بخشی از مقاله
بررسی روشهای جلوگیری از خوردگی فلزات
و آلیاﮊها توسط کاربرد اصول متالورﮊی
چکیده :
آشنایی با اصول متالورﮊیکی و بررسی دقیق ساختار و ترکیب شیمیایی فلزات و آلیاﮊها یکی از راهکارهای مهم در جلـوگیری از خوردگی آنها میباشد در خوردگی فلزات عواملی نظیر : ساختار فلزات ، نواقص کریستالی ، آلیاﮊ سـازی و عملیـات مکـانیکی و حرارتی تأثیر گذارند و در هر مرحله هر کدام از این عوامل باید جداگانه بررسی شوند .بکارگیری آلیاﮊها در کاربردهای مهندسی بجهت پایین بودن استحکام مکانیکی فلزات خالص ، نقش مهمی در افزایش مقاومت فلزات در مقابل خوردگی دارد . در مقابـل عمل جوشکاری که جهت ساخت و اتصال قطعات به یکدیگر مورد استفاده قـرار مـیگیـرد ، سـبب بوجـود آمـدن منـاطقی بـا خصوصیات الکتروشیمیایی متفاوت شده و منجر به پدیده خوردگی بین دانهای یا توام با تنش (SCC) خواهـد شـد .روشـهای جلوگیری از خوردگی متالورﮊیکی فلزات و آلیاﮊها عبارتاند از:
بکارگیری فلز خالص ، تأثیر عناصر آلیاﮊی ، تشکیل فیلم محافظ ، پوششهای سطحی ، اطلاع یافتن از سابقه فلز و عملیات حرارتی
کلمات کلیدی: نواقص کریستالی ,عیوب نقطه ای , نابجایی ها ,مرز دانه , آلیاﮊ سازی , آنیل کردن
مقدمه:
اطلاع از ساختار و ترکیب شیمیایی فلزات و آلیاﮊها و بطور کلی آشنایی با اصول متالوﮊی در تعیین چگونگی وقوع پدیده خوردگی بسیار مؤثر است، عواملی نظیر ساختار ، نواقص کریستالی ، آالیاﮊ سازی ، عملیات حرارتی و عملیات مکانیکی می توانند بر خواص خوردگی فلزات تأثیر بگذارند.
تأثیر ساختار و نواقص کریستالی : ( ( Crystal Defects
فلزات و آلیاﮊها جامدات کریستالی هستند بدین معنی که اتم های یک فلز در شبکه های معینی قرار دارند که از تکرار آنها جامد فلزی حاصل می گردد. اگر اتم های فلزی در صفحات بهم فشرده منظم قرار گیرند. بنابراین سرعت تجزیه و نابودی آنها به چگونگی قرارگیری صفحات کریستالی که در معرض محیط قرار می گیرند، بستگی خواهد داشت. در یک کریستال معمولاﹰ یکسری بی نظمی هایی وجود دارد که باعث بروز نواقص کریستالی می شوند. این نواقص خود را در سطح نشان می دهند.
تعدادی از مهمترین نواقص کریستالی عبارتنداز : عیوب نقطه ای Point Defects) )نابجایی ها ( ( Dislocations ،نقص در چیده شدن اتم ها (Stacking Faults)ومرز دانه ها (Grain boundries) توضیح اینکه عیوب و نواقص کریستالی را نسبت به ابعادی که دارد می توان بترتیب زیر تقسیم بندی کرد :
١ – عیوب نقطه ای (صفر بعدی ) ٢– عیوب خطی ( یک بعدی ) ٣ – عیوب سطحی ( دو بعدی ) ٤ – عیوب فضایی ( سه بعدی )
عیوب فوق در اغلب حالات در اثر عوامل خارجی بوجود می آید. باید توجه داشت که هر یک از نواقص فوق می توانند بنحوی روی خوردگی فلز یا آلیاﮊ تأثیر بگذارند که بطور مختصر به آنها اشاره می کنیم :
عیوب نقطه ای :
عیوب نقطه ای در شبکه های کریستالی به سه صورت عمده دیده می شوند و عبارتنداز :
١) بصورت جای خالی که بواسطه غیبت یک یا چند اتم در شبکه کریستالی بوجود می آید.
٢)بصورت یک اتم ناخالصی با اندازه های متفاوت که در محلی از شبکه کریستالی قرار می گیرد.
٣)بصورت بین نشینی که یک اتم کوچک از نظر شعاع اتمی در میان فضای خالی بین اتمهای شبکه کریستالی قرارمیگیرد.
شکل ١
نابجایی ها :
نوع دیگری از عیوب کریستالی که به عیوب خطی معروفند، نابجایی ها می باشند. نابجاییها به دو دسته کلی تقسیم می شوند که عبارتنداز : نابجایی ساده یا لبه ای و نابجایی پیچی ، نابجایی ساده بواسطه افزایش یک نیم صفحه به کریستال بوجود می آید و اگر نیم صفحه اضافه شده در بالای صفحه قرار گیرد با علامت L و اگر نیم صفحه اضافه شده در پایین صفحه لغزش قرار گرفته باشد با علامت T آنرا نشان می دهند.
شکل ٢
برای نشان دادن میزان پیچیدگی ایجاد شده در یک کریستال توسط نابجایی از برداری به نام بردار برگرز استفاده می شود.
