حفاظت کاتدی خطوط لوله (1)

اصول خوردگی براساس خواص فعل و انفعالات الکتروشیمیایی است که در آند تولید الکترون و در کاتد مصرف الکترون صورت می پذیرد . واکنش های الکترو شیمیایی انحلال فلز و آزاد شدن گاز هیدروژن ، بر طبق معادلات زیر است :

M → Mn+ + ne

2H + +2e → H2

 در پروسه خوردگی لوله مدفون درخاک ، نقاط آندی و کاتدی در هر حال موجود هستند و با انتقال جریان الکتریسیته از نواحی آندی از فلز به محیط اطراف خوردگی رخ می دهد و در نقاط کاتدی که جریان از محل اطراف به فلز می رسد خوردگی صورت نمی گیرد . به همین دلیل فلز را می توان به طور جزئی بوسیله استفاده از پوشش ها حفاظت نمود. اگر پوشش ها دائمی بودند و هنگام نصب و یا کار آسیب نمی دیدند لوله های فلزی هرگز خورده نمی شدند . پیدایش عیوب در لایه های محافظ یا وجود سوراخ ها، حتی اگر اتفاقی باشد ما را ملزم می کند که حفاظت نوع دومی را هم برای فلزات مدفون در خاک بکار بریم . روش عمومی استفاده از حفاظت کاتدی است.

هزینه های ناشی از خوردگی (2)

خوردگی، زیان‌ها و روش‌های کنترل آن

 یکی از مهمترین عوامل تخریب تجهیزات صنعتی، پدیده خوردگی است که به عنوان یکی از زیانبارترین آفت‌های صنایع مطرح می‌گردد. این زیان‌ها به حدی اهمیت دارد که تحقیق در حوزه‌های مربوط به فناوری‌های کنترل خوردگی، بخش عظیمی از پژوهش‌ها و تحقیقات کشورهای پیشرفته را به خود اختصاص داده است. این مطالعات به تدوین استراتژی‌ها, قوانین، آییننامهها و روشهای مؤثری در زمینه پیشگیری و رفع اثرات خوردگی منجر شده که تحت عنوان "مدیریت خوردگی" مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

هزینه های ناشی از خوردگی (1)

1-    مقدمه
مطالعات نشان داده‌ اند که خوردگی سازه‌های فلزی تاثیر قابل ملاحظه‌ای بر اقتصاد کشورها دارد. این هزینه‌ها در حوزه‌هایی مانند سازه‌های زیربنایی، حمل و نقل، صنایع همگانی، تولیدات و صنایع نظامی نمایان می‌شود.

اولین مطالعه در زمینه هزینه خوردگی در سال 1949 بوسیله پرفسور اولیگ (استاد دانشگاه MIT) ارائه شد که کل هزینه خوردگی را با کمک جمع هزینه مواد، عملیات‌های مربوط و هزینه‌های مربوط به کنترل خوردگی تخمین زد. گزارش پرفسور اولیگ (Uhlig) اولین گزارشی بود که باعث توجه به اهمیت خوردگی در اقتصاد شد. در سال 1960 اولین مطالعات (بعد از تخمین‌های پروفسور اولیگ) برای بررسی هزینه خوردگی در آمریکا انجام شد. در این سال مشخص شد که هزینه خوردگی در حدود 4% تولید ناخالص ملی است. براساس تحقیق دیگری در همان سال، هزینه‌های خوردگی در انگلستان نیز تقریباً مقداری مشابه بدست آمد.

خوردگی چیست؟

برای خوردگی تعاریف مختلفی ارائه شده است. به عنوان مثال فونتانا[1] خوردگی را تخریب مواد در نتیجه ی واکنش با محیط پیرامونی دانسته و اوهلیگ[2] آن را یک حمله ی مخرب شیمیایی یا الکتروشیمیایی از طرف محیط به یک فلز تعریف نموده است.

