انواع خوردگی فلزات و مشکلاتی که به وجود می آورند.

فلزات به‌عنوان یکی از مهم‌ترین مواد در صنعت و زندگی روزمره کاربردهای بسیار زیادی دارند. اما این مواد با محیط‌های مختلف تعامل دارند و امکان دارد تغییراتی در ساختار و خواص خود داشته باشند. این تغییرات می تواند مفید یا مضر باشند. برای مثال، فولاد ضد زنگ که به‌دلیل تشکیل یک لایه اکسیدی روی سطح خود مقاوم در برابر خوردگی است، یک مثال از تغییر مفید است. اما زنگ زدگی آهن که باعث کاهش مقاومت و تخریب آن می‌شود، یک مثال از تغییر مضر است. شناخت انواع خوردگی فلزات و عوامل موثر بر آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله، ما قصد داریم که انواع خوردگی فلزات را به‌صورت مختصر و ساده معرفی کنیم و روش‌های جلوگیری و کنترل آن‌ها را بیان کنیم.

خوردگی فلزات چیست؟

انواع خوردگی فلزات را می‌توان به‌عنوان یک واکنش اسپانتانه و غیرقابل معکوس بین فلزات و محیط‌های اکسید کننده تعریف کرد. در این واکنش، فلزات از حالت کم انرژی خود (یعنی حالت فلزی) به حالت بالا انرژی خود (یعنی حالت یونی) می‌روند و انرژی آزاد می‌کنند. این انرژی می‌تواند به‌صورت حرارتی یا الکتریکی باشد. برای مثال، وقتی آهن با اکسیژن هوا تعامل دارد، اکسید آهن یا زنگ تولید می‌شود و حرارت آزاد می‌کند.

خوردگی فلزات می‌تواند به‌صورت یکنواخت یا موضعی باشد. خوردگی یکنواخت زمانی رخ می‌دهد که فلز به‌طور یکسان در تمام سطح خود خورده شود. این نوع خوردگی معمولاً با روش‌های ساده‌ای مانند پوشش‌دهی یا استفاده از مواد مهارکننده خوردگی قابل کنترل است.

اما خوردگی موضعی زمانی رخ می‌دهد که فلز در برخی نقاط خود خورده شود و در برخی نقاط دیگر خورده نشود. این نوع خوردگی معمولاً پیچیده‌تر و خطرناک‌تر از خوردگی یکنواخت است زیرا می‌تواند باعث تخریب عمیق و ناگهانی فلز شود. این نوع خوردگی را می‌توان با روش‌های پیشگیرانه و بازرسی دوره‌ای کاهش داد.

انواع خوردگی فلزات

انواع خوردگی فلزات بسته به شکل، مکان و شرایط واکنش می‌توانند متفاوت باشند. در ادامه، ما به معرفی برخی از انواع رایج خوردگی فلزات می‌پردازیم.

خوردگی شکافی

خوردگی شکافی یکی از  انواع خوردگی فلزات به صورت موضعی است که در آن فلز در شکاف‌ها، رخنه‌ها، ترک‌ها یا نقاط محدود شده خود خورده می‌شود. این نوع معمولاً در فلزاتی رخ می‌دهد که دارای لایه اکسیدی محافظ هستند. این لایه اکسیدی مانع از خوردگی یکنواخت فلز می‌شود اما در شکاف‌ها یا نقاط محدود شده، این لایه شکسته می‌شود و فلز در معرض محیط اکسید کننده قرار می‌گیرد. این باعث می‌شود که فلز در این نقاط به‌شدت خورده شود و شکاف‌ها یا ترک‌ها بزرگتر شوند. این نوع خوردگی می‌تواند باعث کاهش مقاومت مکانیکی و شکست فلز شود.

انواع خوردگی فلزات از نوع یکنواخت

خوردگی فلزات از نوع یکنواخت یک نوع خوردگی یکنواخت است که در آن فلز به‌طور یکسان در تمام سطح خود خورده می‌شود. این نوع خوردگی معمولاً در فلزاتی رخ می‌دهد که دارای لایه اکسیدی محافظ نیستند یا این لایه به‌راحتی شکسته می‌شود. معمولاً باعث کاهش ضخامت و وزن فلز می‌شود و می‌تواند با چشم دیده شود. معمولاً سرعت کمی دارد و می‌تواند با روش‌های ساده‌ای مانند پوشش‌دهی یا استفاده از مواد مهارکننده خوردگی کنترل شود.

برای مثال، خوردگی فلزات از نوع یکنواخت می‌تواند در فلزاتی مانند آهن، مس، روی، قلع و سرب رخ دهد. این فلزات دارای لایه اکسیدی محافظ نیستند یا این لایه به‌راحتی شکسته می‌شود. این باعث می‌شود که فلز در معرض محیط‌های اکسید کننده مانند آب، هوا، اسیدها، بازها یا نمک‌ها خورده شود. برای مثال، خوردگی فلزات از نوع یکنواخت می‌تواند در سیم‌های برق، سکه‌ها، ظروف فلزی یا قطعات ماشین رخ دهد.

