جلوگیری از خوردگی با استفاده از کامپوزیت

خوردگی (Corrosion) از مسائل بسیار مهمی است که سالانه خسارات مالی- جانی بسیار زیادی در سراسر دنیا به بار می آورد. خوردگی معلول عوامل و شرایط مختلفی است که به صورت کلی به دو دسته خوردگی تر و خشک تقسیم می شود.  خوردگی یک نوع واکنش الکتریکی و شیمیایی است که فعل و انفعالات شیمیایی باعث ایجاد بارهای مثبت و منفی در محیط می گردد. با ایجاد بارهای مذکور، یک جریان الکتریکی اتفاق خواهد افتاد. به صورت کلی یون فلز با بار مثبت از سطح جدا شده و روی خود قطعه بار منفی ایجاد می گردد. یون های مثبت فلزی با بارهای منفی موجود در محیط واکنش می دهد. هرچه واکنش پذیری مواد بالاتر باشد و ایجاد بار الکتریکی با سرعت بیشتری انجام گردد، بدون شک سرعت خوردگی بیشتر خواهد بود و خسارات نیز به مراتب با مقادیر بالاتری به مجموعه ها وارد خواهد آمد.

• خوردگی خشک (Dry Corrosion)

این نوع از خوردگی به گونه ای تعریف شده است که قطعه و یا تجهیز مورد نظر فقط با هوا و اکسیژن موجود در آن در ارتباط بوده و هیچ مایع دیگری در خوردگی دخیل نیست. این نوع خوردگی از سرعت کمی برخوردار است مگر اینکه شرایط ایجاد خوردگی توسط دیگر عوامل تشدید شود. به عنوان مثال در حضور کافی هوا و اکسیژن، آهن دچار زنگ زدگی قرمز رنگ خواهد شد اما اگر اکسیژن به اندازه مکفی نباشد، زنگ سیاه رنگ خواهد بود.

• خوردگی تر (Wet Corrosion)

همانگونه که از نام خوردگی برمی آید، خوردگی در محیطی اتفاق می افتد که سیال مایع باشد. آب، اسید، بازها و دیگر محیط های اینچنینی توانایی آن را دارند که نه تنها ایجاد اکسیداسیون (Oxidation) بر روی سطح کنند بلکه از ضخامت قطعه به شدت کم کنند و باعث کاهش استحکام مکانیکی کل سازه گردند.

خوردگی دسته بندی های دیگری نیز دارد که در زیر به برخی از آنها اشاره شده است.

• خوردگی کلی و محلی

در خوردگی های کلی، کل سطح قطعه با محیط خورنده درگیر است و باعث ایحاد خوردگی کلی سطح به صورت یکسان خواهد شد. به عنوان نمونه، اگر قطعه ای فلزی در اسید انداخته شود، کل قطعه تقریبا یکسان دچار کاهش ضخامت می گردد. این نوع خوردگی %30 خوردگی های ایجاد شده در دنیا را شامل می گردد. اما خوردگی محلی که در %70 مواقع دیده می شوند، در اثر ایجاد محیط مناسب برای خوردگی فقط در یک یا چند محل مشخص قطعه اتفاق می افتد.

• خوردگی شکافی و نخ مانند

در کنار قطعاتی مانند واشر، بست و دیگر موارد مشابه، ترکیب تنش های اعمالی و شرایط محیای خوردگی، شکاف هایی در اثر کاهش ضخامت ایجاد می شود که به خوردگی شکافی مشهور هستند. از سوی دیگر اگر خوردگی در زیر پوشش هایی مانند رنگ اتفاق بیافتد، به عنوان خوردگی نخ مانند نامیده می شود.

با پیشرفت تکنولوژی و پیچیده شدن تجهیزات، راهکارهای جلوگیری و کاهش اثرات خوردگی نیز باید پیشرفته تر و به مراتب پرهزینه تر گردند. در کشورهای پیشرفته هزینه ای برای خوردگی و مسائل مرتبط انجام می شود GDP 3-4% است که بسیار سرسام آور است. خوردگی و هزینه پرداخت شده می تواند بر زیرساخت های آن کشور به شدت تاثیرگذار باشد و به پیشرفت و یا پسرفت آن منجر گردد.

برای کاهش هزینه ها، به طور کلی از بین بردن ایجاد محیط خوردگی در دستور کار است. همانگونه که گفته شد، فرایند خوردگی، فرآیندی الکتریکی-شیمیایی است. پس از بین بردن هر کدام از محیط شیمیایی و یا الکتریکی به افزایش عمر تجهیز می انجامد. راه هایی که هم اکنون در صنعت بکارگیری می شود عبارتند از:

• حفاظت کاتدیک

در این روش بار الکتریکی ایجاد شده، هدایت می گردد و مانع واکنش با دیگر یون های موجود در محیط می شود.

• انواع پوشش

در اکثر موارد از رنگ برای پوشاندن رویه تجهیز استفاده می شود. کارایی رنگ به موارد بسیار متفاوتی بستگی دارد. مقدار چسبندگی، آماده سازی سطح، بارهای وارد و محیط کاری از این دسته هستند. مشکل اصلی رنگ این است که از لحاظ مکانیکی بسیار ضعیف است. این ضعف باعث به وجود آمدن مشکلاتی مانند تورق و دیگر موارد مرتبط گردد. همچنین اگر سازه تجهیز دچار آسیب شده باشد، رنگ توانایی بهبود خواص را ندارد.

کاربرد کامپوزیت در مقابله با خوردگی

کامپوزیت به صورت کلی از دو جزء زمینه پلیمری (Matrix) و الیاف برای تقویت زمینه است. در استفاده از کامپوزیت به عنوان راهکار بسیار نوین که در کشورهای صنعتی برای جلوگیری از خوردگی به صورت وسیع کاربرد دارد، به دلیل قابلیت طراحی آن برای هر نمونه و مساله خاص می تواند جوابگوی تقریبا تمامی شرایط کاری گردد. دلیل اصلی کارایی کامپوزیت و برتری آن نسبت به دیگر روش های مرسوم، محافظت تجهیزات در مقابل خوردگی در کنار تقویت مکانیکی آنهاست. بدین معنی که مواد بکار رفته شده در کامپوزیت همزمان ضد خوردگی هستند و مانع ایجاد محیط خوردنده می شوند و درکنار آن با توجه به طراحی مکانیکال آن می تواند استحکام از دست رفته تجهیزاتی مانند لوله، مخزن و مخزن را به آن برگرداند. همچنین در اکثر موارد نیازی به خروج تجهیز از مدار تولید نیست و همراه با انجام فرآیند تجهیز، آن با استفاده از کامپوزیت محافظت می گردد. کامپوزیت با ایجاد یک مانع بسیار قوی در برابر شرایط خورندگی توانایی آن را دارد که تجهیز آسیب دیده را تا سالیان سال در چرخه نگه دارد و آن را کارا کند. در کل، با استفاده از کامپوزیت هزینه های ناشی از تعویض تجهیز، خروج از چرخه، عدم النفع تولید بخاطر خاموش شدن خط تا حدود بسیار زیادی کاهش می یابد که هزینه سربار را به شدت کاهش می دهد.