نابجایی پیچی از برش کریستال توسط یک نیم صفحه و لغزش دادن قسمتی از کریستال روی صفحه به اندازه مقیاس اتمی ایجاد می گردد. باید توجه داشت که هر کدام از نواقص ذکر شده در فوق می توانند مناطقی با خصوصیات الکتروشیمیایی متفاوت ایجاد نمایند که عامل مؤثری در خوردگی می باشد. بعنوان مثال جاهای خالی اتمهای ناخالصی یا اتمهای بین نشینی در تماس با محیط های خورنده نسبت به زمینه اطراف آندی شده و لذا خوردگی در این نواحی شروع می گردد.
شکل ٣
نقص در چیده شدن اتمها :
فلزات دارای ساختارهای کریستالی متفاوتی می باشند که از طریق چیده شدن اتمها روی صفحات متراکم ایجاد می شوند بعنوان مثال برای ساختمان FCC ترتیب چیده شدن صفحات اتمی بصورت ABC ABC ABC می باشد. در صورتیکه انحراف در ترتیب چیده شدن صفحات ایجاد شود به آن نقص در چیده شدن اتمها گفته می شود.
مرز دانه ها :
فصل مشترک بین دو دانه را مرز دانه می گویند. در این ناحیه حداکثر بی نظمی اتمی و نواقص کریستالی از جمله نابجایی ها وجود دارند. مرز دانه ها نواحی پر انرﮊی هستند که ناخالصیها راحتر در آن نواحی تجمع پیدا می کنند. بواسطه اینکه تعداد نزدیکترین همسایگان اتمی یک اتم در این ناحیه به مقدار کافی نمی باشد لذا این ناحیه پر انرﮊی دارای فعالیت شیمیایی زیادی خواهد بود.
شکل ٤
در شکل بالا اتم A بر روی یک صفحه فشرده قرار گرفته است بنابراین در مقایسه با اتم B که در منطقه پله ای و اتم C که در منطقه پیچ خورده قرار گرفته اند دارای انرﮊی آزاد شیمیایی کمتری است. باید توجه داشت که تجزیه مناطق پیچ خورده که در نابجایی ها یا مرزهای دانه تجمع پیدا کرده اند نسبت به اتمهایی که بر روی صفحات فشرده متمرکز شده اند با آزاد شدن انرﮊی بیشتری همراه می باشد.
تجزیه نواحی آندی بیشتر در نابجایی ها و مرز دانه ها اتفاق می افتد بنابراین از نظر الکتروشیمیایی می توان نوشت :
Ee ) Kink < ( Ee ) Step < ( Ee ) Plane
و بدلیل آنکه نابجایی ها تمایل به تجمع در مرز دانه ها دارند لذا داریم : Ee ) grain boundry < (Ee ) grain
Ee به نام پتانسیل تعادل خوردگی معروف می باشد، بنابراین نیروی محرکه ترمودینامیکی برای خوردگی ( اختلاف بین
پتانسیل های تعادلی نواحی کاتدی و آندی ) مرز دانه بمراتب بزرگتر از خود دانه ها خواهد بود.∆E therm = (Ee) c – (Ee)a البته این به آن معنا نیست که مرز دانه ها همیشه خورده می شوند که اچ شدن ( ( Etching مرز دانه ها در ابتدا باعث
افزایش ناحیه سطح می شود و متعاقباﹰ انرﮊی فصل مشترک اضافی باعث کاهش انرﮊی آزاد کل ناحیه می گردد. همچنین فعالیت مکانیکی یا شیمیایی مرز دانه ها بیان کننده آن است که مرز دانه ها فعالتر از خود دانه ها می باشند.
آلیاﮊ سازی : ( ( Alloying
فلزات خالص دارای استحکام مکانیکی کمی بوده و بندرت در کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند. بهمین دلیل با اضافه نمودن عناصر اضافی دیگر به فلزات خالص ، آلیاﮊها ساخته می شوند. آلیاﮊها دارای خواص فیزیکی و مکانیکی مناسبی بوده و در مقابل خوردگی نیز مقاومت مطلوبی دارند.آلیاﮊها بسته به چگونگی حضور عناصر در آنها بصورت تک فاز و یا چند فاز وجود دارند. در آلیاﮊهای چندفازی ، فاز برتر به فاز اولیه یا فاز قالب و دیگری به فاز ثانویه یا رسوب شناخته می شود.رسوبات شامل عناصر غیر فلزی مختلفی می باشند که می توانند همانند ناخالصیها در مرز دانه ها و نابجایی ها تجمع پیدا کنند. در آلیاﮊهای دوفازی بواسطه وجود اختلاف در خصوصیات الکتروشیمیایی بین دو فاز خوردگی رخ می دهد و یک فاز بطور انتخابی خورده می شود.باید توجه داشت اگر اختلاف الکتروشیمیایی بین دو فاز بسیار ناچیز باشد، آلیاﮊ در مقابل خوردگی مقاوم است.
لیکن وجود بیش از یک فاز در آلیاﮊ می تواند مقاومت به خوردگی آنرا در مقایسه با آلیاﮊهای تک فاز تا اندازه ای کاهش دهد.
