بخشی از مقاله
1 مقدمه:
خوردگی تجهیزات و وسایل نظامی یک مشکل فزاینده است و کاهش آن مستلزم بکـارگیری روشـهای گونـاگون کنتـرل خوردگی میباشد. هزینههای خوردگی تاسیسات نظامی در آمریکا سالیانه بالغ بر 20 میلیارد دلار میباشد. خسارات خـوردگی برآورد شده در کشورهای پیشرفته صنعتی حدود 2-4 درصد تولید ناخالص ملی آنها میباشد ولی برای کشورهایی نظیر ایـران
1 استادیار گروه مهندسی متالورژی و مواد دانشکده فنی دانشگاه تهران
2 کارشناس ارشد خوردگی
1
Archvie of SID
که معمولا از روشهای پیشگیرانه خوردگی استفاده نمیکنند، در بسیاری از موارد خسارتها و هزینه های ناشـی از خـوردگی در قالب خرجهای تعمیراتی نهفته است و میزان خسارات خوردگی میتواند تا 5 درصد تولید ناخالص ملی افزایش یابد که بر این
اساس خسارت مستقیم خوردگی ایران در سال 1379 معادل 27500 میلیارد ریال بوده و صنایع نظـامی مسـئول حـدوداً 15
درصد از این میزان خوردگی میباشند. به منظور کاهش این هزینه ها و همچنین بدست آوردن توان رزم بالاتر، سریعتر، موثرتر و باصرفه تر، ضرورت دارد تا پیشگیری و کنترل خوردگی تجهیزات به عنوان یک حرکـت راهبـردی، توسـعه یابـد. لـذا تـلاش گستردهای در تمام جوامع صنعتی جهت کاهش این خسارات در جریان است. رطوبت نقشی اساسـی در زمینـه خـوردگی ایفـا میکند، به گونهای که از آن به عنوان دشمن مخفی یاد میشود؛ لذا کنترل آن در محیطهای نظامی و صنعتی امری ضروری به نظر میرسد. امروزه سازمانهای نظامی در سر تا سر جهـان، از روشـهای گونـاگون بـه منظـور ممانعـت از خـوردگی خودروهـا، هواپیماها، کشتی ها، جنگ افزارها و سایر تجهیزات سرمایه ای خود استفاده می کنند.
روشهای مرسوم جلوگیری از تخریب تجهیزات نظامی(انواع روشهای ذخیرهسازی تجهیزات) عبارتند از:
استفاده از پوششهای موقت سطحی، استفاده از ممانعت کنندههای خوردگی فاز بخار1، استفاده از مـواد جـاذب رطوبـت، سیستم ذخیره ساز هوای خشک2، سیستم ذخیره سازی پوشش قابل انعطاف3، سیستم ذخیره سازی پیشرفته با آمادگی دائم4،
سیستم ذخیره سازی خشک چند منظوره5 و سیستم ذخیره سازی خشک کنترل شده – متناسب با شکل تجهیز.6
از این میان استفاده از سیستم ممانعت کنندههای خوردگی فاز بخار که گاهی بازدارنده های خوردگی فرار7 نیـز نامیـده می شوند، به دلیل دارا بودن برخی مزایای ویژه، برای ذخیره سازی تجهیزات و قطعات و جلوگیری از خـوردگی اسـتفاده مـی شوند که در ذیل توضیح داده می شوند.
-2 تعریف بازدارنده های خوردگی فاز بخار:
از آنجا که قسمت اعظم خوردگی ایجاد شده در تجهیزات غیر فعال و قطعات در هنگـام انبـارداری، خـوردگی اتمسـفری میباشد، بنابراین برای کنترل این نوع خوردگی در تجهیزات، میتوان از بازدارندههای خوردگی فاز بخار کـه بـه صـورت پـودر
VCI خالص، مایع VCI، کف، کاغذهای آغشته به مواد VCI،لایه نازک پلیمری، فیلم پلاستیکی VCI، پلاستیک های ضربه گیر بالشتکی8، ترکیب روغن روانکار و VCI، منتشر کننده ها9 و … هستند، استفاده کرد. بازدارنده های فاز بخـار بـه مـوادی اطلاق می شوند که با تبخیر خود به دلیل دارا بودن فشار بخار بالا قادرند بر روی سطوح فلزی قرار گرفته و آنها را از خوردگی اتمسفری مصون بدارند. فشار بخار این مواد غالباً بین 10 -4 تا 10-7 میلیمتر جیوه گزارش شده است. این مواد با تبخیـر خـود می توانند در محیط های بسته به داخل شیارها و شکافها نفوذ نموده و عمل بازدارندگی را اعمال نمایند. با استفاده از این مواد می توان تجهیزات مورد نظر را در هر درجه حرارت و رطوبتی از خوردگی اتمسفری مصون داشت. سطوحی که باید توسط این بازدارنده ها محافظت گردند باید به نحوی آب بندی شوند تا از خروج این بازدارنده ها به هوای خـارج از تجهیـزات جلـوگیری شود. ممانعت کننده های فاز بخار معمولاً موقعی موثر خواهند بود که در فضای بسته مثل داخل بسته بندی قطعات یـا داخـل ماشین آلات در مراحل انبار و حمل و نقل مورد استفاده قرار بگیرند.
