خوردگی یکنواخت چیست و به چه دلایلی ایجاد می شود؟

خوردگی ممکن است دشمن خاموش فلزات به نظر برسد؛ اما همه اشکال خوردگی فلزات مانند هم و برابر نیستند.

در میان انواع مختلف این پدیده، خوردگی یکنواخت به دلیل قابلیت پیش ‌بینی و حتی پیشروی آن در سطح یک ماده برجسته است.

برخلاف خوردگی موضعی که با آسیب ناگهانی و متمرکز بر یک نقطه ایجاد می‌شود، خوردگی یکنواخت دارای چالش کندتر و قابل کنترل‌تری است؛ اما آیا این موضوع باعث می‌شود که این نگرانی کمتر شود؟

این پدیده رایج، بر همه چیز از خطوط لوله صنعتی گرفته تا سازه‌های روزمره تأثیر می‌گذارد، به تدریج مواد را فرسوده و سؤالاتی در مورد ایمنی ایجاد می‌کند.

در این مقاله به بررسی خوردگی یکنواخت، نحوه تشخیص آن، علل ایجاد، اثرات، روش‌های تست خوردگی یکنواخت و مزایا و معایب خوردگی یکنواخت خواهیم پرداخت.

1# خوردگی یکنواخت چیست؟

خوردگی یکنواخت یک نوع خوردگی رایج است که سطوح فلزی را به صورت یکنواخت در سراسر مواد مورد حمله تحت تاثیر قرار می‌دهد.

در این نوع خوردگی، خوردگی به شکل یکنواخت توزیع می‌شود که منجر به از دست دادن کلی ضخامت مواد خواهد شد.

همانگونه که فلز به تدریج ضخامت خود را از دست می‌دهد، کاهش مقاومت مکانیکی را تجربه خواهد کرد که می‌تواند مقادیر زیادی از مواد را بی مصرف کند.

عوامل متعددی در وقوع خوردگی یکنواخت نقش دارند، مانند وجود محیط تهاجمی، نوع فلز و اقدامات حفاظتی انجام شده برای جلوگیری از خوردگی.

از آنجایی که این شکل از خوردگی کل سطح فلز را تحت تأثیر قرار می‌دهد، اغلب از طریق علائم قابل مشاهده مشهود است و تشخیص و نظارت بر آن را آسان‌تر می‌کند.

با این حال، اگر درمان نشود، خوردگی می‌تواند منجر به عواقب شدیدی شود که بر یکپارچگی ساختاری مواد و ایمنی کلی تأثیر گذارد.

پیشگیری و کنترل خوردگی با اتخاذ تدابیر حفاظتی مناسب امکان پذیر است.

انتخاب مواد مناسب برای محیط خورنده بسیار مهم است؛ زیرا خواص مختلف فلز بر واکنش در تنظیمات مختلف تأثیر می‌گذارد.

علاوه بر این، شیوه‌های طراحی و مهندسی مناسب، عملیات سطحی و پوشش‌ها نقش حیاتی در کاهش خوردگی دارند.

استفاده از بازدارنده‌ها که مواد شیمیایی هستند، سرعت خوردگی را کاهش می‌دهند و می‌توانند به صورت قابل توجهی طول عمر اجزای فلزی را در محیط‌ های خورنده افزایش دهند.

نظارت بر پیشرفت خوردگی برای حفظ ایمنی و عملکرد سازه‌های آسیب دیده ضروری است.

بازرسی‌های منظم و تکنیک‌های آزمایش غیر مخرب می‌تواند به شناسایی شروع خوردگی، اندازه گیری ضخامت مواد و تعیین اقدامات اصلاحی مناسب مورد نیاز برای افزایش طول عمر قطعه کمک کند.

