دانلود مقاله تاریخچه خوردگی

تاریخچه خوردگی

بدترین خوردگی که برای فلزات کار گذاشته شده در خاک بوجود می آید .

در محل هایی است که جریان های الکتریکی سرگردان وجود دارد .

چون مقاومت ویژه خاک ها حتی وقتی دارای آب باشند زیاد است .

بنابراین جریان های الکتریکی داخل زمین از طریق فلزات کارگذاشته شده درخاک که مقاومت کمی دارند عبور خواهد کرد .

جریان سرگردان زمانی می تواند موجب خوردگی لوله گردد که از یک قسمت از لوله وارد واز قسمت دیگر آن تخلیه شود و در حقیقت مدار جریان کامل گردد .

نقطه ورود جریان سرگردان کاتد و نقطه خروجی، آند پیل خوردگی خواهد گردید .

از منابع ایجاد جریان سرگردان می توان به موارد زیر اشاره کرد:

وجود سیستم حفاظت کاتدی در لوله های مجاور لوله مورد تهاجم

استفاده از جریان مستقیم در عملیات حفاری

عملیات جوشکاری با استفاده از جریان مستقیم

سیستم های قطار برقی زیر زمینی و نظایر آنها و همچنین میدان مغناطیسی زمین در اطراف لوله تهاجم نیز تاثیر گذاشته و اختلال ایجاد می کند.

جریان های سرگردان در 3 دسته طبقه بندی می شوند:

1- جریان های مستقیم

2- جریان های متناوب

3- جریان های تلوریک ( Telluric )

خوردگی فلزات

خوردگی ، ( Corrosion ) ، اثر تخریبی محیط بر فلزات و آلیاژها می‌‌باشد.

خوردگی ، پدیده‌ای خودبه‌خودی است و همه مردم در زندگی روزمره خود ، از بدو پیدایش فلزات با آن روبرو هستند.

در اثر پدیده خودبه‌خودی ، فلز از درجه ‌اکسیداسیون صفر تبدیل به گونه‌ای با درجه ‌اکسیداسیون بالا می‌‌شود.

M ------> M+n + ne

در واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات ، عبارت از اکسیداسیون فلز است.

تخریب فلزات با عوامل غیر خوردگی

فلزات در اثر اصطکاک ، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب می‌‌شوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست.

فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی

خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد.

البته M+n می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود.

اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است.

انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند.

پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.
بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانی‌ها و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم.

به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند.

یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است.

بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد.

از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است.

پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.
در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند.

وقتی فلزی را در اسید حل می‌‌کنیم و یا در و پنجره دچار خوردگی می‌‌شوند، دیگر قابل بازیابی نیستند.

پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است. 

پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانی‌ها و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد.

پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند.

پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است.

جنبه‌های اقتصادی فرایند خوردگی برآوردی که در مورد ضررهای خوردگی انجام گرفته، نشان می‌‌دهد سالانه هزینه تحمیل شده از سوی خوردگی ، بالغ بر 5 میلیارد دلار است.

بیشترین ضررهای خوردگی ، هزینه‌هایی است که برای جلوگیری از خوردگی تحمیل می‌‌شود.

پوششهای رنگها و جلاها ساده‌ترین راه مبارزه با خوردگی ، اعمال یک لایه رنگ است.

با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رویه ، می‌‌توان ارتباط فلزات را با محیط تا اندازه‌ای قطع کرد و در نتیجه موجب محافظت تاسیسات فلزی شد.

به روشهای ساده‌ای می‌‌توان رنگها را بروی فلزات ثابت کرد که می‌‌توان روش پاششی را نام برد.

به کمک روشهای رنگ‌دهی ، می‌‌توان ضخامت معینی از رنگها را روی تاسیسات فلزی قرار داد.

آخرین پدیده در صنایع رنگ سازی ساخت رنگهای الکتروستاتیک است که به میدان الکتریکی پاسخ می‌‌دهند و به ‌این ترتیب می‌توان از پراکندگی و تلف شدن رنگ جلوگیری کرد.

پوششهای فسفاتی و کروماتی این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده می‌‌شوند، پوششهایی هستند که ‌از خود فلز ایجاد می‌‌شوند.

فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند.

با استفاده ‌از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز می‌‌کنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند.

این پوششها بیشتر به ‌این دلیل فراهم می‌‌شوند که ‌از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد.

پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد.

رنگ کم و بیش دارای تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند.

پوششهای اکسید فلزات اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری می‌‌کند.