غلظت و نوع ممانعت کننده ای که در یک محیط خورنده مورد نظر بایستی استفاده شود با آزمایش و به تجربه تعیین می گردد و اینگونه اطلاعات را معمولاً از تولید کنندگان آن مواد می توان دریافت نمود.
از مزایای استفاده از بازدارنده های خوردگی فاز بخار این است که برخلاف پوششهای موقت محافظ خـوردگی کـه ماننـد گریس روی سطوح مالیده می شوند، نیازی بـه زدودن مجـدد ندارنـد؛ چراکـه لایـه ای بسـیار نـازک در حـد مولکـول، عمـل بازدارندگی خوردگی را انجام می دهد. همچنین هیچ گونه گریس زدایی، زنگ زدایی، سند بلاست، اسید شویی و تمیز کردن یا آماده سازی بیشتری قبل از فرآیند نصب و استفاده لازم نیست و اجزا، قطعات و وسایل تحت حفاظت VCI، همواره آماده برای
2
Archvie of SID
استفاده هستند و خارج کردن تجهیزات و قطعات از حالت ذخیره شده زمان بر نمـی باشـد. در ضـمن، ایـن مـواد محافظـت از خوردگی وسایل ریز الکترونیکی تا تجهیزات بزرگ را تحت پوشش قرار می دهند.
-3 مکانیسم عمل بازدارنده های خوردگی فاز بخار:
فن آوری بازدارنده خوردگی فاز بخار جدید نیستند. گرچه کاربرد عملی بازدارنده های خوردگی فاز بخار در سالهای اخیر رایج شده است، اما در قرن 19 در سوئد آزمایشی انجام شده بود تا کافور را به عنوان ماده بازدارنده خوردگی در محفظه سـلاح قرار دهند. پیشرفت سیستماتیک بازدارنده های فاز بخار جدید و موثر تر، به هر حال، به جنگ جهانی دوم باز می گردد. نیاز به محافظت تجهیزات نظامی و قطعات جانبی و یدکی مرتبط با آنها از خوردگی در هنگام ذخیره سازی، عامل و انگیـزه گسـترش چنین محصولاتی هستند. در بین مواد موفق تر گسترش یافته در طی این دوره، نمکهای نیتریت آمینهای آلی متفـاوت بودنـد.
یکی از این مواد دی سیکلوهگزیل آمونیوم نیتریت10 بود که به طور مختصر آن را dichan می نامیدند و تقریباً بطور گسـترده استفاده می شد. یکی از نکات جالب در بازدارندگی توسط این مواد این است که هر راهی که برای بخار آب جهت نفوذ و ایجاد خوردگی وجود دارد، همچنین برای ترکیبات فرار بازدارنده نیز در دسترس می باشد.
