أنواع وطرق التآكل. ما هو التآكل الكيميائي وكيفية القضاء عليه؟ حسب طبيعة التأثيرات الإضافية

نواجه جميعًا بشكل دوري أنواعًا مختلفة من التآكل في حياتنا. هناك تآكل للمعادن والخرسانة وبعض أنواع البلاستيك. لمعرفة كيفية التعامل بشكل صحيح مع التآكل، عليك أولا أن تفهم ما هو التآكل.

التآكل هو تدمير المواد الصلبة الناتج عن العمليات الكيميائية والكهروكيميائية التي تحدث على سطح الجسم أثناء تفاعله مع البيئة الخارجية. حتى كلمة التآكل نفسها تأتي من الكلمة اللاتينية المتأخرة corrosio - التآكل. تآكل المعادن يسبب أضرارا خاصة. أكثر أنواع التآكل شيوعًا والأكثر شيوعًا بالنسبة لنا جميعًا هو صدأ الحديد. ينطبق مصطلح "التآكل" على المعادن والخرسانة وبعض المواد البلاستيكية وغيرها من المواد. بالإضافة إلى التآكل، تتعرض الهياكل المعدنية (على وجه الخصوص، البناء) للتآكل - تدمير سطح المادة تحت تأثير الإجهاد الميكانيكي. يحدث التآكل بسبب الأمطار والرياح والغبار الرملي والعوامل الطبيعية الأخرى. ولذلك، يجب حماية أقواس الجسور ودعامات البناء وغيرها من الهياكل بشكل شامل. وبالتالي فإن التآكل هو تفاعل فيزيائي وكيميائي للمعدن مع بيئته، مما يؤدي إلى تدمير المعدن. نتيجة للتآكل، تتحول المعادن إلى مركبات مستقرة - أكاسيد أو أملاح، في شكلها توجد في الطبيعة. يستهلك التآكل ما يصل إلى 10 بالمائة من المعدن المنتج في البلاد. من الصعب أن نأخذ في الاعتبار ارتفاع الخسائر غير المباشرة الناجمة عن التوقف وانخفاض إنتاجية المعدات المعرضة للتآكل، ومن تعطيل المسار الطبيعي للعمليات التكنولوجية، ومن الحوادث الناجمة عن انخفاض قوة الهياكل المعدنية، وما إلى ذلك.

لماذا يسمى التآكل بالتآكل؟

كلمة التآكل تأتي من الكلمة اللاتينية "corrodo" - "لقضم". تشير بعض المصادر إلى الكلمة اللاتينية المتأخرة "corrosio" - "التآكل". لا ينبغي الخلط بين مفهومي "التآكل" و"الصدأ". إذا كان التآكل عملية، فإن الصدأ هو أحد نتائجها. تنطبق هذه الكلمة فقط على الحديد، وهو جزء من الفولاذ والحديد الزهر. فيما يلي، سنعني بمصطلح "التآكل" تآكل المعادن. وفقا للمعايير الدولية ايزو 8044يُفهم التآكل على أنه تفاعل فيزيائي وكيميائي أو كيميائي بين المعدن (السبيكة) والبيئة، مما يؤدي إلى تدهور الخصائص الوظيفية للمعدن (السبيكة) والبيئة أو بما في ذلك. النظام الفني. الصدأ عبارة عن طبقة من أكاسيد الحديد المائية جزئيًا والتي تتشكل على سطح الحديد وبعض سبائكه نتيجة التآكل. أسمنت، حجر البناءوالخشب والمواد الأخرى؛ يسمى تآكل البوليمرات بالتدهور.

تسمى البيئة التي يتآكل فيها المعدن (التآكل) بالبيئة المسببة للتآكل أو العدوانية. في حالة المعادن، عند الحديث عن تآكلها، فإنها تعني عملية تفاعل المعدن مع البيئة غير المرغوب فيها.

الجوهر الفيزيائي والكيميائي للتغيرات التي يتعرض لها المعدن أثناء التآكل هو أكسدة المعدن. أي عملية تآكل تكون متعددة المراحل:

من الضروري توفير المادة المسببة للتآكل أو مكوناتها الفردية على السطح المعدني.
تفاعل البيئة مع المعدن.
الإزالة الكاملة أو الجزئية للمنتجات من سطح المعدن (إلى حجم السائل، إذا كان الوسط سائلاً).

من المعروف أن معظم المعادن (ما عدا Ag، Pt، Cu، Au) توجد في الطبيعة في الحالة الأيونية: الأكاسيد والكبريتيدات والكربونات وغيرها، والتي تسمى عادةً خامات فلزية. الحالة الأيونية أكثر ملاءمة وتتميز بانخفاض الطاقة الداخلية. وهذا ملحوظ في إنتاج المعادن من الخامات وتآكلها. تشير الطاقة الممتصة أثناء اختزال المعدن من المركبات إلى أن المعدن الحر لديه طاقة أعلى من المركب المعدني. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن المعدن الملامس للبيئة المسببة للتآكل يميل إلى الانتقال إلى حالة مواتية للطاقة مع احتياطي طاقة أقل. أي يمكننا القول أن السبب الجذري للتآكل هو عدم الاستقرار الديناميكي الحراري لنظام يتكون من المعدن ومكونات البيئة المحيطة (المسببة للتآكل). مقياس عدم الاستقرار الديناميكي الحراري هو الطاقة الحرة المنطلقة عندما يتفاعل المعدن مع هذه المكونات. لكن الطاقة الحرة في حد ذاتها لا تحدد بعد معدل عملية التآكل، أي القيمة الأكثر أهمية لتقييم مقاومة المعدن للتآكل. في بعض الحالات، تشكل طبقات الامتزاز أو الطور (الأغشية) التي تظهر على سطح المعدن نتيجة لبداية عملية التآكل حاجزًا كثيفًا وغير قابل للاختراق بحيث يتوقف التآكل أو يتم تثبيته بشكل كبير. لذلك، في ظل ظروف التشغيل، قد يتبين أن المعدن ذو الألفة الأكبر للأكسجين أكثر استقرارًا، وليس أقل (على سبيل المثال، الطاقة الحرة لتكوين الأكسيد لـ Cr أو Al أعلى من الحديد، وغالبًا ما تكون متفوقة على الحديد في المقاومة).

تصنيف عمليات التآكل

حسب نوع (الطبيعة الهندسية) ضرر التآكل على السطح أو في حجم المعدن.

يسمى التآكل الذي يؤثر على كامل سطح المعدن صلب. وهي مقسمة الى زي مُوحدو غير متساو، اعتمادًا على ما إذا كان عمق تدمير التآكل هو نفسه مناطق مختلفة. في محلييكون ضرر التآكل موضعيًا ويترك جزءًا كبيرًا (ساحقًا في بعض الأحيان) من السطح دون أن يتأثر عمليًا. اعتمادا على درجة التوطين هناك بقع التآكل والقروح والبقع (تأليب). آفات النقطة يمكن أن تؤدي إلى تحت السطحالتآكل الذي ينتشر بشكل جانبي تحت طبقة رقيقة جدًا من المعدن (على سبيل المثال، مثبتة)، والتي تتقشر أو تتقشر. أخطر أنواع التآكل المحلي هي بين البلورات (بين البلورات)، والتي، دون تدمير الحبيبات المعدنية، تتحرك بشكل أعمق على طول حدودها الأقل استقرارًا، والبلورية، التي تقطع المعدن مباشرة عبر الحبيبات. لا تترك هذه الآفات أي علامات مرئية تقريبًا على السطح، ويمكن أن تؤدي إلى فقدان كامل للقوة وتدمير الجزء أو الهيكل. قريب منهم في الشخصية سكينالتآكل، مثل قطع السكين للمعادن بالطول لحامعند تشغيل بعض السبائك في حلول عدوانية بشكل خاص. في بعض الأحيان يتم تسليط الضوء على وجه التحديد خيطي سطحيالتآكل الذي يتطور، على سبيل المثال، تحت الطلاءات غير المعدنية، و طبقة بعد طبقةيحدث التآكل في الغالب في اتجاه تشوه البلاستيك. محدد انتخابيةالتآكل، حيث يمكن حتى للمكونات الفردية للمحاليل الصلبة أن تذوب بشكل انتقائي في السبائك (على سبيل المثال، إزالة الزنك من النحاس الأصفر).

حسب آلية تفاعلات تفاعل المعدن مع البيئة (التآكل الكيميائي والكهروكيميائي).

التآكل هو المواد الكيميائية، إذا كانت ذرات المعدن، بعد كسر الرابطة المعدنية، مرتبطة مباشرة بواسطة رابطة كيميائية مع تلك الذرات أو مجموعات الذرات التي تشكل جزءًا من العوامل المؤكسدة التي تزيل إلكترونات التكافؤ من المعدن. التآكل الكيميائي ممكن في أي بيئة قابلة للتآكل، ولكن في أغلب الأحيان يتم ملاحظته في الحالات التي لا تكون فيها البيئة المسببة للتآكل إلكتروليتًا (تآكل الغاز، والتآكل في السوائل العضوية غير الموصلة). يتم تحديد سرعته غالبًا من خلال انتشار الجزيئات المعدنية والمؤكسد عبر الطبقة السطحية لمنتجات التآكل (الأكسدة عالية الحرارة لمعظم المعادن بالغازات)، وأحيانًا عن طريق إذابة أو تبخر هذا الغشاء (أكسدة درجة الحرارة العالية لـ W أو Mo)، تكسيره (أكسدة Nb عند درجات حرارة عالية) وأحيانًا عن طريق التوصيل الحراري للعامل المؤكسد من البيئة الخارجية (بتركيزات منخفضة جدًا).

التآكل هو الكهروكيميائيةإذا، عند مغادرة الشبكة المعدنية، لا يتلامس الكاتيون الناتج مع العامل المؤكسد، ولكن مع المكونات الأخرى للبيئة المسببة للتآكل؛ يتم نقل الإلكترونات إلى العامل المؤكسد، والتي يتم إطلاقها أثناء تكوين الكاتيون. مثل هذه العملية ممكنة في الحالات التي يوجد فيها نوعان من الكواشف في البيئة، بعضها (المذيب أو المعقد) قادر على الاتحاد مع روابط مستقرة مع كاتيون معدني دون مشاركة إلكترونات التكافؤ الخاصة به، والبعض الآخر (العوامل المؤكسدة) ) يمكنها ربط إلكترونات التكافؤ في المعدن دون الاحتفاظ بالكاتيونات من حولك. المحاليل أو ذوبان الإلكتروليتات، حيث تحتفظ الكاتيونات المذابة بقدرة كبيرة على الحركة، لها خصائص مماثلة. وهكذا، أثناء التآكل الكهروكيميائي، تتم إزالة الذرة من الشبكة المعدنية (التي هي جوهر أي عملية تآكل) نتيجة لعمليتين كهروكيميائيتين مستقلتين، ولكن مقترنتين ومترابطتين: أنوديك - انتقال الكاتيونات المعدنية المذابة في المحلول، ومؤكسد الارتباط الكاثودي للإلكترونات المحررة. ويترتب على ذلك أنه يمكن إبطاء عملية التآكل الكهروكيميائي ليس فقط عن طريق تثبيط عملية الأنوديك بشكل مباشر، ولكن أيضًا من خلال التأثير على سرعة العملية الكاثودية. العمليتان الكاثوديتان الأكثر شيوعًا هما: تفريغ أيون الهيدروجين (2 ه+ 2H + = H 2) وتقليل الأكسجين المذاب (4 ه+ O 2 + 4H + = 2H 2 O أو 4 ه+ O 2 + 2H 2 O = 4OH -)، والتي غالبا ما تسمى إزالة استقطاب الهيدروجين والأكسجين، على التوالي.

تحدث العمليات الأنودية والكاثودية، باحتمال أو بآخر وبترتيب أو بآخر، في أي نقطة على سطح المعدن حيث يمكن للكاتيونات والإلكترونات أن تتفاعل مع مكونات البيئة المسببة للتآكل. إذا كان السطح متجانسًا، فإن العمليات الكاثودية والأنودية تكون محتملة بالتساوي على كامل مساحته؛ في مثل هذه الحالة المثالية، يسمى التآكل متجانسًا كهروكيميائيًا (وبالتالي ملاحظة عدم وجود أي تجانس في التوزيع الاحتمالي للعمليات الكهروكيميائية عند أي نقطة على السطح، والذي، بالطبع، لا يستبعد عدم التجانس الديناميكي الحراري للمراحل المتفاعلة) . في الواقع، هناك مناطق على الأسطح المعدنية ذات ظروف مختلفة لتوصيل المكونات المتفاعلة، مع حالات طاقة مختلفة للذرات أو مع شوائب مختلفة. في مثل هذه المناطق، قد تحدث العمليات الأنودية أو الكاثودية بقوة أكبر، ويصبح التآكل كهروكيميائيًا غير متجانس.

حسب نوع البيئة المسببة للتآكل

تتميز بعض البيئات المسببة للتآكل والدمار الذي تسببه بأنها مميزة للغاية بحيث يتم تصنيف عمليات التآكل التي تحدث فيها أيضًا حسب اسم هذه البيئات.

وكقاعدة عامة، تتعرض المنتجات والهياكل المعدنية لأنواع عديدة من التآكل - وفي هذه الحالات يتحدثون عن عمل ما يسمى بالتآكل المختلط.

تآكل الغاز– التآكل في بيئة الغاز عند درجات حرارة عالية.

