انواع خوردگی

خوردگی گالوانیک (خوردگی فلزات ناهمسان که به اشتباه الکترولیز نامیده می­‌شود)؛ یکی از مهم‌ترین انواع خوردگی است.

این نوع از انواع خوردگی، به تخریب دو ماده متفاوت در یک الکترولیت و محیط خورنده اشاره دارد. این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که دو (یا چند) فلز متفاوت در زیر آب تماس الکتریکی داشته باشند.

زمانی که یک ترکیب گالوانیک (دوفلزی) تشکیل می‌­شود، فلزی که سریع­‌تر دچار خوردگی می‌­شود آند است. و فلزی که در برابر خوردگی مقاوم‌تر است کاتد نام دارد.

هنگامی که تماس با یک فلز متفاوت ایجاد می‌­شود، نرخ خوردگی هر دو فلز تغییر می­‌کند. در خوردگی گالوانیک، خوردگی فلز آند، سریع تر و خوردگی فلز کاتد، کندتر متوقف می­‌شود.

اتصال گالوانیک مبنای بسیاری از تکنیک­‌های پایش خوردگی است. نیروی محرک خوردگی، تفاوت در اختلاف پتانسیل دو فلز است.

در این بخش به بررسی تاریخچه اتصالات گالوانیک که یک نمونه از انواع خوردگی است، می‌پردازیم.

نیروی محرکه دوفلزی در اواخر قرن هجدهم توسط لوئیجی گالوانی در طی یک سری آزمایشات، کشف شد. در این آزمایشات ماهیچه­‌ها و اعصاب یک قورباغه در معرض یک رسانای دو فلزی قرار می­‌گرفت و منقبض می­‌شد. بعدها الساندرو ولتا که اولین سل الکتریکی (یا باتری) را در سال 1800 ساخت به صورت عملی از این اصل استفاده نمود.

تعدادی از دو نوع دیسک فلزی، توسط دیسک­‌های مقوایی آغشته به محلول اسید یا نمک جدا شدند. این مسئله که پایه و اساس گسترش باتری­‌های مدرن شد، یک کشف علمی فوق العاده به حساب می­‌آمد. زیرا این روش به عنوان اولین متد برای ایجاد جریان الکتریکی پایدار شناخته می­‌شود.

این اصل در راستای محافظت از سازه­‌های فلزی در اوایل قرن نوزدهم طراحی شد.پ هم‌فری دیوی (Humphry Davy) و مایکل فارادی (Michael Faraday) طراحان اصلی  این طرح بودند. خوردگی فلزاتی مانند روی، منیزیم یا آلومینیوم یک روش گسترده برای حفاظت کاتدی سازه­‌های فلزی است. در ادامه با تعداد دیگری از انواع خوردگی، آشنا خواهید شد.

مطلب مرتبط با انواع خوردگی: خوردگی فلزات و عوامل تشدید آن

حال می‌خواهیم بدانیم خوردگی گالوانیک چه تفاوتی با دیگر انواع خوردگی دارد، و همچنین در این نوع خوردگی چه اتفاقی رخ می‌دهد.

در یک ترکیب دو فلزی، مواد فعال­‌تر تبدیل به آند سل خوردگی می­‌شوند. همچنین تمایل به خوردگی با سرعت بیشتری نسبت به زمانی که تنها هستند و با چیزی ترکیب نشدند دارند. مواد نجیب­‌تر به عنوان کاتد در سل خوردگی عمل می­‌کنند.

خوردگی گالوانیک می­‌تواند یکی از رایج‌ترین انواع خوردگی و همچنین یکی از مخرب­‌ترین آن­‌ها باشد.

با اندازه­‌گیری پتانسیل خوردگی یک ماده می‌­توان میزان نجیب بودن نسبی آن را پیش بینی کرد. به منظور تخمین اختلاف پتانسیل بین دوفلز، سری EMF طراحی شده است.

کوچک بودن نسبت آند به کاتد یک اتفاق ناخوشایند است. زیرا در این حالت، جریان گالوانیک بر روی یک ناحیه کوچک آندی متمرکز می‌شود.

در این شرایط، آند سریع­‌تر ضخامت خود را از دست می­‌دهد. سل­‌های خوردگی گالوانیک را می­‌توان در سطح ماکروسکوپی یا میکروسکوپی ایجاد کرد. در سطح ریزساختاری، فازهای مختلف یا سایر ویژگی‌های ریزساختاری می‌توانند در معرض جریان‌های گالوانیکی قرار گیرند.

