بررسی خواص و خوردگی و اکسیداسیون فلزات(چدن‌ها ، فولاد‌ها و آلومینیوم هاو مقایسه بین آنها) (2)

اثرات یا فاکتورهای محیطی

غالبا در صنایع ف آیندی مواقعی پیش می آید که لازم است بعضی متغیرها و فاکتورهای سیستم را تغییر داد. یکی از متداول ترین سوالات این است که اثر این تغییرات روی سرعت خوردگی چگونه است . در قسمت بعدی اثر تغییر بعضی متغیرهای متداول بر اساس پدیده هائی که در قسمتهای قبلی بآنها اشاره شده است مورد بحث قرار می گیرند.

 

1-5- اثر اکسیژن و اکسید کننده ها

اثر اکسید کننده ها و قدرت اکسید کنندگی در رابطه با رفتار فعال -  غیرفعال فلز در بالا بحث شد.اثراکسیدکننده ها بر سرعت خوردگی بوسیله شکل9-2 نشان داده شده است. توجه کنید که شکل این منحنی شبیه شکل منحنی 8-2 است و این شکل نیز به سه ناحیه تقسیم شده است. رفتاری شبیه رفتاردر منطقه 1 خصوصیت یک فلز نرمال است و همچنین نشان دهنده رفتار یک فلز فعال – غیرفعال است که در حالت فعال قرار دارد . فلزاتی که انتقال فعال - غیرفعال از خود نشان می دهند تنها در صورتی غیر فعال می شوند که مقدار کافی عامل اکسید کننده قوی به محیط آنها اضافه شود. افزایش سرعت خوردگی افزایش غلظت اکسید کننده منطقه1 ویژه مونل و مس در محلولهای اسیدی محتوی اکسیژن می باشد بطوریکه این دو فلز غیر فعال نمی شوند.

اگر چه آهن می تواند در آب غیر فعال شود لکن قابلیت انحلال اکسیژن در آب محدود است و در اکثر موارد برای به وجود آوردن یک حالت غیر فعال در آهن کافی نخواهد بود.(شکل8-2)

افزایش سرعت خوردگی و به دنبال آن کاهش سریع سرعت خوردگی و ثابت ماندن سرعت خوردگی علیرغم افزایش غلظت اکسید کننده ویژه فلزات و آلیاژهای فعال –غیرفعال مثل فولاد NI8-CR18 (فولاد زنگ نزن) و تیتانیم می باشد .

اگر یک فلز فعال –غیر فعال در آغاز در یک محیط در حالت غیر فعال باشد افزایش عوامل اکسید کننده اثر ناچیزی بر سرعت خوردگی خواهد داشت . این حالت غالبا وقتی که یک فلز فعال-غیرفعال را به درون یک محیط اکسید کننده مثل اسید نیتریک یاکلورفریک فرومی کنیم اتفاق می افتد رفتاری که به وسیله مناطق 2و3 نشان داده شده است موقعی اتفاق می افتدکه یک فلز که ابتدا در حالت غیر فعال قرار دارد در معرض اکسید کننده های خیلی قوی قرار گرفته و به منطقه ترانس پسیو منتقل می شود . این نوع رفتار غالبا در مورد فولادهای زنگ نزن که در معرض محیطهای خورنده عوامل اکسید کننده بسیار قوی مثل کروماتها می باشند اتفاق می افتد. در مخلوطهای نیتراته کردن گرم شامل اسید سولفوریک غلیظ و اسید نیتریک کل نواحی فعال - غیرفعال - ترانس پسیورا با افزایش نسبت اسید نیتریک به اسید سولفوریک می توان به دست آورد.

واضح است که اثر افزایش عامل اکسید کننده یا وجود اکسیژن بر سرعت خوردگی بستگی به دو عامل محیط و فلز دارد . سرعت خوردگی با افزایش اکسید کننده ها ممکن است افزایش یابد اکسید کننده ها ممکن است اثری بر سرعت خوردگی نداشته باشد یا یک رفتار خیلی پیچیده مشاهده گردد. با اطلاع از خصوصیات اصلی فلز و آلیاژو محیطی که با آن در تماس است می توان در اکثر موارد اثر افزایش عامل اکسید کننده را پیش بینی نمود .