Zisman و (1951) Baker، کارهای انجام شده در زمینه بازدارنده های خوردگی فاز بخار را مـرور کردنـد و مشـاهده کردند که در طی سالهای ابتدایی جنگ جهانی دوم، تخریب تجهیزات به علت بسته بندی ضعیف هنگام حمل توسط کشتی به آن سوی دنیا بسیار شایع بود. همچنین نزدیک %25 از تجهیزات فنی حمل شده به خاورمیانه برای جنگ خلیج فارس هنگامی که از بسته بندی خارج شدند، عملیاتی نبودند. علت این اتفاق این بود که تجهیزات قبل از حمل به طور مناسـب بسـته بنـدی نشده بودند. هیچ چیز بدتر از این نیست که محصولات را تا نصف دنیا منتقل کنید و ببینید که به خاطر بسـته بنـدی ضـعیف، محصول بی ارزش شده است. تعیین نیازمندی های بسته بندی قبل از حمل، موجب اطمینان سربازان و نظامیان از این امر می شود که تجهیزاتی دارند که هنگام نیاز به آنها کمک خواهند کرد. به منظور حفاظت مناسب تجهیـزات جنگـی کـه در معـرض کاربری نادرست و طیف وسیعی از شرایط آب و هوایی مخرب بودند، روشهای پیشرفته بسته بندی گسترش یافتند که در میان آنها بکارگیری نیتریتهای آمونیوم جایگزین شده به عنوان بازدارنده های خوردگی فاز بخار برتری قابل توجهی کسب کردند.
اولین آزمایشات هدایت شده در آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده11، اسـتفاده از دی ایزوپروپیـل آمونیـوم نیتریت12 برای جلوگیری از خوردگی بدنه داخلی راکتها و گسترش مایعات هیدرولیک بوده اسـت. Zisman و Baker نشـان دادند که سه ترکیب نیتریت یعنی دی ایزو بوتیل13، دی ایزوپروپیل14 و دی سیکلوهگزیل آمونیوم نیتریت به راحتی در دمـای اتاق تصعید می شوند و با اتصال به سطح فلز جهت تشکیل فیلم محافظ، زنگ زدن را باز می دارند. یک لایه هیدروفوب تشکیل می شود، که ممکن است روی آن لایه کریستالی با اتصال ضعیف بنشیند. به خـاطر وزن مولکـولی پـایین بخـش هیـدروکربنی مولکول نیتریت آلی، تماس طولانی با آب منجر به حل شدن یا جدا شدن لایه محافظ شده و اجازه خـوردگی سوبسـترا را مـی دهد. جدایش فیلم و حلالیت بازدارنده در آب از محدودیتهای کاربرد بازدارنده فاز بخار در شـرایط رطوبـت شـدید مـی باشـد.
پیشرفتهای جدید پیشنهاد می کنند که مخلوطی از دو یا چند بازدارنده خوردگی جهت ایجاد محافظـت در چنـین شـرایط بـا رطوبت بسیار بالا استفاده شوند.
محصولات جدید VCI، عاری از نیتریت15 هستند که خطری برای سلامتی افرادی که با آنها سر و کـار دارنـد نداشـته و محافظ چند فلزی16 می باشند. تحقیقات جدید در حال گسترش ترکیبات مایع بر پایه آب می باشد که از نظر زیست محیطـی قابل قبول بوده و در آینده جایگزین پوششهای آلوده کننده بر پایه روغن/حلال خواهند شد. جدید ترین تحقیقات نیز به دنبال ساخت محصول چند کاره17 می باشد که دارای مزایای بی نظیری است.
بر اساس نظر Balezin، هر بازدارنده خوردگی از جمله انواع فرار آن باید قادر به ایجاد اتصـال پایـدار بـا سـطح فلـز در شرایط معینی از طیف های مشخص اسیدیته و فشار باشد و همچنین بتواند یک لایه غیر قابل نفوذ در برابـر یونهـای خورنـده تشکیل دهد. فرآیند بازدارندگی خوردگی هنگامی شروع می شود که بخارها با سطح فلز برخورد می کنند و برای تشکیل یـک
3
Archvie of SID
لایه نازک از کریستالهای کوچک18 کندانس می شوند. در حضور حتی میزان کم رطوبت، کریستالها حل مـی شـوند و فعالیـت یونی قوی به نمایش می گذارند. نتیجه این فعالیت، جذب یونهای محافظت کننده روی سطح فلز با تشکیل همزمان یـک لایـه ملکولی است که به عنوان بافر عمل می کند و سطح pH را به میزان بهینه((5/5 – 8/5 برای مقاومت بـه خـوردگی نگـه مـی دارد.