التآكل الجوي– تآكل المعادن في الظروف الجوية مع رطوبة كافية لتشكيل طبقة إلكتروليتية على سطح المعدن (خاصة في وجود غازات عدوانية أو هباء من الأحماض والأملاح وما إلى ذلك). من سمات التآكل الجوي الاعتماد القوي لسرعته وآليته على سمك طبقة الرطوبة على السطح المعدني أو درجة رطوبة منتجات التآكل الناتجة.

التآكل السائل- التآكل في الوسائط السائلة. وفقًا لظروف تعرض الوسط السائل للمعدن، يتميز هذا النوع من التآكل أيضًا بالتآكل تحت الغمر الكامل، تحت الغمر الجزئي، تحت الغمر المتغير، والتي لها سماتها المميزة.

التآكل تحت الأرض– تآكل المعادن في التربة والأتربة. من السمات المميزة للتآكل تحت الأرض الاختلاف الكبير في معدل توصيل الأكسجين (مزيل الاستقطاب الرئيسي) إلى سطح الهياكل الموجودة تحت الأرض في أنواع التربة المختلفة (عشرات الآلاف من المرات).

حسب طبيعة التأثيرات الإضافية

يتطور التآكل الإجهادي في منطقة الأحمال الميكانيكية الشد أو الانحناء، وكذلك التشوهات المتبقية أو الضغوط الحرارية، وكقاعدة عامة، يؤدي إلى البلورات تكسير التآكلالتي يخضعون لها، على سبيل المثال، الكابلات الفولاذيةوالينابيع في الظروف الجوية، والكربون والفولاذ المقاوم للصدأ في محطات توليد الطاقة البخارية، وسبائك التيتانيوم عالية القوة في مياه البحر، وما إلى ذلك. تحت الأحمال المتناوبة، يمكن أن يظهر إجهاد التآكل، معبرًا عنه في انخفاض حاد أكثر أو أقل في حد التعب لل المعدن في وجود بيئة تآكل. تآكل التآكل(أو التآكل بسبب الاحتكاك) هو التآكل المتسارع للمعادن تحت التأثير المتزامن للعوامل المسببة للتآكل والكاشطة المتعززة بشكل متبادل (الاحتكاك المنزلق، وتدفق الجزيئات الكاشطة، وما إلى ذلك). متعلقة بها التجويفيحدث التآكل أثناء أوضاع التجويف لتدفق البيئة العدوانية حول المعدن، عندما يؤدي الظهور المستمر و"الانهيار" لفقاعات فراغ صغيرة إلى إنشاء تيار من الصدمات الهيدروليكية الدقيقة المدمرة التي تؤثر على سطح المعدن. يمكن النظر في مجموعة متنوعة قريبة القلق- التآكل الملحوظ عند نقاط التلامس بين الأجزاء المضغوطة أو المتدحرجة، إذا حدثت إزاحات قص مجهرية بين أسطحها نتيجة للاهتزازات.

تسريب التيار الكهربائيمن خلال حدود المعدن مع البيئة العدوانية يسبب، اعتمادًا على طبيعة واتجاه التسرب، تفاعلات أنودية وكاثودية إضافية يمكن أن تؤدي بشكل مباشر أو غير مباشر إلى تدمير محلي أو عام سريع للمعدن (التآكل تيار طائش). يمكن أن يحدث تدمير مماثل، موضعي بالقرب من جهة الاتصال، عن طريق التلامس في المنحل بالكهرباء من معدنين مختلفين يشكلان خلية كلفانية مغلقة - اتصالتآكل. في الفجوات الضيقة بين الأجزاء، وكذلك تحت طبقة فضفاضة أو تراكم، حيث يخترق المنحل بالكهرباء، ولكن من الصعب الوصول إلى الأكسجين اللازم لتخميل المعدن، يمكن أن يتطور مشقوقالتآكل الذي يحدث فيه انحلال المعدن بشكل رئيسي في الشق، وتحدث التفاعلات الكاثودية جزئيًا أو كليًا بجانبه على السطح المفتوح.

ومن المعتاد أيضًا تسليط الضوء بيولوجيالتآكل الذي يحدث تحت تأثير نفايات البكتيريا والكائنات الحية الأخرى إشعاعالتآكل - عند التعرض للإشعاع المشع.

مؤشر معدل التآكل

لتحديد معدل تآكل المعدن في بيئة معينة، يتم عادةً إجراء ملاحظات للتغيرات بمرور الوقت في بعض الخصائص التي تعكس بشكل موضوعي التغير في خصائص المعدن. غالبًا ما تستخدم المؤشرات التالية في ممارسة التآكل.

مؤشر التغير الشامل

مؤشر تغير الكتلة هو التغير في كتلة العينة نتيجة للتآكل لكل وحدة من سطح المعدن S ولكل وحدة زمنية (على سبيل المثال، g/m·h).

اعتمادا على ظروف التآكل، هناك:

1. مؤشر سلبي للتغير الشامل
كم =
حيث m هو فقدان الكتلة المعدنية أثناء التآكل بعد إزالة منتجات التآكل.

2. مؤشر إيجابي لتغير الكتلة K+m=
حيث m هي الزيادة في كتلة المعدن بمرور الوقت بسبب نمو طبقة من منتجات التآكل.

إذا كان تكوين منتجات التآكل معروفًا، فمن الممكن التحويل من K إلى K والعكس K-m= K+m (nok A Me / n Me Aok)
حيث A وM هما الكتلة الذرية والجزيئية لـ Me والعامل المؤكسد، على التوالي؛ n و n هما تكافؤ المعدن والعامل المؤكسد في البيئة المؤكسدة.

مؤشر التآكل الحجمي

K هو حجم الغاز V الممتص أو المنبعث أثناء العملية لكل وحدة من سطح المعدن ووحدة زمنية (على سبيل المثال، cm/cm·h).
ك = المجلد. ضد
حجم الغاز عادة ما يؤدي إلى ظروف طبيعية.
فيما يتعلق بالتآكل الكهروكيميائي، عندما تتم عملية إزالة الاستقطاب الكاثودي بسبب تفريغ أيونات الهيدروجين، على سبيل المثال، وفقًا لمخطط 2H + 2 ه= H، أو تأين جزيئات الأكسجين O + 4 ه+2H O = 4OH؛ يتم إدخال مؤشرات الأكسجين (K) والهيدروجين (K) على التوالي.
مؤشر الهيدروجين للتآكل هو حجم H المنطلق أثناء عملية التآكل، ويشار إليه باسم Su.
مؤشر الأكسجين للتآكل هو حجم O الممتص في العملية، ويشار إليه باسم Su.

مؤشر المقاومة

يمكن أيضًا استخدام التغير في المقاومة الكهربائية لعينة معدنية خلال فترة اختبار معينة كمؤشر على التآكل (K).
КR = (R/Ro) 100% للوقت t
حيث Ro و R هما المقاومة الكهربائية للعينة قبل التآكل وبعده، على التوالي.
هذه الطريقة لها بعض العيوب: يجب أن يكون سمك المعدن هو نفسه طوال فترة الاختبار، ولهذا السبب يتم تحديد المقاومة في أغلب الأحيان، أي. التغير في المقاومة الكهربائية لكل وحدة مساحة العينة (سم، مم) بطول يساوي وحدة واحدة. هذه الطريقة لها حدود في التطبيق (للصفائح المعدنية لا يزيد سمكها عن 3 مم). يتم الحصول على البيانات الأكثر دقة لعينات الأسلاك. هذه الطريقة غير مناسبة للمفاصل الملحومة.

مؤشر التآكل الميكانيكي

تغير في أي خاصية للمعدن أثناء التآكل. يتم استخدام التغييرات في قوة الشد في كثير من الأحيان نسبيًا. مؤشر القوةيتم التعبير عن هذا على النحو التالي:
Ko = (in/in) 100% للزمن t
حيث c هو التغير في قوة الشد بعد تآكل العينة مع مرور الوقت؛ في - القوة القصوى قبل التآكل.

مؤشر عمق التآكل

K – عمق تدمير المعدن P لكل وحدة زمنية (على سبيل المثال، ملم/سنة).
يمكن أن يكون عمق تدمير التآكل P متوسطًا أو أقصى. يمكن استخدام مؤشر التآكل العميق لوصف التآكل المنتظم وغير المستوي (بما في ذلك المحلي) للمعادن. من المفيد مقارنة معدل تآكل المعادن ذات الكثافات المختلفة. يمكن الانتقال من الكتلة والتيار والحجم إلى العمق من خلال التآكل الموحد.

تآكل(من اللاتينية corrosio - التآكل) هو التدمير التلقائي للمعادن نتيجة التفاعل الكيميائي أو الفيزيائي الكيميائي مع البيئة. بشكل عام، هذا هو تدمير أي مادة، سواء كانت معدنية أو سيراميك أو خشب أو بوليمر. سبب التآكل هو عدم الاستقرار الديناميكي الحراري للمواد الإنشائية لتأثيرات المواد الموجودة في البيئة الملامسة لها.

مثال على ذلك هو تآكل الحديد بالأكسجين في الماء: 4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3. هيدروكسيد الحديد المائي Fe(OH)3 هو ما يسمى بالصدأ.

آلية تآكل السيارة

قبل أن تحاول حماية نفسك من التآكل، من الضروري الإجابة على سؤال ما هو التآكل المعدني. في الحياة اليومية، التآكل هو ظهور الصدأ على سطح المعدن. ما هي الآليات الرئيسية لتشكيل الصدأ؟

ويجب الاعتراف بأنه حتى الآن لا توجد إجابة كاملة على هذا السؤال، وتظهر نتائج الأبحاث الجارية أن عملية التآكل معقدة للغاية، حيث أن حدوثها يتأثر بعدد كبير من العوامل - التركيب الكيميائي للمعدن، البيئة التي يوجد فيها ودرجة الحرارة والضغط ووجود الغازات وما إلى ذلك. ولهذا السبب، يحتوي الكتاب فقط على المعلومات الأساسية عن نظرية التآكل، والتي تعد معرفتها ضرورية لتوفير الحماية المناسبة لجسم السيارة. يمكن للقارئ الحصول على فهم أكثر اكتمالا لآليات التآكل من الأدبيات الموصى بها.

يحدث تآكل الحديد (أي هذه هي العملية التي سننظر فيها أكثر) إذا كان هناك مكونان إضافيان على الأقل: المنحل بالكهرباء، الذي يحده الحديد، وموصل آخر، يحد أيضًا المنحل بالكهرباء. في ظل الظروف العادية، يكون المنحل بالكهرباء عبارة عن مياه الأمطار والرطوبة الجوية والثلج وأوساخ الطرق. غالبًا ما يكون الموصل الثاني بالنسبة لجسم السيارة هو سطح الأرض أو الغلاف الجوي أو أي موصل خارجي آخر يقع بالقرب من السيارة. يشكل موصلان (يُطلق عليهما في هذه الحالة أقطاب كهربائية) مغمورين في محلول كهربائي ما يسمى بالخلية الجلفانية. الخاصية الرئيسية للخلية الجلفانية هي أنه إذا كانت الأقطاب الكهربائية مصنوعة من معادن مختلفة، فإن هذا العنصر هو مصدر للجهد. في هذه الحالة، يسمى القطب الموجب الأنود؛ ويسمى القطب السالب الكاثود.

جرب تجربة بسيطة. قم بإذابة ملعقة من ملح الطعام في كوب من الماء الدافئ واخفض لوحين - أحدهما نحاسي والآخر فولاذي. أبسط مصدر للجهد جاهز. باستخدام الفولتميتر، يمكنك بسهولة التحقق من أن الخلية الجلفانية تنتج جهدًا صغيرًا أقل من نصف فولت. إذا واصلت التجربة لعدة أيام، ستلاحظ كيف سيبدأ الصدأ في الظهور على سطح الفولاذ. هذه التجربة البسيطة توضح بوضوح آلية تآكل المعدن. وتفسير هذه الآلية هو كما يلي.

من المعروف من مقرر الفيزياء أن الموصلات تتميز بالقدرة على إطلاق الإلكترونات إلى البيئة الخارجية. يمكن للمرء أن يتخيل بوضوح أن كل موصل محاط بسحابة من الإلكترونات التي تخرج منه تحت تأثير الطاقة الحرارية، ثم، إذا لم يتداخل معها شيء، تعود إلى الموصل تحت تأثير القوى الكهربائية. إذا تم وضع المعدن في المنحل بالكهرباء، فإن أيونات المعدن الموجبة (أي تلك الذرات المعدنية التي توجد إلكتروناتها في البيئة الخارجية) ستبدأ في التحرك إلى المنحل بالكهرباء. ونتيجة لذلك، يكتسب المعدن إمكانات معينة يمكن قياسها. عمليًا، يتم تحديد جهد المعدن بالنسبة إلى قطب كهربائي قياسي خاص يُفترض أن جهده يساوي صفرًا. يُطلق على فرق الجهد الناتج بين القطب القياسي والمعدن اسم جهد القطب القياسي (SEP).

الأكثر أهمية هي عملية تآكل الحديد في المنحل بالكهرباء في وجود معدن أقل نشاطا. في هذه الحالة، الحديد هو أكثر المعدن النشطهو الأنود والأقل نشاطا هو الكاثود. في الزوجين الجلفانيين، يتآكل دائمًا المعدن الأكثر نشاطًا، وهو الأنود.

يصاحب تآكل الأنود نوعان من التفاعلات - الأكسدة عند الأنود والاختزال عند الكاثود. فيما يلي، من أجل التحديد، سنعتبر الحديد (Fe) بمثابة أنود، ومع ذلك، فإن جميع النتائج المتعلقة بتآكله صالحة، على الأقل من الناحية النوعية، لأي معدن تم ذكره مسبقًا.

