تحقیق مقاله خوردگی در چدن ها

به‌طور کلی 6 روش برای کنترل خوردگی مطرح شده است:

طراحی، انتخاب مواد، پوشش، استفاده از بازدارنده، حفاظت کاتدی و آندی
در دنیا بر روی نانوپوشش‌هابسیار کار شده است و نانوپوشش‌های بسیاری گسترش پیدا کرده است. اما نفوذ نانوفناوری در روش‌های دیگر کنترل خوردگی بسیار ضعیف بوده است.

- نانوپوشش‌ها

1- پوشش‌های نانوهیدروکسی‌آپاتید برای ایمپلنت‌های مورد استفاده در بدن انسان شرکت IMCO با استفاده از تکنیک الکتروفورتیک در دمای محیط نانوساختار هیدروکسی آپاتید را بر روی انواع ایمپلنت‌ها پوشش می‌دهد. این ایمپلنت‌ها کاربردهای مختلف در دندانپزشکی و اورتوپدی دارند. روش‌های قدیمی شامل پاشش حرارتی و رسوب‌دهی شیمیایی می‌شدند که ورود نانون به این عرصه، دو فایده اساسی را به‌دنبال داشت:

فایده اول افزایش استحکام باند می‌باشد. در روش‌های قدیمی اعمال پوشش هیدروکسی آپاتید، استحکام چسبندگی پوشش بسیار پایین است. به‌طوری‌که به اصطلاح عملی، در روش پاشش حرارتی، MPa30 و در رسوب‌دهی شیمیایی MPa 14 است. اما این روش باعث می‌شود که استحکام چسبندگی به حدود MPa60 برسد.

فایده دوم، بهبود مقاومت خوردگی است. این پوشش‌های نانویی 100% فشرده و100% کریستالی است، که باعث می‌شود مشکل انحلال آمورفی این پوشش حل شود و البته فشرده بودن باعث می‌شود که مایعات بدن تحت تماس با فلز قرار نگیرند. جریان پلاریزاسیون خوردگی در این حالت 300 بار کمتر از حالتی است که به 2 روش قدیمی پاشش حرارتی و رسوب‌دهی شیمیایی پوشش داده شده است.

2- پوشش‌های چند لایه‌ای نانویی برای مصارف نظامی و غیرنظامی
اخیراً پوشش‌هایی گسترش پیدا کردند که دارای چندین لایه هستند که هر لایه در این پوشش، هدف خاصی را دنبال می‌کنند. این پوشش‌ها با توجه به گزارش‌هایی که شده است دارای مصارف نظامی و غیرنظامی است. این پوشش‌ها هدف‌های چندی را دنبال می‌کند که عبارتند از:

1- کاهش هزینه چرخه عمر 2- کاهش هزینه نگهداری تجهیزات 3- کاهش آلودگی‌های محیطی»این پوشش‌ها در چرخنده‌ها، موتورها، سوئیچ‌های الکترونیکی و سنسورها کاربرد فراوان دارد.

یکی از خصوصیات منحصر به فرد این پوشش این است که زمانی که پوشش‌ها آسیب دیده و باید عوض شوند، به‌راحتی از روی سطح برداشته می‌شود. همچنین در بین لایه‌های این پوشش از لایه‌های حس‌گر استفاده می‌شود که قادر است آسیب‌دیدگی مکانیکی و خوردگی را تشخیص دهد. شرکت NANOMAG، پوشش‌هایی از جنس نانو کامپوزیت که مقاوم در برابر خوردگی می‌باشد، تولید می‌کند که این پوشش‌ها جایگزین پوشش‌های پایه کروم خطرناک می‌شود که برای آلیاژهای منیزیم مخصوصاً برای احتیاجات صنایع خودروسازی، هوا – فضا و هوانوردی مناسب می‌باشد. منیزیم که یک سوم از آلومینیوم و 80 درصد از فولاد سبک‌تر است به‌طور فزاینده‌ای از زمان اولین حضورش در ماشین‌های مسابقه در طول سال‌های 1920، برای این هدف استفاده شده است. کاربردهای آلیاژهای پایه منیزیم هم‌اکنون تا پوشش‌های دنده، لوله‌های چندشاخه ورودی، و پوشش‌های سرسیلندرها نیز امتداد پیدا کرده و حتی چرخ‌ها، بخش‌های بدنه و قسمت‌های اصلی فرمان را نیز در بر گرفته است.

