جدول مقاومت به خوردگی فلزات در مقابل مواد شیمیایی

خوردگی یکی از بزرگ ترین چالش های پنهان در دنیای صنعت است. پدیده ای که آرام و بی صدا، اما با خساراتی سنگین، می تواند عمر تجهیزات، خطوط تولید و سازه های فلزی را کاهش دهد. هر ساله میلیاردها دلار در سراسر جهان صرف تعمیر، تعویض یا پیشگیری از خوردگی فلزات می شود. درک عمیق ماهیت خوردگی و شناخت رفتار فلزات در محیط های شیمیایی مختلف، کلید اصلی برای طراحی ایمن، اقتصادی و بادوام تجهیزات صنعتی است.

فلزات در حالت طبیعی تمایل دارند به ترکیبات پایدارتر خود برگردند؛ به بیان دیگر، میل ذاتی آن ها برای تبدیل شدن به اکسیدها یا نمک ها عامل اصلی خوردگی است. از این رو، شناخت مقاومت فلزات در برابر انواع مواد شیمیایی مانند اسیدها، بازها و نمک ها برای مهندسان صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، آب، داروسازی و حتی صنایع غذایی حیاتی است.

تعریف خوردگی و اهمیت آن در صنایع

خوردگی را می توان واکنش فیزیکی و شیمیایی فلز با محیط اطرافش دانست که منجر به تخریب تدریجی سطح یا ساختار فلز می شود. این پدیده نه تنها ظاهر تجهیزات را از بین می برد، بلکه می تواند باعث نشتی، آلودگی مواد فرآیندی و حتی شکست ناگهانی سازه ها شود. اهمیت خوردگی زمانی آشکار می شود که بدانیم یک شکست کوچک در لوله یا مخزن ممکن است باعث توقف کامل یک واحد صنعتی و زیان های هنگفت اقتصادی شود.

قیمت فولاد آلیاژی بسته به ترکیب عناصر و مقاومت مکانیکی آن، در صنایع مختلف از خودروسازی تا نفت و گاز تفاوت چشمگیری دارد.

جدول مقاومت به خوردگی فلزات

عوامل مؤثر بر خوردگی فلزات

سرعت و شدت خوردگی فلزات وابسته به ترکیبی از عوامل محیطی و ساختاری است. رطوبت، دما، میزان اکسیژن، pH محیط، حضور یون های کلراید یا سولفات و حتی تنش های مکانیکی در سازه، همگی می توانند نقش تعیین کننده ای در میزان خوردگی داشته باشند. علاوه بر این، نوع آلیاژ فلز و ساختار متالورژیکی آن نیز تأثیر قابل توجهی دارد. برای مثال، فولاد ضدزنگ در برابر اکسیداسیون مقاوم است، اما اگر در معرض کلر یا اسید هیدروکلریک قرار گیرد، ممکن است دچار خوردگی حفره ای شود.

نقش محیط های شیمیایی در تسریع خوردگی

محیط های شیمیایی از اصلی ترین عوامل تسریع خوردگی هستند. اسیدهای قوی مانند HCl و H₂SO₄ معمولاً لایه اکسیدی محافظ روی فلزات را از بین می برند، در حالی که بازهای قوی می توانند ساختار سطحی فلز را تغییر داده و باعث خوردگی قلیایی شوند. حلال های آلی و نمک ها نیز بسته به ترکیب شیمیایی خود می توانند به طور مستقیم یا غیرمستقیم در فرآیند خوردگی نقش داشته باشند. شناخت دقیق ترکیب محیط شیمیایی اولین گام در انتخاب فلز مناسب است.

نوسانات بازار جهانی نیکل و کروم تأثیر مستقیمی بر قیمت استیل در بازار داخلی و صادراتی گذاشته است.

انواع خوردگی فلزات

خوردگی یکنواخت (Uniform Corrosion)

این نوع خوردگی ساده ترین و در عین حال متداول ترین نوع است. سطح فلز به طور یکسان در سراسر سطح خود تخریب می شود. معمولاً قابل پیش بینی و قابل کنترل است و با اندازه گیری نرخ کاهش ضخامت می توان میزان عمر مفید تجهیز را برآورد کرد.