يمكن تمثيل تفاعل الأكسدة على أنه عملية تتخلى فيها ذرات الحديد عن إلكترونين، ونتيجة لذلك، تتحول إلى أيونات حديد موجبة الشحنة (Fe2+)، والتي تمر إلى محلول الإلكتروليت عند نقطة التلامس مع القطب الموجب. ينقل هذان الإلكترونان شحنة سالبة إلى الأنود، وبالتالي يتسببان في تدفق تيار نحو الكاثود، حيث يتحدان مع الأيونات الموجبة. وفي الوقت نفسه، تتحد الأيونات الموجبة للأنود مع مجموعات الهيدروكسيل سالبة الشحنة (OH)، والتي تكون موجودة دائمًا في محلول الإلكتروليت.

من الناحية التخطيطية، يمكن كتابة التفاعل عند الأنود على النحو التالي:

Fe + 20Н- = Fe2+ + 2е + 20Н- = Fe(OH)2 + 2е

وتحت تأثير أيونات الحديد تظهر عند الكاثود أيونات الهيدروجين (H+) التي تتحد بها إلكترونات الأنود. يتم وصف هذه العملية بشكل تخطيطي على النحو التالي:

Н+ + 2е = 2Н = Н2

أولئك. يحدث تطور الهيدروجين عند الكاثود.

إذا اجتمعت التفاعلات الأنودية والكاثودية فإنها تؤدي إلى تفاعل تآكل عام:

الحديد + 2H20 = الحديد (OH)2 + H2

وهكذا، يتحول الحديد، مع الماء ومعدن أقل نشاطًا، إلى هيدروكسيد الحديد، وهو ما يسمى عادة بالصدأ.

يؤدي وجود ملح إضافي في الماء إلى زيادة موصلية المنحل بالكهرباء، ونتيجة لذلك، إلى زيادة معدل أكسدة الأنود. في هذه الحالة، يتم تشكيل محلول كلوريد الحديديك وحمض الهيدروكلوريك بالإضافة إلى ذلك. هذه هي الظروف التي يخلقها عمال الطرق لدينا لسائقي السيارات كل شتاء. ومع ذلك، فإن المطر الحمضي الذي يتساقط مع هطول الأمطار لا يساهم أيضًا في إطالة عمر السيارة.

من الخصائص المهمة للتآكل معدل التآكل، والذي يتم تعريفه على أنه عمق اختراق التآكل في المعدن لكل وحدة زمنية. بالنسبة للحديد، فإن معدل التآكل الأكثر شيوعًا يتراوح بين 0.05-0.02 نانومتر/سنة. من القيم المعطاة لمعدل التآكل، يترتب على ذلك أنه في حالة تلف طلاء الطلاء على مدار 5 سنوات من تشغيل السيارة، يمكن أن ينخفض سمك المعدن بمقدار 0.25-1 مم، أي في الواقع، إذا تم اتخاذ تدابير وقائية خاصة لم يتم توفيرها، سوف يصدأ المعدن، كما يقولون، من خلال.

تشير آلية التآكل الموصوفة أيضًا إلى الطرق الرئيسية لمكافحة هذه الظاهرة. الطريقة الأساسية هي إزالة الكاثود أو المنحل بالكهرباء، ومع ذلك، فإن هذه الطريقة هي الأقل ملاءمة، حيث لا يمكن عزل السيارة عن البيئة، وعلى وجه الخصوص، عن سطح الأرض. هناك طريقتان متبقيتان - عزل المعدن عن المنحل بالكهرباء باستخدام طلاء أو تحويل جسم السيارة من القطب الموجب إلى الكاثود.

الطريقة الأولى معروفة لجميع سائقي السيارات وتستخدم على نطاق واسع في الممارسة العملية، ومع ذلك، فهي لا توقف التآكل على هذا النحو، ولكنها تحمي المعدن من الصدأ فقط. في حالة تلف الطلاء، يبدأ التآكل في تآكل المعدن، وترتبط إعادة تطبيق الطلاء بوقت كبير وتكاليف مادية (الملحق 1، 2).

الأجزاء الأكثر عرضة للخطر في جسم السيارة هي التجاويف والشقوق المخفية، مثل العتبات والعوارض الداخلية والأجزاء الجانبية والأعمدة والأسطح الداخلية للأبواب والسقف وجسم السيارة بالكامل تقريبًا (انظر الملحق 1). إن الشكل المعقد للشقوق والتجاويف المخفية يجعل من الصعب، بل ومن المستحيل في كثير من الأحيان، إعداد السطح للطلاء والطلاء نفسه بشكل صحيح، وتساهم الضغوط الداخلية للمعدن المنحني في هذه الأماكن في تآكله الشديد. في ظل هذه الظروف، يكون عمر خدمة جسم سيارة الركاب قبل تعطله 6 سنوات.

في الوقت نفسه، دون إنكار أهمية الترميم المنتظم للطلاء، يلفت المؤلف الانتباه إلى طريقة مختلفة جذريًا لحماية جسم السيارة من التآكل، وهي الإيقاف الكامل لعملية التآكل نفسها عن طريق تغيير إمكانات الجسم . تسمى هذه الطريقة بالحماية الكاثودية في الأدبيات.

تعتمد الحماية الكاثودية للمعادن على حقيقة أن معدل التآكل يتناسب مع نشاط المعادن التي تشكل زوجًا كلفانيًا. في الظروف العادية، يكون جسم السيارة عبارة عن أنود وبالتالي يتآكل. إذا قمت بتغيير إمكانات الجسم بالنسبة للبيئة الخارجية، إما باستخدام مصدر جهد خارجي أو عن طريق ملامسته لمعدن أكثر نشاطًا، فسيصبح جسم السيارة نفسه كاثودًا ولن يتآكل على الإطلاق (على الأقل) سينخفض معدل التآكل مئات المرات)، وسيبدأ الأنود في التدهور. وفقا لطريقة تغيير إمكانات المعدن المحمي، يتم تمييز الحماية القربانية والكهروكيميائية. ومع ذلك، قبل النظر في طرق الحماية، فمن المستحسن وصف خصائص تآكل السيارة في ظل ظروف التشغيل المختلفة.

تآكل السيارة أثناء التشغيل والطرق السلبية لمكافحته

ظروف تخزين السيارة لها تأثير خاص على تآكل جسم السيارة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن السيارة متوقفة معظم الوقت في المرآب ولا تتحرك سوى جزء صغير من الوقت. أثناء القيادة، يتم نفخ السيارة بشكل مكثف بالهواء النقي "المهوى"، والذي، مع تساوي جميع الأشياء الأخرى، يقلل من معدل التآكل.

ظروف التخزين، كتقريب أولي، يمكن تقسيمها إلى تخزين السيارة موقف سيارات مفتوح(بما في ذلك تحت المظلة) وتخزين السيارة في المرآب. دعونا نفكر في خيارات التخزين.

تآكل السيارة في موقف السيارات المفتوح

في موقف السيارات المفتوح، تتعرض السيارة باستمرار لرطوبة الهواء والأمطار. في ظروف الرطوبة المنخفضة والمتوسطة في الموسم الدافئ، عندما تتغير درجة حرارة الهواء (على سبيل المثال، في المساء أو في الصباح الباكر)، تتكثف الرطوبة الجوية على كامل سطح السيارة، سواء خارج المقصورة أو داخلها. ويلاحظ تراكمها الأكبر في التجاويف المخفية (العتبات، الأعضاء الجانبية، الأعمدة، على السطح الداخلي للأبواب، الأسقف تحت المفروشات الزخرفية). ومع ارتفاع درجة الحرارة، تتبخر الرطوبة من الأسطح المفتوحة ولكنها تبقى في التجاويف المخفية لفترة طويلة. ونتيجة لذلك، فإن هذه الأجزاء من الجسم التي يصعب الوصول إليها عادةً هي التي تعاني من التآكل أكثر من غيرها. في حالة رطوبة الهواء العالية أو أثناء هطول الأمطار، يتم توزيع الرطوبة بشكل أو بآخر بالتساوي على كامل السطح الخارجي للسيارة، وبما أنها لا تتعرض للركود في هذه الحالة، فإنها تسبب عملية التآكل إلى الحد الأدنى.

ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه في هذه الحالة، من الممكن تراكم الرطوبة في داخل السيارة. وبالتالي، عند تخزين السيارة في ساحة انتظار مفتوحة، تكون الأسطح الداخلية لجسمها أكثر عرضة للتآكل. تتآكل الأسطح الخارجية فقط في حالة تلف الطلاء.

على الرغم من أن الأمر قد يبدو غريبًا، إلا أنه يجب اتخاذ احتياطات إضافية عند تخزين السيارة تحت الخيمة. المظلة (على سبيل المثال، القماش المشمع) تحمي السيارة بشكل موثوق من الغبار والأوساخ والثلج وجزئيًا من الماء، ولكنها لا تحمي السيارة على الإطلاق من التعرض لرطوبة الهواء. علاوة على ذلك، تتكثف الرطوبة تحت المظلة وتبقى على جسم السيارة لفترة طويلة. وبذلك تكون السيارة الموجودة أسفل المظلة في حمام مائي مما يساهم في تآكل السيارة في فترة الصيفعندما ترتفع درجة حرارة الهواء بعد برودة الليل. آلية حدوث الصدأ في هذه الحالة واضحة من المناقشة السابقة. يشكل جسم السيارة والهواء الرطب معًا زوجًا كلفانيًا يكون فيه جسم السيارة هو الأنود. إذا لامس الغطاء سطح السيارة، فحتى طلاء الطلاء لا يمكنه الحماية من التآكل ويظهر الصدأ من خلال الطلاء.

عادةً ما تكون بعض الضباب في صباح الصيف كافية لتتحول السيارة الجديدة إلى كومة من المعدن الصدئ. لذلك، إذا قمت بتغطية سيارتك بمظلة، فتأكد من اتباع القواعد:

1. لا تسمح للغطاء بالتلامس مع جسم السيارة؛
2. توفير تهوية الهواء تحت الغطاء.
3. قم بشكل دوري، خاصة في فترات ارتفاع الرطوبة وتغير درجات الحرارة، بإزالة الغطاء وتهوية السيارة.

ويمكن وضع هذه القواعد موضع التنفيذ بطرق مختلفة.

يتكون الإطار على شكل سلم من زوايا دورالومين بقياس 40x40 ملم. يتوافق طول الإطار مع طول السيارة، وعرض الإطار أكبر قليلاً من عرض السيارة. يتم تثبيت الأعضاء المتقاطعة للإطار الأوسط على حامل سقف السيارة باستخدام براغي أو حبال.

يتم إلقاء القماش المشمع المستطيل فوق الإطار الناتج. يحمي هذا التصميم السيارة من المطر والأوساخ، ويوفر تهوية جيدة (نظرًا لعدم وجود جدران أمامية وخلفية) ويمكن تفكيكه وتجميعه في غضون دقائق قليلة.

تآكل السيارة عند تخزينها في المرآب

للوهلة الأولى، أفضل الظروف ل تخزين طويل المدىيتم إنشاء السيارة في المرآب، حيث أن المرآب يحمي السيارة من هطول الأمطار الخارجية. ومع ذلك، فقد أظهرت العديد من الدراسات أن هذا ينطبق فقط على رطوبة الهواء المنخفضة. في ظروف الرطوبة العالية (في المنطقة الوسطى تشمل هذه الفترة الخريف وخاصة الربيع، أي ما يقرب من ستة أشهر)، فإن معدل التآكل المعدني في صندوق فولاذي عادي بأرضية خرسانية هو 1 مم / سنة، أي 5-20 مرة أعلى من المعدل في الهواء الطلق. والسبب في هذه الظاهرة المتناقضة للوهلة الأولى هو أن الجدران المعدنية للمرآب هي مثال على كاثود إضافي مما يزيد من معدل التآكل. يؤدي وجود مثل هذا الكاثود الإضافي الكبير إلى حدوث تآكل داخل وخارج الهيكل بأكمله. في هذه الحالة، تعاني أجزاء الجسم الموجودة في الطبقات السفلية الأكثر رطوبة من الغلاف الجوي - الأرضية والأسفل وعجلات العجلات وناقل الحركة - إلى حد أكبر.

ومن أجل الحفاظ على السيارة بشكل أفضل، يجب طلاء جدران المرآب، ويجب حماية الأرضية بشكل موثوق من المياه الجوفية. تحقيقا لهذه الغاية، قبل وضع الخرسانة أو الأسفلت أو الحجر المسحوق، ضع صفائح البولي إيثيلين على الأرض، والتي ستغطي سطح الأرض بالكامل، وبالتالي ستحمي المرآب الخاص بك بشكل موثوق من الرطوبة الموجودة في الأرض، وهو أمر مهم بشكل خاص خلال هذه الفترة من أمطار الخريف وفيضانات الربيع. يقوم بعض سائقي السيارات بتنجيد جدران وأرضية المرآب بالخشب. ومع ذلك، فإن حماية المركبات هذه تقلل بشكل كبير من السلامة من الحرائق. لذلك، إذا أمكن، فمن الأفضل استخدام طلاء الأسبستوس أو الألياف الزجاجية لهذا الغرض. عند ترتيب المرآب، تأكد من توفير التهوية. تعمل تهوية المرآب على تعزيز تبادل الهواء المستمر وتقليل رطوبة الهواء وبالتالي إبطاء معدل التآكل. أبسط طريقةلضمان تهوية المرآب يتم استخدام أنبوب الأسبستوس الذي يتم تركيبه عموديًا على ارتفاع 30-40 سم فوق مستوى الأرضية ويرتفع بمقدار 1 متر فوق سطح المرآب.

