maede roshanali
25th July 2011, 10:44 AM
مهمترين مسئله اي كه در رابطه با خوردگي اهميت دارد سينتيك خوردگي است. شايد يك قطعه از نظر ترموديناميكي مستعد به خوردگي باشد ولي سرعت خورده شدن آنقدر پايين باشد كه عملا بتوان آن فلز را در آن محيط نجيب دانست . پس در مي يابيم كه سرعت خوردگي و محاسبه آن از اركان اساسي علم خوردگي است. از اين رو از همان آغاز اندازه گيري سرعت خوردگي مورد بحث بوده و روشهاي متفاوتي نيز براي محاسبه سرعت خوردگي ابداع گرديده است. در اکثر موارد جدا از مسائل آلودگی مهم ترین مسئله عمر تجهیزات می باشد.یک رابطه سرعت خوردگی خوب بایستی دارای این ویژگی ها باشد:
دارای واحدهای متداول باشد.
نحوه محاسبه آن آسان باشد.
به سهولت قابل تبدیل به واحد سطح باشد.
عمق نفوذ خوردگی را بدست دهد.
حتی الامکان نتیجه محاسبه اعداد صحیح بدون رقمهای اعشاری باشد.
انواع آزمونهاي خوردگي
آزمونهاي خوردگي را مي توان به دو دسته تقسيم بندي کرد:
1. آزمونهاي آزمايشگاهي
2. آزمونهاي خدماتي
آزمونهاي آزمايشگاهي خود به دو دسته تقسيم بندي مي شوند.
الف: آزمونهاي دراز مدت که در اين آزمونها شرايط به نحوي است که آزمايش ها را به صورت سرعت يافته مورد بررسي قرار نمي دهند بلکه خوردگي را عينا مشابه آنچه در عمل اتفاق مي افتد در مقياس آزمايشگاهي و در دستگاه هاي به مراتب کوچک تر از اشل صنعتي مورد بررسي قرار مي دهند. اين نوع آزمونها بيشتر براي شناخت مواد مناسب تر و يا شناسايي روش هاي حفاظتي بهتر, به کار گرفته مي شود.
اين آزمونها به دليل عدم ايجاد اخلال در فرآيند هاي صنعتي و يا ديگر فرايند هاي علمي ديگر که در حال اجرا مي باشند, نسبت به آزمونهاي خدماتي ارجح هستند.
ب. آزمونهاي کوتاه مدت يا سرعت يافته
در اين نوع آزمونها, يک و يا چند عامل موثر را عملا تشديد مي کنند تا خوردگي در زمان کوتاه تري اتفاق بيافتد. آزمونهاي کوتاه مدت سرعت يافته, بيشتر با هدف کنترل کيفيت قطعات استفاده شده در و نقش حفاظتي پوشش هايي که بکار رفته اند انتخاب مي گردند.
از اين آزمونها, جهت شناسايي عملکرد مواد و نقش حفاظتي پوشش هايي که براي اولين بار مورد مصرف قرار مي گيرند, استفاده مي نمايند.
آزمونهاي خدماتي هم مي توانند به دو دسته تقسيم بندي شود:
1) آزمونهاي تاسيساتي: که درحقيقت به مفهوم آزمونهايي هستند که در مورد قطعات در حال استفاده عملي مي شوند و مي توانند مشابه آزمونهاي آزمايشگاهي داراي هدف کنترل کيفي قطعات و يا روشهاي حفاظتي قطعات باشد.
2) دسته دوم در واقع آزمونهايي هستند که جهت کنترل کيفيت قطعات و يا روش هاي حفاظتي آنها به اجرا گذاشته مي شود. ولي با اين تفاوت که در اين حالت عوامل خورنده شرايط طبيعي يعني اتمسفر يا آب و يا خاک, انتخاب مي شود.
در اينجا چند روش آزمونهاي کوتاه مدت آزمايشگاهي توضيح داده مي شود.
