معدل التآكل هو معامل متعدد العوامل يعتمد على كل من الظروف البيئية الخارجية والخصائص الداخلية للمادة. في الوثائق المعيارية والتقنية ، توجد قيود معينة على القيم المسموح بها لتدمير المعادن أثناء تشغيل المعدات وهياكل البناء لضمان تشغيلها بدون مشاكل. في الهندسة ، لا توجد طريقة عالمية لتحديد معدل التآكل. هذا بسبب تعقيد مراعاة جميع العوامل. الطريقة الأكثر موثوقية هي دراسة تاريخ تشغيل المنشأة.
معايير
حاليًا ، يتم استخدام العديد من معدلات التآكل في التصميم الهندسي:
- وفقًا لطريقة التقييم المباشرة: تقليل كتلة الجزء المعدني لكل وحدة سطح - مؤشر الوزن (يقاس بالجرام لكل متر واحد2لمدة ساعة واحدة) ؛ عمق الضرر (أو نفاذية عملية التآكل) ، مم / سنة ؛ كمية الطور الغازي المنطلق لمنتجات التآكل ؛ طول الفترة الزمنية التي يظهر خلالها الضرر الأول الناتج عن التآكل ؛ عدد مراكز التآكل لكل وحدة مساحةالأسطح التي ظهرت خلال فترة زمنية معينة.
- مقدرة بشكل غير مباشر: القوة الحالية للتآكل الكهروكيميائي ؛ مقاومة كهربائية تغيير في الخصائص الفيزيائية والميكانيكية.
أول مؤشر للتقييم المباشر هو الأكثر شيوعًا.
صيغ الحساب
في الحالة العامة ، يتم العثور على فقدان الوزن الذي يحدد معدل تآكل المعدن بالصيغة التالية:
Vkp=q / (St) ،
حيث q هو الانخفاض في كتلة المعدن ، g ؛
S - مساحة السطح التي تم نقل المادة منها ، m2؛
t - الفترة الزمنية ، الساعات
بالنسبة للصفائح المعدنية والأصداف المصنوعة منها ، حدد مؤشر العمق (مم / السنة):
H=م / ر ،
م هو عمق الاختراق في المعدن
هناك العلاقة التالية بين المؤشرات الأولى والثانية الموضحة أعلاه:
H=8 ، 76Vkp/ ρ ،
حيث ρ هي كثافة المادة
العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدل التآكل
مجموعات العوامل التالية تؤثر على معدل تدمير المعادن:
- داخلي ، يتعلق بالطبيعة الفيزيائية والكيميائية للمادة (هيكل الطور ، التركيب الكيميائي ، خشونة السطح للجزء ، الضغوط المتبقية والتشغيلية في المادة ، وغيرها) ؛
- خارجي (الظروف البيئية ، سرعة حركة الوسط المسبب للتآكل ، درجة الحرارة ، تكوين الغلاف الجوي ، وجود مثبطات أو محفزات ، وغيرها) ؛
- ميكانيكي (تطوير شقوق التآكل ، تدمير المعدن تحت تأثير الأحمال الدورية ،التجويف والتآكل الحنق) ؛
- ميزات التصميم (اختيار درجة المعدن ، الفجوات بين الأجزاء ، متطلبات الخشونة).
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
أهم عوامل التآكل الداخلي هي ما يلي:
- الاستقرار الديناميكي الحراري. لتحديد ذلك في المحاليل المائية ، يتم استخدام مخططات Pourbaix المرجعية ، على طول محور الإحداثي الذي يتم رسم الأس الهيدروجيني للوسط به ، وعلى طول المحور الإحداثي ، احتمال الأكسدة والاختزال. يعني التحول المحتمل في الاتجاه الإيجابي مزيدًا من الاستقرار للمادة. مبدئيًا ، يتم تعريفه على أنه إمكانات التوازن الطبيعي للمعدن. في الواقع ، تتآكل المواد بمعدلات مختلفة.
- موضع الذرة في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية. المعادن الأكثر عرضة للتآكل هي الفلزات الأرضية القلوية والقلوية. ينخفض معدل التآكل مع زيادة العدد الذري.
