلیظ کاتد است، لکن جریان بین ان دو به سرعت به صفر می رسد .

در بالاتر ازc◦ 145 قطبین پیل عکس می شود .

تانتال را نبایستی در تماس با فلزات آندی قرار داد زیرا هیدروژن کاتدی را جذب نموده و ترد می شود .

خوردگی گالوانیکی در اتمسفر نیز واقع می شود .

شدت ان بستگی به نوع و مقدار رطوبت موجود در اتمسفر دارد .

مثلا خوردگی نزدیکی سواحل دریا بیشتر از اتمسفر خشک می باشد .

کندانس بخار در نزدیک ساحل دریا حاوی نمک است و لذا هادی تر است (و خورنده) ، ودر رطوبت ودرجه حرارت یکسان نسبت به کندانس در یک ناحیه دور از دربا الکترولیت بهتری است .

ازمایشات اتمسفری در نقاط مختلف نشان داده اند که روی (zn) در تمام موارد نسبت به فولاد آند است ، الومنیوم وضعیت مختلفی و متغیری داشته و قلع و نیکل همواره کاتد بودند .

موقعیکه فلزات کاملا خشک باشند خوردگی گالوانیکی اتفاق نخواهد افتاد ، زیرا الکترولیتی برای حمل جریان بین سطوح الکترودها وجود ندارد .

3-3 اثر فاصله دو الکترود خوردگی گالوانیکی معمولا نزدیک محل اتصال دو فلز شدیدتر است وبا دور شدن از این نقطه خوردگی نیز کم می شود .

فاصله ای که تحت تاثیر خوردگی قرار می گیرد بستگی به مقاومت محصول دارد .

با در نظر گرفتن مسیر جریان و مقاومت مداراین مسئلهواضح است ،در اب با مقاومت بالایاک ملا خالص خوردگی ممکن است به صورت یک شیار باریک ظاهر گردد .

خوردگی گالوانیکی از موضعی بودن ان در نزدیکی محل اتصال دو فلز به سهولت قابل تشخیص است .

4-3 اثر سطح یک فاکتور مهم دیگر در خوردگی گالوانیکی اثر سطح ، یا نسبت سطح کاتد به سطح آند می باشد .

نسبت سطح نامناسب مشتمل بر کاتد بزرگ وآند کوچک است ، (1) .

برای یک مقدارمعین جریان در پیل ،دانسیته جریان برای الکترود کوچک به مراتب بزرگ تر است تا دانسیته جریان برای الکترود بزرگتر، هر چه دانسیته جریان در یک منطقه آندی بزرگ تر باشد ، سرعت خوردگی بیشتر است.

خوردگی نواحی آندی ممکن است 100 تا 1000 برابر بیشتر از حالتی باشد که سطح آند با کاتد برابرند .

شکل 3-3 دو مثال خوب از اثر سطح را نشان می دهد .

نمونه ها ،صفحات پرچ شده مسی و فولادی هستند که هر دو در یک زمان به مدت 15 ماه در آب دریا قرار گرفته اند .

در سمت چپ ، صفحات فولادی با میخ پرچ های مسی ، و در طرف راست صفحات مسی با میل پرچهای فولادی قرار دارد .

مس نسبت به فولاد در آب دریا ،فلز نجیب تر یا مقاوم تر در برابر خوردگی است .

صفحات فولادی در سمت چپ قدری خورده شده اند ،لکن اتصال حاصل از میخ پرچها هنوز قوی است .

نمونه سمت راست دارای نسبت سطحی نا مناسبی است میخ پرچهای فولادی کاملا خورده شده اند .

واضح است که سرعت یا دانسیته خوردگی روی میخ پرچهای فولادی که در تماس با سطح بزرگ کاتدی قرار دارند ، خیلی بیش تر است .

تخلف بر اصل ساده فوق غالبا منجر به خسارات زیادی می گردد .

به عنوان مثال در یک کارخانه در طی یک برنامه عظیم توسط چند صد تانک بزرگ نصب گردید .اکثر تانک های قدیمی را از فولاد معمولی می ساختند و با یک رنگ فنلی پخته شده قسمت داخل را پوشش می دادند.

محلولی که در تانک قرار داشت ، اثر خوردگی کمی روی فولاد داشت .

لکن الوده شدن محصول مسئله مهمی بود .

این پوشش در قسمت کف خساراتی متحمل می شد که اکثرا در اثر ضربات مکانیکی بود ولذا هر چند وقت یک بار بایستی پوشش کف تعمیر می شد .

برای غلبه به این مسئله کف تانک های جدید را از فولاد کم کربن معمولی که با فولاد زنگ نزن روکش شده بود ساخته شد .

دیواره ها و سقف تانک ها از فولاد معمولی ساخته شده و به وسیله همان رنگ فنلی پوشش شد ، شکل 4-3 ، و پوشش را تا اندکی روی فولاد زنگ نزن در قسمت زیر خط جوش ادامه دادند .

چند ماه بعد از اغاز به کار کارخانه جدید تانک ها یکی بعد از دیگری شروع به سوراخ شدن در قسمت دیواره نمودند .

اکثر سوراخ ها در یک باند به پهنای2 اینچ در بالای خط جوش واقع می شدند .

بعضی از تانک های تمام فولادی قدیمی از نقطه نظر سوراخ شدن دیواره ها ،10تا20سال بدون کوچکتر ین دردسرعمرکرده بود ند.

توجیه و علت مسئله فوق به قرار زیر است ، به