1-1# نمونه‌هایی از آن

نمونه‌های خوردگی یکنواخت عبارت اند از:

• زنگ زدگی آهن: هنگامی که آهن یا فولاد کربنی در معرض آب و اکسیژن قرار می‌گیرد، خوردگی یکنواخت رخ می‌دهد و زنگ (اکسید آهن) ایجاد می‌کند.
  این رایج‌ترین و ساده‌ترین نمونه از خوردگی یکنواخت است که در آن خوردگی به شکل مساوی روی سطح فلز پخش می‌شود و به تدریج مواد را نازک می‌کند.
• خوردگی فولاد ضد زنگ در محیط‌های با خورندگی خفیف: اگرچه فولاد ضد زنگ به صورت کلی در برابر خوردگی مقاوم بوده، خوردگی یکنواخت ممکن است در محیط‌ های خاصی مانند قرار گرفتن در معرض کلریدها یا سایر مواد خورنده خفیف رخ دهد.
  در این حالت، خوردگی به صورت یکنواخت روی سطح فلز رخ می‌دهد که منجر به کاهش تدریجی ضخامت مواد می‌شود.
• خوردگی فولاد گالوانیزه: فولاد گالوانیزه با پوشش روی در برابر خوردگی محافظت می‌شود.
  با این حال، با گذشت زمان، لایه روی دچار خوردگی یکنواخت می‌شود.
  خوردگی روی به شکل فزاینده ای از فولاد زیرین محافظت می‌کند.
  هنگامی که لایه روی به صورت کامل مصرف شود، فولاد زیرین شروع به خوردگی یکنواخت می‌کند.

2-1# قطعات حساس به خوردگی یکنواخت

قطعات و مجموعه‌های مستعد خوردگی یکنواخت معمولاً در معرض محیط‌ های بیرونی قرار می‌گیرند یا در عملیات جابه‌جایی سیال‌ها، مانند پمپ‌ها، شیرها، لوله‌ها و مخازن دخالت دارند:

• پمپ‌هاکه سیالات را در کاربردهای صنعتی و تجاری جابه‌جا می‌کنند، اغلب از فلزات حساس به خوردگی مانند فولاد یا چدن ساخته می‌شوند.
• شیرهایی که برای کنترل جریان سیالات استفاده می‌شوند، در برابر خوردگی نیز آسیب ‌پذیر هستند، به ‌ویژه در مناطقی با سطوح بالاتر آلاینده‌های جوی یا جایی که سیالات خورنده استفاده می‌شوند.
• لوله‌هایی که آب، مواد شیمیایی یا گازها را انتقال می‌دهند، دائماً در معرض عناصر قرار می‌گیرند و در طول زمان مستعد خوردگی یکنواخت هستند، به ‌ویژه در مفاصل و خم‌هایی که ممکن است پوشش محافظ در معرض خطر قرار گیرد.
• مخازنی که مایعات یا گازهای مختلف را ذخیره می‌کنند، نیز دچار خوردگی یکنواخت، به ویژه در امتداد سطوح در معرض دید، می‌شوند.

2# چگونه خوردگی یکنواخت را تشخیص دهیم؟

خوردگی یکنواخت را می‌توان با چندین ویژگی ظاهری و فیزیکی تشخیص داد، از جمله:

• تخریب یکنواخت سطح: قابل توجه‌ترین مشخصه خوردگی یکنواخت از دست دادن یکنواخت ضخامت مواد در کل سطح فلز است.
  سطح فلز ممکن است به صورت یکنواخت مات و خورده شده یا تغییر رنگ دهد، بدون هیچ نشانه واضحی از خوردگی موضعی.
• حداقل میزان سوراخ شدن سطح: خوردگی یکنواخت معمولاً منجر به حفره شدن سطح قابل توجهی نمی‌شود؛ زیرا خوردگی به صورت یکنواخت در کل سطح فلز رخ می‌دهد.
  با این حال، در برخی موارد، گودال‌ها یا سوراخ‌های بسیار کوچکی ممکن است روی سطح قابل مشاهده باشند.
• اتلاف تدریجی مواد: خوردگی یکنواخت معمولاً به تدریج طی یک دوره زمانی با سرعت نسبتاً آهسته و ثابت سبب از دست دادن مواد می‌شود.
  این امر می‌تواند، منجر به کاهش ضخامت یا وزن فلز در طول زمان شود.
• تغییر در ظاهر: خوردگی یکنواخت می‌تواند منجر به تغییراتی در ظاهر فلز شود؛ مانند تغییر رنگ، تغییر در بافت یا تشکیل یک لایه قابل مشاهده از محصولات خوردگی.
• کاهش مقاومت مکانیکی: از آنجایی که فلز به شکل یکنواخت خورده می‌شود، می‌تواند منجر به کاهش مقاومت مکانیکی قطعه شود.
  این امر را می‌توان از طریق علائم بصری تغییر شکل، ترک خوردن یا خرابی قطعه مشاهده کرد.