يجب أن يكون قطر الأنبوب لجراج قياسي بحجم 50-60 م 3 20 سم على الأقل لمنع دخول المطر إلى المرآب عبر الأنبوب، قم بتزيين الجزء العلوي بمخروط معدني، بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون مؤرض.

تآكل السيارة المتحركة

كقاعدة عامة، عند القيادة، ينخفض \u200b\u200bمعدل تآكل جسم السيارة. سبب هذه الظاهرة هو أن الهواء القادم يهب بشكل مكثف على جسم السيارة، ونتيجة لذلك، تنخفض رطوبة الهواء خارج وداخل جسم السيارة. ومع ذلك، عند القيادة على طريق متسخ أو مبلل، فإن تأثير المطر والثلج والملح الذي يتم رشه على الطرق في الشتاء على جسم السيارة، بالإضافة إلى التأثيرات الميكانيكية للرمال والحجارة الصغيرة والجليد الطافي والاهتزازات، يؤدي إلى الشيخوخة وتدمير الطلاء. الأماكن الأكثر عرضة للخطر في هذه الحالة هي الأسطح الداخلية للأجنحة الأمامية والخلفية والجزء السفلي وناقل الحركة والتعليق للسيارة. يؤدي الضغط الميكانيكي المقترن بالرطوبة إلى حقيقة أن هذه المناطق من جسم السيارة تبدأ في التآكل أولاً.

أكثر الطرق المعروفة لحماية جسم السيارة المتحركة هي المعالجة المضادة للتآكل للجزء السفلي واستخدام بطانات الرفارف. أفضل طلاء وقائي للجزء السفلي هو طلاء يعتمد على راتنجات مطاطية تتمتع بالتصاق ممتاز بالمعدن وتشكل طبقة سميكة وفضفاضة تتعثر فيها الجزيئات الميكانيكية (الرمل والأوساخ) ولا تصل إلى المعدن.

تعمل بطانات الرفارف على حماية الأسطح الداخلية للأجنحة بشكل مثالي من التأثيرات الميكانيكية للأوساخ والرمال. وفي الوقت نفسه، يتم تشكيل مساحة مغلقة بين بطانات الرفارف والسطح الذي تحميه، مما يساهم في تراكم الرطوبة. لذلك، عند تركيب بطانات الرفارف، من الضروري ضمان الوصول الحر للهواء للتهوية وينصح بإزالة بطانات الرفارف عندما تكون السيارة متوقفة لفترة طويلة.

تشير الحقائق المذكورة أعلاه، وكذلك الملاحظات الخاصة بسائقي السيارات، إلى مجموعة واسعة من الظروف التي يحدث فيها تآكل جسم السيارة. ومن بين هذا التنوع، نسلط الضوء على شرطين لهما التأثير الأكبر في رأينا: تكوين الأماكن المحلية لتراكم الرطوبة وتكثيف الرطوبة في جميع أنحاء الأسطح الداخلية والخارجية لجسم السيارة. في هذه الحالات سيتم النظر في طرق الحماية الكاثودية.

تآكل المعادن– التفاعل الفيزيائي الكيميائي أو الكيميائي بين المعدن (السبيكة) والبيئة مما يؤدي إلى تدهور الخصائص الوظيفية للمعدن (السبيكة) أو البيئة أو النظام الفني الذي يشملها.

تأتي كلمة التآكل من الكلمة اللاتينية "corrodo" - "لقضم" (تعني كلمة "corrosio" اللاتينية المتأخرة "التآكل").

يحدث التآكل بسبب التفاعل الكيميائي بين المعدن والمواد البيئية الذي يحدث عند السطح البيني بين المعدن والبيئة. في أغلب الأحيان، يكون هذا هو أكسدة المعدن، على سبيل المثال، بواسطة الأكسجين الجوي أو الأحماض الموجودة في المحاليل التي يتلامس معها المعدن. المعادن الموجودة في سلسلة الجهد (سلسلة النشاط) على يسار الهيدروجين، بما في ذلك الحديد، معرضة بشكل خاص لهذا.

نتيجة للتآكل، يصدأ الحديد. هذه العملية معقدة للغاية وتتضمن عدة مراحل. ويمكن وصفها بالمعادلة الموجزة:

4Fe + 6H2O (الرطوبة) + 3O2 (الهواء) = 4Fe(OH)3

هيدروكسيد الحديد (III) غير مستقر للغاية، ويفقد الماء بسرعة ويتحول إلى أكسيد الحديد (III). هذا المركب لا يحمي سطح الحديد من المزيد من الأكسدة. ونتيجة لذلك، يمكن تدمير الجسم الحديدي بالكامل.

العديد من المعادن، بما في ذلك المعادن النشطة للغاية (على سبيل المثال، الألومنيوم)، عندما تتآكل، تصبح مغطاة بفيلم أكسيد كثيف جيد الارتباط، والذي لا يسمح للعوامل المؤكسدة باختراق طبقات أعمق وبالتالي يحمي المعدن من التآكل. عند إزالة هذا الغشاء، يبدأ المعدن بالتفاعل مع الرطوبة والأكسجين الموجود في الهواء.

الألومنيوم في الظروف العادية يكون مقاومًا للهواء والماء، وحتى الماء المغلي، ولكن إذا تم وضع الزئبق على سطح الألومنيوم، فإن الملغم الناتج يدمر طبقة الأكسيد - ويدفعها من السطح، ويتحول المعدن بسرعة إلى رقائق بيضاء من الألومنيوم ميتاهيدروكسيد:

4Al + 2H2O + 3O2 = 4AlO(OH)

يتفاعل الألومنيوم الممزوج مع الماء لينتج الهيدروجين:

2Al + 4H 2 O = 2AlO(OH) + 3H 2

بعض المعادن غير النشطة إلى حد ما تكون أيضًا عرضة للتآكل. في الهواء الرطب، يصبح سطح النحاس مغطى بطبقة خضراء (الباتينا) نتيجة لتكوين خليط من الأملاح الأساسية.

في بعض الأحيان عندما تتآكل المعادن، لا تحدث أكسدة، بل يحدث اختزال لبعض العناصر الموجودة في السبائك. على سبيل المثال، عند الضغوط ودرجات الحرارة العالية، يتم اختزال الكربيدات الموجودة في الفولاذ بواسطة الهيدروجين.

تم اكتشاف تدمير المعادن بوجود الهيدروجين في منتصف القرن التاسع عشر. درس المهندس الفرنسي سانت كلير ديفيل أسباب التمزق غير المتوقع لبراميل البندقية. معهم تحليل كيميائيوجد الهيدروجين في المعدن. قرر ديفيل أن تشبع الهيدروجين هو السبب وراء الانخفاض المفاجئ في قوة الفولاذ.

تسبب الهيدروجين في الكثير من المتاعب لمصممي المعدات الخاصة بواحدة من أهم العمليات الكيميائية الصناعية - تخليق الأمونيا. ولم تدم الأجهزة الأولى لهذا التوليف سوى عشرات الساعات، ثم تحطمت إلى أجزاء صغيرة. فقط إضافة التيتانيوم أو الفاناديوم أو الموليبدينوم إلى الفولاذ ساعد في حل هذه المشكلة.

يمكن أن يشمل تآكل المعادن أيضًا ذوبانها في المعادن المنصهرة السائلة (الصوديوم والرصاص والبزموت)، والتي تستخدم، على وجه الخصوص، كمبردات في المفاعلات النووية.

من حيث قياس العناصر الكيميائية، فإن التفاعلات التي تصف تآكل المعادن بسيطة للغاية، ولكن من حيث آليتها فإنها تنتمي إلى عمليات معقدة غير متجانسة. يتم تحديد آلية التآكل في المقام الأول حسب نوع البيئة العدوانية.

عندما تتلامس مادة معدنية مع غاز نشط كيميائيا، تظهر طبقة من منتجات التفاعل على سطحها. يمنع المزيد من الاتصال بين المعدن والغاز. إذا حدث انتشار مضاد للمواد المتفاعلة من خلال هذا الغشاء، فسيستمر التفاعل. يتم تسهيل العملية في درجات حرارة عالية. أثناء التآكل، يتكاثف فيلم المنتج بشكل مستمر ويتم تدمير المعدن. تعاني الصناعات المعدنية وغيرها من الصناعات التي تستخدم درجات حرارة عالية من خسائر فادحة بسبب تآكل الغاز.

التآكل هو الأكثر شيوعا في البيئات المنحل بالكهرباء. في بعض العمليات التكنولوجية، تتلامس المعادن مع الشوارد المنصهرة. ومع ذلك، غالبا ما يحدث التآكل في محاليل المنحل بالكهرباء. ليس من الضروري أن يكون المعدن مغمورًا بالكامل في السائل. يمكن أن توجد محاليل الإلكتروليت في شكل طبقة رقيقة على سطح المعدن. وهي غالباً ما تتخلل البيئة المحيطة بالمعدن (التربة والخرسانة وغيرها).

أثناء بناء جسر المترو ومحطة لينينسكي جوري في موسكو، تمت إضافة كميات كبيرة من كلوريد الصوديوم إلى الخرسانة لمنع تجمد الخرسانة التي لم تتجمد بعد. تم بناء المحطة في أقصر وقت ممكن (15 شهرًا فقط) وافتتحت في 12 يناير 1959. إلا أن وجود كلوريد الصوديوم في الخرسانة تسبب في تدمير حديد التسليح. تعرض 60% من الهياكل الخرسانية المسلحة للتآكل، لذا تم إغلاق المحطة لإعادة بنائها , تدوم ما يقرب من 10 سنوات. فقط في 14 يناير 2002، تم إعادة فتح جسر المترو والمحطة المسماة "فوروبيوفي جوري".

كما أن استخدام الأملاح (عادةً كلوريد الصوديوم أو الكالسيوم) لإزالة الثلج والجليد من الطرق والأرصفة يؤدي أيضًا إلى تحلل المعادن بشكل أسرع. تتأثر المركبات والاتصالات تحت الأرض بشدة. تشير التقديرات إلى أنه في الولايات المتحدة وحدها، يؤدي استخدام الأملاح لمكافحة تساقط الثلوج والجليد إلى خسائر تبلغ حوالي 2 مليار دولار سنويًا بسبب تآكل المحرك و0.5 مليار دولار في الإصلاحات الإضافية للطرق والطرق السريعة والجسور تحت الأرض.

في البيئات الإلكتروليتية، لا يحدث التآكل فقط بسبب تأثير الأكسجين أو الماء أو الأحماض على المعادن، ولكن أيضًا بسبب العمليات الكهروكيميائية. بالفعل في بداية القرن التاسع عشر. تمت دراسة التآكل الكهروكيميائي من قبل العلماء الإنجليز همفري ديفي ومايكل فاراداي. تم طرح النظرية الأولى للتآكل الكهروكيميائي في عام 1830 من قبل العالم السويسري دي لا ريف. وأوضح حدوث التآكل عند نقطة التلامس بين معدنين مختلفين.

يؤدي التآكل الكهروكيميائي إلى التدمير السريع للمعادن الأكثر نشاطًا، والتي تتلامس في مختلف الآليات والأجهزة مع المعادن الأقل نشاطًا الموجودة على اليمين في سلسلة الجهد الكهروكيميائي. إن استخدام الأجزاء النحاسية أو النحاسية في هياكل الحديد أو الألومنيوم التي تعمل في مياه البحر يزيد من التآكل بشكل كبير. هناك حالات تدمير وغرق معروفة للسفن التي تم تثبيت صفائحها الحديدية بمسامير نحاسية.

بشكل منفصل، الألومنيوم والتيتانيوم مقاومان لمياه البحر، ولكن إذا تلامسا في منتج واحد، على سبيل المثال، في غلاف معدات التصوير الفوتوغرافي تحت الماء، فإن الألومنيوم ينهار بسرعة كبيرة ويتسرب الغلاف.

يمكن أن تحدث العمليات الكهروكيميائية أيضًا في معدن متجانس. يتم تنشيطها إذا كانت هناك اختلافات في تكوين الحبوب المعدنية في الحجم وعلى الحدود، أو الإجهاد الميكانيكي غير المتجانس، أو الشوائب الدقيقة، وما إلى ذلك. شارك العديد من مواطنينا في تطوير النظرية العامة للتآكل الكهروكيميائي للمواد المعدنية، بما في ذلك فلاديمير ألكسندروفيتش كيستياكوفسكي (1865-1952) وألكسندر نوموفيتش فرومكين (1895-1976).

من أسباب حدوث التآكل الكهروكيميائي هي التيارات الشاردة والتي تظهر بسبب تسرب جزء من التيار من الدوائر الكهربائية إلى التربة أو المحاليل المائية حيث تقع على الإنشاءات المعدنية. وحيثما يخرج التيار من هذه الهياكل، يبدأ ذوبان المعدن مرة أخرى في التربة أو الماء. غالبًا ما يتم ملاحظة مناطق تدمير المعادن هذه تحت تأثير التيارات الضالة في مناطق النقل الكهربائي الأرضي (خطوط الترام والنقل بالسكك الحديدية الكهربائية). يمكن أن تصل هذه التيارات إلى عدة أمبيرات، مما يؤدي إلى أضرار تآكل كبيرة. على سبيل المثال، مرور تيار شدته 1 أمبير لمدة عام واحد سوف يتسبب في إذابة 9.1 كجم من الحديد، و10.7 كجم من الزنك، و33.4 كجم من الرصاص.