خوردگی شیاری از انواع خوردگی موضعی است. خوردگی شیاری را می‌توان در شیارها یا سطوح محافظت شده که محلول راکد وجود دارد، پیدا کرد. این یکی از رایج‌ترین و در عین حال مضرترین انواع خوردگی موضعی است. زیرا در آلیاژهایی مانند فولاد ضد زنگ اتفاق می­‌افتد که معمولاً مقاومت کاملی به خوردگی نشان می­‌دهند.

خوردگی شیاری در مناطقی رخ می‌­دهد که بلافاصله قابل مشاهده یا در دسترس نیستند. بنابراین خوردگی شیاری ممکن است منجر به خرابی ناگهانی فلز در وسیله شود.

شیارها یک محیط شیمیایی ایجاد می­‌کنند که عملکرد متفاوتی از سطوح آزاد دارند. این اتفاق، روند خوردگی را سریع‌­تر می­‌کند. این محیط، رطوبت را حفظ و آلاینده­‌ها را جذب می‌­کند، همچنین محصولات خوردگی را تغلیظ و اکسیژن را حذف می‌کند.

در بیشتر موارد، خوردگی شیاری در محلول‌های نزدیک به خنثی رخ می­‌دهد. در آن اکسیژن محلول، واکنش دهنده کاتد است.

• صفحات پرچ شده
• سازه جوش داده شده
• اتصالات رزوه شده

• پلاستیک
• لاستیک
• شیشه

خاک یا محصولات خوردگی نفوذپذیر بر روی سطح فلز (نوعی از انواع خوردگی شیاری که به عنوان حمله رسوب نامیده می‌شود).

نظریه خوردگی شیاری نیاز به انرژی دارد. در طول خوردگی، اجزای واکنش دهنده از حالت انرژی بالاتر به حالت پایین تر می­‌روند و انرژی مورد نیاز برای واکنش را آزاد می‌کنند.

در خوردگی خشک، فلز و اکسیژن با هم ترکیب می­‌شوند و اکسید روی سطح را تولید می­‌‌کنند. این واکنش منجر به ترکیب (اکسید) در سطح انرژی پایین‌­تر می­‌شود.

لایه اکسید، از فلز در برابر اکسیژن محافظت و مانع ایجاد می‌­کند. اکسید با اکسیژن موجود در هوا یا فلز واکنش نشان نمی­‌دهد. این مانع، تماس اکسیژن در هوا را با فلز دشوار می­‌کند. در نهایت آنقدر ضخیم می‌شود که حرکت الکترون­‌ها و یون­‌ها در سراسر آن متوقف می­‌شود.

در صورتی که لایه اکسید ترک ایجاد نکند یا برداشته نشود، فلز در برابر خوردگی مقاوم­‌تر خواهد بود.

مکانیزم مدل Fontana، انواع خوردگی شیاری را توصیف می­‌کند. این مدل شامل چهار مرحله است.

خوردگی معمولاً در داخل و خارج شیار رخ می‌دهد:

 

یون‌های فلزی دارای بار مثبت با ^–OH تعادل الکترواستاتیک دارند.

• در این مرحله، واکنش کاتدی داخل شیار، بیشتر اکسیژن موجود را مصرف می­‌کند.
• ^–Cl و ^–OH در شیار پخش م­ی‌شوند تا حداقل انرژی آزاد نشده را حفظ کنند و کلرید فلز تشکیل می­‌شود.

هیدرولیز کلرید فلز باعث کاهش pH و می‌شود.

• یون‌های  بیشتر به ^–Cl جذب می‌­شوند. این امر منجر به کاهش pH داخل شیار می‌­شود. انحلال فلز سریع‌تر شده و یون‌های بیشتری تولید می­‌شود که منجر به کاهش pH خواهد شد.

شکل زیر مکانیزم انواع خوردگی فعال و غیرفعال و واکنش‌های آندی و کاتدی مربوط به آن را در خوردگی شیاری نشان می‌دهد.

مطلب مرتبط با انواع خوردگی: خوردگی چیست؟

یکی دیگر از انواع خوردگی، ترک خوردگی تنشی (SCC)، یک شکست در آلیاژ در معرض محیط است. که به دلیل یک کشش نسبتا کم اما ثابت رخ می­‌دهد. یک عمل هم افزایی از محیط خورنده و تنش کششی بر روی مواد لازم است تا SCC ایجاد شود.

شکل زیر سه عامل مورد نیاز برای ایجاد SCC که یکی از انواع خوردگی است را نشان می­‌دهد.