شکل: 1 مکانیسم محافظت ترکیبات VpCI
مطالعات رفتار الکتروشیمیایی نشان داده اند که این ترکیبات VCI به بازدارنده های مخلوط یا ambiodic تعلق دارند که قادر به کاهش هر دو فرآیند آندی و کاتدی خوردگی می باشد. کـاهش در واکـنش کاتـدی در نتیجـه کـاهش در غلظـت اکسیژن است و این ترکیبات با تشکیل یک فیلم چسبیده، به عنوان مانع انتشار اکسـیژن عمـل مـی کننـد. بازدارنـدگی قـوی واکنش آندی در نتیجه استقرار مراکز جذب دوتایی پذیرنده-دهنده19 است که پیوند شیمیایی بین فلز و بازدارنـده ایجـاد مـی کند.
شکل: 2 مکانیسم عمل لایه مولکولی VCI در جلوگیری از انتشار اکسیژن و آب به سطح فلز
4
Archvie of SID
بازدارنده های خوردگی فرار، نباید فشار بخار خیلی پایین (مثلاً (10- 6 torr در دمای اتاق داشته باشـند، چـرا کـه لایـه محافظ به کندی تشکیل می شود و نتیجه آن محافظت خوردگی نا کافی است. در ضمن نباید فشار بخار خیلی بالا( مثلاً torr
(10-1 داشته باشند، چرا که کارایی آن به مدت زمان کوتاهی محدود خواهد شد و نرخ مصرف آن بالا خواهد بود.
-4 استفاده از مواد بازدارنده خوردگی فرار برای محافظت و نگهداری تسلیحات جنگی:
خوردگی به شدت بر عملکرد ابزار آلات نظامی تاثیر گذاشته، طول عمـر مفیـد را کـاهش داده و ریسـک شکسـت هـای ناگهانی را افزایش می دهد و نتیجه آن میلیاردها دلار خسـارت دسـتگاهی و بـه خطـر افتـادن آمـادگی عملیـاتی مـی باشـد.
سازمانهای نظامی در سراسر دنیا همچنان در حال آزمایش راههای مختلف حفاظت از خوردگی وسائل نقلیه، هواپیماهـا، لـوازم الکترونیکی با فناوری بالا، تاسیسات، قایقها، کشتیها و جنگ افزارها می باشند.
در میان انواع روشهای محافظتی که آزمایش شده اند، فن آوری ممانعت کننده های خوردگی فاز بخار (VpCI) همچنان در حال ابداع روشهای موثر مطابق با محیط زیست و نسبتا ارزان برای کنترل خوردگی می باشند.
ارتش ها در کل جهان مدت های مدیدی برای محافظت از تجهیزات جنگی از خوردگی، کوشش و تلاش می کردند؛ چرا که برخی اجزای سلاحها حساسیت فوق العاده ای دارند و میزان کمی از خوردگی نیز ممکن است موجـب از کـار افتـادن آنهـا شود. همچنین هندسه بسیاری از اسلحه ها آنها را جهت محافظت دچار مشکل می کند و در ضمن شرایطی که سلاحها تحـت آن قرار دارند، اغلب مضر است. انتظار دیگری که از محافظت می رود اینست که می بایست دارای بازه های زمانی محافظـت از
15 تا 20 سال باشند. بنابراین، نظامیان بدنبال روشی هستند که قادر به محافظت برای مدتهای مختلف باشد و حـداقل زمـان برای فعال سازی مجدد تسلیحات را لازم داشته باشد. VCI ها مزایای بسیاری را نسبت به روشهای کنترل خـوردگی مرسـوم ارائه کرده اند.
محافظت و نگهداری تسلیحات جنگی مسئله ای است که هر ارتش باید با آن دست و پنجه نرم کند. چندین روش ذخیره سازی توسط ارتش کرواسی انجام شده است و مقایسه ای بین ذخیره سازی متداول و استفاده از فیلم VCI انجام شده اسـت.
ارتش کرواسی از دو روش متفاوت محافظت استفاده کرده است:
-1 روش کلاسیک جهت محافظت تسلیحات، به این صورت که اول سطح فلز اسلحه را با یـک روغـن مـی پوشـانیم و در مرحله دوم اسلحه در یک محفظه محتوی خشک کننده قرار می گیرد.
-2 استفاده از :VCI به منظور محافظت از خوردگی اسلحه با استفاده از روش VCI، بسته به زمان محافظت، قطعه یا به تنهایی در کیسه VCI قرار می گیرد و یا ابتدا با یک روغن VCI پوشش داده شده و سپس در کیسه قـرار مـی گیـرد و ایـن محفظه مهر و موم می شود.
