Metallurgiyada Korroziya Mexanizmi və Onun Qarşısının Alınması
Korroziya metallurgiya və material mühəndisliyində ən vacib problemlərdən biridir, çünki metalların keyfiyyətinin, möhkəmliyinin və xidmət müddətinin azalmasına səbəb olur. Sənaye kontekstlərində - tikinti, gəmiçilik, neft və qazdan tutmuş istehsalata qədər - korroziya əhəmiyyətli iqtisadi itkilərə və təhlükəsizlik risklərinə səbəb ola bilər. Təsirini idarə etmək üçün material növünə və iş mühitinə əsasən korroziya mexanizmlərinin və müvafiq qarşısının alınması strategiyalarının aydın şəkildə başa düşülməsi tələb olunur.
Metallurgiyada Korroziyanın Anlaşılması
Ümumiyyətlə, korroziya, materialın (xüsusən də metalların) ətraf mühitlə kimyəvi və ya elektrokimyəvi reaksiyalar nəticəsində parçalanması prosesidir. Sulu mühitlərdə metalların korroziyasının əksəriyyəti elektrokimyəvi xarakter daşıyır, yəni metal səthində eyni vaxtda baş verən oksidləşmə və reduksiya reaksiyaları səbəbindən baş verir. Metallar daha termodinamik cəhətdən sabit birləşmələrə (məsələn, oksidlər və ya hidroksidlər) qayıtmağa meyllidir və bununla da metal xüsusiyyətlərini "itirirlər".
Elektrokimyəvi Korroziyanın Əsas Mexanizmi
Elektrokimyəvi korroziyada iki əsas reaksiya var:
1. Anod reaksiyası (metal oksidləşməsi):
Metallar ionlara çevrilir və elektronlar buraxır. Dəmirə dair nümunə:
Fe → Fe²⁺ + 2e⁻
2. Katod reaksiyası (reduksiya):
Anodda ayrılan elektronlar katodda reduksiya reaksiyaları üçün istifadə olunur. İki ümumi katodik reaksiya bunlardır:
– Neytral/qələvi məhlullarda oksigen reduksiyası:
O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
– Turşu məhlullarında hidrogen ionlarının reduksiyası:
2H⁺ + 2e⁻ → H₂
Korroziyanın baş verməsi üçün həm ion cərəyan yolu (adətən duz tərkibli su kimi elektrolit), həm də metaldan keçən elektron yolu tələb olunur. Buna görə də, korroziya tez-tez rütubətli mühitlərdə, dəniz suyunda və ya yüksək səviyyədə çirkləndirici maddələr olan sənaye atmosferlərində sürətlənir.
Korroziya Mexanizmlərinin Növləri
1. Vahid Korroziya
Bu, metal səthinin nisbətən bərabər şəkildə korroziyaya uğradığı ən çox yayılmış növdür. "Ən təhlükəsiz" görünsə də, materialın qalınlığı dizayn hüdudlarından kənara çıxarılarsa, vahid korroziya təhlükəli olaraq qalır. Məsələn, karbon polad rütubətli atmosferdə bərabər şəkildə korroziyaya uğrayır.
Əsas xüsusiyyətlər: bərabər və proqnozlaşdırıla bilən incəlmə.
Təsir: strukturun qalınlığında və möhkəmliyində azalma.
2. Qalvanik Korroziya
Qalvanik korroziya iki fərqli metalın bir elektrolitdə elektriklə birləşməsi zamanı baş verir. Daha aktiv metal (qalvanik seriyada daha anodik) daha tez korroziyaya uğrayır, daha nəcib metal isə qorunur.
Misal: rütubətli mühitdə poladın misə birləşdirilməsi; polad anod halına gəlməyə və korroziyaya uğramağa meyllidir.
Müəyyənedici amillər: potensial fərq, katod-anodun nisbi sahəsi və elektrolitin keçiriciliyi.
Vacib qeyd: kiçik anodlar böyük katodlarla birləşdirildikdə, anod korroziya sürəti çox vaxt artır.
3. Yarıq Korroziyası
Bu tip korroziya conta boşluqları, boltlu birləşmələr və ya lövhə üst-üstə düşmələri kimi dar, "ilişib qalmış" sahələrdə baş verir. Boşluqda oksigen təchizatı məhduddur və bu da boşluğun içi (anod) və xarici (katod) arasında oksigen konsentrasiyasında fərq yaradır. Bu, lokal korroziyanı sürətləndirən aqressiv ionlarla (məsələn, xlorid) zəngin turşu mühit yaradır.
