اختبارات التآكل (الصدأ)

اختبارات التآكل (الصدأ)

image001 

التآكل أو الصدأ ظاهرة منتشرة جدا في المعادن تتسبب في تقليص قوتها أو تلفها. نتطرق في هذا البحث إلى تفصيل أنواع التآكل وطرق الحماية منها مع اختبارات إضافية حول إحدى أنجع الطرق لحماية الفولاذ المسلح من التآكل.


التآكل

يعرف التآكل بأنه التلف (الجزئي أو الكلي) الذي يصيب الفلز/السبيكة سواء من حيث المظهر أو الأداء، فهو الهجوم على المعدن الذي يسبب تدهور خواصه إثر التفاعلات الكيميائية أو الكهركيميائية مع الوسط المحيط. يعتبر التآكل إحدى أبرز المشاكل التي تعاني منها الكثير من المنشآت والقطاعات مما ينجم عنه تكاليف ضخمة تتمثل بالخسائر التي تصرف لإعادة تصنيع التصاميم التالفة أو وسائل الحماية من التآكل، وكذلك أضرار في الإنتاج وبالتالي انخفاض في الكفاءة والأداء، وخسائر أخرى يصعب تحديدها بدقة.

image002

 


أهم أنواع التآكل

 

 

النخر: في هذا النوع من التآكل تتكون حفر على أجزاء من سطح المعدن دون غيرها. يعد من أكثر أنواع التآكل خطورة، وذلك لكونه يؤدي إلى حصول الفشل في الأجزاء المعدنية بثقبها دون فقدان شيء يذكر من وزنها وكذلك لكونه يصعب قياس درجة حدته كمياً. مثال هذا النوع من التآكل: هو تآكل المعادن من النوع (النشط-الخامد) مثل: الألمنيوم والصلب المقاوم في محاليل الهالوجينات. image003
التشققي: هو تآكل موضعي شديد يصيب الأجزاء المعدنية في مناطق الشقوق والمناطق المغطاة، سواءً أكان هذا الغطاء على هيئة مواد معدنية أو كان على هيئة مواد غير معدنية مثل الأقمشة، المواد البلاستيكية، المطاط، الزجاج، الترسبات الطينية، الطحالب أو الأوساخ. ولحدوث هذا النوع من التآكل يجب توفر محلول راكد (الكتروليت) بين الغطاء والمادة المعدنية، ويسمى هذا النوع أحياناً بأسماء أخرى مثل تآكل الحشوات وتآكل الترسبات. image004

الخيطي: يحدث هذا النوع من التآكل تحت الأسطح المدهونة أو المصفحة عندما تخترق الرطوبة الطلاء.  الدهانات سريعة الجفاف هي الأكثرعرضة لهذه المشكلة. يجب أن يبدي الطلاء خصائص نفوذية منخفضة لبخار الماء، وخصائص التصاق ممتازة. يجب أن تؤخذ الطلاءات الغنية بالزنك بعين الاعتبار لحماية الفولاذ الكربوني وذلك لحماية المعدن مهبطياً. يبدأ التآكل الخيطي الشكل عادًة بعيوب صغيرة، وتكون أحيانًا ميكروسكوبية فيالطلاء. يتم تفادي التآكل الخيطي الشكل بالتحضير الجيد لسطح المعدن قبل عملية الطلاء وباستعمال طلاءات مقاومة لهذا الشكل من التآكل وبالاختيار الدقيق للطلاءات لنكفل تخفيض الانقطاعات أوالفتحات في الطلاء للحد الأدنى.

image005

image006

 الغلفاني: التآكل الغلفاني يحدث عندما يتصل زوج من المعادن او الخلائط كهربائيا مع معدن آخر أو ناقل غير معدني بنفس الالكتروليت والعناصر الثلاثة الرئيسية هي: 

*مواد تملك كمون سطحي مختلف. 

*الكتروليت مشترك. 

*إلكترونات مشتركة. 

 image007

التعرية الانتقائي
image008 image009
   

 


تصنيف اختبارات التآكل

 

حسب نوع الاختبار

الاختبارات الكهروكيميائية: جميع عمليات التآكل هي عمليات كهروكيميائية ناتجة عن تفاعلات الأكسدة، حيث أن الالكترونات تتحرر من المعدن (الأكسدة)، وتستقبلها عناصر أخرى تكون السبب في التآكل.