يمكن أن يحدث التآكل أيضًا تحت تأثير الإشعاع، وكذلك نفايات البكتيريا والكائنات الحية الأخرى. يرتبط تطور البكتيريا على سطح الهياكل المعدنية بظاهرة التآكل الحيوي. يؤثر تلوث الجزء الموجود تحت الماء من السفن بالكائنات البحرية الصغيرة أيضًا على عمليات التآكل.

عندما يتعرض المعدن في وقت واحد للبيئة الخارجية والإجهاد الميكانيكي، يتم تنشيط جميع عمليات التآكل، حيث أن ذلك يقلل من الثبات الحراري للمعدن، ويدمر أفلام الأكسيد على سطح المعدن، ويكثف العمليات الكهروكيميائية في الأماكن التي تظهر فيها الشقوق وعدم التجانس.

ويؤدي التآكل إلى خسائر فادحة لا رجعة فيها في المعادن؛ حيث يتم تدمير حوالي 10% من الحديد المنتج بالكامل كل عام. وفقًا لمعهد الكيمياء الفيزيائية التابع لأكاديمية العلوم الروسية، فإن كل سادس فرن صهر في روسيا يعمل عبثًا - حيث يتحول كل المعدن المنصهر إلى صدأ. يؤدي تدمير الهياكل المعدنية والمركبات الزراعية ومركبات النقل والمعدات الصناعية إلى توقف العمل والحوادث وتدهور جودة المنتج. مع الأخذ في الاعتبار احتمالية التآكل يؤدي إلى زيادة تكاليف المعادن في صناعة أجهزة الضغط العالي والغلايات البخارية والحاويات المعدنية للمواد السامة والمشعة وغيرها. وهذا يزيد من خسائر التآكل الإجمالية. يجب إنفاق مبالغ كبيرة من المال على الحماية ضد التآكل. تقدر نسبة الخسائر المباشرة والخسائر غير المباشرة وتكاليف الحماية من التآكل بـ (3-4):1:1. في الصناعية الدول المتقدمةتصل أضرار التآكل إلى 4% من الدخل القومي. في بلدنا يصل إلى مليارات الروبلات سنويًا.

تتفاقم مشاكل التآكل باستمرار بسبب الزيادة المستمرة في إنتاج المعادن وتشديد شروط تشغيلها. أصبحت البيئة التي تستخدم فيها الهياكل المعدنية أكثر عدوانية، بما في ذلك بسبب تلوثها. تعمل المنتجات المعدنية المستخدمة في التكنولوجيا في ظل درجات حرارة وضغوط متزايدة الارتفاع وتدفقات قوية من الغازات والسوائل. ولذلك، أصبحت قضايا حماية المواد المعدنية من التآكل ذات أهمية متزايدة. من المستحيل منع تآكل المعادن تمامًا، لذا فإن الطريقة الوحيدة لمكافحته هي إيجاد طرق لإبطائه.

نشأت مشكلة حماية المعادن من التآكل في بداية استخدامها تقريبًا. حاول الناس حماية المعادن من التأثيرات الجوية بمساعدة الدهون والزيوت، وبعد ذلك عن طريق الطلاء بمعادن أخرى، وقبل كل شيء، بالقصدير منخفض الذوبان (التعليب). في أعمال المؤرخ اليوناني القديم هيرودوت (القرن الخامس قبل الميلاد) والعالم الروماني القديم بليني الأكبر (القرن الأول قبل الميلاد) هناك بالفعل إشارات إلى استخدام القصدير لحماية الحديد من الصدأ. حاليًا، تتم مكافحة التآكل في عدة اتجاهات في وقت واحد - فهم يحاولون تغيير البيئة التي يعمل فيها المنتج المعدني، والتأثير على مقاومة التآكل للمادة نفسها، ومنع الاتصال بين المعدن والمواد العدوانية الخارجية بيئة.

لا يمكن منع التآكل تمامًا إلا في بيئة خاملة، على سبيل المثال، في جو الأرجون، ولكن في الغالبية العظمى من الحالات، يكون من المستحيل إنشاء مثل هذه البيئة فعليًا أثناء تشغيل الهياكل والآليات. من الناحية العملية، لتقليل النشاط التآكلي للوسط، يحاولون إزالة المكونات الأكثر تفاعلًا منه، على سبيل المثال، يقومون بتقليل حموضة المحاليل المائية والتربة التي قد تتلامس معها المعادن. ومن طرق مكافحة تآكل الحديد وسبائكه والنحاس والنحاس والزنك والرصاص إزالة الأكسجين وثاني أكسيد الكربون من المحاليل المائية. وفي قطاع الطاقة وبعض فروع التكنولوجيا، يتم أيضًا تحرير المياه من الكلوريدات التي تحفز التآكل المحلي. للحد من حموضة التربة، يتم إجراء التجيير.

تعتمد عدوانية الغلاف الجوي بشدة على الرطوبة. يوجد لأي معدن رطوبة نسبية حرجة معينة، والتي لا يتعرض تحتها للتآكل الجوي. بالنسبة للحديد والنحاس والنيكل والزنك فهي 50-70٪. في بعض الأحيان، للحفاظ على العناصر ذات القيمة التاريخية، يتم الحفاظ على درجة حرارتها بشكل مصطنع فوق نقطة الندى. في الأماكن المغلقة (على سبيل المثال، في صناديق التعبئة والتغليف)، يتم تقليل الرطوبة باستخدام هلام السيليكا أو المواد الماصة الأخرى. يتم تحديد عدوانية الغلاف الجوي الصناعي بشكل أساسي من خلال منتجات احتراق الوقود ( سم. التلوث البيئي). يساعد منع الأمطار الحمضية والقضاء على انبعاثات الغازات الضارة على تقليل الخسائر الناجمة عن التآكل.

يمكن إبطاء تدمير المعادن في البيئات المائية باستخدام مثبطات التآكل، والتي تضاف بكميات صغيرة (عادة أقل من 1٪) إلى المحاليل المائية. أنها تعزز تخميل السطح المعدني، أي تشكيل طبقة رقيقة وكثيفة من الأكاسيد أو غيرها من المركبات القابلة للذوبان بشكل سيئ، مما يمنع تدمير المادة الرئيسية. وتستخدم لهذا الغرض بعض أملاح الصوديوم (الكربونات، السيليكات، البورات) وغيرها من المركبات. إذا تم غمر شفرات الحلاقة في محلول كرومات البوتاسيوم، فسوف تستمر لفترة أطول. غالبًا ما تُستخدم المثبطات العضوية، وهي أكثر فعالية من المثبطات غير العضوية.

تعتمد إحدى طرق الحماية من التآكل على تطوير مواد جديدة تتمتع بمقاومة أعلى للتآكل. ويستمر البحث عن بدائل للمعادن المسببة للتآكل. تعد المواد البلاستيكية والسيراميك والزجاج والمطاط والأسبستوس والخرسانة أكثر مقاومة للتأثيرات البيئية، ولكنها في العديد من الخصائص الأخرى أدنى من المعادن التي لا تزال بمثابة المواد الهيكلية الرئيسية.

المعادن النبيلة مقاومة عمليًا للتآكل، ولكنها مكلفة للغاية بحيث لا يمكن استخدامها على نطاق واسع، لذلك يتم استخدامها فقط في الأجزاء الأكثر أهمية، على سبيل المثال، لتصنيع الاتصالات الكهربائية غير القابلة للتآكل. تتمتع النيكل والألمنيوم والنحاس والتيتانيوم والسبائك القائمة عليها بمقاومة عالية للتآكل. ينمو إنتاجهم بسرعة كبيرة، ولكن حتى الآن يظل المعدن الأكثر سهولة واستخدامًا على نطاق واسع يصدأ بسرعة. غالبًا ما يتم استخدام صناعة السبائك لإضفاء مقاومة التآكل على السبائك القائمة على الحديد. هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يحتوي بالإضافة إلى الحديد على الكروم والنيكل. ظهر الفولاذ المقاوم للصدأ الأكثر شيوعًا في عصرنا، وهو الصف 18-8 (18% كروم و8% نيكل)، في عام 1923. وهو مقاوم تمامًا للرطوبة والأكسجين. تم صهر الأطنان الأولى من الفولاذ المقاوم للصدأ في بلادنا عام 1924 في زلاتوست. في الوقت الحاضر، تم تطوير العديد من درجات هذا الفولاذ، والتي تحتوي، بالإضافة إلى الكروم والنيكل، على المنغنيز والموليبدينوم والتنغستن وعناصر كيميائية أخرى. غالبًا ما يتم استخدام السبائك السطحية لسبائك الحديد الرخيصة مع الزنك والألومنيوم والكروم.

لمقاومة التآكل الجوي، يتم تطبيق طبقات رقيقة من معادن أخرى أكثر مقاومة للرطوبة والأكسجين الجوي على منتجات الصلب. غالبًا ما تستخدم طلاءات الكروم والنيكل. نظرًا لأن ألواح الكروم غالبًا ما تحتوي على شقوق، فإنها عادةً ما يتم تطبيقها على ألواح النيكل الأقل زخرفية. إن حماية علب الصفيح من التآكل بفعل الأحماض العضوية الموجودة في المنتجات الغذائية تتطلب كمية كبيرة من القصدير. لفترة طويلة، تم استخدام الكادميوم لتغليف أدوات المطبخ، لكن من المعروف الآن أن هذا المعدن يشكل خطراً على الصحة وأن طلاءات الكادميوم تستخدم فقط في التكنولوجيا.

لإبطاء التآكل، يتم تطبيق الورنيش والدهانات والزيوت المعدنية ومواد التشحيم على السطح المعدني. الهياكل الموجودة تحت الأرض مغطاة بطبقة سميكة من البيتومين أو البولي إيثيلين. الأسطح الداخلية للأنابيب والخزانات الفولاذية محمية بطبقات أسمنتية رخيصة الثمن.

ولجعل الطلاء أكثر موثوقية، يتم تنظيف السطح المعدني تمامًا من الأوساخ ومنتجات التآكل وإخضاعه لمعاملة خاصة. بالنسبة لمنتجات الصلب، يتم استخدام ما يسمى بمحولات الصدأ التي تحتوي على حمض الأرثوفوسفوريك (H 3 PO 4) وأملاحه. إنها تذوب الأكاسيد المتبقية وتشكل طبقة كثيفة ومتينة من الفوسفات يمكنها حماية سطح المنتج لبعض الوقت. ثم يتم طلاء المعدن بطبقة تمهيدية، والتي يجب أن تلتصق جيدًا بالسطح ولها خصائص وقائية (عادةً ما يتم استخدام الرصاص الأحمر أو كرومات الزنك). فقط بعد ذلك يمكن تطبيق الورنيش أو الطلاء.

واحدة من أكثر الطرق فعالية لمكافحة التآكل هي الحماية الكهروكيميائية. لحماية منصات الحفر والقواعد المعدنية الملحومة، خطوط الأنابيب تحت الأرضيتم توصيلها ككاثود بمصدر تيار خارجي. يتم استخدام الأقطاب الكهربائية الخاملة المساعدة كأنود.

يتم استخدام نسخة أخرى من هذه الحماية للهياكل الفولاذية الصغيرة نسبيًا أو الأجسام المعدنية المعزولة بشكل إضافي (على سبيل المثال، خطوط الأنابيب). في هذه الحالة، يتم استخدام الحامي - أنود مصنوع من معدن نشط نسبيًا (عادةً المغنيسيوم والزنك والألومنيوم وسبائكها)، والذي ينهار تدريجيًا، ويحمي الكائن الرئيسي. وبمساعدة أنود مغنيسيوم واحد، تتم حماية ما يصل إلى 8 كيلومترات من خطوط الأنابيب. حماية المداس منتشرة على نطاق واسع. على سبيل المثال، في الولايات المتحدة الأمريكية، يتم إنفاق حوالي 11.5 ألف طن من الألومنيوم سنويًا على إنتاج الواقيات.

تعتبر حماية أحد المعادن بواسطة معدن آخر أكثر نشاطًا، يقع في سلسلة الجهد إلى اليسار، فعالة دون فرض فرق جهد. المعدن الأكثر نشاطًا (على سبيل المثال، الزنك الموجود على سطح الحديد) يحمي المعدن الأقل نشاطًا من التدمير.

تشمل الطرق الكهروكيميائية لمكافحة التآكل أيضًا الحماية ضد تدمير الهياكل بسبب التيارات الضالة. إحدى طرق القضاء على هذا التآكل هي توصيل موصل معدني بقسم الهيكل الذي يتدفق منه التيار الشارد مع السكة التي يتحرك عبرها الترام أو القطار الكهربائي.

