1- آیا محیط عمل، مسبب اصلی خوردگی حفرهای) Pitting ) است؟
بلی و خیر!
در مورد یک قطعه بی عیب (سالم) محیط عمل منشأ اصلی ایجاد خوردگی حفرهای میباشد. که ممکن است حاوی انواع مختلف مواد شیمیایی خورنده نظیر کلرید باشد. کلرید فیلم روئین سطحی (اکسید) را آسیب میزند، به طوری که خوردگی حفرهای از همین شکافها آغاز میشود. همچنین محیط ممکن است سبب تشکیل پیلهای اختلاف دمشی) (Differetial Aeration گردد (مانند قرار گرفتن یک قطره آب در سطح فولاد).
خوردگی حفرهای از منطقه آندی (مرکز قطره آب) آغاز میشود.
در مورد محیط همگن، شرایط سطحی فلز عامل اصلی ایجاد خوردگی حفرهای است که ممکن است به علت وجود برخی ترکیبات (نظیر MnS) و یا به دلیل وجود معایب سطحی دیگر باشد. در اغلب شرایط هر دو علت محیطی و وضعیت سطح فلز تواماً باعث شروع خوردگی حفرهای میشود.
2- حفره در حال تشکیل چطور مجدداٌ روئین میشود؟
عوامل محیطی در سطح فلز تعیین میکند که حفره ایجاد شده میتواند دوباره روئین شود یا نه.
هوادهی کافی (رسیدن اکسیژن به محل واکنش) ممکن است سبب افزایش تشکیل اکسید در حفره شود و به این ترتیب موجب روئینشدن مجدد یا ترمیم فیلم روئین (اکسید) آسیب دیده گردد. در این حالت حفره مجدداً روئین میشود و خوردگی حفرهای به وجود نمیآید.
حفره ایجاد شده ممکن است به علت نوع ترکیب شیمیایی آلیاژ مجدداً روئین شود، مثلاً اگر در جنس قطعه به مقادیر کافی از عناصری مانند Cr،Mo، Ti، W، N و ... وجود داشته باشد، این عناصر به ویژه Mo به طور قابل ملاحظهای سبب افزایش غلظت Cr در اکسید میشود که موجب ترمیم یا روئینسازی مجدد حفره میگردد.
3- در سطوح کاتدی سیستم حفاظت کاتدی چه واکنشی صورت میگیرد؟
در کاتد واکنش احیاء صورت میگیرد، که در این مورد سه رابطه وجود دارد:
(pH=7) O2+2 H2O+4e- = 4OH-
(pH>7) O2+2 H2O+4e- = 4OH-
(pH<7) 2H++2e- =H2
4- در سطوح آندی سیستم حفاظت کاتدی با اعمال جریان چه واکنشی صورت میگیرد؟
در سیستم حفاظت کاتدی با اعمال جریان، واکنش در آند به ماهیت و جنس آند بستگی دارد. در مورد آندهای بیاثر) ( Interنظیر آند اکسیدتیتانیومپلاتینی شده، اکسیداسیون ترکیبات شیمیایی موجود در محیط انجام میشود. مثلاً در آب دریا واکنش:
2Cl- - 2e- Cl2
صورت میگیرد.
در مورد آندهای فداشونده( Sacrificial/ Consumable Anode )اکسیداسیون ماده آند، واکنش آندی را تشکیل میدهد.
5- آیا بین ترکخوردگی تنشی و خوردگی خستگی تفاوتی وجود دارد؟
ترک خوردگی تنشی (SCC) تحت تنش (فشار) ثابت و خوردگی خستگی (CF) تحت تنش متناوب ایجاد میشود. این اختلاف همچنین به مشخصههای دو نوع شکست یعنی ترکهای مرزدانهای) (Intergranularو داخل دانهای) (Transgranular ،محیط شیمیایی موضعی داخل ترکها و ... ارتباط پیدا میکند.
کلیه فلزاتی که مورد حملات خوردگی قرار میگیرند در اغلب محیطهای خورنده، در معرض خوردگی خستگی نیز قرار میگیرند. از طرف دیگر، ترک خوردگی تنشی فقط در محیطهای مشخص بر روی آلیاژ تأثیر میگذارند و معمولاً تحت شرایط تنشهای کششی ثابت (نه تنشهای متغیر) مورد بررسی قرار میگیرد.