التآكل هو عملية تدفق للالكترونات (التيار)، وبالتالي يمكن التحكم بتدفق هذه الالكترونات وقياس كمية التدفق بواسطة جهاز الكتروني. يمكن استخدام الطرق التجريبية الكهروكيميائية لتوصيف تآكل المعدن في ظل الالكتروليت المتواجد.

image010

 

الاختبار في كبينة (خزانة): يشير هذا الاختبار إلى الاختبارات التي تتم في خزانات مغلقة، حيث يتم التحكم في ظروف التعرض. معظم هذه الخزانات مصممة لخلق محاكاة سريعة لعملية التآكل.

image011

اختبار الغمر: يجرى هذا الاختبار لتقييم تآكل المعادن في المحاليل المائية، حيث تغمر العينة في محلول التآكل لفترة معينة ومن ثم يتم فحصها. يعتبر هذا الاختبار من الاختبارات البسيطة نوعاً ما، ولكن هناك معايير محددة يجب توافرها أثناء الاختبار (التهوية – درجة الحرارة – أسلوب الغمر – مدة الاختبار – إعداد السطح) حتى نضمن عملية المحاكاة بشكل كامل.

 image012

الاختبار عند درجة حرارة وضغط مرتفعين: يستخدم في مثل هذه الحالة اختبار الأتوكلاف للتآكل، حيث يعتبر هذا لاختبار وسيلة مريحة في تأمين محاكاة لعدد كبير من بيئات الخدمة، ويتميز بوثوقية عالية في حال الحرارة والضغط المرتفيعين.يستخدم غاز الآزوت من أجل تامين الضغط ويتم التسخين الكهربائي.

 

الاختبار الجوي: في هذا النوع من الاختبار يتم وضع العينات المراد دراسة ظاهرة التآكل عليها في الهواء الطلق، وتترك لمدة معينة.

 

image013

 image014

الاختبار في ماء البحر: كما هو الحال في البيئات الأخرى فإن الاختبار في ماء البحر يعتمد على محاكاة الظروف البيئية الفعلية التي تمر بها المادة، هذه الظروف البيئية متغيرة بشكل واسع، حيث تتحكم بها درجة الحرارة، كمية الأوكسجين المذاب، نوع ومقدار التلوث البيولوجي، التكاثر الطبيعي للميكروبات...

image015

image016

الاختبار في المياه العذبة: يتم إجراء هذا الاختبار من أجل تحديد خصائص التآكل للمياه، ومن أجل تقييم سلوك المواد المختلفة عند تعرضها للمياه، ولمعرفة الطرق التي تساعدنا في التخفيف من ظاهرة التآكل.

image017

 

حسب نوع التآكل

اختبار التآكل بالنخر: يتم تطبيق اختبار ASTM G48، حيث تنظف العينات وتوضع في محلول 6% FeCl3))، وتترك لفترة معينة، ومن ثم تخرج ويتم تنظيفها بعناية، ويتم مراقبة السطح للكشف عن النخر. لا ينصح باستخدام طريقة فقدان الوزن، فالخسارة قد تكون صغيرة جداً من أجل حفر عميقة.

image018

اختبار التآكل التشققي: يتم الاختبار بنفس الطريقة السابقة باستخدام الاختبار ASTM G48، حيث تنظف العينات كذلك وتوضع في نفس المحلول السابق وتترك لفترة معينة، ثم تخرج ويتم تنظيفها بعناية، ويتم بعدها حص السطح لمراقبة التشققات.

 

اختبار التآكل الغلفاني: الطريقة الأكثر شيوعاً في اختبار التآكل الغلفاني هي وصل مادتين مع بعضهما بواسطة كبل وتعريضهما للظروف الخارجية، وتطبيق محاكاة أقرب ما تكون لظروف العمل. يجب الربط بعناية لضمان تحقق الربط الكهربائي بين المادتين، وأحياناً يمكن استخدام جهاز مقاومة مناسب. بعد فترة يتم الكشف عن السطح وملاحظة مقدار التآكل ومن أجل تفاصيل أكثر حول هذا الاختبار يمكن الرجوع إلى ASTM G71.