روش هاي الکتروشيميايي آزمون خوردگي
غالبا" در مطالعات الکتروشیمی خوردگی برای تعیین سرعت و رفتار خوردگی از یک مدار پتانسیواستات استفاده می شود که دارای یک سل پلاریزاسیون می باشد.الکترود کاری نمونه خوردگی می باشد.الکترود کمکی از ماده ای ساخته می شود که واکنشهای الکتروشیمیایی اکسیداسیون یا احیا مواد واکنشگر موجود در الکترولیت بتوانند به راحتی روی آن انجام شوند اما خودش خورده نشود.الکترود مرجع الکترودی است که دارای پتانسیل ثابت می باشد و پتانسیل الکترود کاری بوسیله آن اندازه گیری می شود .پتانسیواستات می تواند به گونه ای تنظیم شود که نمونه را به صورت آندی یا کاتدی پلاریزه کند . واکنش خالصی که روی سطح نمونه انجام می شود در حالت آندی اکسیداسیون و در حالت کاتدی احیا می باشد.
روش اکستراپولاسيون تافل
این روش اولین بار توسط Wagner و Trude و برای اثبات تئوری پتانسیل مختلط به کار گرفته شد . در این روش از اطلاعات پلاریزاسیون آندی و کاتدی استفاده می شود.
از این روش جهت اندازه گيري پلاريزاسيون کاتدي و آندي استفاده مي نمايند. رسم دياگرامهاي کاتدي در اولويت است زیرا نتايج درست تري را ارائه مي دهد.
با رسم دياگرام هاي پلاريزاسيون, مي توان aβو bβ و Icorr را بدست آورد. معمولا, پتانسيل اعمال شده به نمونه را به سمت مقادير مثبت تر (تا حدود 250 ميلي ولت مثبت تر) تغيير مي دهند. در اين صورت منحني پلاريزاسيون آندي رسم مي شود و ميتوان aβ را محاسبه نمود و اگر مقدار پتانسيل متحمل شده را به سمت مقادير منفي تر (تا حدود 250- ميلي ولت منفي تر نسبت به پتانسيل خوردگي) اعمال نمايند. بدين ترتيب, منحني پلاريزاسيون کاتدي بدست مي آيد و مي توان cβ را محاسبه نمود. شکل1 چگونگي محاسبه شيب هاي تافل و تعيين جريان خوردگي را نشان مي دهد. همانطور که روي شکل ديده مي شود قسمت خطي دياگرام را امتداد داده تا پس از برخورد با پتانسيل خوردگي, بتوان مقدار جريان خوردگي را محاسبه نمود و به اين طريق سرعت خوردگي را محاسبه کرد.
http://www.uc-njavan.ir/images/cylm6pmyuadgk1tighp.png
چگونگي تعيين شيب هاي تافل و جريان خوردگي در روش اکستراپولاسيون تافل
در شرايط ايده آل روش تافل داراي دقت مناسبي در حد روش توزين جهت تعيين سرعت خوردگي بوده و چه بسا داراي دقت بيشتري هم باشد. به اين روش مي توان جريانهاي خوردگي بسيار اندک را در زمان نسبتا کوتاهي بدست آورد.
چنانچه رسم منحني پلاريزاسيون را از پتانسيلي حدود 250 ميلي ولت منفي تر نسبت به پتانسيل خوردگي شروع نمايند و تغييرات پتانسيل تاحدود 250 ميلي ولت مثبت تر از پتانسيل خوردگي ادامه يابد. در اين صورت منحني مشابه شکل زير به وجود مي آيد که تعيين شيب هاي آندي و کاتدي (aβ و cβ) و نيز مقدار Icorr به همان روش عمومي که قبلا توضيح داده شد امکان پذير خواهد بود.
اما اين روش داراي اين عيب است که به هنگام عبور از پتانسيل هاي منفي تر به سمت پتانسيل هاي مثبت تر سطح نمونه تحت تاثير محصولات عبور جريان قرار گرفته و لذا مي تواند باعث اختصاصات سطح در پتانسيل هاي مثبت شود و بنابراين بهتر است که بررسي هاي کاتدي و آندي به طور جداگانه انجام شود و هر بار از يک نمونه جديد استفاده شود. بايد يادآوري شود که اين نمودارها در دامنه پتانسيل 50 تا 250 ميلي ولت نسبت به پتانسيل خوردگي خطي مي باشند.
همچنين بايد متذکر شد که امروزه دستگاههاي مدرن مخصوص مطالعات خوردگي قادرند که مقدار پتانسيل خوردگي Ecorr را در همان ابتداي کار تعيين نمايند و همچنين مي توانند مقدار پتانسيل اعمال شده را به سوي مقادير مثبت تر و يا منفي تر, به طور مستقل هدايت کنند يعني قابل تنظيم مي باشند.معمولا در مطالعات خوردگي, سرعت تغيير پتانسيل را برابر 1/0 ميلي ولت در ثانيه در نظر مي گيرند. روش ديگري به نام مقاومت پلاريزاسيوني نيز وجود دارد که به دليل اهميت زياد آن در اندازه گيري هاي خوردگي به طور مختصر به آن اشاره مي کنيم.