خوردگی فرسایشی

خوردگی فرسایشی نیز از انواع خوردگی فلزات و یک نوع خوردگی موضعی است که در آن فلز در نقاطی که دارای جریان سیال با سرعت بالا یا حاوی ذرات جامد هستند، خورده می‌شود. این نوع خوردگی معمولاً در فلزاتی رخ می‌دهد که دارای لایه اکسیدی محافظ هستند.

این لایه اکسیدی مانع از خوردگی یکنواخت فلز می‌شود اما در نقاطی که دارای جریان سیال با سرعت بالا یا حاوی ذرات جامد هستند، این لایه ساییده می‌شود و فلز در معرض محیط اکسید کننده قرار می‌گیرد. این باعث می‌شود که فلز در این نقاط به‌شدت خورده شود و نقاط خورده شده شکل نامنظمی پیدا کنند. این نوع خوردگی می‌تواند باعث کاهش مقاومت مکانیکی و شکست فلز شود.

انواع خوردگی فلزات از نوع گالوانیکی

خوردگی فلزات از نوع گالوانیکی یک نوع خوردگی موضعی است که در آن دو فلز با پتانسیل الکتروشیمیایی متفاوت با یکدیگر در تماس هستند و در حضور یک الکترولیت مانند آب، اسید، باز یا نمک، یک سلول خوردگی را تشکیل می‌دهند. در این سلول خوردگی، فلزی که دارای پتانسیل الکتروشیمیایی کمتر است، به‌عنوان آند عمل می‌کند و اکسید می‌شود و فلزی که دارای پتانسیل الکتروشیمیایی بیشتر است، به‌عنوان کاتد عمل می‌کند و کاهش می‌یابد. این باعث می‌شود که فلز آند به‌شدت خورده شود و فلز کاتد محافظت شود. این نوع خوردگی می‌تواند باعث کاهش مقاومت مکانیکی و شکست فلز آند شود.

برای مثال، خوردگی فلزات از نوع گالوانیکی می‌تواند در فلزاتی مانند آهن، مس، روی، قلع و سرب رخ دهد. این فلزات دارای پتانسیل الکتروشیمیایی متفاوت هستند و اگر با یکدیگر در تماس باشند و در حضور یک الکترولیت قرار بگیرند، یک سلول خوردگی را تشکیل می‌دهند.

خوردگی سایشی

خوردگی سایشی یک نوع خوردگی موضعی از انواع خوردگی فلزات است که در آن فلز در نقاطی که دارای جریان سیال با سرعت بالا هستند، خورده می‌شود. معمولاً در فلزاتی رخ می‌دهد که دارای لایه اکسیدی محافظ نیستند یا این لایه به‌راحتی شکسته می‌شود. معمولاً باعث کاهش ضخامت و وزن فلز می‌شود و می‌تواند با چشم دیده شود. این خوردگی معمولاً سرعت بالایی دارد و می‌تواند باعث شکست فلز شود.

انواع خوردگی فلزات بین دانه ای

خوردگی بین دانه ای یک نوع خوردگی موضعی می باشد که در آن فلز در مرزهای دانه‌های سازنده آن خورده می‌شود. این نوع خوردگی معمولاً در فلزاتی رخ می‌دهد که دارای ترکیب شیمیایی نامناسب یا تنش حرارتی زیاد هستند. این باعث می‌شود که مرزهای دانه‌ها به‌عنوان آند و دانه‌ها به‌عنوان کاتد عمل کنند و یک سلول خوردگی را تشکیل دهند. این باعث می‌شود که فلز در مرزهای دانه‌ها به‌شدت خورده شود و مقاومت مکانیکی و خواص فلز تغییر کند. این نوع خوردگی معمولاً با چشم دیده نمی‌شود و می‌تواند باعث شکست ناگهانی فلز شود.

برای مثال، خوردگی بین دانه ای می‌تواند در فلزاتی مانند استنلس استیل مانیسمان 316، آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای نیکل و آلیاژهای تیتانیوم رخ دهد. این فلزات دارای ترکیب شیمیایی نامناسب یا تنش حرارتی زیاد هستند و اگر در محیط‌هایی قرار بگیرند که دارای اکسیژن، کربن، نیتروژن، سولفور یا کلر هستند، ممکن است در مرزهای دانه‌های خود خورده شوند. برای مثال، خوردگی بین دانه ای می‌تواند در قطعات جوشکاری شده، قطعات حرارت داده شده، قطعات هواپیما یا قطعات پزشکی رخ دهد.

انواع خوردگی فلزات از نوع حفره ای

خوردگی فلزات از نوع حفره ای هم یکی دیگر از انواع خوردگی است که در آن فلز در نقاطی که دارای حفره، رخنه، خم یا نقطه محدود شده هستند، خورده می‌شود. خوردگی حفره ای از نوع موضعی است و معمولاً در فلزاتی رخ می‌دهد که دارای لایه اکسیدی محافظ هستند. این لایه اکسیدی مانع از خوردگی یکنواخت فلز می‌شود اما در نقاطی که دارای حفره، رخنه، خم یا نقطه محدود شده هستند، این لایه شکسته می‌شود و فلز در معرض محیط اکسید کننده قرار می‌گیرد. این باعث می‌شود که فلز در این نقاط به‌شدت خورده شود و حفره‌ها یا رخنه‌ها عمیق‌تر شوند. این نوع خوردگی می‌تواند باعث کاهش مقاومت مکانیکی و شکست فلز شود.