D.J.Duquette in Corrosion Fatigue: Chemistry, Mechanics and Microstructure, eds: Devereux, Mc Evily and Staehle, NACE, Houston, 1972, p.12)
6- آیا بین ترکخوردگی تنشی و خوردگی خستگی رابطهای وجود دارد؟
بلی.
در این دو نوع خوردگی یک خصیصه مشترک وجود دارد و آن اینکه هر دو ناشی از "تأثیر متقابل شیمیایی- مکانیکی" میباشد، و در واقع ناشی از عملکرد اضافی الکتروشیمیایی است که تحت تنش مکانیکی صورت میگیرد. همچنین انحلال موضعی به دلیل معایب ایجاد شده در فیلم اکسید از موارد مشترک میباشد.
خوردگی تنشی در نیم دور) (Half-Cycle کشش متناوب به ویژه در فرکانسهای پایین و محیطهایی خاص، یکی از مکانیسمهای به وجود آورنده خوردگی خستگی است.
7- تأثیر تنش بر روی خوردگی چیست؟
تنش عامل اصلی و تأثیرگذار در میزان و نوع خوردگی است. همانطور که در بندهای 5 و 6 بالا گفته شد تنش ممکن است منجر به ایجاد ترک و خستگی شود که به ماهیت و اندازه تنش وارده بستگی دارد. اگر تنش کمتر از میزان آستانه) (Thresholdجهت ایجاد ترک یا خستگی باشد بر روی خوردگی تأثیر چندانی نخواهد داشت.
در هر حال، در قطعاتی که تحت تنش غیر یکنواختی قرار دارند، مناطق تحت تنش بالاتر نقش آند را بازی میکنند و صدمات خوردگی بیشتری را متحمل میشوند (مانند نواحی نوک و سر میخ و یا ناحیه خم شده یک میله).
8- آیا آلومینیوم زنگ میزند؟
خیر.
آلومینیوم زنگی نمیزند ولی نظیر سایر فلزات به صور مختلف خورده میشود.
زنگ یک نوع محصول خوردگی است ]اکسید آهن ئیدراته [Fe(OH)3) که در روی فولاد به وجود میآید محصول خوردگی آلومینیوم شبیه زنگ در روی فولاد نمیباشد.
9- چرا آلومینیوم خورده میشود؟
آلومینیوم و آلیاژهای آن معمولاً توسط فیلم اکسید بسیار نازک سطحی (فیلم روئین) حفاظت میشود. این فیلم در pHهای 4 تا 8 در برابر خوردگی بسیار مقاوم است. در محیطهای اسیدی و قلیایی، این فیلم اکسید ثبات چندانی ندارد، به طوری که آلومینیوم به راحتی وارد واکنش میشود و تولید محصولات خوردگی (نظیر ((Al3+ or AlO2-) مینماید.
10- فولاد ضد زنگ چیست و مخترع آن چه کسی است؟
فولاد ضد زنگ به گروهی از آلیاژهای با پایه آهنی گفته میشود که حاوی حداقل 11 درصد کروم (Cr) میباشد. کروم عنصری اساسی است که با تشکیل یک فیلم اکسید کروم در سطح فولاد آن را ضد زنگ میسازد.
هنگامی که فولاد ضد زنگ بریده یا خراش داده میشود، کروم موجود در سطح سریعاً اکسید میشود و فیلم اکسید ناحیه صدمه دیده را ترمیم میکند. به دلیل همین خاصیت خود ترمیمی (خودشفایی/ Self healing) است که فولاد را بدون زنگ (Stainless) مینامند.
اولین فولاد ضد زنگ به صورت آلیاژ، مارتنزیتی Fe-Cr-C توسط دانشمند انگلیسی به نام هاری بررلی (Harry Brearley) در 1912 تهیه گردید. اولین ریختهگری تجارتی فولاد ضد زنگ در سال 1913 در شفیلد انگلستان به تولید رسید و حق ثبت آمریکایی جهت این اختراع در سال 1916 به آقای هاری بررلی اهدا گردید.