خوردگی گالوانیکی (Galvanic Corrosion)

زمانی که دو فلز متفاوت در تماس الکتریکی با یکدیگر و در محیط مرطوب قرار گیرند، فلز با پتانسیل الکتروشیمیایی پایین تر نقش آند را بازی کرده و سریع تر دچار خوردگی می شود. این نوع خوردگی در سازه هایی که از اتصالات فلزی مختلف استفاده می کنند بسیار رایج است. استفاده از فلزات هم پتانسیل یا جداسازی الکتریکی، روش های معمول برای جلوگیری از خوردگی گالوانیکی است.

خوردگی حفره ای (Pitting)

خوردگی حفره ای از خطرناک ترین انواع خوردگی است، زیرا به صورت موضعی در سطح فلز رخ می دهد و باعث ایجاد حفره های عمیق می شود. تشخیص این نوع خوردگی دشوار است و معمولاً منجر به سوراخ شدن ناگهانی تجهیز می گردد. حضور یون های کلر در محیط، عامل اصلی بروز خوردگی حفره ای به ویژه در فولادهای زنگ نزن است.

خوردگی بین دانه ای و تنشی

در این نوع خوردگی، حمله به مرز دانه های فلز صورت می گیرد. معمولاً نتیجه عملیات حرارتی نادرست یا حضور ناخالصی هاست. در مقابل، خوردگی تنشی هنگامی رخ می دهد که فلز تحت تنش مکانیکی و محیط خورنده به طور هم زمان قرار گیرد. این نوع خوردگی به صورت ترک های ریز اما خطرناک ظاهر می شود و در آلیاژهای فولادی و آلومینیومی شایع است.

هنگام انتخاب برای خطوط فرآیندی، توجه به قیمت لوله استیل در کنار نوع گرید و ضخامت آن اهمیت زیادی دارد.

بررسی مقاومت فلزات مختلف در برابر مواد شیمیایی

فولادهای معمولی و ضدزنگ

فولادهای کربنی در برابر اسیدهای قوی مقاومت کمی دارند و به سرعت اکسید می شوند، اما در محیط های قلیایی یا خشک عملکرد قابل قبولی دارند. در مقابل، فولادهای ضدزنگ به دلیل وجود کروم و نیکل، لایه ای محافظ از اکسید کروم ایجاد می کنند که آن ها را در برابر اکسیداسیون مقاوم می سازد. با این حال، در حضور کلریدها (مثل آب دریا) یا اسید هیدروکلریک ممکن است دچار خوردگی حفره ای شوند.

آلومینیوم و آلیاژهای آن

آلومینیوم در برابر بسیاری از محیط های طبیعی و قلیایی مقاومت خوبی دارد، زیرا لایه نازک و چسبنده ای از اکسید آلومینیوم بر سطحش تشکیل می شود. اما در محیط های اسیدی قوی مانند HCl و H₂SO₄ این لایه محافظ تخریب می شود. عملیات آنودایز کردن آلومینیوم، مقاومت آن را به طور چشمگیری افزایش می دهد.

مس و آلیاژهای مسی

مس و برنج به طور کلی در برابر آب، بخار و بسیاری از نمک ها مقاوم اند. اما اسیدهای اکسیدکننده مانند نیتریک اسید یا محلول های حاوی آمونیاک باعث خوردگی شدید آن ها می شوند. این فلزات به دلیل خواص ضد میکروبی و رسانایی بالا، در سیستم های آب و صنایع الکتریکی کاربرد گسترده ای دارند.

تیتانیوم، نیکل و آلیاژهای خاص

تیتانیوم یکی از مقاوم ترین فلزات در برابر خوردگی شیمیایی است. این فلز حتی در برابر اسیدهای قوی مانند HNO₃ یا اسیدهای آلی عملکردی استثنایی دارد. آلیاژهای نیکل نیز در محیط های قلیایی و اکسیدکننده مقاوم اند و معمولاً در صنایع شیمیایی سنگین و پتروشیمی به کار می روند.