روش پلاريزاسيون خطی
در اين روش, مقاومت پلاريزاسيوني يا همان Rp, اندازه گيري مي شود. مقاومت پلاريزاسيوني طبق تعريف عبارت از مقاومتي است که نمونه در برابر اعمال پتانسيل خارجي از خود نشان مي دهد. با اندازه گيري Rp مي توان مقدار Icorr را بر طبق معادله Stern-Geary محاسبه نمود.روش پلاریزاسیون خطی فاقد معایب روش اکستراپولاسیون تافل می باشد و مشاهده شده است که در محدوده 10 میلی ولت نجیب تر یا فعال تر از پتانسیل خوردگی دانسیته جریان اعمال شده تابع خطی پتانسیل الکترود می باشد.
چنانچه دامنه مقدار پتانسيل اعمال شده در محدوده 20+ ميلي ولت تا20- ميلي ولت باشد (نسبت به پتانسيل خوردگي) دراين صورت نمودار شکل زير بدست خواهد آمد که در اين محدوده از پتانسيل يک رابطه خطي بين جريان و پتانسيل برقرار مي باشد.
http://www.uc-njavan.ir/images/dayf7i0ubjy6h4vtw9.png
منحني مقاومت پلاريزاسيوني
با محاسبه شب اين خط يعني Rp و همچنين با داشتن مقادير (aβ و cβ) مي توان مقدار Icorr را به صورت دقيق تري نسبت به روش تافل بدست آورد. که براي محاسبه آن از روابط زير استفاده مي شود.
http://www.uc-njavan.ir/images/cytypfzcyhe3j937hlv.png
در اين رابطه ديمانسيون E بر حسب ولت و ديمانسيون I و Icorr بر حسب ميکروآمپر بوده لذا ديمانسيون Rp اهم خواهد بود که به همين دليل اين روش را مقاومت پلاريزاسيوني ناميده اند.
به روش مقاومت پلاريزاسيوني مي توان اندازه گيري سرعت خوردگي فلزات را درحالت پسيو و يا در موارد واکنش هاي کاتدي که انتقال مواد توسط پخش, کنترل مي شود, عملي ساخت.
در اين روش نيز سرعت تغيير پتانسيل در واحد زمان را مي توان همان 1/0 ميلي ولت در ثانيه انتخاب نمود.
دارای واحدهای متداول باشد.
نحوه محاسبه آن آسان باشد.
به سهولت قابل تبدیل به واحد سطح باشد.
عمق نفوذ خوردگی را بدست دهد.
حتی الامکان نتیجه محاسبه اعداد صحیح بدون رقمهای اعشاری باشد.
انواع آزمونهاي خوردگي
آزمونهاي خوردگي را مي توان به دو دسته تقسيم بندي کرد:
1. آزمونهاي آزمايشگاهي
2. آزمونهاي خدماتي
آزمونهاي آزمايشگاهي خود به دو دسته تقسيم بندي مي شوند.
الف: آزمونهاي دراز مدت که در اين آزمونها شرايط به نحوي است که آزمايش ها را به صورت سرعت يافته مورد بررسي قرار نمي دهند بلکه خوردگي را عينا مشابه آنچه در عمل اتفاق مي افتد در مقياس آزمايشگاهي و در دستگاه هاي به مراتب کوچک تر از اشل صنعتي مورد بررسي قرار مي دهند. اين نوع آزمونها بيشتر براي شناخت مواد مناسب تر و يا شناسايي روش هاي حفاظتي بهتر, به کار گرفته مي شود.
اين آزمونها به دليل عدم ايجاد اخلال در فرآيند هاي صنعتي و يا ديگر فرايند هاي علمي ديگر که در حال اجرا مي باشند, نسبت به آزمونهاي خدماتي ارجح هستند.
ب. آزمونهاي کوتاه مدت يا سرعت يافته
در اين نوع آزمونها, يک و يا چند عامل موثر را عملا تشديد مي کنند تا خوردگي در زمان کوتاه تري اتفاق بيافتد. آزمونهاي کوتاه مدت سرعت يافته, بيشتر با هدف کنترل کيفيت قطعات استفاده شده در و نقش حفاظتي پوشش هايي که بکار رفته اند انتخاب مي گردند.