3# علل ایجاد خوردگی یکنواخت

عوامل مختلفی در میزان خوردگی نقش دارند که عبارت اند از:

• وجود اکسیژن نقش مهمی در فرآیند خوردگی دارد.
  هنگامی که یک سطح فلزی در معرض محیطی حاوی اکسیژن قرار می‌گیرد، یک واکنش اکسیداسیون می‌تواند در آند رخ دهد و در نتیجه یون‌های فلزی در محیط آزاد شود.
  سطح فلز در این فرآیند آند بوده، در حالی که کاتد از سطح فلز دیگری، اکسیژن اتمسفر یا سایر عوامل اکسید کننده تشکیل شده است.
• رطوبت عامل مهم دیگری است که بر خوردگی یکنواخت تأثیر می‌گذارد.
  فلزاتی مانند آهن و فولاد زمانی که در معرض رطوبت ‌قرار می گیرند، زنگ می‌زنند.
  در دسترس بودن آب یک الکترولیت تشکیل می‌دهد که تبادل یونی را تسهیل و فرآیند خوردگی را تسریع می‌کند.
• نوع و غلظت الکترولیت‌های موجود در محیط می‌تواند به شکل قابل توجهی بر میزان خوردگی یکنواخت تأثیر بگذارد.
  فلزاتی که در معرض محیط‌ های اسیدی یا بازی قرار می‌گیرند به شکل یکنواختی خورده می‌شوند، همچنین فلزاتی که در معرض آب یا محیط‌های شور قرار دارند، وجود کلریدها و سایر یون‌های تهاجمی در الکترولیت می‌تواند سرعت خوردگی فلزات مختلف را افزایش دهد.
• نوع فلز می‌تواند بر حساسیت یک ماده به خوردگی یکنواخت تأثیر بگذارد.
  فلزات و آلیاژهای مختلف درجات مختلفی از مقاومت در برابر خوردگی را نشان می‌دهند.
  فولاد ضد زنگ حاوی کروم است که یک لایه اکسید غیرفعال روی سطح ایجاد می‌کند و محافظت بیشتری در برابر خوردگی دارد.
  آلومینیوم و آلیاژهای آن از یک لایه اکسید مشابه بهره می‌برند که به شکل طبیعی پس از قرار گرفتن در معرض اکسیژن تشکیل می‌شود.
  از سوی دیگر، فولاد کربنی و آهن به دلیل فقدان چنین لایه‌های محافظ، سرعت خوردگی یکنواخت‌تری را تجربه می‌کنند.

4# روش‌های تست خوردگی یکنواخت

نرخ خوردگی که اغلب بر حسب کاهش جرم در سال (mg/yr) یا کاهش ضخامت در سال (mils/yr) بیان می‌شود، یک پارامتر مهم برای ارزیابی تخریب مواد در اثر خوردگی است.

اندازه گیری دقیق نرخ خوردگی برای ارزیابی عملکرد و دوام مواد در محیط‌های مختلف ضروری است.

بازتولید نرخ خوردگی در دنیای واقعی در محیط‌های آزمایشگاهی چالش‌های مهمی را ایجاد می‌کند.

در حالی که هدف تست‌های آزمایشگاهی شبیه ‌سازی شرایط محیطی است؛ اما اغلب نمی‌توانند فعل و انفعالات پیچیده و تنوع مشاهده شده در قرار گرفتن در معرض واقعی در فضای باز را به شکل کامل تکرار کنند.

دستیابی به نتایج دقیق و قابل اعتماد مستلزم طراحی و اجرای دقیق پروتکل‌های تست خوردگی است.

تست خوردگی چرخه‌ای به عنوان یکی از موفق ترین روش‌ها برای شبیه سازی شرایط خوردگی در دنیای واقعی در آزمایشگاه ظاهر شده است.