ايلينا سافينكينا

تآكل المعادن
التدمير الفيزيائي والكيميائي التلقائي وتحويل المعادن المفيدة إلى مركبات كيميائية عديمة الفائدة. تساهم معظم المكونات البيئية، سواء كانت سوائل أو غازات، في تآكل المعادن؛ تتسبب التأثيرات الطبيعية المستمرة في صدأ الهياكل الفولاذية، وإتلاف هياكل السيارات، وتكوين الحفر (حفر الحفر) على طلاء الكروم، وما إلى ذلك. في هذه الأمثلة، يتم تدمير سطح المعدن بشكل واضح، ولكن مفهوم التآكل يشمل حالات العمل المدمر الداخلي، على سبيل المثال عند السطح البيني بين بلورات المعدن. يحدث هذا ما يسمى بالتآكل الهيكلي (بين البلوري) بشكل غير محسوس ظاهريًا، ولكنه قد يؤدي إلى أعطال وحتى حوادث. في كثير من الأحيان، يرتبط الضرر غير المتوقع للأجزاء المعدنية بالإجهاد، خاصة ذلك المرتبط بإجهاد تآكل المعدن. التآكل ليس مدمرا دائما. على سبيل المثال، الزنجار الأخضر الذي غالبًا ما يُرى على المنحوتات البرونزية هو أكسيد النحاس، الذي يحمي المعدن الموجود أسفل طبقة الأكسيد بشكل فعال من المزيد من التآكل الجوي. وهذا ما يفسر الحالة الممتازة للعديد من العملات البرونزية والنحاسية القديمة. تتم مكافحة التآكل باستخدام أساليب الحماية التي تم تطويرها على أساس المبادئ العلمية المعروفة، لكنها تظل واحدة من أخطر مشاكل التكنولوجيا الحديثة وأكثرها تحديًا. نعم. يتم فقدان 20% من إجمالي كمية المعادن سنويًا بسبب التآكل، ويتم إنفاق مبالغ ضخمة على الحماية من التآكل.
الطبيعة الكهروكيميائية للتآكل.أنشأ م. فاراداي (1830-1840) علاقة بين التفاعلات الكيميائية والتيار الكهربائي، والتي كانت أساس النظرية الكهروكيميائية للتآكل. ومع ذلك، فإن الفهم التفصيلي لعمليات التآكل جاء فقط في بداية القرن العشرين. نشأت الكيمياء الكهربائية كعلم في القرن الثامن عشر. بفضل اختراع أ. فولت (1799) للعنصر الجلفاني الأول (العمود الفلطي)، والذي تم من خلاله الحصول على تيار مستمر عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. تتكون الخلية الفولتية من خلية كهروكيميائية واحدة يتم فيها غمر معدنين مختلفين (قطبين كهربائيين) جزئيًا في محلول مائي (إلكتروليت) قادر على توصيل الكهرباء. يتم توصيل الأقطاب الكهربائية الموجودة خارج المنحل بالكهرباء بواسطة موصل كهربائي (سلك معدني). يذوب أحد القطبين (الأنود) (يتآكل) في الإلكتروليت، منتجًا أيونات معدنية تدخل في المحلول، بينما تتراكم أيونات الهيدروجين على القطب الآخر (الكاثود). يتم تعويض تدفق الأيونات الموجبة في المنحل بالكهرباء عن طريق مرور تيار الإلكترون (التيار الكهربائي) من الأنود إلى الكاثود في دائرة خارجية.

