קורוזיה כימית היא תהליך המורכב בהרס של מתכת בעת אינטראקציה עם סביבה חיצונית אגרסיבית. המגוון הכימי של תהליכי קורוזיה אינו קשור להשפעות של זרם חשמלי. בסוג זה של קורוזיה מתרחשת תגובה חמצונית, כאשר החומר שיש להרוס הוא בו זמנית חומר מצמצם ליסודות המדיום.
- קורוזיה בגז
- מאפייני סרט התחמוצות
- קצב קורוזיה
- קורוזיה בנוזלים שאינם אלקטרוליטים
- שיטות הגנה מפני קורוזיה
- ציפויים אורגנו-סיליקט
הסיווג של מגוון סביבות אגרסיביות כולל שני סוגים של הרס מתכות:
- קורוזיה כימית בנוזלים שאינם אלקטרוליטים;
- קורוזיה בגז כימי.
קורוזיה בגז
הצורה הנפוצה ביותר של קורוזיה כימית - גז - היא תהליך מאכל המתרחש בגזים בטמפרטורות גבוהות. בעיה זו אופיינית להפעלת סוגים רבים של ציוד וחלקים טכנולוגיים (אביזרי תנורים, מנועים, טורבינות וכו '). בנוסף משתמשים בטמפרטורות אולטרה-גובה בעיבוד מתכות בלחץ גבוה (חימום לפני גלגול, הטבעה, זיוף, תהליכים תרמיים וכו ').
תכונות מצב המתכות בטמפרטורות גבוהות נקבעות על ידי שתיים מתכונותיהן - עמידות בחום ועמידות בחום. עמידות בחום היא מידת היציבות של התכונות המכניות של מתכת בטמפרטורות אולטרה-גובה. תחת היציבות של תכונות מכניות מתייחס לשימור הכוח לאורך זמן והתנגדות לזחילה. עמידות בחום היא עמידות של מתכת לפעילות המאכלת של גזים בטמפרטורות גבוהות.
קצב ההתפתחות של קורוזיה בגז נקבע על ידי מספר אינדיקטורים, כולל:
- טמפרטורת האווירה;
- רכיבים הכלולים במתכת או בסגסוגת;
- פרמטרים סביבתיים שבהם הגזים נמצאים;
- משך המגע עם המדיום הגזי;
- תכונות של מוצרים מאכלים.
תהליך הקורוזיה מושפע יותר מהתכונות והפרמטרים של סרט התחמוצת שהופיע על משטח המתכת. ניתן לחלק כרונולוגית היווצרות תחמוצת לשני שלבים:
- ספיחה של מולקולות חמצן על משטח מתכת המתקשר עם האטמוספרה;
- במגע עם משטח המתכת בגז, וכתוצאה מכך תרכובת כימית.
השלב הראשון מאופיין במראה של קשר יוני, כתוצאה מאינטראקציה של אטומי חמצן ומשטח, כאשר אטום חמצן מוציא זוג אלקטרונים ממתכת. הקשר שקם נבדל בכוחו יוצא הדופן - הוא גדול יותר מחיבור החמצן עם המתכת שבתחמוצת.
ההסבר לקשר זה טמון בהשפעת השדה האטומי על החמצן. ברגע שמשטח המתכת מתמלא בחומר מחמצן (וזה קורה מהר מאוד), בטמפרטורות נמוכות, בזכות חוזקו של ואן דר וואלס, מתחילה הספיחה של מולקולות מחמצנות. התוצאה של התגובה היא הופעתו של הסרט המונומולקולרי הדק ביותר, אשר עם הזמן הופך להיות סמיך יותר, מה שמסבך את הגישה של חמצן.
בשלב השני מתרחשת תגובה כימית שבמהלכה האלמנט המחמצן של המדיום מוציא אלקטרונים ערכיים מהמתכת. קורוזיה כימית היא התוצאה הסופית של התגובה.
לתוכן ↑
מאפייני סרט התחמוצות
הסיווג של סרטי תחמוצות כולל שלושה סוגים:
- דק (בלתי נראה ללא מכשירים מיוחדים);
- בינוני (שינוי צבע);
- עבה (גלוי לעין בלתי מזוינת).
לסרט תחמוצת שנוצר יכולות הגנה - הוא מאט או אפילו מעכב לחלוטין את התפתחות קורוזיה כימית. כמו כן, נוכחותו של סרט תחמוצת מגדילה את עמידות החום של המתכת.
עם זאת, סרט יעיל באמת חייב לעמוד במספר מאפיינים:
- לא להיות נקבובי;
- יש מבנה רציף;
- יש תכונות דבק טובות;
- נבדלים באינרטיות כימית ביחס לאווירה;
- להיות קשה ועמיד בפני שחיקה.
אחד התנאים לעיל - מבנה יציב חשוב במיוחד. מצב ההמשכיות הוא עודף נפח המולקולות של סרט החמצון על נפח אטומי המתכת. המשכיות היא היכולת של התחמוצת לכסות את כל משטח המתכת בשכבה רציפה. אם לא מתקיים תנאי זה, הסרט לא יכול להיחשב כמגן. עם זאת, ישנם יוצאים מן הכלל מכלל זה: עבור מתכות מסוימות, למשל עבור מגנזיום ואלמנטים מקבוצות אדמה אלקליין (למעט בריליום), המשכיות אינה שייכת לאינדיקטורים קריטיים.
