خوردگی شیاری

خوردگی شیاری (خوردگی سل غلظتی) شایع‌­ترین نوع تخریب خوردگی است. این نوع خوردگی در بسیاری از هواپیماهای قدیمی که به درستی تعمیر نشده‌اند یافت می­‌شود. در واقع نوعی خوردگی تهاجمی است که به صورت محلی در شیارها و دیگر مناطق محافظت شده فلزات در معرض مایع خورنده رخ می­‌دهد.

خوردگی شیاری فولاد زنگ نزن داپلکس آنیل شده

مکانیزم این نوع خوردگی به صورت شماتیک در شکل زیر نشان داده شده است.

خوردگی شیاری در مناطق محافظت شده رخ می‌­دهد که در آن حجم کمی از مایع خورنده راکد بین دو سطح، مانند زیر رنگ‌هایی که چسبندگی خود را از دست داده اند، یا اتصالاتی که آب بندی نشده‌اند.

مولکول­‌های اکسیژن در سیال راکد حلالیت کمی دارند. در نتیجه، مایع داخل شیار وقتی راکد می‌­ماند؛ از جو محافظت شده و از اکسیژن تهی می‌شود. میزان اکسیژن کمتر در شیار به تشکیل ناحیه آندی در سطح فلز کمک می‌کند. سطح فلزی در تماس با رطوبت به دام افتاده در معرض هوا یک کاتد ایجاد می­‌کند.

یون­‌های دارای بار مثبت اضافی در شیار ایجاد می‌شود و باعث اسیدی شدن محلول راکد می‌شود. برای جبران اضافی یون­‌های مثبت، یون­‌های کلرید موجود در مایع به داخل شیار مهاجرت کرده و باعث ایجاد یک سل گالوانیکی محلی و کوچک می­‌شود.

از آنجا که این نوع خوردگی تنها زمانی رخ می‌دهد که سطح اکسیژن در مایع خورنده داخل شیار با سطح خارج از شیار متفاوت باشد، به آن سل  غلظتی اکسیژن،  نیز گفته می‌­شود. موثرترین راه برای از بین بردن خوردگی شیاری این است که آب را از مفاصل و فضاهای تنگ دور نگه دارید.

خوردگی شیاری نوعی خوردگی موضعی است که در نتیجه وجود شیار ایجاد می‌شود. این نوع خوردگی در مناطق بسته‌ای که جریان سیال محدود است رخ می­‌دهد. مانند زیر آب بندی در سوپاپ‌ها و زیر واشر در سوپاپ‌ها و فلنج‌ها.

به محض اینکه یک واکنش الکتروشیمیایی در این حجم محدود رخ دهد، ترکیب مایع موجود تغییر می‌کند. در نتیجه، پتانسیل انحلال الکترونگاتیوتر می­‌شود و سطح داخل حفره نسبت به بقیه ساختار آندی می­‌شود.

 در شکاف، آلومینیوم مطابق واکنش زیر اکسید می­‌شود:

در حالی که در لبه شکاف، اکسیژن کاهش می‌یابد:

در حالی که فلز در حفره در حال خورده شدن است، اکسیژن محلول در مایع مصرف می‌شود. از آنجا که هندسه شیار، نفوذ را محدود می­‌کند، اکسیژن در حفره تخلیه می‌شود و یون­‌های ⁺Al³  بیش از حد است. تجمع یون­های ⁺Al³ باعث جذب یون­‌های کلرید می­‌شود.

در نتیجه هیدرولیز کلرید آلومینیوم آغاز می‌شود:

به دلیل حجم کم شکاف، محیط آن به سرعت اسیدی می­‌شود و  pH تا میزان 2-3 کاهش می‌یابد. بر خلاف برخی از آلیاژها مانند فولاد ضد زنگ، آلومینیوم از حساسیت کمی نسبت به خوردگی شیاری برخوردار است.

هنگامی که مجموعه‌ای پیچ دار یا پرچ شده که برای مدت طولانی در معرض مایعی مانند آب دریا قرار گرفته است برچیده شود، به نظر می­‌رسد که شکاف‌ها معمولاً توسط محصولات خوردگی آلومینیوم آب بندی می­‌شوند. این مطمئناً یکی از دلایلی است که نشان می­د­هد آلومینیوم حساسیت کمی نسبت به خوردگی شیاری دارد.