- هيكل بلوري. لها تأثير غامض على التدمير. لا تؤدي البنية الخشنة الحبيبية نفسها إلى زيادة التآكل ، ولكنها مواتية لتطوير التدمير الانتقائي بين الخلايا الحبيبية لحدود الحبوب. تتآكل المعادن والسبائك ذات التوزيع المتجانس للأطوار بالتساوي ، بينما تتآكل المعادن ذات التوزيع غير المنتظم وفقًا لآلية بؤرية. يؤدي الترتيب المتبادل للمراحل وظيفة الأنود والكاثود في بيئة عدوانية.
- عدم تجانس الطاقة للذرات في الشبكة البلورية. توجد الذرات ذات أعلى طاقة في زوايا الوجوهmicroroughnesses ومراكز نشطة للذوبان أثناء التآكل الكيميائي. لذلك ، فإن المعالجة الدقيقة للأجزاء المعدنية (الطحن ، والتلميع ، والتشطيب) تزيد من مقاومة التآكل. يفسر هذا التأثير أيضًا من خلال تكوين أغشية أكسيد أكثر كثافة واستمرارية على الأسطح الملساء.
تأثير الحموضة المتوسطة
في عملية التآكل الكيميائي ، يؤثر تركيز أيونات الهيدروجين على النقاط التالية:
- قابلية الذوبان في منتجات التآكل ؛
- تشكيل أفلام أكسيد واقية ؛
- معدل تدمير المعادن.
عندما يكون الرقم الهيدروجيني في نطاق 4-10 وحدات (محلول حمضي) ، يعتمد تآكل الحديد على شدة تغلغل الأكسجين إلى سطح الجسم. في المحاليل القلوية ، ينخفض معدل التآكل أولاً بسبب تخميل السطح ، ثم عند الرقم الهيدروجيني >13 ، يزداد نتيجة لانحلال طبقة الأكسيد الواقية.
لكل نوع من المعادن اعتماده الخاص لشدة التدمير على حموضة المحلول. المعادن النبيلة (Pt ، Ag ، Au) مقاومة للتآكل في البيئة الحمضية. يتم تدمير Zn و Al بسرعة في كل من الأحماض والقلويات. Ni و Cd مقاومان للقلويات ولكنهما يتآكلان بسهولة في الأحماض.
تكوين وتركيز الحلول المحايدة
معدل التآكل في المحاليل المحايدة يعتمد أكثر على خصائص الملح وتركيزه:
- أثناء التحلل المائي للأملاح فيفي بيئة أكالة ، تتشكل الأيونات التي تعمل كمنشطات أو مثبطات (مثبطات) لتدمير المعادن.
- تلك المركبات التي تزيد الأس الهيدروجيني تزيد أيضًا من معدل العملية المدمرة (على سبيل المثال ، رماد الصودا) ، وتلك التي تقلل الحموضة تقللها (كلوريد الأمونيوم).
- في وجود الكلوريدات والكبريتات في المحلول ، يتم تنشيط التدمير حتى يتم الوصول إلى تركيز معين من الأملاح (وهو ما يفسره تكثيف عملية الأنود تحت تأثير أيونات الكلوريد والكبريت) ، و ثم ينخفض تدريجياً بسبب انخفاض قابلية ذوبان الأكسجين.
بعض أنواع الأملاح قادرة على تشكيل فيلم غير قابل للذوبان (على سبيل المثال ، فوسفات الحديد). هذا يساعد على حماية المعدن من المزيد من الدمار. تستخدم هذه الخاصية عند وضع محايد الصدأ.
مثبطات التآكل
تختلف مثبطات التآكل (أو مثبطات) في آلية عملها على عملية الأكسدة والاختزال:
- الأنود. بفضلهم ، يتم تشكيل فيلم سلبي. تشتمل هذه المجموعة على مركبات تعتمد على الكرومات وثنائي كرومات والنترات والنتريت. يستخدم النوع الأخير من المثبطات لحماية الأجزاء أثناء التشغيل البيني. عند استخدام مثبطات التآكل الانوديك ، من الضروري أولاً تحديد الحد الأدنى من تركيزها الوقائي ، لأن إضافة كميات صغيرة يمكن أن يؤدي إلى زيادة معدل التدمير.
- كاثود. تعتمد آلية عملهم على انخفاض في تركيز الأكسجين وبالتالي تباطؤ في العملية الكاثودية.
- التدريع. تقوم هذه المثبطات بعزل السطح المعدني عن طريق تكوين مركبات غير قابلة للذوبان تترسب كطبقة واقية.
