معلومات فنية

إذا وضعنا قطعة بسيطة من الحديد في محلول حمض الهيدروكلوريك ، فإننا نلاحظ تكوين غاز الهيدروجين الكثيف. هناك العديد من مناطق الأنود والكاثود الناعمة على السطح المعدني الناجم عن بقايا تسمى الشوائب البسيطة ، والمخالفات السطحية ، وحالات الإجهاد المختلفة ، والمناطق واتجاهات الخلية المختلفة أو التغيرات في الظروف البيئية. يتم عرض هذه الشروط بشكل تخطيطي في الشكل 1.

على جانب الأنود ، تظهر ذرات حديد مشحونة بشكل إيجابي من السطح وتختلط في المحلول كأيونات ذات شحنة موجبة ، بينما تبقى تلك الموجودة في شكل إلكترونات سالبة الشحنة في المعدن. تلتقي الإلكترونات وتحييد أيونات الهيدروجين الموجبة الشحنة التي تأتي إلى السطح من خلال محلول الإلكتروليت على جانب الكاثود. تصبح الأيونات الموجبة التي فقدت شحنتها ذراتًا محايدة وتتفاعل مع غاز الهيدروجين.

وهكذا ، مع استمرار العملية ، تحدث أكسدة الحديد وتآكله على جانب الأنود وإخراج الهيدروجين على جانب الكاثود. تتناسب نسبة المعدن المذاب بشكل مباشر مع عدد الإلكترونات التي تتشكل اعتمادًا على قوة وإمكانات المعدن.

الشكل (1):

الأيونات في الأنود في تكوين بطارية الخلية الإقليمية الصغيرة

والتمثيل التخطيطي لتكوين الهيدروجين في الكاثود

الشكل 2:

استقطاب الكاثود الإقليمي بطبقة من الهيدروجين

من أجل استمرار التآكل ، من الضروري إزالة طبقات التآكل من الأنود والكاثود. في بعض الحالات ، يكون تكوين غاز الهيدروجين عند الكاثود بطيئًا للغاية ويؤدي تكوين طبقة الهيدروجين على سطح المعدن إلى إبطاء التفاعل.

تسمى هذه الحالة الموضحة في الشكل 2 الاستقطاب النقطي. ومع ذلك ، يتفاعل مستوى الأكسجين المذاب في محلول الإلكتروليت مع الهيدروجين ويصل إلى المستوى لتكوين الماء ، مما يتسبب في التآكل.

تعتمد إزالة هذه الطبقة للحديد والماء على كثافة الأكسجين الذائبة الفعالة الملتصقة بالكاثود في الماء.

تعتمد هذه الكثافة الفعالة على التهوية وكمية الحركة ودرجة الحرارة وكمية الملح المذاب وعوامل أخرى على التوالي. غالبًا ما تتفاعل منتجات عمليات الأنود والكاثود مع بعضها البعض في المحلول وتتسبب في تكوين العديد من منتجات التآكل المعروفة والمرئية.

غالبًا ما تتفاعل منتجات عمليات الأنود والكاثود مع بعضها البعض في المحلول وتتسبب في تكوين العديد من منتجات التآكل المعروفة والمرئية.

على سبيل المثال ، يواجهون حركة أيونات الهيدروكسيل في الماء من التفاعلات المهبطية للحديد إلى الأنود من خلال المنحل بالكهرباء والحركة المعاكسة لأيونات الحديد. تشكل هذه الأيونات هيدروكسيد الحديد حيث تتحلل في الشكل 3.

يتفاعل هذا بعد ذلك مع الأكسجين الموجود في المحلول لتكوين هيدروكسيد الحديديك ، والذي سيترسب ويشكل طبقة الصدأ من الحديد. اعتمادًا على القلوية ، وكمية الأكسجين وتحريك المحلول ، يتشكل هذا الصدأ على السطح بعيدًا عن سطح الحديد أو بطريقة تؤثر على عملية التآكل وتزيدها.

الشكل (3):

تكوين هيدروكسيد الحديد في صدأ الحديد

أحد أهم العوامل التي تؤثر على التآكل هو الاختلاف الكهربائي المحتمل الناتج عن معادن مختلفة عند توصيلها معًا أو إدخالها في محلول إلكتروليت. ترجع هذه الإمكانات إلى الطبيعة الكيميائية للمناطق الغريبة والقطية. يتم إعطاء قيم المؤشر أن بعض المعادن يمكن أن تكون أنودية عند مقارنتها مع الهيدروجين في الجدول القياسي "سلسلة الطاقة الكهربائية الحركة" في الجدول 1. من خلال أخذ قيمة خلية الهيدروجين القياسية إلى الصفر ، يتم رؤية القيم الكهربية للمعادن بشكل نسبي. يتم إعطاء هذه القيم بترتيب تنازلي. تظهر المعادن الأكثر نشاطًا ميلًا أقوى للذوبان في المحلول من المعادن الموجودة في أعلى القائمة ، في أسفل القائمة.

