קורוזיה היא הרס ספונטני של משטחי מתכת בהשפעת אינטראקציה מתכתית עם הסביבה. תהליכי קורוזיה גורמים נזק רב למבני פלדה, במיוחד שמתבטאים בלחץ מכני ותרמי מוגבה. הערכה נכונה של קצב הקורוזיה פירושה הגדלת העמידות של המוצר.
- סיווג סוגי החלודה
- מנגנוני התרחשות והתפתחות של תופעות קורוזיה
- אלקטרוליטית
- בנוכחות חומצות
- בנוכחות עומסים
- שיטות להערכת תהליכי קורוזיה
- קביעת מהירות תהליכי הקורוזיה
- העיסוק בבדיקת קורוזיה של מתכות
- דרכים להפחתת קורוזיה: מנגנון ויעילות
- ציפוי מתכת
- צביעה
סיווג סוגי החלודה
קורוזיה מסווגת לפי הקריטריונים הבאים:
- על ידי אחידות הזרימה. יש קורוזיה משטחית אחידה יותר (בה עובי הקיר של המוצר יורד באותה מידה) וקורוזיה מוקדת לא אחידה, המאופיינת במראה של נקודות פגומות או כיבים על משטח הפלדה.
- לכיוון הפעולה. קורוזיה סלקטיבית מתרחשת בה רק רכיבים מסוימים במבנה המתכת מושפעים, ומגע, אשר משמיד מתכת מסוימת (לתרכובות bimetallic).
- בסדר גודל של פעולתה, סוגים כאלה של קורוזיה ידועים כגזעיים, פועלים באופן הרסני לאורך גבולות התבואה של הפלדה (עם התפשטות הדרגתית כלפי פנים), וכמויות גדולות, המשפיעים על פני השטח כולו בו זמנית.
עוצמת הקורוזיה עולה משמעותית אם, בנוסף לשינויים / תנודות שליליות בטמפרטורה ולחות, מתח מתיחה, כמו גם מדיום אגרסיבי כימית, משפיעים בנוסף על משטח המגע של המתכת.
עוצמת הקורוזיה עולה פעמים רבות בגלל סדקים בין גבישים סמוכים לחוסם. מתחים דחיסיים חיצוניים למתח הם יותר אגרסיביים כלפי פלדה.
מנגנוני התרחשות והתפתחות של תופעות קורוזיה
מכיוון שרוב משטחי הפלדה פועלים בסביבה של לחות מסוימת, כמו גם במים, תמיסות מימיות של מלחים, חומצות ואלקליות, המנגנון השולט להופעת חלודה הוא אלקטרוליטי. היוצא מן הכלל היחיד הוא קורוזיה של תנור, המתרחשת במבני המתכת של מכשירי חימום: שם מתרחש הרס פני השטח כתוצאה מהיווצרות חלודה בטמפרטורה גבוהה.
לתוכן ↑אלקטרוליטית
במהלך קורוזיה אלקטרוליטית בנוכחות חמצן, מתרחשת תגובת ההידרציה של הברזל של פלדה, שהתוצר הסופי שלה הוא הידרט תחמוצת הברזל Fe (OH) 2. תופעה זו נקראת קורוזיה מסוג האנודה. אבל התהליך לא נגמר שם. הידרט תחמוצת ברזל הוא חומר לא יציב ובנוכחות מים (או אדי מים) מתפרק די מהר לתחמוצות ברזל שונות:
- בטמפרטורות גבוהות נוצר בעיקר FeO תחמוצת ברזל;
- בחדר או מעט גבוה יותר - תחמוצת ברזל Fe2O3;
- ביניים (בטווח הטמפרטורות + 250 ... + 450 מעלות צלזיוס) - תחמוצת ברזל מגנטית-Fe3O4.
בכל מקרה, פני השטח של הפלדה מחלידים, רק אינדיקטורים לתופעה יכולים להיות בצבע חום-אדמדם או בצבע אפרפר-צהוב.
