خوردگی جدایشی (Selective Corrosion)

منظور از خوردگی جدایشی چیست؟

خوردگی جدایشی یا انتخابی نوعی از خوردگی است که در اثر حمله عوامل خورنده به یک جزء خاص از آلیاژی که در معرض الکترولیت قرار گرفته، رخ می دهد. این خوردگی در مراجع تحت عنوان جدایش انتخابی و آلیاژزدایی نیز شناخته می شود و می تواند به صورت یکنواخت یا موضعی مشاهده شود. خوردگی انتخابی ممکن است در آلیاژهای تک فازی و چندفازی در اثر وقوع یک فرایند الکتروشیمیایی اکسیداسیون و احیا رخ دهد.

آلیاژهای مستعد این نوع خوردگی از اجزایی تشکیل شده‌اند که تفاوت زیادی بین پتانسیل الکتروشیمیایی آن‌ها وجود دارد. آلیاژ برنج که از مس و روی تشکیل شده است، مشهورترین مثال برای این نوع آلیاژهاست. شکل زیر میکروگراف ساختار حاصله پس از روی‌زدایی در این آلیاژ را نشان می‌دهد.

خوردگی انتخابی تحت چه مکانیزمی رخ می‌دهد؟

دو مکانیسم برای این نوع خوردگی شرح داده شده است:

1. دو فلز در آلیاژ حل می شوند و یکی از آن ها مجددا روی سطح قرار می گیرد.
2. یک فلز به صورت انتخابی حل می شود و فلزات دیگر در سطح باقی می مانند.

روی‌زدایی که در ادامه آن را به طور جداگانه بررسی می‌کنیم، با مکانیزم اول رخ می‌دهد. اما حذف مولیبدن از آلیاژهای نیکل در هیدروکسید سدیم مذاب با مکانیزم دوم اتفاق می‌افتد. در برخی از آلیاژها، جدایش انتخابی با توجه به دما و نوع الکترولیت، غلظت آن و میزان جریان خورنده با هر دو روش انجام می‌شود.

در یک آلیاژ، جزئی که دارای پتانسیل کمتری است اکسید و در الکترولیت حل می‌شود. در مقابل، جزئی که پتانسیل الکتروشیمیایی بالاتری دارد، احیا می شود. این پدیده منجر به تشکیل ساختار متخلخل در مقیاس نانو بر روی سطح آلیاژ می شود.

برخی از مهم ترین آلیاژها که مستعد خوردگی جدایشی هستند، عبارتند از:

• برنج (Cu-Zn) (روی‌زدایی)
• سیلیکون برنز (سیلیکون‌زدایی)
• برنز آلومینیوم (آلومینیوم‌زدایی)
• برنز قلع (قلع‌زدایی)
• آلیاژهای نیکل-مس (نیکل‌زدایی)
• چدن‌های خاکستری؛ خوردگی گرافیتی (لیچینگ آهن)

خوردگی جدایشی چگونه فولادهای زنگ نزن را تحت تاثیر قرار می دهد؟

خوردگی انتخابی در آلیاژهایی مشاهده می‌شود که در آن‌ها یک جزء اصلی آلیاژ (یا حتی یک ناخالصی) کمتر از دیگر اجزا نجیب باشد. در نتیجۀ رخ دادن خوردگی، عنصر نجیب‌تر باقی می‌ماند و سپس یک مادۀ متخلخل با استحکام و شکل‌پذیری بسیار کم حاصل می‌شود.

خوردگی انتخابی در فولادهای زنگ‌نزن نادر است. اما ممکن است در صورت وجود تفاوت زیاد در مقاومت به خوردگی فاز فریت و آستنیت، در برخی قطعات فولادی که به خوبی بالانس نباشند دیده شود. مشکلات صنعتی مربوط به خوردگی انتخابی در فولادهای زنگ‌نزن داپلکس تنها زمانی رخ می‌دهد که از محدودۀ ایمنی (Safe Service Limits) فراتر رفته و میزان خوردگی به طور معمول بیش از 3/0 میلی‌متر در سال باشد.

روی‌زدایی (Dezincification)

روی‌زدایی در آلیاژهای مس و روی، یعنی برنج‌ها رخ می‌دهد و در نتیجۀ آن، عنصر روی در محلول الکترولیت حل می‌شود. در نتیجۀ این فرایند، مس و اکسید مس بر روی سطح برنج باقی می‌مانند. در این زمان سطح از رنگ زرد به قرمز تغییر می‌کند و قطعۀ برنجی دیگر خواص مکانیکی اولیۀ خود را نخواهد داشت. چرا که در نهایت به صورت اسفنجی با ساختاری ضعیف در خواهد آمد.

این نوع خوردگی که معمولاً در برنج‌هایی که دارای درصد روی بالاتر از 15 درصد باشند اتفاق می‌افتد، دارای دو نوع است:

• یکنواخت یا لایه‌ای که مختص برنج‌های با درصد روی بالا است و در محیط‌های اسیدی اتفاق می‌افتد.
• موضعی یا لکه‌ای که معمولاً مختص برنج‌های با درصد آلیاژی روی پایین است و در محیط‌های خنثی، بازی و یا اسیدی رقیق به وقوع می‌پیوندد. این نوع خوردگی در نقاطی به طور متمرکز عمل می‌نماید.

در هریک از دو نوع فوق، عنصر روی طبق واکنش ذیل وارد محلول می‌گردد:

به طور کلی می‌توان گفت که محیط‌های حاوی O₂ و CO₂ این نوع خوردگی را تقویت می‌کنند. با مراجعه به دیاگرام فازی برنج، مشخص است که با افزایش روی به بالای 37 درصد، ساختار متالورژیکی از α به α + β تغییر می‌کند. از آنجا که فاز بتا از روی غنی‌تر است، شدیدتر و قبل از آلفا مورد حمله قرار می‌گیرد.