Əsas xüsusiyyət: sərbəst axından qorunan ərazilərdə lokal korroziya.
Tez-tez aşağıdakılarda rast gəlinir: xlorid tərkibli mühitlərdə paslanmayan polad.
4. Çuxur Korroziyası
Çuxur əmələ gəlməsi kiçik, dərin dəliklər əmələ gətirən lokal korroziyadır. Xüsusilə təhlükəlidir, çünki aşkarlanması çətindir, lakin sızmalara və ya qəfil sıradan çıxmalara səbəb ola bilər. Çuxur əmələ gəlməsi tez-tez paslanmayan polad və ya alüminium kimi metalların üzərindəki passiv təbəqəyə zərər verən xlorid ionları (Cl⁻) tərəfindən tetiklenir.
Əsas xüsusiyyətlər: kiçik dəliklər, böyümə sürətli və nüfuzedici ola bilər.
Təsir: kiçik ümumi kütlə itkisinə baxmayaraq qəfil uğursuzluq.
5. Dənəvərlərarası Korroziya
Tərkib fərqləri və ya xüsusi çöküntü səbəbindən dənə sərhədlərində baş verir. Paslanmayan poladda müəyyən bir temperatur aralığına qədər qızdırmaq xrom karbid çöküntüsünə (həssaslaşma) səbəb ola bilər, dənə sərhədləri ətrafındakı xromu azaldır və sahənin passivləşmə qabiliyyətini itirməsinə və korroziyaya həssas olmasına səbəb olur.
Əsas xüsusiyyətlər: hücum dənəcik sərhədlərini izləyir və mikrostrukturu zəiflədir.
Təsir: sərtliyin və gücün azalması.
6. Stressli Korroziya Çatlaması (SCC)
SCC, dartılma gərginliyi (qalıq və ya işçi) və müəyyən bir korroziya mühitinin kombinasiyasından qaynaqlanan korroziya çatlamasıdır. Çatlar sürətlə yayıla və səth korroziyasının bir çox əlaməti olmadan kövrək sınığa səbəb ola bilər.
Nümunələr: isti xlorid mühitlərində austenitik paslanmayan polad və ya müəyyən mühitlərdə yüksək möhkəmlikli polad.
Əsas xüsusiyyətlər: incə çatlar, tez-tez budaqlanır.
Təsir: qəfil və təhlükəli uğursuzluq.
7. Korroziya, Eroziya və Kavitasiya
Eroziya korroziyası, yüksək maye axını qoruyucu örtükləri aşındıraraq korroziyanı sürətləndirdikdə baş verir. Kavitasiya, buxar qabarcıqlarının səthə yaxın çökməsi və nasoslarda və pərvanələrdə rast gəlinən metala zərər verən mikrozərbələr yaratması zamanı baş verir.
Əsas xüsusiyyətlər: kobud səth, sanki aşınmış kimi.
Təsir: maye dinamik komponentlərə sürətli zərər.
Korroziya sürətinə təsir edən amillər
Ən təsirli ətraf mühit və material parametrlərindən bəziləri bunlardır:
– pH: turşu mühitləri ümumiyyətlə bir çox metal üçün korroziyanı artırır.
– Həll olmuş oksigen konsentrasiyası: katodik reaksiyanı sürətləndirə bilər.
– Xlorid: passiv təbəqələrə (çuxur/yarıq) qarşı çox aqressivdir.
– Temperatur: ümumiyyətlə reaksiya sürətini və ion diffuziyasını artırır.
– Materialın mikrostrukturu: dənə ölçüsü, çökmə fazası və homogenlik.
– Qalıq stress: YHK riskini artırır.
– Həndəsi dizayn: boşluqlar, iti künclər və su tutan sahələr korroziyanı daha da artırır.
Metallurgiyada korroziyanın qarşısının alınması üsulları
Korroziyanın qarşısının alınması material seçimi, dizayn, səth qorunması və ətraf mühitə nəzarəti birləşdirən sistemli bir yanaşma tələb edir.