از اين آزمونها, جهت شناسايي عملکرد مواد و نقش حفاظتي پوشش هايي که براي اولين بار مورد مصرف قرار مي گيرند, استفاده مي نمايند.
آزمونهاي خدماتي هم مي توانند به دو دسته تقسيم بندي شود:
1) آزمونهاي تاسيساتي: که درحقيقت به مفهوم آزمونهايي هستند که در مورد قطعات در حال استفاده عملي مي شوند و مي توانند مشابه آزمونهاي آزمايشگاهي داراي هدف کنترل کيفي قطعات و يا روشهاي حفاظتي قطعات باشد.
2) دسته دوم در واقع آزمونهايي هستند که جهت کنترل کيفيت قطعات و يا روش هاي حفاظتي آنها به اجرا گذاشته مي شود. ولي با اين تفاوت که در اين حالت عوامل خورنده شرايط طبيعي يعني اتمسفر يا آب و يا خاک, انتخاب مي شود.
در اينجا چند روش آزمونهاي کوتاه مدت آزمايشگاهي توضيح داده مي شود.
روش هاي الکتروشيميايي آزمون خوردگي
غالبا" در مطالعات الکتروشیمی خوردگی برای تعیین سرعت و رفتار خوردگی از یک مدار پتانسیواستات استفاده می شود که دارای یک سل پلاریزاسیون می باشد.الکترود کاری نمونه خوردگی می باشد.الکترود کمکی از ماده ای ساخته می شود که واکنشهای الکتروشیمیایی اکسیداسیون یا احیا مواد واکنشگر موجود در الکترولیت بتوانند به راحتی روی آن انجام شوند اما خودش خورده نشود.الکترود مرجع الکترودی است که دارای پتانسیل ثابت می باشد و پتانسیل الکترود کاری بوسیله آن اندازه گیری می شود .پتانسیواستات می تواند به گونه ای تنظیم شود که نمونه را به صورت آندی یا کاتدی پلاریزه کند . واکنش خالصی که روی سطح نمونه انجام می شود در حالت آندی اکسیداسیون و در حالت کاتدی احیا می باشد.
روش اکستراپولاسيون تافل
این روش اولین بار توسط Wagner و Trude و برای اثبات تئوری پتانسیل مختلط به کار گرفته شد . در این روش از اطلاعات پلاریزاسیون آندی و کاتدی استفاده می شود.
از این روش جهت اندازه گيري پلاريزاسيون کاتدي و آندي استفاده مي نمايند. رسم دياگرامهاي کاتدي در اولويت است زیرا نتايج درست تري را ارائه مي دهد.
با رسم دياگرام هاي پلاريزاسيون, مي توان aβو bβ و Icorr را بدست آورد. معمولا, پتانسيل اعمال شده به نمونه را به سمت مقادير مثبت تر (تا حدود 250 ميلي ولت مثبت تر) تغيير مي دهند. در اين صورت منحني پلاريزاسيون آندي رسم مي شود و ميتوان aβ را محاسبه نمود و اگر مقدار پتانسيل متحمل شده را به سمت مقادير منفي تر (تا حدود 250- ميلي ولت منفي تر نسبت به پتانسيل خوردگي) اعمال نمايند. بدين ترتيب, منحني پلاريزاسيون کاتدي بدست مي آيد و مي توان cβ را محاسبه نمود. شکل1 چگونگي محاسبه شيب هاي تافل و تعيين جريان خوردگي را نشان مي دهد. همانطور که روي شکل ديده مي شود قسمت خطي دياگرام را امتداد داده تا پس از برخورد با پتانسيل خوردگي, بتوان مقدار جريان خوردگي را محاسبه نمود و به اين طريق سرعت خوردگي را محاسبه کرد.
http://www.uc-njavan.ir/images/cylm6pmyuadgk1tighp.png
چگونگي تعيين شيب هاي تافل و جريان خوردگي در روش اکستراپولاسيون تافل
در شرايط ايده آل روش تافل داراي دقت مناسبي در حد روش توزين جهت تعيين سرعت خوردگي بوده و چه بسا داراي دقت بيشتري هم باشد. به اين روش مي توان جريانهاي خوردگي بسيار اندک را در زمان نسبتا کوتاهي بدست آورد.