این رویکرد شامل قرار دادن نمونه‌های آزمایشی در معرض چرخه‌های چندگانه، از جمله موارد زیر است:

• دما
• رطوبت
• دوره‌های خیس شدن
• و خشک شدن

آزمایش قرار گرفتن در معرض خوردگی در فضای باز مستلزم قرار دادن نمونه‌های آزمایشی در قفسه‌های خارج از منزل برای ارزیابی عملکرد خوردگی آنها در شرایط واقعی محیطی است.

در حالی که این روش، بینش‌های ارزشمندی را در مورد رفتار خوردگی در دنیای واقعی ارائه می‌دهد، فاقد فاکتورهای شتاب است، به این معنا که آزمایش‌ها ممکن است چندین سال طول بکشد تا داده‌های معنادار تولید کنند.

با وجود این محدودیت، تست قرار گرفتن در معرض خوردگی در فضای باز یک ابزار ارزشمند برای ارزیابی مقاومت است.

برای تست خوردگی تجهیزات صنعتی در محیط‌های خورنده، ASTM دستورالعمل‌هایی را برای کمک به توسعه روش‌های آزمایش دقیق و تکرارپذیر منتشر کرده است.

ASTM G32 توصیه‌هایی را برای طراحی تست‌های آزمایشگاهی متناسب با کاربردهای صنعتی خاص ارائه داده و از ارزیابی پایدار و قابل اعتماد مقاومت به خوردگی اطمینان می‌دهد.

5# اثرات و پیامدهای خوردگی یکنواخت

اثرات خوردگی یکنواخت گسترده است و می‌تواند یکپارچگی ساختاری، ایمنی و قابلیت اقتصادی صنایع و کاربردهای مختلف را تهدید کند.

اجرای پایش، پیشگیری و راهبردهای کاهش خوردگی مناسب برای به حداقل رساندن اثرات آن بسیار مهم است.

پیامدهای این پدیده را در ادامه بررسی خواهیم کرد.

1-5# یکپارچگی و ایمنی سازه

خوردگی یکنواخت منجر به نازک شدن یکنواخت سطح فلز می‌شود و به شکل قابل توجهی مقاومت مکانیکی سازه‌ها و اجزا را کاهش می‌دهد.

این تضعیف خطرات ایمنی جدی را به همراه دارد؛ زیرا می‌تواند باعث خرابی‌های زودرس و نشتی و پارگی در خطوط لوله شود که باعث اختلال در عملیات و آسیب زیست محیطی می‌شود.

از دست دادن تدریجی ضخامت مواد می‌تواند یکپارچگی ساختاری پل‌ها، ساختمان‌ها و تجهیزات صنعتی را به خطر بیندازد و نیازمند بازرسی و نگهداری منظم برای جلوگیری از خرابی‌های فاجعه بار باشد.

2-5# تخریب مواد

خوردگی خواص اساسی مواد مانند هدایت الکتریکی و مقاومت شیمیایی آنها را تغییر می‌دهد.

این تخریب می‌تواند بر عملکرد قطعات الکترونیکی و مخازن مهار تأثیر بگذارد و میزان تأثیر و قابلیت اعتماد آنها را کم کند که ممکن است منجر به اختلال در عملکرد مدارها در دستگاه‌های الکترونیکی و مسائل آلودگی در تجهیزات پردازش شیمیایی شود.

این اثرات اغلب به جایگزینی یا اصلاحات پرهزینه برای حفظ کارایی عملیاتی نیاز دارند.

3-5# پیامدهای اقتصادی

خوردگی یکنواخت یک شکل متداول خوردگی است که منجر به خسارات و هزینه‌های قابل توجهی در مواد می‌شود.

صنایعی مانند نفت و گاز، صنایع دریایی و فرآوری‌های شیمیایی سرمایه گذاری زیادی در زیرساخت‌ها کرده که تأثیر اقتصادی خوردگی یکنواخت را به ویژه قابل توجه می‌کند.