11- آیا فولاد ضد زنگ، زنگ میزند؟
در واقع این موضوع که فولاد ضد زنگ، زنگ نمیزند یک تصور نادرستی است. این برداشت ناصحیح برخی موارد منجر به مشاجرات و حتی تعقیب قانونی بین کارفرمایان و پیمانکاران میشود. فولادهای ضد زنگ فقط در شرایطی خاص نظیر محیطهای غیرآلوده و آب شیرین یا آب دریا (به صورت جاری) بدون زنگ باقی میمانند. در هوای مرطوب دریایی یا در داخل آب ساکن (راکد) فولاد ضد زنگ نوع 304 زنگ میزند، و اغلب به صورت موضعی دچار خوردگی حفرهای میگردد. به طور کلی ماهیت محیط و ترکیب شیمایی فولاد هر دو در تشکیل زنگ و خوردگی حفرهای فولاد ضد زنگ نقش تعیین کنندهای دارند.
12- دلیل پاک شدن لایه کروم در عملیات حرارتی چیست؟
در عملیات حرارتی و یا جوشکاری، دمای فولاد ضد زنگ به حدود 850-550 درجه سانتیگراد میرسد. کروم و کربن با یکدیگر وارد واکنش میشود و کاربایدکروم( Chromium Carbide)تولید میگردد که در امتداد مرز دانهها رسوب میکند. به همین دلیل کروم موجود در منطقه اطراف مرزدانه (ناحیه مرزی) تخلیه میشود. ناحیه مرزی که کروم آن تخلیه شده (فقیر نسبت به کروم) نسبت به سایر مناطق سالم سطح فلز که کروم آن مناطق تخلیه نشدهاند در برابر خوردگی مقاومت کمتری دارد.
فولاد ضد زنگی را که در ساختار بلوری آن کار باید کروم به وجود آمده باشد "حساس شده (Sensitized)" مینامند. فولادهای حساس شده نسبت به خوردگی مرزدانهای یا فساد جوش بیشتر مستعد میشوند.
13-حساس شدن (در فلزات) چیست؟
حساس شدن آلیاژ بستگی به رسوب کار باید کروم در آن دارد، که معمولاً در مرزدانهها اتفاق میافتد. موقعی که آلیاژ به درجه حرارت حدود 550 تا 850 درجه سانتیگراد (F 1550-1000( میرسد، ناحیه مرزدانهها کروم خود را از دست میدهد و نسبت به اکسیداسیون بعدی توسط محیط خورنده حساس میشود.
14- فساد جوش چیست؟
فساد جوش نوعی خوردگی مرزدانهای است که در فولادهای ضد زنگ یا آلیاژهای با پایه نیکل و به علت حساس شدن ناحیه متأثر از حرارت HAZ (Heat Affected Zone) در عملیات جوشکاری اتفاق میافتد.
15- چطور میتوان از فساد جوش جلوگیری کرد؟
برای جلوگیری از فساد جوش به سه روش عمل میشود:
- استفاده از انواع فولادهای ضد زنگ با کربن پایین (L 304 یا L 316)، آلیاژهای تثبیت شده با تیتانیوم (321) یا با نیوبیوم (347)
- تیتانیوم و نیوبیوم سریعاً با کربن واکنش نموده و تولید کار باید مربوطه را مینمایند که بدینوسیله از تحرک و تخلیه کروم جلوگیری مینماید.
- استفاده از عملیات حرارتی پس از جوشکاری.
16- حمله شیار چاقویی چیست؟
حمله شیار چاقویی نوعی خوردگی مرزدانهای در فولادهای ضدزنگ تثبیت شده است که در ناحیه مجاور منطقه جوشکاری شده و بعد از حرارت دادن آن تا دمای حساس شدن ایجاد میشود. حملات محدود به ناحیه باریک و کاملاً چسبیده به خط ذوب و آمیزش (Fusion Line) میباشد.
آثار این حملات شبیه تیغ تیز بوده و به همین جهت "حمله شیار چاقویی "(Knife-Line Attack) نامیده میشود.
17- چطور میتوان از حمله شیار چاقویی جلوگیری نمود؟
حمله شیار چاقویی را میتوان در هنگام عملیات حرارتی و حرارت دادن جوش تا ◦C 1065 جهت تثبیت مجدد آن انجام داد.
18- تفاوت بین فساد جوش و حمله شیار چاقویی چیست؟
- "از نظر ماهیت آلیاژ"، یعنی فساد جوش در فولادهای طبیعی غیرتثبیت شده ایجاد میشود ولی حمله شیار چاقویی در فولادهای تثبیت شده رخ میدهد.
- "از نظر موقعیت حملات"، یعنی فساد جوش در ناحیه متأثر از حرارت (HAZ) روی میدهد ولی حمله شیار چاقویی در خط ذوب صورت میگیرد.