 

اختبار التآكل التقشري: طريقة الاختبار حسب ASTM G34، حيث يستخدم هذا الاختبار لأغراض البحث والتطوير وتتلخص فكرة الاختبار في تعريض السبائك والمواد إلى الهواء الطلق المشابه للظروف البحرية والصناعية، وتركها مدة معينة من الزمن ومن ثم فحصها جيداً من أجل كشف التقشرات الحاصلة أو التي يتوقع حصولها.

 

اختبار التعرية والاحتكاك: في هذا الاختبار يتم تمرير تيار من الماء أو الهواء المحمل بالجسيمات الصلبة التي قد تكون (رمل، جسيمات معدنية، شوائب متعددة الابعاد .....الخ) والتي تكون عندها هذه الجسيمات تمثل الجسيمات المحمولة في وسط العمل حيث تعمل هذه الجزيئات على إزالة أجزاء من السطح.

 

image019

اختبار التآكل الانتقائي: يجري هذا الاختبار في السبائك والتي تكون مكونة من عدة معادن حيث يحدث هذا التآكل وذلك من أجل الكشف المبكر عن التآكل الانتقائي وحيث يحدث بشكل كبير في الأوساط الرطبة. والتآكل الانتقائي هو انحلال احدى مكونات السبيكة وهو العنصر الأكثر نشاطا وبقاء العنصر أو العناصر الأخرى نتيجة تشكل أزواج غلفانية موضعية صغيرة في مناطق متعددة من المعدن وهذا يؤدي الى فشل موضعي. يتم تعريض السبائك لظروف العمل وبعد مدة يتم فحص السبيكة وملاحظة التآكل الانتقائي.

 

اختبارات التآكل في الصناعة

السيارات: لعبت اختبارات التآكل دورا رئيسياً في تطوير مقاومة للتآكل للسيارات.الاختبارات عموماً تصنف إلى الاختبارات المعملية أو الاختبارات الميدانية والفرق ينطوي على طبيعة البيئة التي يجري فيها لاختبار.

image020

image021

الطائرات التجارية: يجرى عادة اختبارات شاملة للطائرات للكشف عن مشاكل التآكل للطائرات في بيئات الخدمة المختلفة واعطاء تقنيات متعددة لمكافحة التآكل والاختبارات الأكثر استخداماً هي الاختبارات اللاإتلافية بواسطة الأمواج فوق الصوتية.

 

الطائرات العسكرية والمعدات المرتبطة بها: خلال أداء الطائرات العسكرية لمهمتها فإنها من المحتمل أن تتعرض لكثير من البيئات القاسية مثل درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة (60 درجة فهرنهايت – 140 فهرنهايت) /(-51.1الى 60 درجة مئوية) والظروف الرطبة بالكامل كذلك الأمطار وندى الصباح والهجوم البيولوجي لذلك فإن اهم الاختبارات التي تجرى على المقاتلات العسكرية هي: اختبار الصدمة الحرارية، نمو الفطر (الفطريات)، الضباب الملحي، انخفاض الضغط، الاشعاع الشمسي، المطر، الرمال و الغبار.

image022

خطوط الأنابيب: ويتم اختبار تآكل خطوط الأنابيب لأسباب عدة اولاً هو لتقييم حالة خط الأنابيب لتحديد سواء كانت آمنة أم غير آمنة للعمل. إذا كان هناك حاجة لإصلاحات، يتم إجراء اختبار لتحديد ما إذا كان الإصلاح ممكناً أو إذا هناك حاجة إلى استبدالها. سبب آخر لاختبار الأنابيب هو لتقييم فعالية تدابير مكافحة التآكل، مثل مثبطات لأسطح الأنابيب الداخلية أو الحماية الكاثودية للأسطح الداخلية أو الخارجية.

image023

اختبارات التآكل في خطوط نقل الطاقة الكهربائية: تستخدم الاختبارات على كافة الموصلات المستخدمة في نقل القدرة الكهربائية و خطوط النقل الهوائية مثل الاختبارات التي تحدد مقاومة العنصر التشققي الإجهادي. العديد من العناصر مثل النواقل، الأبراج الكهربائية الفولاذية والبراغي يجب إجراء اختبارات التآكل عليها بشكل روتيني واضافة العديد من التحسينات ومع ذلك يجب ادخال التحسينات لهذه العناصر لمقاومة التآكل.