در اکثر کاربردهای مهندسی که مقاومت شیمیایی بالایی مورد نیاز است، علاوه بر قیمت و رفتار مکانیکی ماده، مقاومت به خوردگی یکی از مهمترین فاکتورها بوده که خود متاثر از عوامل متالورژیکی می باشد. بطور مثال فولاد زنگ نزن ۸-۱۸ در حالت حساس شده بوسیله اسید پلی تیونیک ظرف چند ساعت بشدت خورده میشود. عملا کلیه محیطها خورنده اند لکن قدرت خورندگی آنها متفاوت است.

بطور کلی مواد معدنی خورنده تر از مواد آلی میباشند. مثلا خوردگی در صنایع نفت بیشتر در اثر کلرورسدیم،گوگرد،اسید سولفوریک و کلریدریک وآب است تا بخاطر روغن،نفت و بنزین.
درجه حرارت ها و فشارهای بالاتر معمولا باعث ایجاد شرایط خوردگی شدیدتری میگردند.

یک مهندس خوردگی بایستی با اصول خوردگی و روشهای جلوگیری آن،خواص شیمیایی ،متالورژیکی،فیزیکی و مکانیکی مواد ،آزمایشات خوردگی،ماهیت محیط های خورنده، قیمت مواد اولیه،نحوه ساخت و تولید،کامپیوتر و طراحی قطعات آشنا باشد.

یک سیستم خوردگی را می توان به عنوان یک مدار الکتروشیمیایی در نظر گرفت که در آن واکنش آندی، انحلال یون آهن در الکترولیت و واکنش کاتدی احیای آب، یون هیدروژن یا یون فلزات موجود در الکترولیت است. در زیر شماتیکی از فرآیند خوردگی فلز به همراه واکنش های آندی و کاتدی نشان داده شده است.

پدیده خوردگی معمولا با واکنش مستقیم فلز با محیطش رخ نمی دهد بلکه ناشی از واکنش های نیم سل-دوتایی الکتروشیمیایی می باشد.

·         نیم واکنش:

در یک نیم واکنش ، الکترون ها در یکی از جهت های واکنش قرار می گیرند:

اگر الکترون ها جز محصولات باشند (جهت راست واکنش)، به این نیم واکنش سلولی، نیم واکنش اکسیداسیون می گویند.

اگر الکترون ها جز واکنش دهنده ها باشند ( جهت چپ واکنش)، این نیم واکنش، نیم واکنش احیایی می باشد.

·         نیم واکنش آندی

کاهش وزن در واکنش آندی رخ می دهد که نمونه های آن در ذیل آمده است:

Fe(s) → Fe²⁺ (aq) + 2e^-

Al (s) → Al³⁺(aq) + 3e^-

2Cu (s) + H₂O (l) → Cu₂O(s) + 2H⁺(aq) + 2e^-

هر سه نوع این واکنش ها به دلایل زیر از نوع اکسیداسیون هستند :

1- افزایش عدد اکسیداسیون

2- تولید الکترون توسط واکنش

·         نیم واکنش کاتدی

در واکنش کاتدی:

1- کاهش عدد اکسیداسیون

2- الکترون ها توسط واکنش مصرف می شوند

مثالی در مورد واکنش کاتدی، احیا دو یون هیدروژن و تبدیل شدن به دو مول گاز هیدروژن می باشد.

2H⁺ (aq) + 2e^- → H₂(g)

این واکنش غالب در محیط های اسیدی می باشد. شکل زیر شماتیک واکنش احیایی فوق را نشان می دهد.

واکنش کاتدی معمول دیگر، احیا اکسیژن محلول به یون هیدروکسیل بوده که در محلول های بازی و خنثی رخ می دهد:

O₂(g) + 2H₂O +4e^- → 4OH^-

روی سطح فلزی، واکنش های آندی و کاتدی در مکان های مختلف رخ می دهد. شکل زیر، رفتار سطح آهنی غوطه ور در محیط محلول اسید را نشان می دهد. اتم های آهن به شکل Fe2+ وارد محلول شده، دو الکترون تولیدی توسط این نیم واکنش در جای دیگر روی سطح مصرف شده و دو یون هیدروژن را به مولکول H2 تبدیل می کند.

---

[1] Fontana

[2] Uhlig