خوردگی Corrosion

خوردگی پدیده‌ای است که سالانه هزینه‌ای معادل 3-4% تولید ناخالص داخلی کشورهای صنعتی را به خود اختصاص می‌دهد. این فرآیند طبیعی که به تخریب تدریجی مواد در اثر واکنش با محیط اطراف اشاره دارد، به ویژه در مورد فلزات می‌تواند پیامدهای فاجعه‌باری داشته باشد. در این مقاله جامع، به بررسی دقیق مفهوم خوردگی، انواع مختلف آن و راهکارهای مقابله با این معضل صنعتی می‌پردازیم.

1. خوردگی چیست؟

خوردگی به فرآیند تخریب مواد (عمدتاً فلزات) در اثر واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی با محیط اطراف گفته می‌شود. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که فلزات به حالت پایدارتر شیمیایی (معمولاً اکسیدها، هیدروکسیدها یا سولفیدها) برگردند.

1.1. مکانیسم‌های اساسی خوردگی

واکنش شیمیایی مستقیم: تماس فلز با مواد خورنده مانند اسیدها
واکنش الکتروشیمیایی: نیاز به وجود الکترولیت و تشکیل پیل خوردگی
خوردگی خشک: در غیاب الکترولیت مایع (مثل اکسیداسیون در دمای بالا)
خوردگی تر: در حضور الکترولیت مایع (متداول‌ترین نوع)

2. انواع اصلی خوردگی

2.1. خوردگی یکنواخت (Uniform Corrosion)

ویژگی‌ها:

تخریب نسبتاً یکنواخت در سطح فلز
قابل پیش‌بینی‌ترین نوع خوردگی
معمولاً ناشی از محیط‌های اسیدی یا قلیایی قوی

مثال: زنگ زدن فولاد در هوای مرطوب

2.2. خوردگی گالوانیک (Galvanic Corrosion)

ویژگی‌ها:

هنگام تماس دو فلز متفاوت در حضور الکترولیت رخ می‌دهد
فلز با پتانسیل الکترود پایین‌تر (آند) خورده می‌شود
شدت خوردگی به اختلاف پتانسیل بین دو فلز بستگی دارد

مثال: خوردگی اتصالات فولادی در تماس با مس در محیط دریایی

2.3. خوردگی حفره‌ای (Pitting Corrosion)

ویژگی‌ها:

ایجاد حفره‌های موضعی روی سطح فلز
بسیار خطرناک به دلیل تشخیص دشوار
معمولاً در فلزات منفعل مانند فولادهای ضدزنگ رخ می‌دهد

مثال: خوردگی لوله‌های استنلس استیل در سیستم‌های آب شهری

2.4. خوردگی شکافی (Crevice Corrosion)

ویژگی‌ها:

در شکاف‌ها یا زیر رسوبات ایجاد می‌شود
ناشی از اختلاف غلظت اکسیژن در داخل و خارج شکاف
در تمام آلیاژهای فلزی ممکن است رخ دهد

مثال: خوردگی زیر واشرهای فلزی در محیط دریایی

2.5. خوردگی بین دانه‌ای (Intergranular Corrosion)

ویژگی‌ها:

پیشرفت خوردگی در مرز دانه‌های فلز
معمولاً ناشی از رسوب ترکیبات کاربیدی در مرز دانه‌ها
در فولادهای ضدزنگ حساس شده دیده می‌شود

مثال: خوردگی جوش‌های فولاد ضدزنگ 304 بدون عملیات حرارتی مناسب

2.6. خوردگی فرسایشی (Erosion-Corrosion)

ویژگی‌ها:

ترکیب اثرات مکانیکی و شیمیایی
در اثر جریان سریع سیالات یا وجود ذرات ساینده تشدید می‌شود
اغلب در لوله‌ها و پمپ‌ها مشاهده می‌شود

مثال: تخریب پره‌های توربین‌های بخار

2.7. خوردگی تنشی (Stress Corrosion Cracking)

ویژگی‌ها:

ترکیب اثر تنش مکانیکی و محیط خورنده
منجر به ترک‌های ناگهانی می‌شود
بسیار خطرناک و غیرقابل پیش‌بینی

مثال: ترکیدن لوله‌های تحت فشار در صنایع شیمیایی

2.8. خوردگی میکروبی (Microbial Corrosion)

ویژگی‌ها:

ناشی از فعالیت میکروارگانیسم‌ها
باکتری‌های احیاکننده سولفات شایع‌ترین عامل
در سیستم‌های آبی و خاکی رخ می‌دهد

مثال: خوردگی خطوط لوله زیرزمینی

3. عوامل مؤثر بر خوردگی

3.1. عوامل محیطی

رطوبت و بارندگی
دما
وجود آلاینده‌های جوّی (SO₂, CO₂, کلریدها)
pH محیط

3.2. عوامل متالورژیکی

ترکیب شیمیایی آلیاژ
ساختار میکروسکوپی
تنش‌های باقیمانده
پوشش‌های سطحی

3.3. عوامل طراحی

وجود شکاف‌ها و گوشه‌های تیز
تماس بین فلزات ناهمگون
مناطق راکد سیالات
دسترسی برای بازرسی و نگهداری

4. روش‌های کنترل و پیشگیری از خوردگی

4.1. انتخاب مواد مناسب

استفاده از فولادهای ضدزنگ
به کارگیری آلیاژهای مقاوم به خوردگی
استفاده از مواد غیرفلزی در موارد امکان‌پذیر

4.2. پوشش‌های محافظ

پوشش‌های آلی (رنگ‌ها)
پوشش‌های معدنی (روکش‌های سرامیکی)
پوشش‌های فلزی (گالوانیزه، آبکاری)

4.3. حفاظت کاتدی

آندهای فداشونده
حفاظت کاتدی با جریان اعمالی

4.4. مهندسی سطح

نیتریده کردن
کروم دهی
آبکاری با فلزات نجیب

4.5. طراحی مناسب

حذف شکاف‌ها
جلوگیری از تجمع رطوبت
استفاده از روان‌کننده‌های مناسب

5. روش‌های ارزیابی و پایش خوردگی

5.1. روش‌های آزمایشگاهی

آزمون نمک پاش
آزمون غوطه‌وری
آزمون‌های الکتروشیمیایی

5.2. روش‌های میدانی

اندازه‌گیری ضخامت باقیمانده
تست‌های غیرمخرب (NDT)
پایش الکتروشیمیایی

5.3. روش‌های پیشرفته

میکروسکوپ الکترونی
طیف‌سنجی پرتو ایکس (XPS)
آنالیز صوت‌های خوردگی

6. اهمیت اقتصادی خوردگی

هزینه‌های مستقیم: تعویض تجهیزات، تعمیرات، نگهداری
هزینه‌های غیرمستقیم: توقف تولید، آلودگی محیط زیست، خسارات جانی
برآوردها نشان می‌دهد پیشگیری از خوردگی می‌تواند 25-30% از این هزینه‌ها را کاهش دهد

7. نتیجه‌گیری

خوردگی پدیده‌ای پیچیده و چندوجهی است که نیازمند درک عمیق از مکانیزم‌های مختلف آن می‌باشد. با شناخت انواع خوردگی و عوامل مؤثر بر آن، می‌توان راهکارهای مناسبی برای کنترل و کاهش اثرات مخرب آن ارائه داد. ترکیب روش‌های پیشگیری، طراحی مناسب و پایش مستمر می‌تواند عمر مفید تجهیزات را به میزان قابل توجهی افزایش داده و از هزینه‌های گزاف تعمیر و تعویض جلوگیری کند.