چنانچه رسم منحني پلاريزاسيون را از پتانسيلي حدود 250 ميلي ولت منفي تر نسبت به پتانسيل خوردگي شروع نمايند و تغييرات پتانسيل تاحدود 250 ميلي ولت مثبت تر از پتانسيل خوردگي ادامه يابد. در اين صورت منحني مشابه شکل زير به وجود مي آيد که تعيين شيب هاي آندي و کاتدي (aβ و cβ) و نيز مقدار Icorr به همان روش عمومي که قبلا توضيح داده شد امکان پذير خواهد بود.
اما اين روش داراي اين عيب است که به هنگام عبور از پتانسيل هاي منفي تر به سمت پتانسيل هاي مثبت تر سطح نمونه تحت تاثير محصولات عبور جريان قرار گرفته و لذا مي تواند باعث اختصاصات سطح در پتانسيل هاي مثبت شود و بنابراين بهتر است که بررسي هاي کاتدي و آندي به طور جداگانه انجام شود و هر بار از يک نمونه جديد استفاده شود. بايد يادآوري شود که اين نمودارها در دامنه پتانسيل 50 تا 250 ميلي ولت نسبت به پتانسيل خوردگي خطي مي باشند.
همچنين بايد متذکر شد که امروزه دستگاههاي مدرن مخصوص مطالعات خوردگي قادرند که مقدار پتانسيل خوردگي Ecorr را در همان ابتداي کار تعيين نمايند و همچنين مي توانند مقدار پتانسيل اعمال شده را به سوي مقادير مثبت تر و يا منفي تر, به طور مستقل هدايت کنند يعني قابل تنظيم مي باشند.معمولا در مطالعات خوردگي, سرعت تغيير پتانسيل را برابر 1/0 ميلي ولت در ثانيه در نظر مي گيرند. روش ديگري به نام مقاومت پلاريزاسيوني نيز وجود دارد که به دليل اهميت زياد آن در اندازه گيري هاي خوردگي به طور مختصر به آن اشاره مي کنيم.
روش پلاريزاسيون خطی
در اين روش, مقاومت پلاريزاسيوني يا همان Rp, اندازه گيري مي شود. مقاومت پلاريزاسيوني طبق تعريف عبارت از مقاومتي است که نمونه در برابر اعمال پتانسيل خارجي از خود نشان مي دهد. با اندازه گيري Rp مي توان مقدار Icorr را بر طبق معادله Stern-Geary محاسبه نمود.روش پلاریزاسیون خطی فاقد معایب روش اکستراپولاسیون تافل می باشد و مشاهده شده است که در محدوده 10 میلی ولت نجیب تر یا فعال تر از پتانسیل خوردگی دانسیته جریان اعمال شده تابع خطی پتانسیل الکترود می باشد.
چنانچه دامنه مقدار پتانسيل اعمال شده در محدوده 20+ ميلي ولت تا20- ميلي ولت باشد (نسبت به پتانسيل خوردگي) دراين صورت نمودار شکل زير بدست خواهد آمد که در اين محدوده از پتانسيل يک رابطه خطي بين جريان و پتانسيل برقرار مي باشد.
http://www.uc-njavan.ir/images/dayf7i0ubjy6h4vtw9.png
منحني مقاومت پلاريزاسيوني
با محاسبه شب اين خط يعني Rp و همچنين با داشتن مقادير (aβ و cβ) مي توان مقدار Icorr را به صورت دقيق تري نسبت به روش تافل بدست آورد. که براي محاسبه آن از روابط زير استفاده مي شود.
http://www.uc-njavan.ir/images/cytypfzcyhe3j937hlv.png
در اين رابطه ديمانسيون E بر حسب ولت و ديمانسيون I و Icorr بر حسب ميکروآمپر بوده لذا ديمانسيون Rp اهم خواهد بود که به همين دليل اين روش را مقاومت پلاريزاسيوني ناميده اند.
به روش مقاومت پلاريزاسيوني مي توان اندازه گيري سرعت خوردگي فلزات را درحالت پسيو و يا در موارد واکنش هاي کاتدي که انتقال مواد توسط پخش, کنترل مي شود, عملي ساخت.
در اين روش نيز سرعت تغيير پتانسيل در واحد زمان را مي توان همان 1/0 ميلي ولت در ثانيه انتخاب نمود.