هنگامی که فولادهای زنگ نزن با محیط مرطوب در تماس هستند، لایه پاسیو شامل اکسید کروم است که هیدراته شده (Sedriks 1986). نرخ خوردگی یکنواخت فولاد زنگ نزن در این صورت به علت تشکیل فیلم پاسیو بسیار کم خواهد بود.

با این حال، لایه پاسیو ممکن است به صورت محلی در نقاطی که لایه پاسیو تضعیف شده وجود داشته باشد. مثل آخال­‌ها، رسوب‌ها و مرزدانه­‌ها یا نقاطی از محلول که به علت تجمع یون‌­های متهاجم جدایش رخ داده است، اتفاق بیفتد. به عنوان مثال یون کلرید در زبری سطح تجمع می­‌کند و باعث شکست لایه پاسیو می­‌شود.

این شکست محلی لایه پاسیو منجر به ایجاد انواع خوردگی موضعی می­‌شود. مثلا خوردگی حفره­ا و ترک خوردگی تنشی.

به دلیل تفاوت در ترکیب شیمیایی فولادهای ضد زنگ، ترکیب لایه پاسیو برای انواع مختلف فولادهای ضد زنگ نیز تغییر می­‌کند. با این حال، کروم همچنان بخش بزرگی از لایه پاسیو را تشکیل می­‌دهد که باعث محافظت از لایه سطحی می­‌شود.

شرایط کار در یک دوره زمانی ممکن است باعث ایجاد بستری برای وقوع ترک خوردگی تنشی (SCC) شود. بنابراین، اکنون دیدگاهی مورد توجه قرار گرفته است که بیان می‌کند برای ایجاد ترک خوردگی تنشی (SCC)  ترکیب محیطی خاصی ضروری نیست.

تنش کششی مورد نیاز برای ترک خوردگی تنشی (SCC) می‌­تواند کمتر از تنش محصول ماکروسکوپی باشد. با این حال، تنش­‌های باقیمانده به دلیل فشارهای جوشکاری/حرارتی و فشار های بالا می‌توانند منجر به ایجاد ترک خوردگی تنشی (SCC) شوند.

این اتفاق، در صورتی که فشار حاصل از مقاومت آلیاژ به صورت موضعی در مواد فراتر رود امکان پذیر است. انواع خوردگی SCC می‌تواند ترک خوردگی تنش بین دانه‌ای ((IGSCC)intergranular stress corrosion cracking)، یا ترک خوردگی تنش میان دانه‌ای ((TGSCC) Transgranular stress corrosion cracking) باشد. یا حالت ترکیبی از هر دو را به نمایش بگذارد.

پیشرفت­‌های چشم‌گیری در زمینه ترک خوردگی تنشی فولادهای ضد زنگ در دو دهه گذشته حاصل شده است. به ویژه درک مهندسی مرز دانه و کارکرد ساختار که بر ترک خوردگی تنش تأثیر می­‌گذارد.

مطلب مرتبط با انواع خوردگی: حفاظت کاتدی چیست؟

از خوردگی CO₂ می­‌توان به عنوان یکی از مهم ترین انواع خوردگی اشاره کرد. دی اکسید کربن (CO₂) در میدان­‌های نفت و گاز در غلظت‌های مختلف یافت می­‌شود.

از انواع خوردگی CO_{2 ،}CO₂ خشک، در مرحله گاز یا سیال فوق بحرانی، باعث خوردگی فلزات و آلیاژها نمی­‌شود. با این حال، در حضور مایعات تولید شده حاوی آب، امکان خوردگی شدید زیرساخت‌ها به دلیل تشکیل اسید کربنیک وجود دارد.

انواع خوردگی؛ عوامل موثر در خوردگی CO₂ به شرح زیر است.

1. غلظت CO₂ (و اجزای دیگر مانند H₂S)
2. شیمی آب
3. شرایط عملیاتی
4. نوع مواد

مدت‌هاست که تاثیر اقتصادی خوردگی CO₂ برای صنعت نفت و گاز شناخته شده است. برای کاهش اثر از روش­‌های بسیاری استفاده شده است. با این حال، با توجه به افزایش شیوه­‌های جدید با افزایش دما، فشارها و ترکیبات سیال تولید شده متفاوت، عملکرد خوردگی مواد مجدد باید ارزیابی شود.

خوردگی CO₂ به عنوان یک مشکل رایج در زمینه­‌های تولید نفت و گاز به حساب می­‌آید.