 

1-6- اثرات سرعت حرکت

اثرات سرعت حرکت بر خوردگی مثل افزایش قدرت اکسید کنندگی پیچیده است و بستگی به خصوصیات فلز و محیط آن دارد .

شکل10-2 اثر بهم خوردن و سرعت حرکت محلول را بر سرعت خوردگی نشان می دهد. در واکنشهای خوردگی که به وسیله پولایزاسیون اکتیواسیون منترل می شوند سرعت یا تلاطم بر سرت خوردگی بی اثر است این حالت در منحنی B از شکل 10-2 نشان داده شده است. اگر فر آیند خوردگی تحت پولاریزاسیون غلظتی کاتدی قرار داشته باشد دراینصورت بهم خوردن یا تلاطم محلول سرعت خوردگی را افزایش می دهد (ناحیه1از منحنیA در شکل 10-2) این اثر معمولا موقعی اتفاق می افتد که یک عامل اکسید کننده در مقادیر خیلی کم وجود دارد مثلا وقتی که در آب یا اسید مقداری اکسیژن حل شده وجود داشته باشد .

اگر واکنش تحت کنترل دیفوزیونی باشد و فلز بسادگی غیر فعال بشود در این صورت مناطق 1و2 از منحنی A مشاهده خواهد شد.یعنی با افزایش سرعت فلز از حالت فعال به حالت غیر فعال منتقل می شود . آلیاژها یا فلزاتی که بسهولت غیر فعال می شوند مثل فولاد زنگ نزن و تیتانیم در مواقعی که سرعت محیط خورنده بالاست مقاومت بیشتری در مقابل خورده شدن دارد.

بعضی فلزات مقاومت در مقابل خوردگی در بعضی محیطها را مدیون پوسته های محافظ و ضخیمی              می باشند که روی سطح آنها تشکیل می شود. این پوسته ها از لایه های نازک غیر فعال کننده متمایز هستند زیرا به سهولت قابل رویت بوده و دارای چسبندگی کمتری به سطح فلز نسبت به پوسته های غیر فعال  می باشند. عقیده بر آن است که سرب و فولاد به وسیله پوسته های نامحلول سولفات از خورندگی اسید سولفوریک در امان می مانند.اینگونه فلزات چنانچه در معرض محیط خورنده با سرعت حرکت بسیار بالا قرار بگیرند خسارات مکانیکی یا کنده شدن این پوسته ها می تواند اتفاق بیفتد و منجر به خوردگی سریع و ناگهانی مشابه منحنی C در شکل10-2 بشود. این نوع خوردگی را خوردگی سایشی می نامند که در فصل 3 مورد بحث قرار خواهد گرفت در مورد منحنی Cتوجه کنید که تا موقعی که خسارت مکانیکی اتفاق نیافتاده است تاثیر افزایش سرعت یا تلاطم محیط خورنده تقریبا ناچیز است .

 

1-7- اثر درجه حرارت

درجه حرارت باعث افزایش سرعت اکثر واکنشهای شیمیایی می شود.شکل11-2 تاثیر درجه حرارت بر سرعت خوردگی فلزات را نشان می دهد. منحنی A رفتاری که در بالا به آن اشاره شد را نشان می دهد یعنی با بالا رفتن درجه حرارت سرعت خوردگی خیلی سریع و یا اکسپونانسیلی افزایش می یابد . رفتاری که وسیله منحنی B نشان داده شده نیز متداول است.