با این وجود، توصیه می‌­شود تا آنجا که ممکن است­، از مهره‌­های جوش نامنظم یا متناوب در مخازن، جایی که رسوبات می­‌توانند تجمع کنند، اجتناب شود.

خوردگی شیاری مرتبط با خوردگی گالوانیک ممکن است در زیر واشرهای فولادی (معمولی یا ضد زنگ) که برای نصب صفحات دیواری آلومینیومی در معرض ساحل استفاده می‌شود ایجاد شود.

به همین دلیل، مجموعه‌­ها باید با احتیاط زیادی در چنین محیط تهاجمی نصب شوند. تا از ایجاد مناطقی که رطوبت را حفظ می­‌کنند، جلوگیری شود که باعث خوردگی گالوانیک و شیاری می­‌شود.

 مکانیزم خوردگی شیاری  فولادهای زنگ نزن مشابه با خوردگی حفره‌ای می باشد.

مرحله شروع با ایجاد یک هندسه شکاف مناسب آغاز می­‌شود. شیارها توسط فرآیندهای ساخت خاصی از جمله موارد زیر، تشکیل می‌شوند:

• درزهای پرچ شده
• جوش‌­های کاملاً نازک
• تداخل
• اورینگ‌­ها
• اتصالات واشر دار
• رنگ آمیزی اجزا

محلول موجود در شیار همان‌طور که در بالا توضیح داده شد، اسیدی می‌شود. همچنین به صورت موضعی سطح فلز را در مقایسه با فلز اطراف آندی می­‌کند.

 شروع شکاف تا حد زیادی به هندسه شکاف موجود بستگی دارد. شکاف‌­های با قطر کم­تر، زمان شروع را کوتاه‌­تر می‌کنند.

در آلیاژهای مس در اصل خوردگی شیاری مشابه فولادهای ضد زنگ است. اما یک سل غلظتی از یون فلزی به جای سل غلظتی اکسیژن آغاز می­‌شود.

 مس موجود در شکاف دچار خوردگی شده و یون­‌های⁺Cu تولید می­‌شوند. این یون­‌ها برای حفظ خنثی بودن مجموع بار الکتریکی، از شکاف پراکنده می‌­شوند و به یون­‌های ⁺Cu² اکسید می‌شوند.

 این­ یون­‌ها به شدت اکسید کننده هستند و عامل کاتدی را تشکیل می­‌دهند. همچنین در محل کاتدی خارج از شیار به یون‌های⁺­Cu تبدیل می­‌شوند. اسیدی شدن محلول شکاف در این سیستم اتفاق نمی‌افتد.

مورفولوژی حمله داخل شکاف می‌­تواند از آنچه که برای یک حفره می‌بینیم  تا خوردگی یکنواخت متفاوت باشد. ابعاد هندسی شیار، به ویژه دهانه شیار، بسیار مهم است. زیرا فاصله باید به اندازه کافی گسترده باشد که اجازه ورود محلول را بدهد، اما به اندازه کافی باریک باشد تا یک محیط مسدود در داخل شکاف را حفظ کند.

 علاوه بر این، عمق و نسبت سطح بیرونی به داخلی عوامل مهمی در تعیین شدت حمله هستند. شکل معمولی خوردگی شکاف در شکل زیر نشان داده شده است.

خوردگی شیاری در فولاد کربنی و فولادهای آلیاژ خطرناک­تر است. بنابراین رواج دادن آلیاژاینکونل 625 بر روی شیارها و شیارهای مواد فولادی کربنی و شیارهایی مانند جیب صندلی و قسمت‌های آب بندی و همچنین روکش فلنج با شیارهایی مانند فلنج های مفصلی از نوع حلقه ای.

شکل زیر پوشش فولاد ضد زنگ 309LMO را روی سطح فلنج بدنه فولاد کربنی یک سوپاپ نشان می­‌دهد که به منظور جلوگیری از خوردگی شیاری اعمال شده است.

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/crevice-corrosion