با وجود به تلاش‌های سیستماتیک برای تجزیه و تحلیل و استخراج مدل­‌های مناسب برای پیش‌بینی این نوع از انواع خوردگی، هنوز همه جنبه­‌های آن مشخص نیست و در مورد مکانیزم و ​​پارامترهای موثر بر آن نیز ابهام وجود دارد.

علاوه بر این، مدل‌های اطلاعاتی موجود و دقیق، در مورد محیط­‌های دارای خوردگی شدید جزئیاتی ندارند.

کربن دی اکسید خشک در دمای معمول سیستم‌های نفت و گاز خورنده نیست. اما پس از حل شدن در فاز آبی، باعث واکنش الکتروشیمیایی بین فولاد و محیط می‌شود.

گاز  CO₂ حلالیت بسیار بالایی در آب و آب شور دارد و حلالیت آن در هیدروکربن‌ها کمی بیشتر است.

مایعات هیدروکربن به طور کلی در تماس با فاز آبی تولید می­‌شوند. همچنین در بسیاری از موارد، مخازن هیدروکربن حاوی مقدار قابل توجهی CO₂ هستند. در نتیجه، CO₂ در فاز آبی محصول هیدروکربن حل می­‌شود و این فاز آبی باعث خوردگی فولاد کربنی خواهد شد.

مطلب مرتبط با انواع خوردگی: مدیریت خوردگی

انواع خوردگی؛ مکانیزم‌های خوردگی CO_2.

مکانیزم‌های خوردگی دی اکسید کربن پیچیده هستند. در ابتدا، گاز CO₂ در آب حل می­‌شود تا یون‌های بی کربنات، اسید کربنیک و یون‌های هیدروژن تولید شود. این اجزا توانایی حرکت به سمت سطوح فلزی و کمک به واکنش کاهش را دارند.

واکنش‌­ها از جمله بی کربنات‌ها منجر به افزایش نرخ خوردگی، بالاتر از آنچه که از میزان اسیدیته انتظار می‌رود، می‌شود. در دمای کمتر از 60 درجه سانتیگراد و مقادیر pH، کمتر از 4، خوردگی با میزان تولید یون آهن با سطحی پوشیده از کربنات آهن کنترل می‌شود.

در بسیاری از موارد، پوسته نیمه محافظ کربنات آهن در دماهای بالاتر از 70 درجه سانتی گراد تشکیل و واکنش به صورت کاتدی کنترل می‌شود. این اتفاق سرعت خوردگی را کاهش می‌دهد.

این میزان همچنین با فشار جزئی CO₂، دما و pH (کنترل غلظت یون‌های بی کربنات) و شرایط سیال کنترل می‌شود. بیش‌ترین میزان خوردگی در حدود 70 درجه سانتی گراد گزارش شده است. (کرمانی و مرشد، 2003؛ اشمیت، 2015)

برخی دیگر از مکانیزم‌های مختلف برای این نوع از انواع خوردگی پیشنهاد شده است. همه آن‌ها شامل اسید کربنیک یا یون بی­کربنات هستند که از حل شدن CO₂ در آب تشکیل می­‌شود. این میزان، خوردگی بالاتری را نسبت به آنچه که در اسیدهای قوی در pH مشابه انتظار می رود، ایجاد می­‌کند.

با حل شدن CO₂ در آب، اسید کربنیک ایجاد می­‌شود که در مقایسه با اسیدهای معدنی ضعیف‌تر است. (نیبورگ، 2002 ؛ گلدان ، 1995)

مراحل واکنش اسید کربنیک به شرح زیر است. (کرمانی و مرشد ، 2003 ؛ اشمیت ، 2015 ؛ گلدان ، 1995):

مکانیزم معرفی شده توسط De Waard نیز به خوبی شناخته شده است. (de Waard et al.، 1991؛ de Waard، 1993؛ George et al.، 2004).

 

 

در رابطه با مکانیزم خوردگی CO₂، بحثی در مورد زمان وجود سایر اجزای محلول در واکنش خوردگی وجود دارد. میزان خوردگی به فشار جزئی CO₂ بستگی دارد. زیرا این پارامتر، تعیین کننده pH و غلظت اجزای محلول است.

در واقع، کل زنجیره واکنش‌های الکتروشیمیایی، پیچیده‌تر از موارد ذکر شده است. بسته به اینکه کدام مرحله میزان خوردگی را کنترل می‌کند، وابستگی واکنش‌های خوردگی به pH و CO₂ محلول متفاوت خواهد بود. (نیبورگ ، 2002 ؛ Pots ، 1995).