خوردگی روی زدایی

خوردگی روی زدایی به عنوان نوعی خوردگی موضعی شناخته می شود که در آن روی یا فلزات دیگری که به‌عنوان پوشش محافظ بر روی فلزات پایه مانند آهن، فولاد یا مس استفاده شده‌اند، خورده می‌شوند. معمولاً در فلزاتی رخ می‌دهد که دارای پوشش روی یا فلزات دیگری هستند. این پوشش مانع از خوردگی فلز پایه می‌شود اما در نقاطی که دارای خراش، ترک، سوراخ یا نقطه محدود شده هستند، این پوشش شکسته می‌شود و فلز پوششی در معرض محیط اکسید کننده قرار می‌گیرد. این باعث می‌شود که فلز پوششی به‌شدت خورده شود و فلز پایه محافظت شود. این نوع خوردگی می‌تواند باعث کاهش ضخامت و وزن فلز پوششی شود.

خوردگی تنشی

خوردگی تنشی از دیگر انواع خوردگی فلزات است که به صورت خوردگی موضعی انجام می شود که در آن فلز در نقاطی که دارای تنش مکانیکی بالا هستند، خورده می‌شود. معمولاً در فلزاتی رخ می‌دهد که دارای تنش مکانیکی بالا هستند به‌دلیل عملیات حرارتی یا مکانیکی، بارگذاری یا انبساط و انقباض حرارتی. این باعث می‌شود که فلز در نقاط تنش‌زا به‌شدت خورده شود و ترک‌ها یا شکاف‌های عمیقی در ساختار فلز ایجاد شود. این نوع خوردگی معمولاً با چشم دیده نمی‌شود و می‌تواند باعث شکست ناگهانی فلز شود.

خوردگی فلزات از نوع ترکیبی

خوردگی فلزات از نوع ترکیبی یک نوع خوردگی موضعی است که در آن فلز در نقاطی که دارای ترکیب شیمیایی یا فازی متفاوت هستند، خورده می‌شود. این نوع خوردگی معمولاً در فلزاتی رخ می‌دهد که دارای ترکیب شیمیایی یا فازی متفاوت به‌دلیل عملیات حرارتی یا مکانیکی، آلیاژسازی یا آلودگی هستند. این باعث می‌شود که نقاطی که دارای ترکیب شیمیایی یا فازی متفاوت هستند، به‌عنوان آند و کاتد عمل کنند و یک سلول خوردگی را تشکیل دهند. این باعث می‌شود که فلز در این نقاط به‌شدت خورده شود و ترکیب شیمیایی یا فازی فلز تغییر کند. این نوع خوردگی می‌تواند باعث کاهش مقاومت مکانیکی و شکست گران ترین فلزات نیز شود.

انواع خوردگی فلزات از نوع گالوانیک

یک نوع خوردگی موضعی می باشد که در آن دو فلز با پتانسیل الکتروشیمیایی متفاوت که در تماس با یکدیگر و در حضور یک الکترولیت هستند، خورده می‌شوند. این نوع خوردگی معمولاً در فلزاتی رخ می‌دهد که در تماس با فلزات دیگری هستند. این باعث می‌شود که فلزی که دارای پتانسیل الکتروشیمیایی کمتر است، به‌عنوان آند و فلزی که دارای پتانسیل الکتروشیمیایی بیشتر است، به‌عنوان کاتد عمل کنند و یک سلول خوردگی را تشکیل دهند. این باعث می‌شود که فلز آند به‌شدت خورده شود و فلز کاتد محافظت شود. این نوع خوردگی می‌تواند باعث کاهش مقاومت مکانیکی و شکست فلز شود.

جمع بندی انواع خوردگی فلزات

خوردگی فلزات یک پدیده پیچیده و چند جانبه است که توسط عوامل مختلفی از جمله خواص فلز، محیط، زمان و تشعشع تحت تأثیر قرار می گیرد. خوردگی فلزات می تواند انواع مختلفی داشته باشد که بر اساس مکانیزم، شکل، موقعیت و علت آن تفکیک می شوند. برخی از انواع خوردگی فلزات عبارتند از: خوردگی یکنواخت، خوردگی موضعی، خوردگی گالوانیک، خوردگی شکافی و … .

خوردگی فلزات یک مسئله جدی و مهم در صنعت، اقتصاد و جامعه است. خوردگی فلزات می تواند باعث کاهش عمر مفید، افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری، از دست رفتن انرژی و منابع، آسیب رساندن به محیط زیست و ایجاد خطرات ایمنی برای انسان ها شود. بنابراین، پیشگیری و کنترل خوردگی فلزات از اهداف اصلی مهندسین و محققان است.