خواصی مانند قدرت بالا نسبت به وزن (در مقایسه با ضریب وزن) و ارتعاش‌گیری خوب (جذب ارتعاش) صدا و لرزش، با استفاده از تکنیک‌های ریخته‌گری تحت فشار، تولید آسان قطعات را به‌همراه دارد و استفاده متداول و رایجی در بخش‌هایی مانند هوا – فضا و دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل دارد. اما منیزیم به‌دلیل واکنش‌پذیری بالا، مقاومت پایینی در برابر خوردگی دارد، از این‌رو نیاز استفاده از پوشش‌های مناسب برروی سطوح منیزیمی بسیار احساس می‌شود.

از هدفهای رشد و توسعه پروژه NaNoMAG فراهم آوردن امکانی می‌باشد که از طریق آن روکش‌های نانوکامپوزیتی (مرکب) که تمیز و سازگار با طبیعت هستند شکل گیرد که اقتصادی‌تر و مقرون به صرفه‌تر نیز خواهد بود. همچنین این پوشش‌ها مقاومت‌های بهتری هم برای خوردگی و ساییدگی خواهند داشت.
برای ایجاد این پوشش‌ها از روش‌های پلاسمایی رسوب شیمیایی بخار (PECVD)، پلاسمایی رسوب فیزیکی بخار (PEPVD) و همچنین فناوری Sol-gel استفاده می‌شود.

3- پوشش‌های نانو با یون‌های بازدارنده خوردگی

شرکت نامادیکس (Namadics) بر روی نوعی از پوشش‌های کامپوزیت فعالیت می‌کند که اثر حفاظتی بسیار خوبی از خود نشان می‌دهد. این پوشش‌ها با استفاده از تکنیک Layer-by-Layer assembly و  یا lectrostaticself assembly ساخته می‌شود. در این پوشش‌های نانوکامپوزیتی لایه لایه، یون‌های بازدارنده خوردگی قرار داده می‌شود تا بتواند با نفوذ به سطح فلز پایه، آن‌ها را در برابر خوردگی محافظت کند و لایه انتهایی یک لایه سدکننده سیلیکاتی است. این پوشش‌ها نیز حفاظت خوردگی خوبی در مقایسه با پوشش‌های کروم نشان می‌دهد و می‌تواند جایگزین مناسبی برای آن‌ها باشد (با توجه به این‌که پوشش-های کروم به علت آلودگی‌های زیست محیطی در حال انقراض است).

4- پوشش‌های استثنایی آلیاژی با ساختار نانو مقاوم در برابر خوردگی
تحقیقات انستیتوی شیمی با همکاری انستیتوی Semi conductors (نیمه رساناها) باعث خلق و ابداع تعداد زیادی پوشش‌های جدید از آلیاژهای فلزی با ساختار نانو شده‌اند که برای مقاومت در برابر خوردگی فوق‌العاده بالایشان، مورد توجه قرار گرفته‌اند. این پوشش‌ها از طریق پاشش مغناطیسی فلز شکل گرفته‌اند. ساختار نانوکریستال‌های این پوشش‌ها لایه‌های اثرناپذیر پایدار را به‌وجود می‌آورند که ویژگی‌های ناقص و معیوب پوشش‌های قدیمی را ندارند. مشاهده شده است که پوشش‌ها با ساختار نانوکریستال، نسبت به پوشش‌ها دارای ساختار بی‌شکل، مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند.

- فولاد ضدزنگ با مقاومت خوردگی فوق‌العاده بالا:

مشکل اصلی آلیاژهای فولادی استحکام پایین آن است که مصرف آن را در کاربردهای مقابله با خوردگی کاهش می‌دهد. شرکت Sandvik با استفاده از فناوری نانو و با اضافه کردن نانو ذرات در مرحله ذوب توانسته آلیاژهای فولاد ضدزنگ با مقاومت خوردگی بالا، انعطاف‌پذیری مناسب قبل از عملیات حرارتی و استحکام بالا بعد از عملیات حرارتی تولید کند. با استفاده از این فناوری می‌توان فولاد ضدزنگ را جایگزین آلومینیوم کرد. با این آلیاژ قادریم با هزینه کمتر، همان استحکام و وزن را بدست آوریم. کاربردهای قابل تصور برای این آلیاژ در شاسی (بدنه ماشین) سبک وزن، ابزار ورزشی و تجهیزات پزشکی است.