image024

اختبارات التآكل في مجال الاتصالات السلكية واللاسلكية: إن اختبارات التآكل لكابلات الاتصالات بدأت تتوفر بشكل مبكر حيث تهدف اختبارات التآكل الى إنشاء مقاومة التآكل في العناصر المعدنية المكشوفة في بيئة عملها. كما تهدف اختبارات التآكل الى تقييم التوافق الغلفاني للمكونات المصنوعة من أكثر من سبيكة ومدى فعالية التغليف والطلاء بواسطة المعدن النبيل ومعادن التضحية كما تستخدم اختبارات التآكل لوضع الاستعداد لـ SCC والتشقق الإجهادي الهيدروجيني.

     

اختبارات التآكل حسب الوسط المحيط

ماء الصناعة: يشير مصطلح ماء الصناعة إلى المياه المستخدمة في محطات التشغيل. وعادة ما تكون المياه القادمة إلى المصنع من مصدر سطحي (الأنهار-البحيرات...الخ) أو من مصدر جوفي (الآبار). تستخدم الاختبارات في مختبر التآكل من أجل فهم التآكل وآليات التثبيط وتطويرها، وهي مفيدة لتحديد طرق العلاج لنظام ما. طريقة الاختبار الأكثر شيوعاً هي غمر العينة، وهناك أساليب أخرى أقل استخداماً وهي طريقة تدوير الأقطاب الكهربائية. الاختبارات والدراسات الكهروكيميائية تستخدم في المقام الأول لتسليط الضوء على آلية التآكل، كما تستخدم كذلك طريقة التحليل.

image025

الصناعات الكيميائية: اختبارات التآكل يمكن أن تقسم إلى اختبارات كهروكيميائية واختبارات لا كهروكيميائية. من بين التقنيات الكهروكيميائية التي استخدمت بنجاح هي طريقة الماسح الاستقطابي، طريقة المقاومة الكهروكيميائية، طريقة مقاومة التآكل المتوقعة، وطريقة المهابط والمصاعد. يتم استخدام رسوم تخطيطية تساعد على فهم النتائج. طريقة الاختبار المختارة يجب أن تحقق محاكاة جيدة لظروف العمل.

image026

النفط: إنتاج النفط يخلق تحد فريد من نوعه في مجال اختبارات التآكل وذلك لعدم وجود بيئة كيميائية ثابتة، وإنما يخضع لبيئة طبيعية. هذه البيئة الطبيعية تحوي على مركبات وعناصر كيميائية مختلفة ومتنوعة، وبالتالي فإن بيئات انتاج النفط هي بيئات معقدة ومتغيرة. تصنف اختبارات التآكل في هذا المجال حسب المراحل التي تمر بها عملية إنتاج النفط (سائل-غاز-صلب).

image027

إن الجهاز المستخدم في اختبار أجزاء المنشآت النفطية هو جهاز التحليل الكيميائي XRF.

 

غازات ذات درجة حرارة مرتفعة: الأجواء الغازية ذات درجة الحرارة المرتفعة هي: الأكسدة والكربنة والكبرتة والهلجنة.

 

المحاليل العضوية: تستخدم السوائل العضوية بشكل واسع في الصناعة، ويمكن تعريفها على أنها السوائل التي تحوي ذرة كربون واحدة أو أكثر مرتبطة مع ذرات أخرى عن طريق الرابطة التساندية. الذرات المشتركة الموجودة في المحاليل العضوية هي ذرات الأوكسجين والهيدروجين والنتروجين والكبريت والهالوجينات. أنواع التآكل التي يمكن أن تحدث في المحاليل العضوية هي نفسها التي تم ملاحظتها في المحاليل المائية. يمكن أن يكون هناك اختلاف في التركيب الكيميائي و الكهربائي بين المحاليل العضوية والمحاليل المائية ولكن آليات التآكل هي ذاتها. إن الاختبارات التي يمكن إجراؤها هي اختبار الكوبون والموصف وفق المواصفة ASTM G 31وكذلك الاختبارات الكهروكيميائية.