تحتوي سلسلة Electro-Motion على معادن فقط في الظروف التي يتم فيها تحديد السلسلة. يتم تضمين المعادن التي تعمل في محاليل إلكتروليت خاصة تحتوي على محلول ملحي. في ظل ظروف التشغيل الحقيقية ، قد يختلف سلوكهم في حلول المنحل بالكهرباء الأخرى. بدلاً من سلسلة Electro-Motion ، يتم استخدام "سلسلة كلفانية" مماثلة في تجربة على تكوين المعادن في مجموعة واسعة من الظروف البيئية. هنا ، "كلفاني" هو المعنى الذي ينتج ويستخدم التيار الكهربائي. يقدم الجدول 2 أمثلة لبعض المعادن والسبائك تتحرك بسرعة عالية في مياه البحر. المواد الموجودة في أعلى هذه القائمة هي أنودية وتخضع للتآكل ، في حين أن المواد الموجودة في أسفل القائمة هي كاثودية ومحمية بشكل كلفاني. يرتبط فرق الجهد الكهربائي بين المعدنين بالفرق بينهما في السلسلة الجلفانية. يؤدي الجمع بين المواد المتقاربة في القائمة الجلفانية إلى حدوث التآكل ببطء أكثر من المواد البعيدة.

إذا تمت إزالة الأيونات المعدنية بطريقة تكوين طبقة مركبة غير قابلة للذوبان تودع على الأنود ، فإن هذه الطبقة تغطي السطح تمامًا ، وتعزل المعدن وتمنع التآكل تمامًا. يحدث هذا النوع من تكوين طبقة الأكسيد في الألومنيوم والكروم. تأثير الأكسجين المذاب على التآكل ذو شقين ، ويظهر التأثير على إزالة الاستقطاب الكاثودي. إذا قام تكوين الأكسيد بإزالة الأيونات المعدنية من المعدن ، فسيزداد التآكل. إذا حصل الأكسجين على الهيدروجين حول الكاثود ، فسيزداد التآكل. تؤثر كمية منطقة الكاثود على فعالية الأكسجين في إزالة الهيدروجين. سيكون من الأسهل أن يتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين في منطقة الكاثود الكبيرة.

عملية الشطف أو الخلط لها تأثير على زيادة معدل التآكل لأنها تلامس محلول التآكل الطازج مع المعدن.

الجدول - 1

سلسلة قوة الحركة الكهربائية

تفاعل القطب

الجهد الكهربائي القياسي

, E º
Volt, 25 ºC

تفاعل القطب

الجهد الكهربائي القياسي

, E º
Volt, 25 ºC

K = K+  + e-

-2,922

Co = Co++ + 2e-

-0,277

Ca = Ca++ + 2e-

-2,87

Ni = Ni++ + 2e-

-0,250

Na = Na+ + e-

-2,712

Sn = Sn++ + 2e-

-0,136

Mg = Mg++ + 2e-

-2,34

Pb = Pb++ + 2e-

-0,126

Be = Be++ + 2e-

-1,70

1/2H2 = H+ + e-

-0,000

Al = Al3+ + 3e-

-1,67

Cu = Cu++ + 2e-

0,345

Mn = Mn++ + 2e-

-1,05

Cu = Cu+ + e-

0,522

Zn = Zn++ + 2e-

-0,762

Ag = Ag+ + e-

0,800

Cr = Cr3+ + 3e-

-0,71

Pd = Pd++ + 2e-

0,83

Ga = Ga3+ + 3e-

-0,52

Hg = Hg++ + 2e-

0,854

Fe = Fe++ + 2e-

-0,440

Pt = Pt++ + 2e-

1,2

Cd = Cd++ + 2e-

-0,402

Au = Au3+ + 3e-

1,42

In = In3+ + 3e-

Au = Au+ + e-

1,68

شوهدت الادراج في قطاعات غير متجانسة من المعادن بسبب المناطق المفتوحة التي لا يمكن رؤيتها للعيون. هذه الأقسام غير المتجانسة تخلق اختلافات محتملة في المعدن وتسبب تشكيل ثقوب عازلة للغاية. بدءًا من منطقة صغيرة ناجمة عن مخالفات صغيرة على السطح لا يمكن رؤيتها ، تنمو الحفرة بسرعة وتتخذ شكل ثقوب كبيرة. بعد هذه العطلة ، تتسع الحفرة تحت السطح المعدني. ثم تنهار القشرة المعدنية المشكلة وتظهر حفرة ناتجة عن التآكل على السطح. يوضح الشكل 4 تآكل التنوي الذي يحدث على سطح معدني مغمور في مياه البحر. تؤدي فتحة صغيرة في الطبقة الواقية إلى بدء تآكل التنوي. على سبيل المثال ، عندما يتشقق طلاء الكروم (إن لم يكن) على مصدات السيارات القديمة ، يبدأ تآكل التنوي.