انواع خوردگی؛ خوردگی موضعی ناشی از CO₂

در انواع خوردگی؛خوردگی موضعی ناشی از CO₂  (خوردگی شیرین) یک نگرانی جدی در رابطه با خطوط لوله نفت و گاز است. بسته به وضعیت راکد بودن/جریان داشن و سرعت سیال، خوردگی موضعی CO₂ به سه گروه شامل حفره، حمله mesa و خوردگی موضعی ناشی از جریان تقسیم می‌شود.

حفره در سرعت کم سیال و در محدوده دمای نقطه رخ می‌دهد. با افزایش دما و فشار جزئی CO₂ حساسیت نسبت به ایجاد حفره افزایش می­‌یابد. (اشمیت ، 2015 ؛ اشمیت و فاینن ، 2000 ؛ اشمیت و انگلس ، 1998).

انواع خوردگی؛ خوردگی حمله Mesa

خوردگی حمله Mesa نوعی خوردگی شیرین است که در سرعت‌­های کم تا متوسط ​​سیال رخ می‌­دهد. جایی که پوسته تشکیل شده از کربنات آهن در این شرایط ناپایدار است و نمی­‌تواند سیال را تحمل کند. (کرمانی، 1997).

خوردگی موضعی ناشی از جریان، حین حرکت سریع سیال در بالای نقطه بحرانی شروع می‌­شود که از حفره یا حمله Mesa آغاز شده و با آشفتگی ناشی از حفره‌ها و پل‌ها سرعت می‌گیرد.

اگر پوسته کربنات، غشای محافظ را تخریب و حذف کند، باعث ایجاد حرکات و تنش‌­های موضعی در طول آن می­‌شود. پس از حذف، سرعت بالای پوسته سیال اجازه تشکیل مجدد غشاء را نمی‌­دهد.

معمولا هیدروژن فقط به شکل اتم یا یون هیدروژن می­‌تواند با فلزات ترکیب شود. بنابراین، هیدروژنی که به صورت گاز پراکنده است، فرم مولکولی دارد و توسط فلزات در دمای محیط جذب نمی­‌شود.

با این حال، با افزایش دما، مولکول­‌ها تمایل به تجزیه اتم­‌های جداگانه دارند. این فرایند باعث می­‌شود اتم­‌ها بتوانند در دمای خاصی با مواد ترکیب شوند. مثلا هنگام پالایش نفت یا عملیات حرارتی.در مواد مذاب، میزان جذب بالاتر اتم­‌ها مشاهده شده و این بدان معناست که فرایندهایی مانند ریخته­‌گری و جوشکاری می­‌تواند فرصت‌های خاصی را برای ترکیب هیدروژن با مواد فلزی فراهم کند.

یون­‌های هیدروژن نیز توسط واکنش­‌های مرتبط با فرایندهایی مانند خوردگی، آبکاری و حفاظت کاتدی تولید می­‌شوند. در نتیجه، فرصت زیادی برای ترکیب هیدروژن با اجزای فلزی وجود دارد. ترک خوردگی­‌های مرتبط با تردی هیدروژن بر اساس شرایطی که در آن رخ می­‌دهد، انواع گوناگونی دارد که شامل موارد زیر می‌شود.

بخش دیگری از انواع خوردگی شامل ترک سرد و ترک تاخیری (ترک هیدروژنی) است. این بخش هنگام سرد شدن فلز و قطعات کار پس از جوشکاری فولادها ایجاد می‌شود.

_ ترک خوردگی ناشی از هیدروژن Hydrogen-induced Cracking (HIC) یا ترک خوردگی ناشی از فشار هیدروژن  Hydrogen Pressure-induced Cracking (HPIC) :

جدا از معنای کلی آن، به مورفولوژی خاصی از ترک خوردگی در خطوط لوله فولادی و مخازن که باعث جذب هیدروژن می‌شوند، اشاره می‌کند.

– تنشی ناشی از هیدروژن Hydrogen-induced Stress Cracking (HISC) :

ترک خوردگی این نوع ترک خوردگی به ترک خوردگی هنگام سرویس در فولادهای داپلکس اطلاق می‌شود، ولی اخیرا رواج بیشتری یافته است.

این ترک خوردگی می‌تواند به دلیل تعامل بین اجزا و محیط اطراف رخ دهد و هیدروژن یکی از عوامل موثر بر این نوع ترک خوردگی است.

این اصطلاحات، مربوط به تکه تکه شدن کلد جوش داده شده مخازنی است که برای فرآورش گازهای هیدروژنی با درجه حرارت بالا استفاده می‌شود.