 

الأملاح المصهورة: يمكن ملاحظة الأملاح المصهورة على الأسطح المعدنية والسيراميكية بارتفاع درجة الحرارة. من أجل إجراء اختبارات التآكل على الأملاح المصهورة يجب توفير محاكاة لهذه الأملاح ولكن لسوء الحظ فإنه من الصعب إجراء المحاكاة في هذا النوع من التآكل. إن اختبارات التآكل في هذا النوع يصعب التحكم بها لصعوبة ضبط المتغيرات.

 

التآكل في الوسط الخارجي: يقصد بهذا النوع من الاختبارات للتآكل هو التآكل الحاصل في الأوساط الخارجية اي خارج الأبنية والمنشآت والمعرضة لتأثير الوسط الخارجي حيث يختلف التآكل حسب الوسط المحيط بها ومكان هذا الوسط على الأرض.

 

التآكل في الأوساط الداخلية: أهم الاختبارات الميدانية: الرطوبة ودرجة الحرارة ورصد الندى + قياسات تركيز الغازات الآكلة + الاختبارات اللازمة لمعرفة تركيز الجسيمات الناعمة والخشنة.

 

التآكل في التربة: القياسات المباشرة والغير مباشرة والتقنيات المستخدمة لقياس سلوك التآكل لهيكل معدني مدفون تحت التربة يحتاج أن يتحكم به بشكل غير مباشر أو المراقبة لتحديد الوقت للاختبار المباشر عندما تكون الاصلاحات ضرورية والبحث عن الأسطح المتآكلة عادة ما يكون مكلفاً وتكون عمليات الفحص مقبولة في حالات خاصة من التآكل ومع ذلك فإن تقييم حالة السطح الخارجي لابد منها في بعض الاحيان.

 

الإسمنت: أفضل بيئة يمكن فيها اختبار قضبان التسليح هي الإسمنت و هناك عدد من الطرق المتاحة.

image028

image029

     

التآكل في فولاذ التسليح

تقديم

تآكل فولاذ التسليح هو السبب الرئيسي للإضرار في الخرسانة. والسبب هو تشبع الخرسانة بثاني اوكسيد الكربون أو وجود أملاح الكلوريدات.

image030

 

طرق مختلفة للحماية

1.       استخدام الحديد المجلفن.

2.       دهان حديد التسليح بالإيبوكسي.

3.       حديد ستنلس ستيل.

4.       حماية أسطح الخرسانة من النفاذية: وذلك إما باستخدام مادة سائله يتم رشها أو دهانها أو ألواح وطبقات من المطاط أو البلاستيك

image031

 

الطريقة القياسية لاختبار نصف الخلية المحتملة لفولاذ التسليح الغير مغلف في البيتون

مبدأ الاختبار

قياس فرق الكمون بين القضيب والسطح البيتوني ومن تم تحديد مقدار التآكل.

image032

image033

 

الأدوات

مقياس فولت

مسرى نحاسي

صبة بيتونية تحوي ثلاث قضبان تسليح

 image034

image035 

image036 

أسلاك التوصيل

image037 

 

طريقة الاختبار

تبليل سطح الصبة بالماء وبعد مدة معينة تتشرب جيداً بالماء.

1.        تحضير محلول كبريتات النحاس.

2.        ملئ المحلول ضمن أنبوب مغلق من أحد طرفيه بإسفنجة لتحقيق تسرب بطئ.

3.        وصل القطب الموجب مع الفولاذ والسالب مع مسرى النحاس.

4.        تحريك المسرى على عدة نقاط متباعدة.

5.        القراءات.

6.        تكرر العملية من اجل كل قضيب ونعيد الاختبار من اجل وسط ملحي.

image038

image039

 image040

 

النتائج

الوسط المائي

الوسط الملحي

 image041

 image042

بعد الحصول علي قيم الكمونات لقضبان التسليح الثلاثة والتي تتراوح في الوسط المائي بين 0.354V)0.149V-) وبعد تمثيل هذه القيم على مخطط بيربكس عند قيمة pH=12-11 وهي قيمة pH الإسمنت، وجد أن هذه الكمونات محصورة في منطقة التخامل وهي المنطقة التي يكون فيها المعدن لم يتآكل بعد.

 

أما بالنسبة للوسط الملحي NaCl تراوحت قيم الكمونات للقضبان الثلاثة بين (-0.463V، -0.193V) وبعد التمثيل هذه القيم عند pH=12-11 وجد أن هذه الكمونات محصورة في منطقة التخامل، ولكنها أقرب إلى منطقة التآكل نتيجة تأثير شوارد الكلور.