بعنوان مثال ، می‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر روی آلومینیوم نشاند.

اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث می‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد.

همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و می‌‌توان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد.

اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار می‌‌گیرد.

همچنین با پدیده ‌الکترولیز ، آهن را به ‌اکسید آهن سیاه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبدیل می‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگی است که به آن "سیاه‌کاری آهن یا فولاد" می‌‌گویند که در قطعات یدکی ماشین دیده می‌‌شود.

پوششهای گالوانیزه گالوانیزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روی است.

گالوانیزه ، بطرق مختلف انجام می‌‌گیرد که یکی از این طرق ، آبکاری با برق است.

در آبکاری با برق ، قطعه‌ای که می‌‌خواهیم گالوانیزه کنیم، کاتد الکترولیز را تشکیل می‌‌دهد و فلز روی در آند قرار می‌‌گیرد.

یکی دیگر از روشهای گالوانیزه ، استفاده ‌از فلز مذاب یا روی مذاب است.

روی دارای نقطه ذوب پایینی است.

در گالوانیزه با روی مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار می‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازی فلز در روی مذاب ، لایه‌ای از روی در سطح فلز تشکیل می‌‌شود که به ‌این پدیده ، غوطه‌وری داغ (Hot dip galvanizing) می‌گویند.

لوله‌های گالوانیزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشی منازل و آبرسانی و ...

مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

پوششهای قلع قلع از فلزاتی است که ذاتا براحتی اکسید می‌‌شود و از طریق ایجاد اکسید در مقابل اتمسفر مقاوم می‌‌شود و در محیطهای بسیار خورنده مثل اسیدها و نمکها و ...

بخوبی پایداری می‌‌کند.

به همین دلیل در موارد حساس که خوردگی قابل کنترل نیست، از قطعات قلع یا پوششهای قلع استفاده می‌‌شود.

مصرف زیاد این نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازی می‌‌باشد که بر روی ظروف آهنی این پوششها را قرار می‌‌دهند.

پوششهای کادمیم این پوششها بر روی فولاد از طریق آبگیری انجام می‌‌گیرد.

معمولا پیچ و مهره‌های فولادی با این فلز ، روکش داده می‌‌شوند.

فولاد زنگ‌نزن این نوع فولاد ، جزو فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع شیر آلات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این نوع فولاد ، آلیاژ فولاد با کروم می‌‌باشد و گاهی نیکل نیز به ‌این آلیاژ اضافه می‌‌شود.

هزینه خوردگی در ژاپن بر اساس آمار موجود در سطح بینالمللی، در هر نود ثانیه یک تن فولاد در اثر خوردگی از بین میرود که انرژی مورد استفاده برای تولید این مقدار فولاد، معادل مصرف انرژی یک خانوار متوسط در سه ماه است.

ژاپن، کشوری است با هوای مرطوب که میزان خورندگی در آن بالاست و نسبت به کشورهای صنعتی دیگر، با تأخیر به حوزه برآورد هزینههای خوردگی وارد شده است، در متن زیر، به بررسی هزینههای خوردگی در ژاپن پرداخته شده است: هزینه خوردگی در ژاپن: تاریخچه با افزایش نگرانی جهانی در مورد هزینه‌های خوردگی، در سال 1970 کمیته‌های ارزیابی هزینه‌های خوردگی در چندین کشور تأسیس شدند.

اولین گزارش هزینه خوردگی ژاپن، در سال 1977 انتشار یافت.

این گزارش هزینه‌های خوردگی (صرف نظر از هزینه‌های غیرمستقیم) را در این سال، حدود 1 الی 2 درصد درآمد ناخالص ملی ( GNP ) ژاپن تخمین زد.

در فوریه 1997، مؤسسه ملی تحقیقات فلزات ژاپن، وابسته به آژانس علم و تکنولوژی (نام کنونی این مؤسسه،‌ مؤسسه ملی تحقیقات مواد است که به وزارت آموزش، فرهنگ، ورزش، علم و تکنولوژی وابسته است) پروژه‌ای 10 ساله، جهت تحقیق روی مواد فولادی بسیار مستحکم را شروع نمود.

هدف از این پروژه، تحقیق بر روی فولادهایی با استحکام بیشتر و فولادهای زنگ‌نزن با مقاومت خوردگی بالاتر بود.

به‌منظور تبیین لزوم نیاز جامعه و صنایع ژاپن به این قبیل فولادها، نیاز بود به بررسی کمی و آنالیز هزینه خوردگی مواد فلزی پرداخته شود.