برخی از مکانیزم­‌های خاص این پدیده مربوط به تعامل با هیدروژن است.

خوردگی در محیط­‌های حاوی سولفید هیدروژن می­‌تواند باعث جذب و ترک خوردگی هیدروژن شود. ساختار بلوری خاص فلزات نیز مهم است، زیرا بر سرعت انتشار و تغییر شکل هیدروژن تأثیر می‌گذارد.

بر این اساس، فولاد فریتیک نسبت به آلیاژهایی با ساختارهای کریستالی مختلف، مانند فولادهای زنگ نزن آستنیتی، آلیاژهای نیکل و آلیاژهای آلومینیوم، نسبت به شکنندگی هیدروژن حساس‌­تر هستند. با این حال، واضح است که هیدروژن می­‌تواند باعث شکنندگی اکثر آلیاژهای مهندسی شود.

هنگامی که این اتفاق می­‌افتد، شکنندگی هیدروژن می­‌تواند باعث کاهش شکل پذیری و ظرفیت تحمل بار شود، که در نهایت منجر به ترک خوردگی و خراب­‌های شکننده خواهد شد.

خوردگی کاویتاسیون یکی دیگر از انواع خوردگی است که با تشکیل حباب و ترکیدن آن در مایع رخ می­‌دهد. خوردگی کاویتاسیون به عنوان فرسایش حبابی نیز شناخته می­‌شود.

گرچه تفاوت نه چندان زیادی بین خوردگی کاویتاسیون و فرسایش حبابی وجود ندارد. درحین خوردگی کاویتاسیون، هم خوردگی و هم تخریب کاویتاسیون رخ می­‌دهد ولی در حین فرسایش حبابی، فقط تخریب کاویتاسیون اتفاق می‌افتد.

خوردگی کاویتاسیون در تجهیزاتی مانند توربین­‌های هیدرولیکی، پره­‌های توربین، ملخ‌­های هواپیماهایی که امکان فرود و حرکت در آب را دارند و پره‌­های پمپ رخ می­‌دهد.

برای آشنایی بیشتر با این بخش در انواع خوردگی و درک شکل‌گیری و فروپاشی حفره در سیستم، استوانه‌ای حاوی آب و مجهز به پیستونی محکم در نظر بگیرید. هنگامی که پیستون کشیده شود، حجم داخل سیلندر افزایش می­‌یابد و در نتیجه فشار کم می­‌شود. با کاهش فشار، آب شروع به جوشیدن می­‌کند و باعث ایجاد حباب در دمای اتاق می‌شود.

هنگامی که پیستون به داخل حرکت می‌­کند، حجم کاهش می­‌یابد، فشار بیشتر می­‌شود و در نهایت حباب‌ها فرو می‌ریزند.

 این فرآیند بارها و با سرعت زیاد در توربین­‌ها، ملخ‌­ها و پره‌­ها تکرار شده و حین آن حباب­‌ها به سرعت تشکیل و بلافاصله از بین می­‌روند. حباب­‌های در حال ترکیدن، باعث از بین رفتن لایه­‌های محافظ روی سطح فلز می­‌شوند.

سطح محافظت نشده فلز دچار خوردگی شده و مجدد تشکیل می­‌شود. روند بازسازی و فروپاشی حباب، لایه‌­ا‌ی را که به تازگی روی سطح تشکیل شده از بین می­‌برد.

در نبود لایه­‌های محافظ سطحی، تشکیل و از بین رفتن حباب­‌ها با تغییر شکل پلاستیک همراه است که باعث دور شدن ذرات فلز از سطح می­‌شود.

خوردگی باعث گسترش کاویتاسیون می­‌شود. بنابراین خوردگی کاویتاسیون یک فرآیند هم‌افزایی شده است که شامل فرایندهای مکانیکی (تشکیل حباب و فروپاشی آن) و فرآیندهای الکتروشیمیایی است.

 آسیب حفره را می‌توان با به حداقل رساندن احتمال تشکیل حباب و فروپاشی آن کنترل کرد. این کار با طراحی سیستم­‌های هیدرودینامیکی با اختلاف فشار کمتر ممکن می­‌شود.

در مورد پمپی که دچار کاویتاسیون می­‌شود، روش استاندارد این است که فشار سیستم را به گونه موثری افزایش دهید، تا از ایجاد حباب در نقاط فشار پایین سیستم جلوگیری شود. به علاوه، سیستم­‌های هیدرودینامیکی باید از موادی ساخته ­شوند که در برابر خوردگی و آسیب مکانیکی مقاوم هستند.