כדי לקבוע את עובי הסרט תחמוצת השימוש במספר טכניקות. ניתן להבהיר את איכויותיו המגנות של הסרט בעת היווצרותו. לשם כך אנו חוקרים את קצב חמצון המתכות ואת הפרמטרים של שינוי המהירות לאורך זמן.
עבור תחמוצת שכבר נוצרה, נעשה שימוש בשיטה אחרת אשר מורכבת בחקר עובי ומאפייני המגן של הסרט. לשם כך, מגיב מוחל על פני השטח. בשלב הבא, מומחים רושמים את הזמן שלוקח לחומר המגיב לחדור, ובהתבסס על הנתונים שהתקבלו הם מסיקים כי עובי הסרט.
לתוכן ↑שימו לב! אפילו סרט התחמוצת שנוצר לבסוף ממשיך לקיים אינטראקציה עם המדיום המחמצן והמתכת.
קצב קורוזיה
העוצמה בה מתפתח קורוזיה כימית תלויה במשטר הטמפרטורה. בטמפרטורות גבוהות, תהליכים חמצוניים מתפתחים במהירות רבה יותר. יתר על כן, הירידה בתפקיד הגורם התרמודינמי במהלך התגובה אינה משפיעה על התהליך.
חשיבות רבה היא קירור וחימום משתנה. בגלל מתחים תרמיים, סדקים מופיעים בסרט התחמוצת. מבעד לחורים, האלמנט המחמצן פוגע לפני השטח. כתוצאה מכך נוצרת שכבה חדשה של סרט תחמוצת, והראשון מקלף.
לא את התפקיד הכי פחות ממלאים מרכיבי המדיום הגזי. גורם זה הוא אינדיבידואלי לסוגים שונים של מתכות והוא תואם את תנודות הטמפרטורה. לדוגמה, נחושת חשופה בפני קורוזיה אם היא במגע עם חמצן, אך היא עמידה בתהליך זה בסביבת תחמוצת גופרית. עבור ניקל, נהפוך הוא, תחמוצת הגופרית היא קטלנית, ויציבות נצפתה בחמצן, פחמן דו חמצני ובסביבה הימית. אך כרום עמיד בכל הסביבות הללו.
שימו לב! אם רמת הלחץ של ניתוק התחמוצת עולה על הלחץ של היסוד המחמצן, תהליך החמצון נפסק והמתכת משיגה יציבות תרמודינמית.
מרכיבי הסגסוגת משפיעים גם הם על קצב התגובה החמצונית. לדוגמא, מנגן, גופרית, ניקל וזרחן אינם תורמים לחמצון הברזל. אך אלומיניום, סיליקון וכרום הופכים את התהליך לאט יותר. קובלט, נחושת, בריליום וטיטניום מאטים את חמצון הברזל ביתר שאת. תוספות ונדיום, טונגסטן ומוליבדן יעזרו להפוך את התהליך לחזק יותר, וזה מוסבר על ידי היתכנותם ותנודתיותם של מתכות אלה. תגובות החמצון מתקדמות לאט לאט עם המבנה האוסטניטי, מכיוון שהוא מותאם ביותר לטמפרטורות גבוהות.
גורם נוסף שתלותו בקורוזיה הוא המאפיין של המשטח המטופל. משטחים חלקים מתחמצנים לאט יותר, ומשטחים לא אחידים מהר יותר.
לתוכן ↑קורוזיה בנוזלים שאינם אלקטרוליטים
נוזלים לא מוליכים (כלומרנוזלים שאינם אלקטרוליטים) כוללים חומרים אורגניים כמו:
- בנזן;
- כלורופורם;
- אלכוהולים;
- טטרכלוריד פחמן;
- פנול;
- שמן;
- בנזין;
- נפט וכו '.
בנוסף, כמות קטנה של נוזלים אורגניים, כמו ברום נוזלי וגופרית מותכת, מסווגת כנוזלים שאינם אלקטרוליטים.
יש לציין כי ממסים אורגניים עצמם אינם מגיבים עם מתכות, אולם בנוכחות כמות קטנה של זיהומים מתרחש תהליך אינטראקציה אינטנסיבי.
יסודות הגופרית בשמן מגדילים את קצב הקורוזיה. כמו כן, טמפרטורות גבוהות ונוכחות חמצן בנוזל משפרות את תהליכי הקורוזיה. לחות מעצימה את התפתחות הקורוזיה בהתאם לעיקרון האלקטרומכני.
גורם נוסף להתפתחות המהירה של קורוזיה הוא ברום נוזלי. בטמפרטורות רגילות זה פוגע במיוחד בפלדות פחמן גבוה, אלומיניום וטיטניום. פחות משמעותית היא השפעת הברום על ברזל וניקל. ההתנגדות הגדולה ביותר לברום נוזלי מוצגת על ידי עופרת, כסף, טנטלום ופלטינה.