فاز 5 ساله اول این پروژه، در فوریه 2001 به پایان رسید و فاز 5 ساله دوم در فوریه 2002 شروع شد.

پروژه تعیین هزینه خوردگی ژاپن به‌وسیله مؤسسه تحقیقات فلزات (NRIM) مورد حمایت مالی قرار گرفت.

روشهای عمده برای ارزیابی هزینههای خوردگی برای ارزیابی هزینه‌های خوردگی در ژاپن از 3 تکنیک مختلف استفاده شده است: • روش Uhlig که تخمین‌ها را بر پایه روش‌های حفاظت از خوردگی قرار می‌دهد.

• روش Hoar که تخمین‌ها بر اساس بخش‌های مختلف صنعتی است.

• روش In/Out که از ماتریکس Input-Output برای ارایه تخمین‌های اولیه استفاده می‌کند.

در سال 1997، هزینه خوردگی با استفاده از متد Uhlig و Hoar تخمین زده شد.

در تخمین‌های فوق‌الذکر، آنالیز اولیه با استفاده از روش Input/Output انجام گرفت تا هزینه کلی خوردگی شامل هزینه‌های مستقیم و غیرمستقیم تخمین زده شود.

هزینه کلی برآورد شده با روش Unlig و Hoar برای سال 1997، به‌ترتیب، حدود 0.755 درصد و 1.02 درصد GNP ژاپن بود.

برآورد کل هزینه، شامل هزینه‌های مستقیم و غیرمستقیم که با تخمین اولیه و با آنالیز Input/Output انجام گرفت، حدود 2 برابر بیشتر از هزینه مستقیم به‌دست آمده از روش Uhlig است.

در بعضی کشورها که زیان ناشی از خوردگی، ارزیابی شده است، این ضرر اقتصادی به 3 تا 4 درصد GNP می‌رسد.

در ژاپن که ارزیابی فقط محدود به برآورد ضرر مستقیم است، این زیان حدود 8/1 درصد از GNP برآورد شد.

این‌گونه مطالعات به مرور باعث افزایش آگاهی در زمینه خوردگی و ایجاد جریان فکری برای انجام تحقیقات و گسترش تکنیک‌های جلوگیری از خوردگی شد که این موضوع نه تنها به اقتصاد ملی کمک کرد، بلکه باعث صیانت از منابع و کاهش مصرف انرژی ‌شد.

تاریخچه ی مختصراز جوشکاری دستی قوس برقی(S.M.A.W) قوس برقی در سال ۱۸۰۷توسط سرهمفری دیوی کشف شد ولی استفاده از آن در جوشکاری فلزات به یکدیگر هشتاد سال بعد از این کشف ، یعنی در سال ۱۸۸۱ اتفاق افتاد.

فردی به نام آگوست دیمری تنز در این سال توانست با استفاده از قوس برقی و الکترود ذغالی صفحات نگهدارنده انباره باطری را به هم متصل نماید.

قوس برقی در سال ۱۸۰۷توسط سرهمفری دیوی کشف شد ولی استفاده از آن در جوشکاری فلزات به یکدیگر هشتاد سال بعد از این کشف ، یعنی در سال ۱۸۸۱ اتفاق افتاد.

بعد از آن یک روسی به نام نیکولاس دی بارنادوس با یک میله کربنی که دسته ای عایق داشت توانست قطعاتی را به هم جوش دهد.

وی در سال ۱۸۸۷ اختراع خود را در انگلستان به ثبت رساند.این قدیمی ترین اختراع به ثبت رسیده در عرصه جوشکاری دستی قوسی برقی می باشد.فرایند جوشکاری با الکترود کربنی در سالهای ۱۸۸۰و۱۸۹۰در اروپا و آمریکا رواج داشت ولی استفاده از ولت زیاد (۱۰۰ تا ۳۰۰ولت)و آمپر زیاد (۶۰۰تا ۱۰۰۰آمپر)در این فرایند و فلز جوش حاصله که به علت ناخالصیهای کربنی شکننده بود همه باعث می شد این فرایند با اقبال صنعت مواجه نشود.

جهش از این مرحله به مرحله فرایند جوشکاری با الکترود فلزی در سال ۱۸۸۹ صورت گرفت.در این سال یک محقق روس به نام اسلاویانوف و یک آمریکایی به نام چارلز کافین(بنیانگذار شرکت جنرال الکتریک)هرکدام جداگانه توانستند روش استفاده از الکترود فلزی در جوشکاری با قوس برقی را ابداع نمایند.