با توجه به انتخاب مواد، باید توجه داشت که مواد شکل­‌پذیر نسبت به مواد شکننده مقاومت بیشتری دارند. موادی که دیرتر دچار فرسودگی می‌شوند در برابر خوردگی کاویتاسیون نیز مقاومت بیشتری دارند.

با کاهش اندازه ذرات مواد، مقاومت در برابر خوردگی کاویتاسیون افزایش می­‌یابد. سطوح ناهموار نسبت به سطوح صاف بستر مناسب تری برای ایجاد حباب فراهم می­‌کنند.

سطوح مواد با پوششی محافظت می­‌شوند که معمولا از جنس لاستیک یا پلاستیک است. در استفاده از پوشش، باید توجه داشت که اگر فاصله­‌ای بین پوشش و فلز ایجاد شود، می‌­تواند محل مناسبی برای بروز و ایجاد حفره باشد.

حفاظت کاتدی و استفاده از بازدارنده‌­ها و کنترل خوردگی، سرعت بروز خوردگی کاویتاسیون را کاهش می‌­دهد. اما تاثیری در آسیب­‌هایی که توسط نیروهای مکانیکی رخ می­‌دهد ندارد.

خوردگی حفره­‌ای پدیده‌­ای بسیار پیچیده است. با وجود مطالعات متعدد در زمینه انواع خوردگی طی قرن گذشته هنوز به طور کامل شفاف نشده است. با این حال، شرایطی که باعث شروع، گسترش وکند شدن روند خوردگی حفره­ای می­‌شود تا حدی شناخته شده است.

چندین فرضیه سازگار برای توضیح مکانیزم خوردگی حفره­ای ارائه شده است که مراحل اصلی آن در شکل زیر نشان داده شده است:

1- شکست لایه پاسیو

2- توسعه حفره

3- پاسیواسیون مجدد حفره

این پارامترها اساساً به وضعیت لایه اکسید شده، ساختار فلز که ذرات بین فلزی در آن نقش عمده­ای دارند، ماهیت محیط آبی اطراف و محتوای کلرید آن بستگی دارد.

 نکته: خوردگی شیاری را می‌­توان به عنوان خوردگی حفره­‌ای تفسیر کرد. اما تفاوت آن­‌ها این است که خوردگی شیاری در سطوح میانی محافظت شده در برابر مایعات رخ می­‌دهد و امکان نفوذ اندک مایع وجود دارد. در حالی که خوردگی حفره­‌ای، در سطوحی که با محیط مرطوب تماس مستقیم دارند رخ می‌­دهد.

به گفته ریچاردسون، لایه اکسید شده دائما دچار تخریب و ترمیم می­‌شود. که در محیط­‌های غیر تهاجمی، می‌­توان آن را فوراً ترمیم کرد. با این حال، در حضور محلول حاوی یون­‌های تهاجمی به ویژه کلریدها، دسترسی این آنیون­‌ها به سطحی مانع ترمیم آن می­‌شود. سپس کنش پذیری لایه اکسید شده از بین می‌رود.

برای بسیاری از محققان، شروع حفره­‌ها به دلیل نفوذ کلرید در لایه اکسیدی است؛ یا به این دلیل که آن لایه­‌ها  دارای عیوب بی‌شماری هستند، که این عیوب تبدیل به نقاط ورودی کلرید­ها می­‌شوند، یا چون در محلول آبی دارای بار مثبت می‌شوند.

این عیوب عموماً با ناهمگنی­‌های فیزیکی مانند وجود اجزاء و ذرات بین فلزی که لایه اکسید بر روی آنها نازک تر است، تغییرات فیزیکی سطح (به عنوان مثال خراش های ریز) ناشی از حرکات مکانیکی، صیقل­‌دهی، تراش دادن سنگ یا عبور از ابزارهای شکل دهی مرتبط اند.

شروع ایجاد حفره‌­ها یک پدیده بسیار سریع است و مشاهده آن دشوار است، زیرا در مقیاس یک میکرومتر اتفاق می‌افتد و علاوه بر این، ماهیت تصادفی دارد و نمی­‌توان مکان دقیق آن را پیش بینی کرد.

هیچ دوره نهفتگی برای شروع حفره­‌ها وجود ندارد. وارنر و اشمیت توانستند زیر میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) روی آلیاژ AA2024 مشاهده کنند که تشکیل حفره­‌ها در کمتر از 2 دقیقه در محلول کلرید سدیم رخ می‌داد. این میکروحفره‌ها با قطر 0.1 تا 1 میکرومتر، در تعداد بسیار زیاد با چگالی، شکل گرفته بودند.