הגופרית המותכת נכנסת לתגובה אגרסיבית עם כמעט כל המתכות, בעיקר עם עופרת, פח ונחושת. ציוני פחמן של פלדה וגופרית טיטניום מושפעים פחות ומשמידים כמעט את האלומיניום.
אמצעי הגנה על מבני מתכת הממוקמים בתקשורת נוזלית שאינה מוליכה מבוצעים על ידי הוספת מתכות עמידות למדיום ספציפי (לדוגמה, פלדות עם תכולת כרום גבוהה). כמו כן, משתמשים בציפוי מגן מיוחד (לדוגמא, בסביבה שיש בה הרבה גופרית, משתמשים בציפויי אלומיניום).
לתוכן ↑שיטות הגנה מפני קורוזיה
שיטות בקרת קורוזיה כוללות:
- עיבוד המתכת הבסיסית בשכבת מגן (לדוגמה, שימוש בצבע);
- השימוש במעכבים (למשל כרומטים או ארסן);
- הצגת חומרים עמידים בפני תהליכי קורוזיה.
בחירת חומר ספציפי תלויה באפקטיביות הפוטנציאלית (כולל טכנולוגית וכלכלית) של השימוש בו.
עקרונות מודרניים של הגנת מתכת מבוססים על טכניקות כאלה:
- שיפור העמידות הכימית של חומרים. חומרים עמידים לכימיה (פלסטיקה גבוהה, זכוכית, קרמיקה) הוכיחו את עצמם בהצלחה.
- בידוד חומר מסביבה אגרסיבית.
- צמצום האגרסיביות של הסביבה הטכנולוגית. דוגמאות לפעולות מסוג זה כוללות נטרול והסרת החומציות בסביבות קורוזיביות וכן שימוש במעכבים שונים.
- הגנה אלקטרוכימית (הטלת זרם חיצוני).
השיטות לעיל מחולקות לשתי קבוצות:
- עמידות כימית מוגברת ובידוד מוחלות לפני שמפעילים את מבנה המתכת.
- הפחתת האגרסיביות של הסביבה והגנה אלקטרוכימית משמשים כבר בתהליך השימוש במוצר מתכת. היישום של שתי טכניקות אלה מאפשר להציג שיטות הגנה חדשות, כתוצאה מהן ניתן הגנה על ידי שינוי תנאי ההפעלה.
אחת השיטות הנפוצות ביותר להגנה על מתכת - ציפוי נגד קורוזיה גלוונית - אינה מועילה כלכלית עבור שטחי שטח גדולים. הסיבה היא העלות הגבוהה של תהליך ההכנה.
המקום המוביל בין שיטות ההגנה הוא ציפוי מתכות בצבעים ולכות. הפופולריות של שיטה זו למאבק בקורוזיה נובעת משילוב של מספר גורמים:
- תכונות הגנה גבוהות (הידרופוביות, דחיית נוזלים, חדירות גז נמוכה וחדירות אדי);
- ייצור;
- הזדמנויות רבות לפתרונות דקורטיביים;
- תחזוקה;
- הצדקה כלכלית.
יחד עם זאת השימוש בחומרים הזמינים באופן נרחב אינו חסר חסרונות:
- הרטבה לא שלמה של משטח המתכת;
- הידבקות שבורה של הציפוי אל המתכת הבסיסית, מה שמוביל להצטברות אלקטרוליט תחת ציפוי עמיד בפני קורוזיה ובכך תורם לקורוזיה;
- נקבוביות, מה שמוביל לחדירות לחות מוגברת.
ובכל זאת, המשטח המצויר מגן על המתכת מפני תהליכים קורוזיביים אפילו עם נזק מקוטע לסרט, בעוד שציפויים גלווניים לא מושלמים יכולים אפילו להאיץ את הקורוזיה.
לתוכן ↑ציפויים אורגנו-סיליקט
להגנה מפני קורוזיה באיכות גבוהה, מומלץ להשתמש במתכות בעלות רמת הידרופוביות גבוהה, חוסר חדירות בסביבות מים, גז ואדים. חומרים אלה כוללים אורגנו-סיליקט.
קורוזיה כימית כמעט ולא חלה על חומרים אורגנו-סיליקט. הסיבות לכך נעוצות ביציבות הכימית המוגברת של קומפוזיציות כאלה, עמידותן לאור, איכויות הידרופוביות וספיגת מים נמוכה. אורגנו-סיליקטים עמידים גם הם לטמפרטורות נמוכות, הם בעלי תכונות הדבקה ועמידות בפני שחיקה.
בעיות השמדת המתכות כתוצאה מהשפעות קורוזיה אינן נעלמות, למרות התפתחות טכנולוגיות למלחמה בהן. הסיבה היא הגידול המתמיד בייצור המתכות ותנאי ההפעלה הקשים יותר ויותר של מוצרים מהם. אי אפשר לפתור את הבעיה בסופו של דבר בשלב זה, ולכן מאמצי המדענים מתמקדים במציאת הזדמנויות להאט תהליכי קורוזיה.