یعنی افزایش درجه حرارت ابتدا اثر بسیار کمی بر سرعت خوردگی داشته و درجه حرارتهای بالاتر به طور ناگهانی سرعت خوردگی افزایش می یابد. در مورد فولاد زنگ نزن 8-18 در اسید نیتریک این اثر را به سادگی می توان توضیح داد. افزایش درجه حرارت اسید نیتریک قدرت اکسید کنندگی آنرا به شدت افزایش می دهد. در درجه حرارتهای پایین تا متوسط فولاد زنگ نزن در حالت غیر فعال و نزدیک منطقه ترانس پسیو قرار دارد.بدین ترتیب افزایش قدرت اکسید کنندگی فلز را به منطقه ترانس پسیو برده و در نتیجه سرعت خوردگی آن بشدت افزایش می یابد . مکانیزم مشابهی نیز برای توجیه رفتار مونل و نیکل در شکل11-2 وجود دارد.در بعضی موارد ممکن است نمودارB اشتباها نشان دهنده رفتار واقعی باشد . در صورتی که سرعت خوردگی در درجه حرارتهای پایین خیلی کم بوده و بصورت اکسپونانسیل افزایش یابد نمودار خطی همانند منحنی B خواهد بود.بدین معنی که سرعت خوردگی سریعا با درجه حرارت افزایش خواهد یافت چیزی که به واسطه مقیاس انتخاب شده در نمودارهای معمولی سرعت خوردگی بر حسب درجه حرارت مشاهده نمی شود.

 

1-8- اثرات غلظت محیط خورنده

شکل12-2 بطور شماتیکی اثرات غلظت محیط خورنده را بر سرعت خوردگی نشان میدهد.توجه کنید که در این شکل منحنی A دارای دو قسمت است.اکثر موادی که خاصیت غیر فعال شدن دارند بطور نامحسوسی تحت تاثیر تغییرات وسیعی از غلظت محیط خورنده قرار می گیرند این مطلب در منطقه 1 از منحنی A مشاهده می گردد.

بعضی دیگر رفتار مشابهی دارند با این تفاوت که در غلظتهای خیلی بالا سرعت خوردگی بشدت افزایش می یابد. این موضوع در مناطق 1و2 از نمودارA نشان داده شده است .سرب دارای این خاصیت است و عقیده بر آن است که سولفات سرب در غلظتهای پایین اسید سولفوریک پوسته محافظی است در اسید سولفوریک غلیظ قابل حل است .

اسید هائی که به هر غلظتی در آب قابل حل هستند غالبا باعث ایجاد منحنی هائی مثل منحنی B میشوند. ابتدا با افزایش غلظت محیط خورنده سرعت خوردگی نیز افزایش می یابد. این خاصیت عمدتا بخاطر این است که مقدار یون های هیدروژن که عوامل فعال هستند با افزایش غظت اسید افزایش می یابد. لکن با ادامه افزایش غلظت اسید سرعت خوردگی به یک ماکزیمم رسیده و از آن به بعد تقلیل می یابد که بدون شک به خاطر این واقعیت است که در غلظتهای خیلی بالای اسیدها یونیزاسیون کم می شود. بخاطر این مسئله اکثر اسیدهای متداول مثل اسید سولفوریک استیک فلوریدریک و غیره در حالت خالص و با غلظت صددرصد در درجه حرارتهای متوسط تقریبا خنثی هستند .

 

1-9- اثر اتصال گالوانیکی

در اکثر کاربردها در عمل تماس یک فلز با یک غیر همجنس اجتناب نا پذیر است در فرآیندهای شیمیایی پیچیده و سیستمهای لوله کشی فلزات و آلیاژهای مختلف غالبا در تماس با یکدیگر در معرض محیط خورنده قرار دارند. اثرات اتصال گالوانیکی بعدا به طور مفصل مورد بحث قرار خواهد گرفت و تنها در اینجا باختصار بیان می گردد.در شکل 13-2 یک قطعه روی را که به یک قطعه فلز نجیب متصل است در داخل محلول اسید کلرید ریک نشان داه شده است. چون پلاتین در این محیط خنثی است تنها سطحی که روی آن آزاد شدن هیدروژن روی سطح پلاتین بسیار سریعتر از سطح روی انجام می شود.این دو فاکتور سرعت واکنش کاتدی و نتیجتا سرعت خوردگی روی را افزایش می دهند . توجه کنید که اثر اتصال گالوانیکی در این حالت تقریبا شبیه اضافه کردن ماده اکسید کننده به محلول خورنده می باشد. در هر دو حالت سرعت مصرف الکترون افزایش می یابد و بدین ترتیب سرعت حل شدن فلز نیز افزایش می یابد. باید دانست که اتصال گالوانیکی همواره سرعت خوردگی یک فلز را افزایش نمی دهد. بعضی موارد سرعت خوردگی فلز را کم می کند. این موارد خاص رد فصول بعدی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.