تتفاعل الأيونات المعدنية، التي تمر إلى المحلول، مع مكونات المحلول، وتنتج منتجات التآكل. غالبًا ما تكون هذه المنتجات قابلة للذوبان ولا تمنع المزيد من تآكل الأنود المعدني. وبالتالي، إذا كانت منطقتان متجاورتان، على سبيل المثال على سطح الفولاذ، تختلفان قليلاً عن بعضهما البعض في التركيب أو الهيكل، ففي بيئة مناسبة (على سبيل المثال، رطبة) ستتشكل خلية تآكل في هذا الموقع. تعتبر إحدى المناطق أنودًا للأخرى، وهذه المنطقة هي التي ستتآكل. وبالتالي، فإن جميع حالات عدم التجانس المحلية الصغيرة للمعدن تشكل خلايا أنودية-كاثودية دقيقة، ولهذا السبب يحتوي سطح المعدن على مناطق عديدة يحتمل أن تكون عرضة للتآكل. إذا تم غمر الفولاذ في الماء العادي أو أي سائل يحتوي على الماء تقريبًا، فإن المنحل بالكهرباء المناسب جاهز. حتى في الجو المعتدل الرطوبة، سوف تتكثف الرطوبة على سطح المعدن، مما يؤدي إلى تكوين خلية كهروكيميائية. كما ذكرنا سابقًا، تتكون الخلية الكهروكيميائية من أقطاب كهربائية مغمورة في محلول كهربائي (أي نصف خليتين). إن الجهد (القوة الدافعة الكهربائية، EMF) للخلية الكهروكيميائية يساوي فرق الجهد بين أقطاب نصفي الخليتين. يتم قياس إمكانات القطب بالنسبة إلى القطب المرجعي للهيدروجين. يتم تقليل جهود القطب المقاسة للمعادن إلى سلسلة من الفولتية، حيث تكون المعادن النبيلة (الذهب والبلاتين والفضة وما إلى ذلك) في الطرف الأيمن من السلسلة ولها قيمة محتملة موجبة. تتمتع المعادن الأساسية العادية (المغنيسيوم والألمنيوم وما إلى ذلك) بإمكانات سلبية للغاية وتقع بالقرب من بداية الصف على يسار الهيدروجين. موقع المعدن في سلسلة الإجهاد يدل على مقاومته للتآكل، والتي تزداد من بداية السلسلة إلى نهايتها، أي. من اليسار الى اليمين.
انظر أيضًا الكيمياء الكهربائية؛ الشوارد.
الاستقطاب.تؤدي حركة أيونات (الهيدروجين) الموجبة في الإلكتروليت باتجاه الكاثود، يليها تفريغ، إلى تكوين الهيدروجين الجزيئي عند الكاثود، مما يغير جهد هذا القطب: يتم إنشاء إشارة عكسية (ثابتة)، والتي يقلل من الجهد الكلي للخلية. ينخفض التيار في الخلية بسرعة كبيرة إلى قيم صغيرة للغاية؛ في هذه الحالة يقال أن الخلية "مستقطبة". تتضمن هذه الحالة تقليل أو حتى وقف التآكل. ومع ذلك، فإن تفاعل الأكسجين المذاب في الإلكتروليت مع الهيدروجين يمكن أن ينفي هذا التأثير، ولهذا السبب يسمى الأكسجين "مزيل الاستقطاب". يتجلى تأثير الاستقطاب في بعض الأحيان على أنه انخفاض في معدل التآكل في المياه الراكدة بسبب نقص الأكسجين، على الرغم من أن مثل هذه الحالات غير عادية لأن تأثيرات الحمل الحراري في وسط سائل عادة ما تكون كافية لتزويد الأكسجين المذاب إلى سطح الكاثود. التوزيع غير المتساوي لمزيل الاستقطاب (الأكسجين عادة) على سطح المعدن يمكن أن يسبب التآكل أيضًا، لأن هذا يخلق خلية تركيز الأكسجين التي يحدث فيها التآكل بنفس الطريقة كما هو الحال في أي خلية كهروكيميائية.
السلبية وتأثيرات الأنود الأخرى.تم استخدام مصطلح التخميل في الأصل للإشارة إلى مقاومة التآكل للحديد المغمور في محلول مركز من حمض النيتريك. ومع ذلك، فهذه ظاهرة أكثر عمومية، لأنه في ظل ظروف معينة تكون العديد من المعادن في حالة سلبية. تم شرح ظاهرة السلبية في عام 1836 من قبل فاراداي، الذي أظهر أنها ناجمة عن طبقة أكسيد رقيقة للغاية تشكلت نتيجة للتفاعلات الكيميائية على سطح المعدن. يمكن استعادة مثل هذا الفيلم (التغيير كيميائيا)، ويصبح المعدن نشطا مرة أخرى عند الاتصال بمعدن له إمكانات أكثر سلبية، على سبيل المثال، الحديد بالقرب من الزنك. في هذه الحالة، يتم تشكيل زوج كلفاني يكون فيه المعدن السلبي هو الكاثود. يستعيد الهيدروجين المنطلق عند الكاثود طبقة الأكسيد الواقية. تعمل أفلام الأكسيد الموجودة على الألومنيوم على حمايته من التآكل، وبالتالي يتم استخدام الألومنيوم المؤكسد الناتج عن عملية الأكسدة الأنودية لأغراض الديكور وفي الحياة اليومية. بالمعنى الكيميائي الواسع، جميع العمليات الأنودية التي تحدث على المعدن هي عمليات مؤكسدة، ولكن مصطلح "الأكسدة الأنودية" يشير ضمنًا إلى التكوين المستهدف لكمية كبيرة من الأكسيد الصلب. يتم تشكيل فيلم بسماكة معينة على الألومنيوم، وهو الأنود في الخلية التي يكون إلكتروليتاتها عبارة عن حمض الكبريتيك أو الفوسفوريك. تصف العديد من براءات الاختراع تعديلات مختلفة لهذه العملية. يحتوي السطح المؤكسد في البداية على بنية مسامية ويمكن طلاؤه بأي لون مرغوب. يعطي إدخال ثاني كرومات البوتاسيوم في المنحل بالكهرباء لونًا برتقاليًا أصفر ساطعًا، في حين أن سداسي سيانوفيرات البوتاسيوم (II) وبرمنجنات الرصاص وكبريتيد الكوبالت تلوين الأفلام باللون الأزرق والأحمر والبني والأسود على التوالي. في كثير من الحالات، يتم استخدام الأصباغ العضوية القابلة للذوبان في الماء وهذا يعطي لمعانًا معدنيًا للسطح المطلي. يجب أن تكون الطبقة الناتجة ثابتة، وهو ما يكفي لمعالجة السطح بالماء المغلي، على الرغم من استخدام محاليل الغليان من خلات النيكل أو الكوبالت.
التآكل الهيكلي (بين البلورات).تزيد السبائك المختلفة، وخاصة الألومنيوم، من صلابتها وقوتها مع تقدم العمر؛ يتم تسريع العملية عن طريق إخضاع السبيكة للمعالجة الحرارية. في هذه الحالة، يتم تشكيل جزيئات دون مجهرية، والتي تقع على طول الطبقات الحدودية من البلورات الدقيقة (في الفضاء البلوري) للسبائك. في ظل ظروف معينة، تصبح المنطقة المجاورة مباشرة للحدود أنودًا فيما يتعلق بالجزء الداخلي من البلورة، وفي بيئة متآكلة، ستكون الحدود بين البلورات عرضة للتآكل بشكل تفضيلي، مع تغلغل شقوق التآكل بعمق في الهيكل المعدني. يؤثر هذا "التآكل الهيكلي" بشكل خطير على الخواص الميكانيكية. يمكن منع ذلك إما عن طريق أنظمة المعالجة الحرارية المختارة بشكل صحيح أو عن طريق حماية المعدن بطبقة مقاومة للتآكل. الكسوة عبارة عن طلاء بارد لمعدن مع آخر: يتم لف سبيكة عالية القوة بين شرائح رقيقة من الألومنيوم النقي وضغطها. يصبح المعدن الموجود في مثل هذا التركيب مقاومًا للتآكل، في حين أن الطلاء نفسه له تأثير ضئيل على الخواص الميكانيكية.
انظر أيضًا الطلاءات المعدنية.
منع التآكل.أثناء التآكل الكهروكيميائي، غالبًا ما تذوب المنتجات الناتجة (تتحول إلى محلول) ولا تمنع المزيد من تدمير المعدن؛ في بعض الحالات، يمكن إضافة مركب كيميائي (مثبط) إلى المحلول، والذي يتفاعل مع منتجات التآكل الأولية لتكوين مركبات غير قابلة للذوبان ذات خصائص وقائية تترسب على الأنود أو الكاثود. على سبيل المثال، يتآكل الحديد بسهولة في محلول مخفف من الملح العادي (NaCl)، لكن إضافة كبريتات الزنك إلى المحلول ينتج هيدروكسيد الزنك القابل للذوبان قليلاً عند الكاثود، وإضافة فوسفات الصوديوم ينتج فوسفات حديد غير قابل للذوبان عند الأنود (أمثلة على الكاثودي والأنودي). المثبطات على التوالي). لا يمكن استخدام طرق الحماية هذه إلا في الحالات التي يكون فيها الهيكل مغمورًا كليًا أو جزئيًا في بيئة سائلة قابلة للتآكل. غالبًا ما تستخدم الحماية الكاثودية لتقليل معدل التآكل. في هذه الطريقة، يتم تطبيق جهد كهربائي على النظام بحيث يكون الهيكل بأكمله المراد حمايته هو الكاثود. يتم تحقيق ذلك عن طريق توصيل الهيكل بقطب واحد من المقوم أو مولد التيار المستمر، بينما يتم توصيل أنود خارجي خامل كيميائيًا، مثل الجرافيت، بالقطب الآخر. على سبيل المثال، في حالة الحماية من التآكل في خطوط الأنابيب، يتم دفن الأنود غير القابل للذوبان في الأرض بالقرب منها. في بعض الحالات، يتم استخدام أنودات وقائية إضافية لهذه الأغراض، على سبيل المثال، معلقة داخل حاويات تخزين المياه، حيث يعمل الماء الموجود في الحاوية كمحلول كهربائي. تسمح الطرق الأخرى للحماية الكاثودية بتدفق تيار كافٍ من مصدر آخر عبر هيكل يصبح كاثودًا بالكامل ويحتوي على أنودات وكاثودات محلية محتملة بنفس الإمكانات. للقيام بذلك، يتم توصيل معدن ذو إمكانات أكثر سلبية بالمعدن المحمي، الذي يلعب دور الأنود المضحي في الزوجين الجلفانيين المتكونين ويتم تدميرهما أولاً. تم استخدام أنودات الزنك المضحية منذ عام 1825، عندما اقترح الكيميائي الإنجليزي الشهير إتش ديفي استخدامها لحماية طلاء النحاس على هياكل السفن الخشبية. تستخدم الأنودات المعتمدة على سبائك المغنيسيوم على نطاق واسع لحماية هياكل السفن الحديثة من التآكل في مياه البحر. يتم استخدام الأنودات المضحية في كثير من الأحيان مقارنة بالأنودات المستعبدة. مصادر خارجيةالحالية، لأنها لا تتطلب استهلاك الطاقة. كما يتم استخدام طلاء السطح للحماية من التآكل، خاصة إذا لم يكن الهيكل مغمورًا بالكامل في السائل. يمكن تطبيق الطلاءات المعدنية عن طريق رش المعادن أو الطلاء الكهربائي (مثل طلاء الكروم، الجلفنة، الطلاء بالنيكل).
أنواع التآكل المحددة.التآكل الإجهادي هو تدمير المعدن تحت التأثير المشترك للحمل الساكن والتآكل. الآلية الرئيسية هي التكوين الأولي لحفر التآكل والشقوق تليها الفشل الهيكلي الناجم عن تركيزات الإجهاد في هذه الشقوق. تفاصيل آلية التآكل معقدة وغير مفهومة دائمًا؛ وقد تكون مرتبطة بالضغوط المتبقية. المعادن النقية، وكذلك النحاس، ليست عرضة للتآكل تحت الضغط. وفي حالة السبائك تظهر الشقوق في الفضاء البلوري، وهو الأنود بالنسبة للمناطق الداخلية للحبيبات؛ وهذا يزيد من احتمالية التآكل على طول الحدود بين البلورات ويسهل عملية التشقق اللاحقة على طولها. إن إجهاد التآكل هو أيضًا نتيجة للعمل المشترك للإجهاد الميكانيكي والتآكل. ومع ذلك، فإن الأحمال الدورية أكثر خطورة من الأحمال الثابتة. غالبًا ما يحدث التشقق الناتج عن التآكل في غياب التآكل، ولكن التأثير المدمر لشقوق التآكل، التي تخلق تركيزات الإجهاد، يكون واضحًا. ومن المحتمل أن جميع ما يسمى بآليات التعب تنطوي على التآكل، حيث لا يمكن القضاء على تآكل السطح بشكل كامل. التآكل الناتج عن المعادن السائلة هو شكل خاص من التآكل لا يتضمن آلية كهروكيميائية. وللمعادن السائلة أهمية كبيرة في أنظمة التبريد بشكل خاص المفاعلات النووية. يتم استخدام البوتاسيوم السائل والصوديوم وسبائكهما، وكذلك الرصاص السائل والبزموت وسبائك الرصاص البزموت كمبردات. تتعرض معظم المعادن الهيكلية والسبائك عند ملامستها لمثل هذا الوسط السائل للتدمير بدرجة أو بأخرى، وقد تكون آلية التآكل مختلفة في كل حالة. أولاً، قد تذوب مادة الحاوية أو الأنابيب في نظام نقل الحرارة إلى حد ما في المعدن السائل، وبما أن قابلية الذوبان تختلف عمومًا مع درجة الحرارة، فقد يترسب المعدن المذاب خارج المحلول في الجزء المبرد من النظام، وبالتالي انسداد الممرات والصمامات. ثانيًا، من الممكن اختراق البلورات للمعدن السائل إذا كان هناك تفاعل انتقائي مع إضافات صناعة السبائك من المواد الهيكلية. هنا، كما هو الحال في التآكل الكهروكيميائي الحبيبي، تتدهور الخواص الميكانيكية دون ظهور مظاهر واضحة ودون تغيير كتلة الهيكل؛ ومع ذلك، فإن مثل هذه الحالات ذات التأثير المدمر نادرة. ثالثًا، يمكن أن تتفاعل المعادن السائلة والصلبة لتشكل سبيكة سطحية، والتي تعمل في بعض الحالات كحاجز انتشار لمزيد من الهجوم. يشير التآكل التآكل (التأثير، تآكل التجويف) إلى التأثير الميكانيكي للمعدن السائل المتدفق في الوضع المضطرب. وفي الحالات القصوى، يؤدي هذا إلى التجويف والفشل التآكلي للهيكل.
انظر أيضًا التجويف. تتم دراسة التأثيرات المسببة للتآكل للإشعاع بشكل مكثف فيما يتعلق بتطوير الطاقة النووية، ولكن في الصحافة المفتوحةهناك القليل من المعلومات حول هذه المسألة. يشير مصطلح "الضرر الإشعاعي" الشائع الاستخدام إلى جميع التغيرات في الطبيعة الميكانيكية أو الفيزيائية أو الكيميائية للمواد الصلبة التي تنتج عن التعرض لأنواع الإشعاع التالية: الإشعاعات المؤينة (الأشعة السينية أو g)، والجسيمات المشحونة بالضوء (الإلكترونات). ) والجسيمات الثقيلة المشحونة (جسيمات أ) والجسيمات الثقيلة غير المشحونة (النيوترونات). ومن المعروف أن قصف المعدن بجزيئات ثقيلة طاقات عاليةيؤدي إلى اضطرابات على المستوى الذري، والتي، في ظل الظروف المناسبة، يمكن أن تكون مواقع للتفاعلات الكهروكيميائية. ومع ذلك، فإن التغيير الأكثر أهمية لا يحدث في المعدن نفسه، ولكن في بيئته. تنشأ مثل هذه التأثيرات غير المباشرة نتيجة لعمل الإشعاعات المؤينة (على سبيل المثال، الأشعة السينية)، والتي لا تغير خصائص المعدن، ولكن في المحاليل المائية تسبب تكوين الجذور الحرة شديدة التفاعل وبيروكسيد الهيدروجين، وما إلى ذلك. تساهم المركبات في زيادة معدل التآكل. بالإضافة إلى ذلك، فإن مثبط التآكل مثل ثنائي كرومات الصوديوم سوف ينخفض ويفقد فعاليته. تحت تأثير الإشعاعات المؤينة، تتأين أفلام الأكسيد أيضًا وتفقد خصائصها الواقية من التآكل. تعتمد جميع الميزات المذكورة أعلاه بشكل كبير على الظروف المحددة المرتبطة بالتآكل.
أكسدة المعادن.تتفاعل معظم المعادن مع الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي لتكوين أكاسيد فلزية مستقرة. يعتمد معدل حدوث الأكسدة بشكل كبير على درجة الحرارة، وفي درجات الحرارة العادية يتكون فقط طبقة رقيقة من الأكسيد على سطح المعدن (على النحاس، على سبيل المثال، يمكن ملاحظة ذلك من خلال سواد السطح). في درجات حرارة أعلى، تحدث عملية الأكسدة بشكل أسرع. تعتبر المعادن النبيلة استثناءً لهذه القاعدة، حيث أن قابليتها للأكسجين منخفضة. ومن المفترض أن الذهب لا يتأكسد على الإطلاق عند تسخينه في الهواء أو الأكسجين، وتتوقف الأكسدة الضعيفة للبلاتين عند درجات حرارة تصل إلى 450 درجة مئوية عند تسخينه إلى درجات حرارة أعلى. تتأكسد المعادن الإنشائية التقليدية لتشكل أربعة أنواع من مركبات الأكسيد: المتطايرة أو الكثيفة أو الواقية أو غير المسامية. عدد قليل من المعادن المقاومة للحرارة، مثل التنغستن والموليبدينوم، تصبح هشة عند درجات الحرارة المرتفعة وتشكل أكاسيد متطايرة، لذلك لا تتشكل طبقة أكسيد واقية حتى عند درجات الحرارة المرتفعة. درجة حرارة عاليةيجب حماية المعادن بجو خامل (غازات خاملة). تميل المعادن الخفيفة إلى تكوين أكاسيد كثيفة جدًا، وهي مسامية ولا تحمي المعادن من المزيد من الأكسدة. لهذا السبب، يتأكسد المغنيسيوم بسهولة شديدة. تتشكل طبقات الأكسيد الواقية على العديد من المعادن، لكنها عادة ما تكون حماية معتدلة فقط. على سبيل المثال، تغطي طبقة أكسيد الألومنيوم المعدن بالكامل، لكن الشقوق تتطور تحت ضغط الضغط، على ما يبدو بسبب التغيرات في درجة الحرارة والرطوبة. يقتصر التأثير الوقائي لطبقات الأكسيد على درجات حرارة منخفضة نسبيًا. كثير " معادن ثقيلة"(مثل النحاس والحديد والنيكل) تشكل أكاسيد غير مسامية والتي، على الرغم من أنها لا تتشقق، لا تحمي دائمًا المعدن الأساسي. ومن الناحية النظرية، فإن هذه الأكاسيد ذات أهمية كبيرة ويتم دراستها بنشاط. فهي تحتوي على أقل من الكمية المتكافئة من المعدن؛ تشكل ذرات المعدن المفقودة ثقوبًا في شبكة الأكسيد، ونتيجة لذلك، يمكن للذرات أن تنتشر عبر الشبكة، ويزداد سمك طبقة الأكسيد باستمرار.
تطبيق السبائك.نظرًا لأن جميع المعادن الهيكلية المعروفة معرضة للأكسدة، فإن العناصر الهيكلية التي تكون عند درجات حرارة عالية في بيئة مؤكسدة يجب أن تكون مصنوعة من سبائك تحتوي على معدن مقاوم لعمل المؤكسد كعنصر صناعة السبائك. يتم استيفاء هذه المتطلبات بواسطة الكروم، وهو معدن رخيص إلى حد ما (يستخدم في شكل فيروسروم)، وهو موجود تقريبًا في جميع السبائك عالية الحرارة التي تلبي متطلبات مقاومة الأكسدة. ولذلك، فإن جميع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المخلوط بالكروم تتمتع بمقاومة جيدة للأكسدة وتستخدم على نطاق واسع في المنازل والصناعات. تحتوي سبيكة النيتشروم، التي تستخدم على نطاق واسع كأسلاك للدوائر الحلزونية للأفران الكهربائية، على 80% نيكل و20% كروم، وهي مقاومة تمامًا للأكسدة عند درجات حرارة تصل إلى 1000 درجة مئوية. ولا تقل الخواص الميكانيكية أهمية عن مقاومة الأكسدة، وغالبًا ما تكون تبين أن بعض عناصر السبائك (مثل الكروم) تضفي على السبيكة قوة في درجات الحرارة العالية ومقاومة للأكسدة، وبالتالي فإن مشكلة الأكسدة في درجات الحرارة العالية لم تصبح مشكلة خطيرة حتى تم استخدام زيت الوقود الذي يحتوي على الفاناديوم (في الغاز المحركات التوربينية) أو الصوديوم. تنتج هذه الملوثات، بالإضافة إلى الكبريت الموجود في الوقود، منتجات احتراق شديدة التآكل. وقد أدت محاولات حل هذه المشكلة إلى تطوير مواد مضافة تشكل، عند حرقها، مركبات متطايرة غير ضارة مع الفاناديوم والصوديوم. لا يتضمن التآكل المتآكل تآكلًا كلفانيًا أو أكسدة مباشرة في الطور الغازي، ولكنه في المقام الأول تأثير ميكانيكي. هذا هو الضرر الذي يلحق بالأسطح المعدنية المفصلية نتيجة للتآكل أثناء إزاحتها النسبية الصغيرة المتعددة؛ لوحظ في شكل خدوش وقروح وقذائف. يصاحبه تشويش ويقلل من مقاومة التآكل بسبب التعب تعمل الخدوش الناتجة كنقاط انطلاق لتطوير إجهاد التآكل. أمثلة نموذجية- تلف الأخاديد المتصاعدة لشفرات التوربينات بسبب الاهتزاز، وتآكل ضواغط الضاغط، وتآكل أسنان التروس، والوصلات الملولبة، وما إلى ذلك. عند عمليات الإزاحة الصغيرة المتعددة، يتم تدمير أغشية الأكسيد الواقية، وتتحول إلى مسحوق، ويزداد معدل التآكل. يمكن التعرف بسهولة على تآكل الفولاذ من خلال وجود جزيئات أكسيد حمراء بنية. تتم مكافحة التآكل المزعج من خلال تحسين التصميمات باستخدام الطلاءات الواقية، الحشيات المرنة، مواد التشحيم.
أنظر أيضا
الموسوعة السوفيتية الكبرى

تآكل المعادن- - تدمير المعادن بسبب التفاعل الكيميائي أو الكهروكيميائي مع البيئة المسببة للتآكل. 1. بالنسبة لعملية التآكل يجب استخدام مصطلح "عملية التآكل"، وبالنسبة لنتيجة العملية - "تآكل... ..." موسوعة مصطلحات وتعاريف وشروحات مواد البناء

تآكل المعادن- تدمير المعادن بسبب التفاعل الكيميائي أو الكهروكيميائي مع البيئة المسببة للتآكل. التطبيق 1. بالنسبة لعملية التآكل يجب استخدام مصطلح "عملية التآكل" وبالنسبة لنتيجة العملية... ... دليل المترجم الفني

التدمير السطحي للمعادن تحت تأثير المواد الكيميائية. أو الكهروكيميائية العوامل: التعرض للغازات (الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين وغيرها)، والأملاح القابلة للذوبان (أخطرها الكلوريدات)، والأحماض المعدنية والعضوية... القاموس الفني للسكك الحديدية

تآكل المعادن- التدمير التلقائي للمعادن الناجم عن المواد الكيميائية. والكهروكيميائية العمليات التي تتم على سطحها عند التفاعل مع البيئة الخارجية، ونتيجة لذلك يتغير مظهر السطح أولاً، ثم يتم فقدان اللدونة، وتقل القوة الميكانيكية... موسوعة البوليتكنيك الكبيرة

تآكل المعادن- 1. تآكل المعادن تدمير المعادن نتيجة تفاعلها الكيميائي أو الكهروكيميائي مع البيئة المسببة للتآكل 1. بالنسبة لعملية التآكل يجب استخدام مصطلح "عملية التآكل" ، وبالنسبة لنتيجة العملية "تآكل ... . .. كتاب مرجعي للقاموس لمصطلحات التوثيق المعياري والتقني

- (من أواخر التآكل اللاتيني)، فيزيائي. الكيمياء. التفاعل المعدني المواد والبيئة، مما يؤدي إلى تدهور الأداء. سانت في المواد والبيئة أو التكنولوجيا. الأنظمة، وأجزاء منها. K. م يعتمد على المادة الكيميائية. بين المادة و...... الموسوعة الكيميائية

تآكل المعادن- حالات تآكل المعادن T sritis كيميائيًا كيميائيًا معدنيًا، حيث يمكنك استخلاص المعادن من خلال التطبيقات الممكنة. السمات: الإنجليزية. تآكل المعادن. تآكل المعادن التآكل المعدني روس. تآكل المعادن... الكيمياء تنتهي بالبقاء على قيد الحياة

تآكل المعادن- التآكل: تفاعل فيزيائي كيميائي بين المعدن والبيئة، ونتيجة لذلك تتغير خصائص المعدن وغالباً ما يحدث تدهور في الخصائص الوظيفية للمعدن أو البيئة أو النظام الفني الذي يشملها...