לתוכן ↑
בנוכחות חומצות
מנגנון שונה מעט של היווצרות חלודה מתרחש בנוכחות חומצות, תמיסות חומצות או חומרים נוזליים שאינם מכילים חמצן. כאן מתרחשת פירוק האנודה של פלדה עם היווצרות של הידרידים - תרכובות ברזל ומימן. אולם האחרונים הם חומרים לא יציבים כימית, הם מתחמצנים במהירות בסביבה אווירית ולחות ויוצרים גם חלודה, רק רופפים יותר. הידרידים מברזל מתפרקים במהירות במיוחד כאשר תרכובות גופרית קיימות באטמוספרה או בסביבה.
לתוכן ↑בנוכחות עומסים
על פי התוכנית השלישית, קורוזיה מתרחשת כאשר מופעלים עומסים חיצוניים על משטחי המגע. כאן, בנוסף לשני רכיבים מסורתיים, קיים בהכרח רכיב שלישי - חומר סיכה. מכיוון שכל התרכובות האורגניות מכילות תמיד חמצן ומימן, תגובות מכנוכימיות של חמצון חומר סיכה מתחילות להתרחש עם עליית הטמפרטורה במגע. הם בסופו של דבר עם העובדה שבמקום להפחית את החיכוך, חומר סיכה המשומש והושמד כבר בחלקו מתחיל לחמצן באופן פעיל את פני השטח ויוצר חלודה.
שיטות להערכת תהליכי קורוזיה
עוצמת הקורוזיה ביחס לפלדה נקבעת בהתאם לאופי תופעות הקורוזיה. בדרך כלל מתחילים בזיהוי חזותי של חלודה על פני השטח.
בעזרת מיקרוסקופ קונבנציונאלי או אפילו מגדלת ניתן להעריך די מדויק את עוצמת תהליכי הקורוזיה ואת מידת הנזק למשטח מתכת.
מחוון קורוזיה שנקרא נקבעים בצורה מדויקת יותר על פי מידת הנזק. בעזרתם תוכלו לגלות:
- ירידה במשקל עקב קורוזיה;
- הפחתה בגודל הליניארי של החלק או המבנה;
- עוצמת נזק בהתאם לזמן המגורים של החלק בסביבה מאכלת.
בנוסף לכימות נוכחות החלודה, אפשרי גם איכותי. האינדיקטורים שלה מזוהים שינויים במיקרו-מבנה של פלדה. אז, מתגלה קורוזיה בין-גרעית או סלקטיבית. לעתים קרובות הרבה יותר, עוצמת וקצב הקורוזיה נקבעת על ידי שינוי בהרכב הכימי של סביבת המתכת הסובבת או על ידי כמות המימן המשתחררת.
מדדי קורוזיה ספציפיים המשפיעים על קצב הקורוזיה כוללים:
- מאפיין קורוזיה אינטגרלי. זה מחושב כאובדן המוני של מוצר הפלדה במהלך השנה מחולק לפי שטח הפנים עליו הופיע חלודה. במקרה זה, משטח הפלדה המקולקלת נחשב למשטח עליו יש אפילו נקודות פגומות בודדות.
- קורוזיה ליניארית. זה מחושב בהתאם לצפיפות החלק ולעובי שכבת המוצר שהשחיתה במהלך השנה.
מה הערך הטוב ביותר לשימוש? אם ניתן לשקול במדויק חלק לפני פעולתו ואחריה, או להעריך שינויים בהרכב הכימי של הפתרון בו חלק זה תפקד, אז עדיף הערכה אינטגרלית של תהליכי קורוזיה. בפרט, הביצועים של גריז מגע מוערכים. אם נבדק החלק רק מספר פעמים בשנה, או שיש לבצע הערכת עוצמת תופעות הקורוזיה במהירות, עדיף להשתמש בפרמטר השני.