 

يعزى تركز قيم الكمونات في منطقة التخامل إلى أن صبة البيتون لم يمضِ عليها وقت كافي لحدوث التآكل.

image043

 

اختبار التآكل في كبينة

يشير اختبار الكبينة إلى التجارب التي تجرى في خزائن مغلقة، حيث يتم التحكم في ظروف التعرض داخل الخزانة من أجل تسريع التآكل في اختبار ما.

image044

أنواع اختبار الكبينة:

التحكم بالرطوبة.

التآكل الغازي.

الرذاذ الملحي.

image045

 

مبدأ الاختبار

عينات لها نفس النوع والمواصفات ?الاختلاف في طريقة الحماية ?وضعها في الكبينة ضمن جو محدد ?ملاحظة التغيرات مع الزمن.  

image046

image047

 

طريقة الاختبار

يتم طلاء خمس عينات فولاذية كالتالي:

عارية بدون أي حماية

زيرقون فقط

طلاء عضوي فقط

image048

image049

image050

زيرقون + طلاء عضوي

زيرقون + طلاء عضوي + خدش

 

image051 

image052 

 

وضع العينات في الأماكن المخصصة لها وملئ الجهاز بالمحلول الملحي 5%NaCl.

image053

image054

يتم ضبط بارامترات الجهاز (35°C رذاذ ملحي) حسب الاختبار B117.

 image055

تترك العينات لفترة محددة ومن ثم إخراجها وملاحظة النتائج.

       

النتائج

بعد 78 ساعة تم ملاحظة النتائج التالية:

 

نلاحظ أن العينة العارية والتي لم يتم حمايتها بأي طبقة طلاء قد تعرضت للتآكل بشكل كبير جداً وتشكلت عليها كميات كبيرة من الصدأ الأحمر وبالتالي لا يمكن استخدام هذا النوع من المعدن في مثل هذه الظروف بدون طبقة حماية

 

image056

العينة التي تم طلاؤها بطبقة من الزيرقون فقط قاومت التآكل بشكل جيد خلال مدة الاختبار، لكنها فقدت خواصها الميكانيكية وأصبحت طبقة هشة يمكن إزالتها بسهولة باليد.

 

 image057

العينة التي تم طلاؤها بطبقة من الطلاء العضوي فقط وبدون طبقة أساس قاومت التآكل بشكل جيد، ولكن آثار التآكل ظهرت بشكل طفيف عند الزوايا مع حدوث انتفاخات، وبالتالي فإنه وفي حال التعرض لهذه الظروف لفترة طويلة سوف تنهار طبقة الطلاء ويتآكل المعدن.

 

 image058

العينة التي تم طلاؤها بطبقة من الزيرقون (الأساس) والطلاء العضوي مع إحداث خدش ميكانيكي فيها، نلاحظ أن الـتآكل قد تركز بشكل كبير في منطقة الخدش وكان هذا الخدش بداية لتشكل تآكل خيطي في السطح البيني الفاصل بين الطلاء والمعدن.

 

 image059

العينة المطلية بطبقة من الزيرقون والطلاء العضوي قاومت التآكل بشكل ممتاز ولم تبدي أي استجابة للتآكل أو تغير في الخواص الميكانيكية للطلاء.

 

 image060

استنادا الى نتيجة هذا الاختبار ينصح عند استخدام هذا النوع من المعادن ان يستخدم الزيرقون كطلاء اساس ومن ثم الطلاء العضوي.

 


معلومات عن مشروع التخرج

المؤسسة

جامعة حلب

كلية الهندسة الميكانيكية

علم المواد الهندسية

2012م - 1433هـ

 image061

المؤلفين

المهندس محمد زكريا مشاعيل + المهندس إياد العبود

البريد

عنوان البريد الإلكتروني هذا محمي من روبوتات السبام. يجب عليك تفعيل الجافاسكربت لرؤيته.

المشرف

الدكتور مازن عزيزي

الملف

النسخة الأصلية
تلخيص بصيغة  pdf

تلخيص بصيغة  doc

نوع البحث

إجازة في الهندسة الميكانيكية

 

أضف تعليق


كود امني
تحديث


Go to top