تشتمل المجموعة الأخيرة على معادلات الصدأ ، والتي تستخدم أيضًا لتنظيف الأكاسيد. عادة ما تحتوي على حمض الفوسفوريك. تحت تأثيره ، يحدث الفوسفات المعدني - تكوين طبقة واقية قوية من الفوسفات غير القابل للذوبان. تُستخدم المُحَيدات بمسدس رش أو بكرة. بعد 25-30 دقيقة ، يكتسب السطح لونًا أبيض رمادي. بعد أن يجف التركيب ، يتم تطبيق الدهانات والورنيشات.
عمل ميكانيكي
يتم تسهيل زيادة التآكل في بيئة عدوانية من خلال أنواع من الإجراءات الميكانيكية مثل:
- ضغوط داخلية (أثناء التشكيل أو المعالجة الحرارية) وخارجية (تحت تأثير الحمل المطبق خارجيًا). نتيجة لذلك ، يحدث عدم التجانس الكهروكيميائي ، ويقل الاستقرار الديناميكي الحراري للمادة ، ويتشكل تكسير التآكل. سريع بشكل خاص هو التدمير تحت أحمال الشد (تتشكل الشقوق في الطائرات العمودية) في وجود الأنيونات المؤكسدة ، على سبيل المثال ، كلوريد الصوديوم. من الأمثلة النموذجية للأجهزة المعرضة لهذا النوع من التدمير أجزاء من الغلايات البخارية.
- العمل الديناميكي المتناوب ، الاهتزاز (إجهاد التآكل). هناك انخفاض كبير في حد التعب ، حيث يتم تكوين شقوق صغيرة متعددة ، والتي تندمج بعد ذلك في واحدة كبيرة. رقمدورات الفشل إلى حد كبير تعتمد على التركيب الكيميائي والمراحل للمعادن والسبائك. تتعرض محاور المضخة والينابيع وشفرات التوربينات والمعدات الأخرى لمثل هذا التآكل.
- احتكاك الأجزاء. يرجع التآكل السريع إلى التآكل الميكانيكي للأغشية الواقية على سطح الجزء والتفاعل الكيميائي مع البيئة. في السائل ، يكون معدل التدمير أقل من الهواء.
- تأثير التجويف. يحدث التجويف عندما يتم انتهاك استمرارية تدفق السائل نتيجة تكوين فقاعات فراغية تنهار وتحدث تأثيرًا نابضًا. نتيجة لذلك ، يحدث ضرر عميق ذو طبيعة محلية. غالبًا ما يظهر هذا النوع من التآكل في الأجهزة الكيميائية.
عوامل التصميم
عند تصميم عناصر تعمل في ظروف قاسية يجب مراعاة زيادة معدل التآكل في الحالات التالية:
- عندما تتلامس معادن غير متشابهة (كلما زاد الاختلاف في جهد القطب بينهما ، زادت القوة الحالية للعملية الكهروكيميائية للتدمير) ؛
- في وجود مكثفات الضغط الميكانيكية (الأخاديد ، الأخاديد ، الثقوب ، وغيرها) ؛
- مع نظافة منخفضة للسطح المُشغل آليًا ، حيث ينتج عن ذلك أزواج كلفانية محلية ذات دائرة قصيرة ؛
- مع اختلاف كبير في درجة حرارة الأجزاء الفردية للجهاز (تتشكل الخلايا الحرارية الجلفانية) ؛
- في وجود مناطق ركود (فتحات ، فجوات) ؛
- عند التشكيلالضغوط المتبقية ، خاصة في الوصلات الملحومة (للقضاء عليها ، من الضروري توفير المعالجة الحرارية - التلدين).
طرق التقييم
هناك عدة طرق لتقييم معدل تدمير المعادن في البيئات العدوانية:
- معمل - اختبار العينات في ظروف محاكاة اصطناعية قريبة من الواقع. ميزتهم أنها تسمح لك بتقليل وقت الدراسة
- الحقل - محفوظة في ظروف طبيعية. يأخذون وقتا طويلا. ميزة هذه الطريقة هي الحصول على معلومات حول خصائص المعدن في ظروف التشغيل الإضافي
- اختبار في الموقع للأجسام المعدنية الجاهزة في البيئة الطبيعية.