مقاومت در برابر بازها و قلیاها

آلومینیوم در محیط های قلیایی ضعیف است، زیرا آلومینات محلول تشکیل می دهد. در مقابل، فولاد و نیکل در محیط های قلیایی مانند NaOH و KOH پایدارتر هستند.

مقاومت در برابر حلال های آلی و نمک ها

بیشتر فلزات در برابر حلال های آلی خنثی مقاومت خوبی دارند، اما حضور نمک ها، به ویژه کلریدها، می تواند به تشکیل پیل های الکتروشیمیایی و افزایش نرخ خوردگی منجر شود.

نکات کلیدی در استفاده از جدول مقاومت

جدول مقاومت تنها نقطه شروع انتخاب فلز است. باید همواره به دما، غلظت، فشار و ترکیب دقیق محیط شیمیایی نیز توجه شود. مقاومت فلز ممکن است در شرایط آزمایشگاهی بالا باشد اما در فرآیندهای صنعتی واقعی متفاوت عمل کند.

قیمت ورق استیل معمولاً بر اساس ضخامت، ابعاد و نوع سطح (براق، مات یا خش دار) تعیین می شود.

نحوه انتخاب فلز مناسب بر اساس محیط شیمیایی

معیارهای انتخاب از نظر دما، غلظت و فشار

افزایش دما معمولاً نرخ خوردگی را تسریع می کند. غلظت بالای اسیدها یا بازها نیز مقاومت فلز را کاهش می دهد. بنابراین انتخاب فلز باید با درنظرگرفتن شرایط واقعی عملیاتی انجام شود، نه صرفاً داده های تئوری.

ترکیب مواد و شرایط عملیاتی

گاهی محیط خورنده شامل چند ماده شیمیایی است؛ مثلاً ترکیبی از آب شور، اسید و اکسیژن. در چنین شرایطی، فلزاتی که به صورت جداگانه مقاوم اند ممکن است در ترکیب چند عاملی عملکرد ضعیفی داشته باشند. شناخت دقیق فرآیند، نوع جریان سیال و زمان تماس از عوامل کلیدی است.

ملاحظات اقتصادی و ایمنی

گاهی انتخاب فلز مقاوم تر، هزینه اولیه بالاتری دارد، اما در درازمدت از نظر دوام و کاهش تعمیرات کاملاً مقرون به صرفه است. همچنین انتخاب فلز نامناسب می تواند باعث نشت مواد خطرناک و ایجاد خطرات ایمنی و زیست محیطی شود.

در پروژه های صنعتی و ساختمانی، قیمت میلگرد استیل نقش تعیین کننده ای در برآورد نهایی هزینه ها دارد.

روش های افزایش مقاومت به خوردگی

پوشش دهی فلزات

استفاده از پوشش های حفاظتی مانند رنگ های اپوکسی، گالوانیزه کردن با روی، کروم یا نیکل، و فرآیند آنودایز برای آلومینیوم از متداول ترین راهکارهاست. این پوشش ها مانعی فیزیکی بین فلز و محیط خورنده ایجاد می کنند.

استفاده از بازدارنده های خوردگی (Corrosion Inhibitors)

بازدارنده ها موادی هستند که با تغییر واکنش های الکتروشیمیایی در سطح فلز، سرعت خوردگی را کاهش می دهند. این ترکیبات می توانند به صورت افزودنی در سیال یا به صورت پوشش سطحی به کار روند.

طراحی مناسب تجهیزات برای کاهش خوردگی

گاهی تغییر در طراحی سازه، می تواند نقش مهمی در کاهش خوردگی ایفا کند. حذف گوشه های تیز، جلوگیری از تجمع مایعات، استفاده از اتصالات هم جنس و طراحی مسیرهای تخلیه مناسب از جمله این موارد است.

سؤالات متداول