مقاومة تآكل المعادن

ما هي مقاومة التآكل؟

تسمى قدرة المعدن على مقاومة التآكل مقاومة التآكل. يتم تحديد هذه القدرة من خلال معدل التآكل في ظل ظروف معينة. تستخدم الخصائص الكمية والنوعية لتقييم درجة التآكل.

الخصائص النوعية هي:

• تغيير مظهر السطح المعدني ؛

• تغيير في البنية المجهرية للمعدن.

الخصائص الكمية هي:

• الوقت قبل ظهور البؤرة الأولى للتآكل ؛

• عدد بؤر التآكل التي تشكلت خلال فترة زمنية معينة ؛

• ترقق المعادن لكل وحدة زمنية ؛

• تغيير كتلة المعدن لكل وحدة مساحة لكل وحدة زمنية ؛

• حجم الغاز الممتص أو المنطلق أثناء التآكل لكل وحدة سطح لكل وحدة زمنية ؛

• كثافة التيار الكهربائي لمعدل تآكل معين ؛

• تغيير في الخاصية على مدى فترة زمنية (الخواص الميكانيكية ، الانعكاسية ، المقاومة الكهربائية).

المعادن المختلفة لها مقاومة مختلفة للتآكل.لزيادة مقاومة التآكل ، يتم استخدام طرق خاصة: صناعة السبائك للصلب ، والطلاء بالكروم ، والألمنيوم ، والطلاء بالنيكل ، والطلاء ، والطلاء بالزنك ، والتخميل ، إلخ.

حديد وفولاذ

في وجود الأكسجين والماء النقي ، يتآكل الحديد بسرعة ، ويستمر التفاعل وفقًا للصيغة:

في عملية التآكل ، تغطي طبقة فضفاضة من الصدأ المعدن ، وهذه الطبقة لا تحميه على الإطلاق من المزيد من الدمار ، ويستمر التآكل حتى يتم تدمير المعدن تمامًا. يحدث تآكل الحديد الأكثر نشاطًا بسبب المحاليل الملحية: حتى إذا كان هناك القليل من كلوريد الأمونيوم (NH4Cl) في الهواء ، فإن عملية التآكل ستتم بشكل أسرع. في محلول ضعيف من حمض الهيدروكلوريك (HCl) ، سيستمر التفاعل أيضًا بنشاط.

حمض النيتريك (HNO3) بتركيز أعلى من 50٪ سيؤدي إلى تخميل المعدن - سيتم تغطيته بطبقة واقية ، وإن كانت هشة. حمض النيتريك المبخر آمن للحديد.

حامض الكبريتيك (H2SO4) بتركيز أعلى من 70٪ يخمد الحديد ، وإذا تم تخزين فئة الفولاذ St3 في 90٪ من حامض الكبريتيك عند درجة حرارة 40 درجة مئوية ، فإن معدل التآكل في ظل هذه الظروف لن يتجاوز 140 ميكرون في السنة. إذا كانت درجة الحرارة 90 درجة مئوية ، فسيستمر التآكل بمعدل 10 مرات أعلى. حمض الكبريتيك بتركيز حديد 50٪ سوف يذوب.

لن يؤدي حمض الفوسفوريك (H3PO4) إلى تآكل الحديد ، ولا المذيبات العضوية اللامائية مثل المحاليل القلوية والأمونيا المائية و Br2 و Cl2 الجاف.

إذا أضفت واحدًا من الألف من كرومات الصوديوم إلى الماء ، فسيصبح مثبطًا ممتازًا لتآكل الحديد ، مثل هيكساميتافوسفات الصوديوم. لكن أيونات الكلور (Cl-) تزيل الطبقة الواقية من الحديد وتزيد من التآكل.الحديد نقي تقنيًا ويحتوي على حوالي 0.16٪ شوائب ومقاوم للتآكل بدرجة عالية.

فولاذ خلائط متوسطة ومنخفضة السبائك

إضافات سبائك الكروم أو النيكل أو النحاس في الفولاذ منخفض السبائك وسبائك المعادن المتوسطة تزيد من مقاومتها للماء والتآكل في الغلاف الجوي. كلما زاد الكروم ، زادت مقاومة الأكسدة للفولاذ. ولكن إذا كان الكروم أقل من 12٪ ، فسيكون للوسائط النشطة كيميائيًا تأثير مدمر على هذا الفولاذ.