نتیجه‌گیری

1- بر اساس آمار ارایه شده در متن گزارش هزینه‌های خوردگی تاثیر بالایی بر اقتصاد کشور دارد که بایستی توجه لازم به آن مبذول شود. 2- در دنیا بر روی نانوپوشش‌ها (نانو هیدروکسی‌آپاتید و نانومگ و پوشش‌های نانوکامپوزیتی) بسیار کار شده است و نانوپوشش‌های بسیاری گسترش پیدا کرده است. اما نفوذ نانوفناوری در روش‌های دیگر کنترل خوردگی بسیار ضعیف بوده است. 3- پیشرفت در حوزه های دیگر حفاظت از خوردگی مثل حفاظت کاتدی و آندی و ممانعت‌کننده، نیازمند ایده‌پردازی و تشکیل جلساتی با حضور متخصصین خوردگی و نانوفناوری می‌باشد.

خوردگی در اثر جریان های سرگردان Stray Current

بدترین خوردگی که برای فلزات کار گذاشته شده در خاک بوجود می آید . در محل هایی است که جریان های الکتریکی سرگردان وجود دارد . چون مقاومت ویژه خاک ها حتی وقتی دارای آب باشند زیاد است . بنابراین جریان های الکتریکی داخل زمین از طریق فلزات کارگذاشته شده درخاک که مقاومت کمی دارند عبور خواهد کرد . جریان سرگردان زمانی می تواند موجب خوردگی لوله گردد که از یک قسمت از لوله وارد واز قسمت دیگر آن تخلیه شود و در حقیقت مدار جریان کامل گردد . نقطه ورود جریان سرگردان کاتد و نقطه خروجی، آند پیل خوردگی خواهد گردید . از منابع ایجاد جریان سرگردان می توان به موارد زیر اشاره کرد:

وجود سیستم حفاظت کاتدی در لوله های مجاور لوله مورد تهاجم

استفاده از جریان مستقیم در عملیات حفاری

عملیات جوشکاری با استفاده از جریان مستقیم

سیستم های قطار برقی زیر زمینی و نظایر آنها و همچنین میدان مغناطیسی زمین در اطراف لوله تهاجم نیز تاثیر گذاشته و اختلال ایجاد می کند.

جریان های سرگردان در 3 دسته طبقه بندی می شوند:

1- جریان های مستقیم

2- جریان های متناوب

3- جریان های تلوریک ( Telluric )

 خوردگی در اثر جریان های سرگردان Stray Current

 بدترین خوردگی که برای فلزات کار گذاشته شده در خاک بوجود می آید . در محل هایی است که جریان های الکتریکی سرگردان وجود دارد . چون مقاومت ویژه خاک ها حتی وقتی دارای آب باشند زیاد است . بنابراین جریان های الکتریکی داخل زمین از طریق فلزات کارگذاشته شده درخاک که مقاومت کمی دارند عبور خواهد کرد . جریان سرگردان زمانی می تواند موجب خوردگی لوله گردد که از یک قسمت از لوله وارد واز قسمت دیگر آن تخلیه شود و در حقیقت مدار جریان کامل گردد . نقطه ورود جریان سرگردان کاتد و نقطه خروجی، آند پیل خوردگی خواهد گردید . از منابع ایجاد جریان سرگردان می توان به موارد زیر اشاره کرد:

وجود سیستم حفاظت کاتدی در لوله های مجاور لوله مورد تهاجم

استفاده از جریان مستقیم در عملیات حفاری

عملیات جوشکاری با استفاده از جریان مستقیم

سیستم های قطار برقی زیر زمینی و نظایر آنها و همچنین میدان مغناطیسی زمین در اطراف لوله تهاجم نیز تاثیر گذاشته و اختلال ایجاد می کند.