هزینه‌های تعمیر، نگهداری و جایگزینی می‌تواند قابل توجه باشد و بر سودآوری کلی و بودجه عملیاتی تأثیر بگذارد و نیاز به نظارت منظم و مداخلات به موقع داشته باشد.

4-5# حساسیت به اشکال دیگر خوردگی

خوردگی یکنواخت می‌تواند، مواد را در برابر سایر اشکال خوردگی موضعی، مانند ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی، آسیب پذیرتر کند.

این امر زمانی اتفاق می‌افتد که محیط‌ های خورنده و استرس مکانیکی منجر به ترک‌هایی در مواد شوند.

این ترک‌ها می‌توانند به سرعت پخش شده، باعث خرابی‌های ناگهانی شوند و وجود خوردگی یکنواخت می‌تواند این شرایط را بدتر کرده و نیاز به مدیریت جامع خوردگی را برجسته کند.

5-5# خرابی کامپوننت

اجزایی مانند پمپ‌ها، لوله‌ها و مخازن به ویژه در برابر خوردگی، مخصوصاً در محیط‌ های خشن خارج از منزل، حساس هستند.

تلفات مداوم مواد می‌تواند باعث از کار افتادن این اجزا شده و منجر به اختلالات عملیاتی و افزایش نیاز به تعمیر و نگهداری شود.

به عنوان مثال، در تصفیه خانه‌های آب، لوله‌های خورده می‌توانند منجر به نشت و آلودگی شوند، در حالی که در محیط‌ های صنعتی، مخازن خورده می‌توانند جابه‌جایی مواد خطرناک را به خطر بیندازند و به تلاش‌های پیشگیرانه برای جلوگیری از خوردگی نیاز داشته باشند.

6# مزایا و معایب خوردگی یکنواخت

در این بخش مزایا و معایب خوردگی یکنواخت را بررسی می‌کنیم.

1-6# مزایای خوردگی یکنواخت

مزایای خوردگی یکنواخت در ادامه این بخش آمده است.

1) پیش بینی پذیری و سازگاری

یکی از مزایای کلیدی خوردگی یکنواخت این است که به صورت قابل پیش بینی و یکنواخت در سراسر سطح فلز پیشرفت می‌کند.

این امر پیش بینی طول عمر مواد و برنامه ریزی مؤثر برنامه‌های نگهداری و تعویض را آسان‌تر می‌کند.

مهندسان می‌توانند از این اطلاعات برای پیش بینی این که چه زمانی یک جز نیاز به توجه دارد، استفاده کرده و در نتیجه از خرابی‌های غیرمنتظره جلوگیری کنند.

2) سهولت تشخیص و نظارت

از آنجایی که خوردگی به شکل یکنواخت اتفاق می‌افتد، می‌توان آن را به راحتی با استفاده از ابزارهای استاندارد مانند ضخامت سنج تشخیص داده و اندازه گیری کرد.

بازرسی‌های منظم می‌تواند، شروع خوردگی را زود تشخیص دهد و امکان مداخلات به موقع را برای جلوگیری از آسیب بیشتر فراهم کند.

این سهولت نظارت به حفظ یکپارچگی ساختاری فلز کمک کرده و خطر خرابی‌های ناگهانی را کاهش می‌دهد.

3) دارای شدت کمتر در مقایسه با سایر اشکال خوردگی

در مقایسه با سایر اشکال خوردگی، مانند ترک خوردگی حفره‌ای یا تنشی، خوردگی یکنواخت اغلب با شدت کمتر در نظر گرفته می‌شود.

خوردگی موضعی می‌تواند باعث آسیب کوچک و متمرکز شود که ممکن است منجر به خرابی‌های ناگهانی شود.

در مقابل، خوردگی یکنواخت کل سطح را به صورت یکنواخت‌تر تحت تأثیر قرار می‌دهد و قضاوت در مورد میزان آسیب و برنامه‌ ریزی برای تعمیرات لازم را آسان‌تر می‌کند.

این توزیع یکنواخت تلفات مواد، احتمال خرابی‌های سازه ای و غیرمنتظره را کاهش می‌دهد.

4) قابل پیشگیری

خوردگی یکنواخت را می‌توان به صورت مؤثر با روش‌های مختلف مدیریت و از آن جلوگیری کرد.