وزارة التربية والتعليم في الاتحاد الروسي

جامعة ولاية المحيط الهادئ الاقتصادية

خلاصة

الانضباط: الكيمياء

الموضوع: تآكل المعادن

مكتمل:

طالب المجموعة 69

كريفيتسكايا إيفجينيا

ناخودكا

تآكل المواد غير المعدنية

عندما تصبح ظروف التشغيل أكثر شدة (زيادة درجة الحرارة، والإجهاد الميكانيكي، والعدوانية البيئية، وما إلى ذلك)، تتعرض المواد غير المعدنية أيضًا لتأثيرات البيئة. وفيما يتعلق بهذا، بدأ استخدام مصطلح "التآكل" فيما يتعلق بهذه المواد، على سبيل المثال، "تآكل الخرسانة والخرسانة المسلحة"، "تآكل البلاستيك والمطاط". يشير هذا إلى تدميرها وفقدان خصائصها التشغيلية نتيجة للتفاعل الكيميائي أو الفيزيائي الكيميائي مع البيئة. ولكن ينبغي أن يؤخذ في الاعتبار أن آليات وحركية العمليات الخاصة بالمعادن وغير المعدنية ستكون مختلفة.

تآكل المعادن

يتم استخدام تكوين الأزواج الجلفانية بشكل مفيد لإنشاء البطاريات والمراكم. من ناحية أخرى، فإن تشكيل مثل هذا الزوج يؤدي إلى عملية غير مواتية، ضحيتها عدد من المعادن - التآكل. يشير التآكل إلى التدمير الكهروكيميائي أو الكيميائي للمادة المعدنية التي تحدث على السطح. في أغلب الأحيان، أثناء التآكل، يتأكسد المعدن لتشكيل أيونات معدنية، والتي، مع مزيد من التحولات، تنتج منتجات تآكل مختلفة. يمكن أن يحدث التآكل إما عن طريق عملية كيميائية أو كهروكيميائية. وبناء على ذلك، يتم التمييز بين التآكل الكيميائي والكهروكيميائي للمعادن.

التآكل الكيميائي

التآكل الكيميائي هو تفاعل سطح المعدن مع (التآكل- نشيط) بيئة لا يصاحبها حدوث عمليات كهروكيميائية عند حدود المرحلة. وفي هذه الحالة، تحدث تفاعلات أكسدة المعدن واختزال المكون المؤكسد للبيئة المسببة للتآكل في فعل واحد. على سبيل المثال، تكوين الترسبات عندما تتفاعل المواد التي أساسها الحديد مع الأكسجين عند درجات حرارة عالية:

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

أثناء التآكل الكهروكيميائي، لا يحدث تأين ذرات المعدن واختزال المكون المؤكسد في البيئة المسببة للتآكل في فعل واحد وتعتمد معدلاتهما على جهد القطب الكهربائي للمعدن (على سبيل المثال، صدأ الفولاذ في مياه البحر).

التآكل الكهروكيميائي

يسمى تدمير المعدن تحت تأثير العناصر الجلفانية الناشئة في بيئة قابلة للتآكل بالتآكل الكهروكيميائي. لا ينبغي الخلط بين تآكل مادة متجانسة، على سبيل المثال، صدأ الحديد أو ما شابه، مع التآكل الكهروكيميائي. في حالة التآكل الكهروكيميائي (الشكل الأكثر شيوعًا للتآكل)، يكون وجود المنحل بالكهرباء (المكثفات، ومياه الأمطار، وما إلى ذلك) مطلوبًا دائمًا، حيث تكون الأقطاب الكهربائية على اتصال - إما عناصر مختلفة من هيكل المادة، أو مادتين متلامستين مختلفتين مع إمكانات الأكسدة والاختزال المختلفة. إذا أذيبت أيونات الأملاح والأحماض ونحوها في الماء، فإن موصليتها الكهربائية تزداد وتزداد سرعة العملية.

عنصر تآكل

عندما يتلامس معدنان لهما إمكانات الأكسدة والاختزال المختلفة ويتم غمرهما في محلول إلكتروليت، على سبيل المثال، مياه الأمطار مع ثاني أكسيد الكربون المذاب CO 2، يتم تشكيل خلية كلفانية، تسمى خلية التآكل. إنها ليست أكثر من خلية كلفانية مغلقة. إنه يذيب ببطء المواد المعدنية ذات احتمالية الأكسدة والاختزال المنخفضة؛ القطب الثاني في الزوج، كقاعدة عامة، لا يتآكل. هذا النوع من التآكل مميز بشكل خاص للمعادن ذات الإمكانات السلبية العالية. وبالتالي، فإن كمية صغيرة جدًا من الشوائب على سطح المعدن مع إمكانية الأكسدة العالية تكفي بالفعل لظهور عنصر تآكل. المناطق المعرضة للخطر بشكل خاص هي المناطق التي تتلامس فيها المعادن مع إمكانات مختلفة، على سبيل المثال. طبقات اللحامأو المسامير.

إذا كان القطب المذاب مقاومًا للتآكل، فستتباطأ عملية التآكل. هذا هو الأساس، على سبيل المثال، لحماية منتجات الحديد من التآكل عن طريق التعليب أو الجلفنة - القصدير أو الزنك لهما إمكانات سلبية أكثر من الحديد، لذلك، في مثل هذا الزوج، يتم استعادة الحديد، ويجب أن يتآكل القصدير أو الزنك. ومع ذلك، بسبب تكوين طبقة أكسيد على سطح القصدير أو الزنك، تتباطأ عملية التآكل بشكل كبير.

تآكل الهيدروجين والأكسجين

في حالة حدوث اختزال لأيونات H 3 O + أو جزيئات الماء H 2 O، فإنهم يتحدثون عن تآكل الهيدروجين أو التآكل مع إزالة استقطاب الهيدروجين. يحدث تخفيض الأيونات وفقًا للمخطط التالي:

2H 3 O + + 2e − → 2H 2 O + H 2

2H 2 O + 2e − → 2OH − + H 2

إذا لم يتم إطلاق الهيدروجين، وهو ما يحدث غالبًا في بيئة محايدة أو شديدة القلوية، فسيتم تقليل الأكسجين ونتحدث عن تآكل الأكسجين أو التآكل مع إزالة استقطاب الأكسجين:

يا 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH −

يمكن أن يتشكل العنصر المتآكل ليس فقط عندما يتلامس معدنان مختلفان. ويتكون عنصر التآكل أيضًا في حالة معدن واحد، على سبيل المثال، إذا كان هيكل السطح غير متجانس.

المضادة للتآكل

يتسبب التآكل في خسائر تقدر بمليارات الدولارات كل عام، ويعد حل هذه المشكلة مهمة مهمة. الضرر الرئيسي الناجم عن التآكل ليس فقدان المعدن في حد ذاته، ولكن التكلفة الهائلة للمنتجات التي دمرها التآكل. ولهذا السبب فإن الخسائر السنوية الناتجة عنه في الدول الصناعية كبيرة جدًا. ولا يمكن تحديد الخسائر الحقيقية الناجمة عن ذلك من خلال تقييم الخسائر المباشرة فقط، والتي تشمل تكلفة الهيكل المنهار، وتكلفة استبدال المعدات، وتكاليف تدابير الحماية من التآكل. الضرر الأكبر يأتي من الخسائر غير المباشرة. وتشمل هذه فترات توقف المعدات عند استبدال الأجزاء والتجمعات المتآكلة، وتسرب المنتج، وتعطيل العمليات التكنولوجية.

يتم ضمان الحماية المثالية من التآكل بنسبة 80% من خلال الإعداد المناسب للسطح، و20% فقط من خلال جودة الدهانات والورنيشات المستخدمة وطريقة تطبيقها. . الأكثر إنتاجية و طريقة فعالةإعداد السطح قبل مزيد من الحماية للركيزة التفجير جلخ .

عادة، هناك ثلاثة مجالات لطرق الحماية من التآكل:

1. الهيكلية

2. نشط

3. سلبي

ولمنع التآكل، يتم استخدامها كمواد هيكلية. الفولاذ المقاوم للصدأ , فولاذ كورتن , المعادن غير الحديدية .

كحماية ضد التآكل، تطبيق أي الطلاءاتمما يمنع تكوين عنصر تآكل (الطريقة السلبية).

تآكل الأكسجين للحديد المجلفن

تآكل الأكسجين للحديد المطلي بالقصدير

يجب أن يمنع طلاء الطلاء وطلاء البوليمر والمينا أولاً وقبل كل شيء وصول الأكسجين والرطوبة. غالبًا ما يتم أيضًا استخدام طلاء الفولاذ، على سبيل المثال، بمعادن أخرى مثل الزنك والقصدير والكروم والنيكل. يحمي طلاء الزنك الفولاذ حتى عندما يتم تدمير الطلاء جزئيًا. يتمتع الزنك بإمكانية أكثر سلبية ويتآكل أولاً. أيونات Zn2+ سامة. ويستخدم في صناعة العلب القصدير المطلي بطبقة من القصدير. على عكس الصفيحة المجلفنة، عندما يتم تدمير طبقة القصدير، يبدأ الحديد في التآكل، وبشكل أكثر كثافة، لأن القصدير لديه إمكانات أكثر إيجابية. هناك طريقة أخرى لحماية المعدن من التآكل وهي استخدام قطب كهربائي وقائي ذو إمكانات سلبية عالية، على سبيل المثال، مصنوع من الزنك أو المغنيسيوم. لهذا الغرض، يتم إنشاء عنصر التآكل خصيصا. ويعمل المعدن المحمي ككاثود، ويسمى هذا النوع من الحماية بالحماية الكاثودية. يُسمى قطب الذوبان، وفقًا لذلك، أنود الحماية المضحية. يتم استخدام هذه الطريقة للحماية من التآكل. السفن البحريةوالجسور ومحطات الغلايات والأنابيب تحت الأرض. ولحماية هيكل السفينة، يتم تثبيت ألواح الزنك على الجزء الخارجي من الهيكل.

إذا قارنت إمكانات الزنك والمغنيسيوم مع الحديد، فإن لديهم إمكانات أكثر سلبية. ومع ذلك، فإنها تتآكل بشكل أبطأ بسبب تكوين طبقة أكسيد واقية على السطح، والتي تحمي المعدن من المزيد من التآكل. تشكيل مثل هذا الفيلم يسمى التخميل المعدني. في الألومنيوم يتم تعزيزه عن طريق أكسدة أنوديك (أنودة). عند إضافة كمية صغيرة من الكروم إلى الفولاذ، يتكون فيلم أكسيد على سطح المعدن. محتوى الكروم في الفولاذ المقاوم للصدأ أكثر من 12 بالمائة.

نظام الجلفنة الباردة

تم تصميم نظام الجلفنة على البارد لتعزيز الخصائص المضادة للتآكل للطلاء المعقد متعدد الطبقات. يوفر النظام حماية كاثودية كاملة (أو كلفانية) للأسطح الحديدية من التآكل في البيئات العدوانية المختلفة

يتوفر نظام الجلفنة على البارد في عبوة واحدة أو اثنتين أو ثلاث عبوات ويتضمن:

· مادة رابطة - تركيبات معروفة تعتمد على المطاط المكلور، سيليكات الإيثيل، البوليسترين، الإيبوكسي، اليوريثان، الألكيد (المعدل)؛

· حشو مضاد للتآكل - مسحوق الزنك ("غبار الزنك")، يحتوي على أكثر من 95% من الزنك المعدني، بحجم جسيمات أقل من 10 ميكرون وبحد أدنى من درجة الأكسدة.

مقسى (في أنظمة ثنائية وثلاثية)

يتم توفير أنظمة الجلفنة الباردة ذات العبوة الواحدة الجاهزة للاستخدام وتتطلب فقط خلطًا شاملاً للتركيبة قبل التطبيق. يمكن توفير الأنظمة المكونة من عبوتين وثلاث عبوات في عدة عبوات وتتطلب عمليات إضافية لتحضير التركيبة قبل التطبيق (خلط المادة الرابطة، والحشو، والمقوي).