جریان های سرگردان در 3 دسته طبقه بندی می شوند:

1- جریان های مستقیم

2- جریان های متناوب

3- جریان های تلوریک ( Telluric )

شکل 1- خوردگی در اثر جریان های سرگردان

خوردگی جریان های مستقیم :

به طور معمول جریان های سرگردان مستقیم ، دارای 3 منبع هستند ایستگاه های حفاظت کاتدی ، سیستم های حمل ونقل و معدنی ، خطوط انتقال برق  فشار قوی که در این میان سهم اصلی متعلق به سیستم های حفاظت کاتدی است. مشکل اصلی در طراحی سیستم های حفاظت کاتدی ، وجود تقاطع خطوط لوله و سازه های فلزی می باشد که غالبا در زمان طراحی به علت عدم آشنایی با محیط کار و یا عدم پیش بینی های لازم توسط طراح ، جریان های سرگردان و تداخل در نظر گرفته نمی شوند و به همین دلیل نتایج محاسبات تئوریک و آنچه که در عمل اتفاق می افتد متفاوت بوده و همچنان معضل خوردگی در این قسمت ها وجود داشته و با تاثیر سوء، تداخل به صورت تصاعدی رشد می نماید.

بحث ایستگاه های حفاظت کاتدی با دو حالت مختلف مطرح می گردد:

1- وجود لوله بیگانه در نزدیکی حفره آندی

2-  تقاطع با لوله و خطوط محافظت شده 

درحالتی که تقاطع وجود دارد، یک لوله بیگانه از منطقه تحت تاثیر پتانسیل مثبت اطراف یک حفره آندی سیستم جریان اعمالی عبورکرده و سپس در نقطه ای دورتر با لوله محافظت شده تقاطع دارد.

پتانسیل مثبت زمین لوله بیگانه را تحت تاثیر قرار داده و در یک محدوده خاص موجب دریافت جریان توسط لوله می گردد این جریان باید به جایی  رود که مدار الکتریکی کامل شده و به قطب منفی ترانس رکتیفایر بازگشت نماید. جایی که تخلیه جریان از لوله بیگانه صورت می گیرد ( محل تقاطع ) لوله بیگانه خورده می شود. شدت تاثیرات به میزان ولتاژ اعمالی حفره آندی و دوری لوله بیگانه بستگی دارد . به این معنی که ولتاژ بالا و نزدیکی زیاد صدمه را بیشتر می سازد در حالتی که جریان دزدی (Pick Up ) لوله بیگانه خیلی زیاد نباشد می توان با اتصال دو لوله به هم مشکل را حل کرد و این مسئله به میزان ظرفیت رکتیفایر ما که توانایی تحت حفاظت قرار دادن هر دو لوله را به طور همزمان داشته باشد، دارد. ( شکل 2 )

اما در حالتی که لوله بیگانه در نزدیکی حفره آندی یک سیستم حفاظت کاتدی بوده اما با لوله حفاظت شده تقاطعی ندارد : در این حالت لوله بیگانه تحت تاثیر میدان تحت الشعاع حفره آندی با پتانسیل مثبت قرار می گیرد و جریان از هر دو سوی لوله بیگانه به صورت "از انتها" ( Endwise ) انتقال می یابد . این جریان سرگردان ، لوله بیگانه را در نقاط بیشتر و دورتر ( مانند منطقه ای که مقاومت خاک پایین است ) ترک کرده و جهت کامل شدن مدار الکتریکی به سوی لوله حفاظت شده و در نهایت به رکتیفایر انتقال می یابد . در صورتیکه در حالت قبلی این جریان در نزدیکی محل تقاطع متمرکز می گردید.

راه حل درست اتصال کابل از لوله بیگانه به قطب منفی رکتیفایر می باشد تا لوله بیگانه نیز تحت حفاظت قرار گیرد تا مدار الکتریکی از طریق این کابل کامل شود. اگر حفره خیلی نزدیک به لوله بیگانه باشد جریان گرفته شده توسط لوله بیگانه بسیار زیاد خواهد بود  و این راه حل مناسب نمی باشد و در صورت امکان بهتر است محل حفره را عوض نمود.

در زمین اطراف لوله تحت حفاظت کاتدی یک گرادیان[AR1]  پتانسیل وجود دارد که باعث القا جریان از زمین به لوله می گردد. این گرادیان بر عکس گرادیان پتانسیل یا منطقه تحت تاثیر اطراف حفره تخیله جریان می باشد . این به آن معناست که زمین در نزدیکی لوله نسبت به زمین دورتر منفی خواهد شد. شدت میزان تحت تاثیر لوله حفاظت شده تابعی از مقدار جریان ورودی در واحد سطح به لوله می باشد. جریان بیشتر شدت بالاتری ایجاد میکند.