سبائك فولاذية عالية

في الفولاذ عالي السبائك ، تكون مكونات السبائك أكثر من 10٪. إذا كان الصلب يحتوي على من 12 إلى 18 ٪ من الكروم ، فإن هذا الفولاذ سوف يتحمل تقريبًا أي من الأحماض العضوية ، مع الطعام ، سيكون مقاومًا لحمض النيتريك (HNO3) ، والقواعد ، والعديد من المحاليل الملحية. في 25٪ من حمض الفورميك (CH2O2) ، يتآكل الفولاذ عالي السبائك بمعدل حوالي 2 مم في السنة. ومع ذلك ، فإن عوامل الاختزال القوية وحمض الهيدروكلوريك والكلوريدات والهالوجينات ستدمر سبائك الصلب العالية.

الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يحتوي على 8 إلى 11٪ نيكل و 17 إلى 19٪ كروميوم أكثر مقاومة للتآكل من الفولاذ عالي الكروم وحده. يتحمل هذا الفولاذ وسائط مؤكسدة حمضية ، مثل حمض الكروميك أو حمض النيتريك ، وكذلك القلوية القوية.

النيكل كمادة مضافة سيزيد من مقاومة الفولاذ للبيئات غير المؤكسدة ، لعوامل الغلاف الجوي. لكن البيئة حمضية ومختزلة وحمضية مع أيونات الهالوجين - سوف تدمر طبقة الأكسيد الخاملة ، ونتيجة لذلك سيفقد الفولاذ مقاومته للأحماض.

يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ مع إضافة الموليبدينوم بكمية من 1 إلى 4٪ بمقاومة تآكل أعلى من فولاذ الكروم والنيكل.سيعطي الموليبدينوم مقاومة لحمض الكبريتيك والكبريتيك والأحماض العضوية ومياه البحر والهاليدات.

السليكون الحديدي (الحديد مع إضافة 13 إلى 17٪ سيليكون) ، ما يسمى بصب السليكون الحديدي ، له مقاومة للتآكل بسبب وجود طبقة أكسيد SiO2 والتي لا يمكن أن تدمرها أحماض الكبريت ولا النيتريك ولا أحماض الكروم ، هم فقط يقويون هذا الفيلم الواقي. لكن حمض الهيدروكلوريك (HCl) سوف يتآكل بسهولة الفيروسيليكون.

سبائك النيكل والنيكل النقي

النيكل مقاوم للعديد من العوامل ، سواء في الغلاف الجوي أو المختبر ، لتنظيف المياه المالحة والقلوية والأملاح المتعادلة مثل الكربونات والأسيتات والكلوريدات والنترات والكبريتات. الأحماض العضوية غير المؤكسدة وغير الساخنة لن تضر بالنيكل ، وكذلك غليان هيدروكسيد البوتاسيوم القلوي المركز (KOH) بتركيز يصل إلى 60٪.

ينتج التآكل عن وسائط الاختزال والأكسدة ، والأملاح القلوية المؤكسدة أو الحمضية ، والأحماض المؤكسدة مثل النيتروجين ، والهالوجينات الغازية الرطبة ، وأكاسيد النيتروجين ، وثاني أكسيد الكبريت.

معدن المونيل (حتى 67٪ نيكل وما يصل إلى 38٪ نحاس) أكثر مقاومة للأحماض من النيكل النقي ، لكنه لن يتحمل عمل الأحماض المؤكسدة القوية. يختلف في مقاومة عالية إلى حد ما للأحماض العضوية لكمية كبيرة من المحاليل الملحية. لا يهدد تآكل الغلاف الجوي والماء معدن المونيل ؛ الفلورايد آمن أيضًا بالنسبة له. سيتحمل معدن مونيل بأمان 40٪ فلوريد الهيدروجين المغلي (HF) مثل البلاتين.

سبائك الألومنيوم والألمنيوم النقي

فيلم أكسيد الألومنيوم الواقي يجعله مقاومًا للمؤكسدات الشائعة ، وحمض الخليك ، والفلور ، والغلاف الجوي وحده ، وكمية كبيرة من السوائل العضوية.الألمنيوم النقي تقنيًا ، حيث تكون الشوائب فيه أقل من 0.5٪ ، مقاوم جدًا لعمل بيروكسيد الهيدروجين (H2O2).