לתוכן ↑
קביעת מהירות תהליכי הקורוזיה
מחווני קורוזיה עוזרים גם בקביעת עוצמת השינויים השליליים. לשם כך, השתמש במושג "קצב קורוזיה ממתכת." ניתן להעריך אותו על ידי שני מאפיינים שונים המשתנים עם הזמן.
ניתן להגדיר מחוון קורוזיה על ידי המאפיינים הכמותיים הבאים:
- לפי שטח המשטח השמור;
- הרזיה כוללת;
- על ידי שינויים בצפיפות;
- לפי זמן המגורים של החלק או המבנה בסביבה מאכלת (יום);
- להפחתת העובי.
במקרה זה, קריטריונים כמותיים להערכת אופי קורוזיה פלדה לאורך פרק זמן מסוים יכולים להיות:
- אובדן קורוזיה מוחלט על האזור;
- שינוי המידות הליניאריות של המוצר;
- עמידות בפני קורוזיה ליניארית;
- קצב קורוזיה;
- קצב קורוזיה ליניארי (מילימטרים לשנה);
- עמידות בפני קורוזיה או עמידות מוחלטת.
בפועל, יישום קריטריון כזה או אחר תלוי בשיטת ההגנה על משטח המתכת. אפשר לצבוע אותו צבעים עמיד בפני מזג אוויר, ותוכלו להשתמש במתכת עם ציפוי מגן. אם קורוזיה מתרחשת באופן שווה, ניתן להעריך את יעילות ההגנה בצורה מדויקת יותר.
אם עוצמת היווצרות החלודה במקומות שונים של המוצר שונה, ניתן לבחור בשיטת ההגנה המתאימה ביותר רק כאשר החלק עמוס במתח מתיחה חיצוני. ואז, עם הזמן, לא רק מראה פני השטח משתנה, אלא גם כמה מהמאפיינים הפיזיים שלו, בפרט, מוליכות תרמית והתנגדות חשמלית.
לתוכן ↑העיסוק בבדיקת קורוזיה של מתכות
אינדיקטורים לקורוזיה הם גורמים אקלימיים - טמפרטורה, הרכב ולחות יחסית של הסביבה, אופי חלוקת העומסים החיצוניים. כמו כן, יש לקחת בחשבון את שינוי התאורה לפי שעה ביום, את כמות המשקעים, זיהום אוויר אפשרי. לדוגמה, באזורים של פליטות פסולת פליטה בקרבת מפעלים כימיים ומפעלים מתכות, המלווים בעלייה חדה באחוז ה- SO2, תהליכי קורוזיה מופעלים בצורה חדה.
כמדדים לפעילות קורוזיה, תוכלו להשתמש בתלות הכמותית של קורוזיה בזמן:
- ליניארי - לרוב זה אופייני למשטחי מתכת שאין להם ציפוי מגן.
- פוחת באופן אקספוננציאלי - נמצא בקורוזיה חומצית של מתכות וסגסוגות קונבנציונליות.
- גדל באופן אקספוננציאלי - כשיש ציפוי מגן על פני החלק.
עוצמת היווצרות החלודה בתנאים כאלה מפחיתה:
- מהירות רוח נמוכה;
- הפחתת מחזוריות לאורך זמן במדדי לחות יחסית;
- אופי ההשפעה של מדיום מאכל על פני השטח.
עם רוח חלשה או היעדרו, אין תנאים לערבוב הנחל לשטוף את משטח המגע של הפלדה. עם שלבים ממושכים של לחות נמוכה וגבוהה במהלך השנה, לסרט של חלודה במשטח יש זמן ליצור, להתנפח ולהיפרד ממתכת הבסיס. עובי השטח יקטן, אך תהליכי הקורוזיה נאלצים "להתחיל" תחילה, וזה דורש לא רק זמן, אלא גם תנאים מתאימים - רוח או שינויים בהרכב הכימי של האוויר, וזה לא תמיד המקרה.