1. Düzgün Material və Ərinti Seçimi
İlk strategiya iş mühitinə uyğun bir metal seçməkdir:
– Müəyyən rütubətli və ya kimyəvi mühitlərdə paslanmayan poladdan və ya korroziyaya davamlı ərintilərdən istifadə edin.
– Sabit passiv təbəqə yaratmaq qabiliyyətinə malik bir ərinti seçin (məsələn, paslanmayan poladda xrom, alüminiumda alüminium oksidi).
– Qalvanik seriyasında çox fərqli olan metalları birləşdirməkdən çəkinin.
2. Korroziyaya Qarşı Dizayn
Dizayn çox vacibdir:
– Boşluqları və üst-üstə düşən sahələri minimuma endirin.
– Durğun suyun olmaması üçün yaxşı drenaj təmin edin.
– Qalvanik təmasın qarşısını almaq üçün izolyator və ya aralayıcıdan istifadə edin.
– Katod-anod sahəsində həddindən artıq fərqlərdən çəkinin.
3. Səth örtüyü və qorunması
Ümumi metodlar:
– Boya/epoksi/poliuretan: fiziki maneə yaradır.
– Sinkləmə (sink örtüyü): sink qurban anod kimi çıxış edir.
– Nikel/xrom örtük: davamlılığı artırır, lakin lokal korroziyanın qarşısını almaq üçün qüsurlardan azad olmalıdır.
– Oksid təbəqəsini qalınlaşdırmaq üçün alüminium üzərində anodlaşdırma.
Uğurlu örtükün açarı yaxşı səth hazırlığı və məsamələrin və çatların qarşısını almaq üçün keyfiyyətə nəzarətdir.
4. Katod Mühafizəsi
Katod mühafizəsi qorunan metalın katod kimi fəaliyyət göstərməsinə səbəb olur və beləliklə, həllolma (anodik) reaksiyasını maneə törədir. İki əsas yanaşma:
– Qurbanlıq anod: əvvəlcə sink, maqnezium və ya alüminium quraşdırılır və “istehlak olunur”.
– Təsirli cərəyan katodik mühafizəsi (ICCP): potensialı tənzimləmək üçün xarici cərəyan istifadə olunur.
Bu üsul yeraltı borularda, dəniz qurğularında və çənlərdə geniş istifadə olunur.
5. Korroziya inhibitoru
İnhibitor, korroziya sürətini azaltmaq üçün ətraf mühitə (məsələn, soyutma suyu, qazan sistemi və ya kimyəvi proses) əlavə edilən kimyəvi maddədir. İnhibitorlar qoruyucu təbəqə yaratmaqla və ya anod/katod reaksiyasını inhibə etməklə işləyə bilər.
İstifadə nümunələri: sənaye soyutma sistemləri, boru kəmərləri və turşu prosesləri (xüsusi idarəetmə vasitələri ilə).
6. Ətraf Mühitə Nəzarət və Dövri Baxım
– Mümkün olduqda nəmliyi, xloridləri və ya çirkləndiriciləri azaldın.
– Su sistemlərində pH və həll olmuş oksigeni idarə edin.
– Müntəzəm yoxlamalar aparın: qalınlığın ölçülməsi (UT), vizual yoxlama və potensial monitorinq.
– Profilaktik təmir işləri aparın: çöküntülərin təmizlənməsi, anodun dəyişdirilməsi və örtük təmiri.
Bağlanır
Korroziya materialların, ətraf mühitin və dizaynın qarşılıqlı təsirini əhatə edən mürəkkəb bir fenomendir. Metallurgiyada vahid, qalvanik, çuxur əmələ gəlməsi, yarıq əmələ gəlməsi, dənəvərlərarası, SCC və eroziya-kavitasiya korroziyası kimi mexanizmlərin anlaşılması müvafiq təsirin azaldılması strategiyalarının seçilməsi üçün çox vacibdir. Effektiv korroziyanın qarşısının alınması adətən tək bir metod deyil, müvafiq material seçimi, yaxşı dizayn, səth qorunması, katod qorunması, inhibitorların istifadəsi və müntəzəm yoxlama proqramının birləşməsidir. Bu yanaşma ilə metal komponentlərinin xidmət müddəti uzadıla, texniki xidmət xərcləri azaldıla və fəlakətli nasazlıq riski minimuma endirilə bilər.