كما هو موضح في الشكل 5 ، يتكون من الفقاعات وانهيار التجاويف في السائل. مثل الأحمال المتكررة المطبقة على السطح ، تتسبب حركة الاهتزاز بين السطح والسائل في حدوث ضغوط كبيرة عندما تتشكل هذه الفقاعات بانتظام وتنهار أو تنفجر. تؤدي هذه الانخفاضات أو الانفجارات تدريجيًا إلى تكوين نبضات عالية الضغط تتسبب في كسر الجسيمات على السطح وفي النهاية حفر وحواف. تتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاومة جيدة للتآكل. ومع ذلك ، فإن مقاومة مسبوكات الحديد الزهر والبرونز والصلب لهذا النوع من التآكل منخفضة.

الترابط بين المعدنين المعرضين لبيئة التآكل هو تكوين التآكل في مناطق الاحتفاظ. نحن نعلم أن الفجوات الصغيرة في المفاصل عادة ما تحتوي على محلول أكثر وأن هذا التجفيف بالرطوبة أو المحلول يستغرق وقتًا أطول من المناطق الأخرى. وبالمثل ، تتسبب هذه الفواصل في التآكل في ظروف التشغيل العادية ، حتى في السائل أو المحلول. كما يتبين من الشكل 6 ، يتم إنشاء الظروف المحتملة للتآكل بسبب اختلاف محتمل في تركيز الأكسجين.

يمكن الوصول بسهولة إلى الأكسجين من خارج التقاطع ، والذي سيكون بمثابة طرف كاثودي في الدائرة. الجزء الموجود داخل نقطة التوصيل سيكون بمثابة أنود. بسبب الانخفاض التدريجي في كثافة الأكسجين في الجزء بين نقطة التوصيل ، سيزداد فرق الجهد الكهربائي.

إذا استمر هذا الوضع ، فسيبدأ التآكل بمرور الوقت عند التقاطع بسبب انخفاض كثافة الأكسجين. يبدأ التآكل دائمًا حيث يكون تركيز الأكسجين منخفضًا. يمكن أن تؤدي الفجوات والشقوق أيضًا إلى اختلافات في كثافة أيونات المعادن.

على سبيل المثال ، قد تكون كثافة أيون المعادن في النطاق أعلى من الخارج. كما يتضح من الشكل 7 ، يمكن أن يسبب هذا تآكلًا في المنطقة حيث تكون كثافة أيون المعادن منخفضة ، أي في الجزء الخارجي من منطقة الوصلة. الطريقة الأكثر فعالية لمنع هذا التآكل هي عمل تصميم يزيل الثغرات في مرحلة التصميم تمامًا ، أو لملء جميع الفجوات والمفاصل التي يعتقد أنها تسبب مشاكل مع معدن الحشو.

هو نوع عام من تآكل السطح الناجم عن الاهتزاز الذي يحدث بسبب الارتطام أو الصدمة أو الاحتكاك على أسطح التوصيل العالية ، أسطح التحميل العالية. يحدث هذا التآكل في الأجزاء التي يتم الضغط عليها أو تثبيتها بإحكام وتعمل تحت أحمال متغيرة لحظية. يتسبب التآكل الناتج عن التآكل في إتلاف التروس ، ويضعف أبعادها ويقلل من قوة التعب.

في حالة فرك معدنين ، سوف تتسبب القوى المطبقة في لحام الجسيمات الصغيرة على السطح. مع الحركة المستمرة ، تتحرك هذه الجسيمات الصغيرة ، تخدش السطح وتتفاعل مع الغلاف الجوي لتكوين جسيمات على شكل غبار عند التقاطع. في الشكل 8 ، يمكنك رؤية تآكل التآكل لعمود في مضخة ضخ الزيت أثناء اختبار التعب. هناك العديد من الطرق لمنع تآكل التآكل.

الطريقة الأكثر ملاءمة هي التخلص من الاهتزاز الناجم عن المشبك الضيق أو تركيب الجزء بطريقة لا تسبب المزيد من الاهتزاز. بعض الطرق الأخرى هي ؛ من أجل زيادة صلابة أسطح الانضمام ، لوضع قطعة مطاطية على المفاصل التي تمتص الحركة ، للتشحيم في بيئة جافة ، لإغلاق السطح بالكامل بمواد مثل حشو المطاط من أجل فصل المواد عن الغلاف الجوي ، إلخ. "الدكتور

جدول 3: تأثير بعض أنواع التآكل على الخواص الميكانيكية للمادة

نوع التآكل

فقدان الوزن (٪)

عمق الاختراق (٪)

الخسائر في العقارات (٪)

كسر موك.

يتدفق موك.

استطالة

تمهيد

1

1

1

1

1

التنوي

0,7

5

7

5

15

بين الحبيبات

0,2

15

25

20

80

الجهد

0,1

100

100

100

100

الشكل 9: التآكل بين الحبيبات (500x) بعد 316 فولاذ مقاوم للصدأ عالي الجودة يُحفظ في محلول حمض الكبريتات المغلي لمدة 27 ساعة.

الشكل - 10: تكسير الإجهاد الناتج عن تعرض 304 الفولاذ المقاوم للصدأ لجودة الكلوريت