לחות, חומצה או אלקלי יכולים להגיע לפני השטח של הפלדה בצורה של טיפות או באמצעות ריסוס. השיטה הראשונה אופיינית לאזורים עם כמות גבוהה של משקעים, והשנייה היא לסביבה לא טובה בה מתפקד חלק או מבנה מתכת.
דרכים להפחתת קורוזיה: מנגנון ויעילות
היכולת של משטח צבוע לעמוד בתהליכי קורוזיה תלויה באיזה מנגנון קורוזיה שורר. לדוגמא, עם חשיפה מתמדת למדיום פעיל כימית, ההבדל הפוטנציאלי של המשטח החיצוני של מוצר המתכת ונפחיו הפנימיים משתנה משמעותית. במקרה זה, מתרחשים זרמים קורוזיביים המשפרים את תהליך הקורוזיה (תופעה הגורמת לרוב להרס צינורות פלדה בצינורות תת קרקעיים). כאן, צביעה אינה נותנת השפעה, מכיוון שהרכב הכימי של המשטח המכוסה בשכבת צבע אינו משתנה לאורך זמן.
לתוכן ↑ציפוי מתכת
זה עניין אחר כאשר המשטח מצופה במתכת בעלת פוטנציאל אלקטרוליטי שלילי ביחס לתהליכי רדוקס. עם דומיננטיות של תגובות חמצוניות, יעיל יותר להגן על פלדה על ידי יישום של ציפוי שטח המכיל אלומיניום ואבץ - מתכות ש"ישארו "מברזל בפעילות החמצן שלהם.
תהליכים מסוג זה - גלוון ומתייבש אלומיניום - נמצאים בשימוש נרחב בתרגול להגנה נגד קורוזיה של יחידות פלדה וחלקים בודדים הנמצאים בסביבה מחמצנת. הכתמה במצבים אלה היא עזר באופיים, כדי לשפר את המאפיינים הדקורטיביים של המשטח.
בסביבה מצמצמת ניתן לחסום ביעילות את תהליך היווצרות ההידרידים מברזל על ידי יצירת ציפויי שטח של מתכות הממוקמות "מימין" למימן: זהו נחושת וכל המתכות היקרות. ציפוי נחושת, אף שהוא משמש בפועל, מבוצע לרוב עבור שטחי שטח קטנים יחסית, מכיוון שמדובר בתהליך יקר מאוד מבחינת הכספים. זה מיועד למצבים כאלה שצריך וצריך ליישם צביעה.
לתוכן ↑צביעה
תפקידם המגן של צבעים מורכב בעובדה שמעכבי קורוזיה קיימים תמיד בהרכבם - רכיבים המאטים את קצב תהליכי היווצרות הסולם לאורך זמן. הנוסחאות הכימיות של חומרים מעכבים מתוכננים באופן שכתוצאה מכך הופסק הופעת החלודה. האלסטיות של קומפוזיציות ציפוי מודרניות מאפשרת לציפויים לעמוד בהצלחה בלחצי שטח המעוררים את תחילת תהליכי הקורוזיה.
התכונות המונקות נגד הצבעוניות של צבעים גדלות אם הן מכילות פולימרים אורגנו-סיליקון המגדילים את יכולת המשטח המצויר לעמוד בפני שינויים בלחות ובטמפרטורה, ללא קשר לשנה בשנה. עם זאת, לצבעים כאלה יש שני חסרונות משמעותיים:
- רעיל;
- לא יעיל בתנאי מנגנון קורוזיה אלקטרוליטית.
לפיכך, תרכובות צביעה שנבחרו נכונה יכולות לחסום ביעילות תהליכי קורוזיה. לשם כך עליהם להכיל מעכבי קורוזיה, בעלי גמישות מספקת וחוזק מכני, ומשתנים מעט לאורך זמן.