چندین مدل برای توضیح شکست لایه پاسیو پیشنهاد شده است که شامل موارد زیر است:

• نفوذ آنیون­‌ها به لایه اکسید
• پارگی لایه اکسید
• جذب آنیون­‌ها توسط لایه اکسید

شکست لایه پاسیو، به یون­‌ها اجازه می­‌دهد تا به فصل مشترک لایه اکسید/فلز برسند و در آنجا باعث انحلال فلز شوند.

وجود یک میدان الکتریکی بسیار قوی جذاب در لایه اکسید، که به ترتیب شامل 10⁶ تا 10⁷ V.cm⁻¹ و بار مثبت در سطح لایه اکسیدی است.

به گفته مک کافرتی، برهم کنش با مولکول­‌های آب، لایه‌­ای از گروه­‌های هیدروکسیل، ⁺AlOH² را در سطح فیلم اکسیدی با ضخامت 0.5 تا 0.8 نانومتر ایجاد می­‌کند.

چگالی این گروه­‌های هیدروکسیل بین 6 تا 20 نانومتر مربع است.

 نقطه ایزوالکتریک لایه اکسید، روی آلومینیوم در pH 9.5 رخ می‌­دهد. بنابراین، برای محلول­‌های خنثی با pH کمتر که با محیط­‌های طبیعی بیشتر مطابقت دارد، لایه اکسید دارای بار مثبت است و به طور طبیعی یون­‌های ⁻Cl کلرید و آنیون‌های دیگر مانند سولفات­‌ها، ⁻SO₄²   را جذب می­‌کند.

شکست لایه اکسید به دلایلی مانند وجود جاهای خالی (Vacancies) در اکسید رخ می­‌دهد. جاهای خالی با حرکت به سطح فلز/اکسید برای گرفتن کاتیون های ⁺Al³ از فلز گسترش می­‌یابند. اگر سهم این کاتیون­‌ها ناکافی باشد، آن­ها می­‌توانند حفره‌­هایی ایجاد کنند،که به مکان­‌هایی برای ایجاد حفره تبدیل خواهند شد.

برای اینکه آلومینیوم در سطح لایه اکسید/فلز حل شود، مولکول­‌های آب نیز باید بتوانند از طریق شکاف یا منافذ لایه اکسید به آن نفوذ کنند. این نواحی در اطراف ناهمگنی سطحی و حتی برش مکانیکی ناشی از حرکت، شکل دادن و صیقل دادن هستند.

نظریه برخی از محققان

جذب سطحی یک مدل است که در طول زمان مورد توجه بسیاری از نویسندگان بوده. Szklarska Smialowska معتقد است یون­‌های کلرید روی لایه اکسید جذب می‌­شوند یا در هر دو ترکیب می‌شوند. کلرید­ها به دلیل اندازه کوچک­‌شان به راحتی به لایه‌ی اکسیدی نفوذ می­‌کنند.

 شعاع آن‌ها 18.1 نانومتر است که کمی از لایه اکسیدی (14 نانومتر) بزرگ­تراند. حرکت آن­‌ها از طریق فضاهای خالی اکسیژن امکان پذیر است.

چندین روش تحقیق از جمله اتورادیوگرافی، جذب سطحی کلریدها را روی لایه اکسید نشان داده است. آستانه غلظت بحرانی کلرید مشخص نیست. با این حال، اگر چنین آستانه‌ای وجود داشته باشد، غلظت کلرید باید حداقل   باشد.

به گفته زید (Zaid) بین غلظت کلرید و پتانسیل حفره رابطه وجود دارد. اثر کلریدها با افزایش غلظت آن­ها کاهش می یابد. این ارتباط به ویژه بالای 1 درصد وزنی (%.1wt) بسیار واضح است.

در وب سایت رسمی شرکت نفتان پایش، در بخش مجله تخصصی خوردگی مطالب مرتبط با “انواع خوردگی” را خواهید یافت.

با ما همراه باشید.

https://www.nace.org/resources/general-resources/corrosion-basics/group-1/galvanic-corrosion

https://soar.wichita.edu/bitstream/handle/10057/917/grasp%20216.pdf

https://www.twi-global.com/what-we-do/research-and-technology/technologies/materials-and-corrosion-management/corrosion-testing/co2-corrosion

https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/pitting-corrosion

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

https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-hydrogen-embrittlement

 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1875510018303366