در آغاز قرن بیستم جوشکاری دستی با قوس برقی مورد قبول صنعت واقع شد.

علیرغم ایرادهای فراوان(استفاده از مفتول لخت و بدون روکش)مورد استفاده قرار گرفت.در آمریکااز مفتول لخت که دارای روکش نازکی از اکسید آهن که ماحصل زنگ خوردگی طبیعی و یا بخاطر پاشیدن عمدی آب بر روی کلافهای مفتول قبل از کشیده شدن نهایی بود استفاده می شد و گاهی این مفتول لخت با آب آهک آغشته می شد تا در هر دو وضعیت بتواند ثبات قوس برقی را بهتر فراهم آورد.آقای اسکار کجل برگ سوئدی را باید پدر الکترودهی روکش دار مدرن شناخت وی نخستین شخصی بود که مخلوطی از مواد معدنی و آلی را به منظور کنترل قوس برقی و خصوصیات مورد نظر از فلز جوش حاصله با موفقیت به کار برد.وی اختراع خود را در سال ۱۹۰۷ به ثبت رساند.ماشینهای جوشکاری با فعالیت های فوق الذکر به روند تکاملی خود ادامه می دادند.در سالهای ۱۸۸۰ مجموعه ای از باطری پر شده به عنوان منبع نیرو در ماشین های جوشکاری به کار گرفته شد.تا اینکه در سال ۱۹۰۷ نخستین دستگاه Generator جوشکاری به بازار آمریکا عرضه شد.

● جوشکاری با گاز یا شعله جوشکاری با گاز یا شعله یکی ازاولین روشهای جوشکاری معمول در قطعات آلومینیومی بوده و هنوز هم در کارگاههای کوچک در صنایع ظروف آشپزخانه و دکوراسیون و تعمیرات بکارمیرود.

در این روش فلاکس یا روانساز یا تنه کار برای برطرف کردن لیه اکسیدی بکار میرود.

▪ مزایا:سادگی فرایند و ارزانی و قابل حمل و نقل بودن وسایل ▪ محدوده کاربرد:ورقهای نازک ۸/۰تا ۵/۱میلیمتر ▪ محدودیتها:باقی ماندن روانساز لابلای درزها و تسریع خوردگی - سرعت کم – منطقه H.A.Zوسیع است .

قطعات بالاتر از ۵/۲میلیمتر را به دلیل عدم تمرکز شعله و افت حرارت بین روش جوش نمیدهند.

حرارت لازم در این روش از واکنش شیمیایی گاز با اکسیژن بوجود می اید.

حرارت توسط جابجایی و تشعشع به کار منتقل می شود.

قدرت جابجایی به فشار گاز و قدرت تشعشع به توان چهارم درجه حرارت شعله بستگی دارد.

لذا تغییر اندکی در درجه حرارت شعله می تواند میزان حرارت تشعشعی و شدت آنرا بمقدار زیادی تغییر دهد.درجه حرارت شعله به حرارت ناشی از احتراق و حجم اکسیژن لازم برای احتراق و گرمای ویژه و حجم محصول احتراق(گازهای تولید شده) بستگی دارد.

اگر از هوا برای احتراق استفاده شود مقدار ازتی که وارد واکنش سوختن نمی شود قسمتی از حرارت احتراق راجذب کرده و باعث کاهش درجه حرارت شعله می شود.بنابرین تنظیم کامل گاز سوختنی و اکسیژن لازمه ایجاد شعله بادرجه حرارت بالاست.

گازهای سوختنی نظیر استیلن یا پروپان یا هیدروژن و گاز طبیعی نیز قابل استفاده است که مقدار حرارت احتراق و در نتیجه درجه حرارت شعله نیز متفاوت خواهد بود.

در عین حال معمولترین گاز سوختنی گاز استیلن است.

تجهیزات و وسایل اولیه این روش شامل سیلندر گاز اکسیژن و سیلندر گاز استیلن یا مولد گاز استیلن و رگولاتور تنظیم فشار برای گاز و لوله لاستیکی انتقال دهنده گاز به مشعل و مشعل جوشکاری است.

خوردگی ، ( Corrosion ) ، اثر تخریبی محیط بر فلزات و آلیاژها می‌‌باشد.

در اثر پدیده خودبه‌خودی ، فلز از درجه ‌اکسیداسیون صفر تبدیل به گونه‌ای با درجه ‌اکسیداسیون بالا می‌‌شود.M ------> M+n + neدر واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات ، عبارت از اکسیداسیون فلز است.