هر چقدر که درصد روی کاهش می‌یابد، احتمال بروز خوردگی انتخابی کمتر می‌شود. برنج قرمز (Red Brass) با 15 درصد روی کمتر مورد حمله قرار می‌گیرد، اما برنج نوع دریایی (Naval Brass)  با 35 درصد روی، همانند برنج مانتز (Muntz) بیشتر مورد حمله قرار می‌گیرند.

روش‌های پیشگیری از این نوع خوردگی عبارت‌اند از:

• حفاظت کاتدی
• پوشش‌دهی سطح
• استفاده از ممانعت‌کننده‌های شیمیایی مثل آلیاژهای آرسنیک، فسفر و آنتیموان

پیشنهاد می‌کنیم:

دوره حفاظت کاتدیک مقدماتی شروع یادگیری

خوردگی گرافیتی

ساختار چدن خاکستری به گونه ای است که با قرارگیری در محیط خورنده، یک پیل گالوانیک تشکیل می شود. زمانی که این آلیاژ در محیط خورنده قرار گیرد، مورد حمله قرار گرفته و آهن وارد محلول می‌شود. گرافیت بر روی سطح باقی می‌ماند و سطح ساختار رنگی متمایل به خاکستری پیدا می‌کند. گرافیت به عنوان کاتد عمل می‌نماید و آهن اکسید می‌گردد.

خوردگی گرافیتی در محیط‌های نسبتاً معتدل نظیر آب‌های دارای pH کمی اسیدی، آب‌های حاوی سطوح پایین سولفید هیدروژن و آب‌های شور و دیگر آب‌های دارای رسانایی بالا اتفاق می‌افتد. خاک‌های مرطوب به ویژه خاک‌های حاوی سولفات، اغلب باعث رخ دادن خوردگی گرافیتی در چدن خاکستری می‌شوند.

این نوع خوردگی جدایشی می‌تواند مشکلات قابل توجهی ایجاد کند، زیرا اگر چه هیچ تغییر ابعادی رخ نمی‌دهد، اما چدن استحکام و خواص فلزی خود را از دست می‌دهد. بنابراین در صورت عدم تشخیص به موقع ممکن است شرایط خطرناکی در کاربردهای تحت فشار به وجود بیاید.

سرعت این نوع خوردگی به طور کلی پایین است و در چدن‌های داکتیل، مالبیل و سفید به دلیل انحلال کربن در ساختار و عدم تشکیل گرافیت اتفاق نمی‌افتد. خوردگی گرافیتی به کرات در لوله‌های مدفون شده مشاهده شده است. در ایران نیز در لوله‌های انتقال آب کارخانجات پتروشیمی بندر امام مشاهده شده است.

6

دقیــقه مطالعه

گرافیت ؛ پرمصرف ترین آلوتروپ کربن

گرافیت مادۀ مهمی است. طبق آمار منتشر شده از بانک جهانی، نیاز به عرضۀ گرافیت تا س...

توجه به موارد زیر، می تواند خوردگی گرافیتی تا کاهش دهد:

• چدن شکل‌پذیر نسبت به چدن خاکستری استعداد کمتری به خوردگی گرافیتی دارد، اگرچه از آن مصون نیست.
• چدن سفید که اساساً فاقد گرافیت است، در برابر خوردگی گرافیتی مصون است.
• چدن‌های مقاوم در برابر خوردگی حاوی کروم، نیکل و سیلیکون نیز در برابر خوردگی گرافیتی مصون هستند.

افزایش pH آب به سطح خنثی یا کمی قلیایی می‌تواند در برابر این نوع خوردگی انتخابی کمک کند.

دیگر فرایندهای جدایشی …

علاوه بر فرایندهای روی‌زدایی و خوردگی گرافیتی، دکربوریزاسیون، کبالت‌زدایی (Decobaltification) و نیکل‌زدایی (Denickelification) نیز از اهمیت بالایی برخوردارند. منظور از دکربوریزاسیون، حذف کربن از لایۀ سطحی آلیاژ حاوی کربن در اثر واکنش با یک یا چند مادۀ شیمیایی در محیطی است که با سطح تماس می‌یابد.

کبالت‌زدایی، لیچینگ انتخابی کبالت از آلیاژهای پایه کبالت مانند Stellite یا کاربیدهای سیمانی است. نیکل‌زدایی نیز لیچینگ انتخابی نیکل از آلیاژهای حاوی نیکل است. این فرایند جدایش بیشتر در آلیاژهای مس-نیکل پس از سرویس طولانی‌ مدت در آب های شیرین مشاهده می‌شود.

جمع بندی

در این مقاله دیدیم فرایند خوردگی جدایشی شامل انحلال انتخابی یکی از عناصر آلیاژی دو یا چندفازی در یک محلول الکترولیت است. همچنین مشهورترین مثال‌ها در این حوزه یعنی روی‌زدایی و خوردگی گرافیتی را بررسی کردیم. راه های زیادی برای جلوگیری از خوردگی انتخابی وجود دارد که از مهم ترین آن ها می توان به انتخاب صحیح مواد اشاره کرد.

منابع

فونتانا، مارس. مهندسی خوردگی (ترجمه احمد ساعتچی). تهران: انتشارات جهاد دانشگاهی دانشگاه صنعتی اصفهان

فرزام، منصور. مهندسی خوردگی و حفاظت از فلزات. تهران: انتشارات یادواره کتاب

www.materials.sandvik

www.substech.com

www.corrosionclinic.com