انتخاب مواد با مقاومت در برابر خوردگی ذاتی، اعمال پوشش‌های محافظ و استفاده از بازدارنده‌های خوردگی استراتژی‌های رایج هستند.

تکنیک‌هایی مانند گالوانیزه کردن قطعات فولادی، اعمال رنگ یا لاک و استفاده از آندهای قربانی می‌توانند خوردگی یکنواخت را تا حد زیادی کاهش دهند.

این اقدامات پیشگیرانه می‌تواند عمر قطعات فلزی را افزایش داده و نیاز به تعمیرات یا تعویض مکرر را کاهش دهد.

2-6# معایب خوردگی یکنواخت

معایب این نوع خوردگی به صورت زیر هستند:

1) یکپارچگی سازه و نگرانی‌های ایمنی

خوردگی یکنواخت چالش‌های مهمی را برای یکپارچگی ساختاری و ایمنی اجزا و سیستم‌های فلزی ایجاد می‌کند.

همانگونه که خوردگی به صورت یکنواخت در سطح پیشرفت می‌کند، به تدریج ضخامت و استحکام مواد را کاهش می‌دهد که به صورت بالقوه منجر به شکست‌های زودرس در سازه‌های مهم مانند خطوط لوله و مخازن تحت فشار می‌شود.

این خرابی‌ها می‌توانند، خطرات ایمنی، آسیب‌های زیست محیطی و اختلال در عملیات ایجاد کنند.

2) پیامدهای اقتصادی

تأثیر اقتصادی خوردگی یکنواخت قابل توجه بوده؛ زیرا یک شکل متداول از دست دادن مواد است.

صنایع با هزینه‌های بالایی برای تعمیر، نگهداری و جایگزینی قطعات خورده شده مواجه هستند.

بازرسی‌ها و تعمیرات مکرر بودجه‌ها را به ‌ویژه در بخش‌هایی مانند نفت و گاز با سرمایه ‌گذاری‌های زیرساختی قابل توجه کاهش می‌دهد.

تأثیر اقتصادی نیز شامل زیان‌های بالقوه در بهره وری و کارایی است.

3) تخریب خواص مواد

خوردگی یکنواخت نه تنها بر ابعاد فیزیکی مواد؛ بلکه بر خواص حیاتی مانند هدایت الکتریکی و مقاومت شیمیایی نیز تأثیر می‌گذارد.

این تخریب می‌تواند اجزایی مانند مدارهای الکترونیکی یا مخازن نگهداری مواد شیمیایی را مختل کند و منجر به تعویض یا اصلاحات پرهزینه شود.

از دست دادن این خواص می‌تواند باعث خرابی سیستم‌هایی شود که بر مشخصات دقیق مواد متکی هستند و بر عملکرد و قابلیت اطمینان تأثیر می‌گذارد.

4) ریسک‌های زیست محیطی و عملیاتی

این نوع خوردگی در خطوط لوله می‌تواند منجر به خطرات زیست محیطی ناشی از نشت شود.

این حوادث می‌توانند منابع طبیعی را آلوده کرده، به تلاش‌های گسترده پاکسازی نیاز داشته باشد و خطراتی برای محیط زیست و سلامت عمومی ایجاد کند.

اختلالات عملیاتی ناشی از خرابی‌های مرتبط با خوردگی می‌تواند باعث خرابی و از دست دادن بهره وری شود و تأثیر اقتصادی را افزایش دهد.

5) نظارت و نگهداری مستمر

علیرغم قابل پیش بینی بودن، خوردگی یکنواخت نیاز به نظارت دائمی دارد تا از عواقب شدید جلوگیری شود.

بازرسی‌های منظم برای ارزیابی خوردگی و برنامه ریزی مداخلات به موقع ضروری است؛ زیرا تخریب غیر قابل توجه می‌تواند منجر به خرابی‌های ناگهانی و فاجعه آمیز شود.

این امر نیاز به نظارت مستمر، پیچیدگی و هزینه مدیریت زیرساخت‌ها را در محیط‌های خورنده افزایش می‌دهد.