تعیین سرعت خوردگی

فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانیهاو بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M⁺ⁿ می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند. وقتی فلزی را در اسید حل می‌‌کنیم و یا در و پنجره دچار خوردگی می‌‌شوند، دیگر قابل بازیابی نیستند. پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است.

 

 

خوردگی( Corrosion )

بدلیل خسارات سهمگین ناشی از خوردگی ما مجبوریم سرعت خوردگی را ا ندازه‌گیری کنیم تا عمر مفید قطعات را بدست آوریم و زمان مناسب تعویض را بدانیم.

در زیر به انواع روشهای خوردگی اشاره شده است :

1. روش کاهش وزن بر حسب gr یا mgr

زمان (t) و سطح (A) در این روش مد نظر نبود و روش ناصحیحی است.

2. روش کاهش وزن در واحد سطح در واحد زمان (Mdd)

Mdd میلی‌گرم، دسی متر مربع در روز می‌باشد. در این روش مثلاً Fe  و Pb هر دو،2 Mdd خوردگی دارند ولی واقعاً کدامیک بیشتر خورده می‌شود؟

در Fe، پس عمق نفوذ خوردگی نیز دارای اهمیت است که در این روش به آن توجه نشده است.

3. روش سوم بدست آوردن حداکثر عمق نفوذ خوردگی :

نام دیگر این روش غوطه‌وری می‌‌باشد. در این روش ابتدا کوپن گذاری می‌کنیم و بعد با استفاده از فرمول، سرعت خوردگی را اندازه‌گیری می‌کنیم و بعد با استفده از فرمول سرعت خوردگی را اندازه‌گیری می‌کنیم.

که در این رابطه  کاهش وزن بر حسب میلی‌گرم، D دانسیته بر حسب (gr/cm³)، A بر حسب (in²) و (T) زمان بر حسب ساعت می‌باشد.

همچنین می‌تون از رابطه اینچ بر سال استفاده کنیم.

یا از  رابطه زیر می توان استفاده کرد.

 

اثرتخریبی محیط برفلزات و الیاژها می‌‌باشد. خوردگی ، پدیده‌ای خودبه‌خودی است و همهمردم در زندگی روزمره خود ، از بدو پیدایش فلزات با آن روبرو هستند. در اثر پدیدهخودبه‌خودی ، فلز از درجه اکسیداسیون صفر تبدیل به گونه‌ای با درجه ‌اکسیداسیونبالا می‌‌شود.

M ------>M⁺ⁿ + ne

در واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات ، عبارت ازاکسیداسیون فلز است.

 

 

 

 

شرح آزمایش :

ابتدا یک محلول 2% H₂So₄ و یک محلول 2% HCl و یک محلول NaCl به حجم cc600 تهیه کردیم. سپس سه فلز فولادی و سر فلز آلومینیوم را تا 800 سنباده زده و سپس شسته و خشک کرده و وزن و مساحت آن را اندازه‌گیری کرده و آنگاه این فلزات را در محلول‌ها غوطه‌ور می‌کنیم. پس از 24 ساعت و 72 ساعت فلزات را بیرون می‌آوریم و محصولات خوردگی آنها را با پارچه و آب تمیز می‌کنیم و خشک می‌کنیم، سپس آنها را وزن کرده و سرعت خوردگی آنها را برحسب میلی‌متر بر سال حساب می‌کنیم.

 

نتایج :

نتایج حاصل از آزمایش باعلا با استفاده از رابطه محاسبه گردیده و بصورت جدولی آورده شده‌اند. ضمناً وزن و ابعاد نمونه‌ها نیز در جداول آورده شده است.

 

وزن بعد از72ساعت	وزن بعد از24 ساعت	ابعاد اولیه	وزن اولیه(gr)	محلول خورنده	جنس
35.93	36.22	64*25*3	36.56	H2SO4	1	Fe
33.03	33.04	61*25*3	33.12	HCl	2
35.22	35.24	62.8*25*3	35.25	NaCl	3
4.03	4.05	30*35*1.7	4.15	H2SO4	1	Al
2.81	3.45	30*35*1.7	4.07	HCl	2
4.1	4.1	30*35*1.7	4.1	NaCl	3

 

 

 

·        نمونه الومینیومی که در اسید کلریدریک غوطه ور بوده است کاهش وزنی به میزان 1.2گرم داشته است که این میزان خوردگی خیلی کم است که از دلایل آن می توان به رقیق بودن اسید اشاره کرد.کلر باعث می شود که پوسته اکسیدی روی آلومینیوم ناپایدار شود وخوردگی ادامه پیدا کند.

·        نمونه فولادی که در محلول آب نمک غوطه ور بوده است نیز کاهش وزن کمی داشته است .

·        نمونه های دیگر میزان خوردگی قابل قبولی دارند .

·        محلول هایی که نمونه های فولاددی در آن ها قرار داشتند به رنگ آجری تغییر کرده بود .

·        محلول هایی که نمونه های الومینیومی در آن ها قرار داشتند به رنگ شیری تغییر کرده بود .

·        واکنش کاتدی انجام شده در محلول های حاوی H2SO4 وHCl:

O2+4H +4e→2H2O

• واکنش کاتدی انجام شده در محلول های حاویNaCl :

O2+2H2O+4e→4(OH )

·        واکنش های آندی انجام شده روی نمونه ها به شرح زیر هستند .

·       

 

2Fe+3H2SO4=2Fe(OH)3+3SO2

 

2Fe+3HCl=FeCl3+1.5H2O

 

 

Fe+3NaCl=FeCl3+3Na

 

Al+3H2SO4=2Al(OH)3+3SO2

 

 

Al+3HCl=AlCl3+1.5H2

 

Al+3NaCl=AlCl3+3Na

 

 

 

 

 

 

 

 

·        میزان خوردگی نمونه ها بر حسب میلیمتر برسال در جدول زیر آورده شده است:

میزان خوردگیmmpy))	محلول خورنده	جنس نمونه
0.426	H2SO4 2%	Fe
0.104	HCl2%	Fe
0.0127	آب نمک2%	Fe
0.582	H2SO42%	Al
2.15	HCl2%	Al
0	آب نمک2%	Al