يتم تدميره من خلال عمل القواعد الكاوية في بيئة مختزلة بشدة. حمض الكبريتيك المخفف والزيت غير مروعين للألمنيوم ، لكن حامض الكبريتيك متوسط ​​القوة سيدمره ، وكذلك حامض النيتريك الساخن.

حمض الهيدروكلوريك يمكن أن يدمر فيلم أكسيد الألومنيوم الواقي. يعتبر تلامس الألومنيوم مع الزئبق أو أملاح الزئبق مدمرًا للأول.

الألمنيوم النقي أكثر مقاومة للتآكل من ، على سبيل المثال ، سبيكة دورالومين (التي تصل إلى 5.5٪ نحاس ، 0.5٪ مغنيسيوم وما يصل إلى 1٪ منجنيز) ، وهي أقل مقاومة للتآكل. يعتبر السيليكون (إضافة 11 إلى 14٪ سيليكون) أكثر استقرارًا في هذا الصدد.

سبائك النحاس والنحاس النقي

لا يتآكل النحاس النقي وسبائكه في الماء المالح أو الهواء. النحاس لا يخاف من التآكل: القواعد المخففة ، NH3 الجاف ، الأملاح المحايدة ، الغازات الجافة ومعظم المذيبات العضوية.

السبائك مثل البرونز ، والتي تحتوي على الكثير من النحاس ، تتحمل التعرض للأحماض ، حتى حمض الكبريتيك المخفف على البارد أو الساخن ، أو حمض الهيدروكلوريك المركز أو المخفف في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية).

في حالة عدم وجود الأكسجين ، لا يتآكل النحاس عند ملامسته للأحماض العضوية. لا يوجد للفلور ولا فلوريد الهيدروجين الجاف تأثير مدمر على النحاس.

لكن سبائك النحاس والنحاس النقي تتآكل بفعل الأحماض المختلفة في حالة وجود الأكسجين ، وكذلك عند التلامس مع NH3 الرطب ، وبعض الأملاح الحمضية ، والغازات الرطبة مثل الأسيتيلين ، وثاني أكسيد الكربون ، وكل 2 ، وثاني أكسيد الكبريت. يتفاعل النحاس بسهولة مع الزئبق ، أما النحاس (الزنك والنحاس) فهو ليس شديد المقاومة للتآكل.

تحقق من مزيد من التفاصيل هنا - النحاس والألمنيوم في الهندسة الكهربائية

زنك نقي

الماء النظيف ، مثل الهواء النظيف ، لا يسبب تآكل الزنك. ولكن إذا كانت هناك أملاح أو ثاني أكسيد الكربون أو الأمونيا في الماء أو الهواء ، فسيبدأ تآكل الزنك. يذوب الزنك في القواعد ، وخاصة بسرعة - في حامض النيتريك (HNO3) ، وببطء أكثر - في أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك.

المذيبات العضوية والمنتجات البترولية ليس لها تأثير أكالة على الزنك ، ولكن إذا طال التلامس ، على سبيل المثال مع البنزين المتشقق ، فإن حموضة البنزين ستزداد عندما يتأكسد في الهواء ويبدأ تآكل الزنك.

رصاص نقي

تعتبر المقاومة العالية للرصاص ضد الماء والتآكل الجوي حقيقة معروفة. لا تتآكل أنا أقود وعندما تكون في التربة. ولكن إذا كان الماء يحتوي على الكثير من ثاني أكسيد الكربون ، فإن الرصاص سوف يذوب فيه ، حيث يتم تكوين بيكربونات الرصاص ، والتي ستكون قابلة للذوبان بالفعل.

بشكل عام ، الرصاص مقاوم للغاية للمحاليل المحايدة ، ومقاوم بشكل معتدل للمحاليل القلوية ، وكذلك لبعض الأحماض: الكبريتيك والفوسفوريك والكروم والكبريت. مع حامض الكبريتيك المركز (من 98٪) عند درجة حرارة 25 درجة مئوية ، يمكن أن يذوب الرصاص ببطء.

فلوريد الهيدروجين بتركيز 48٪ يذيب الرصاص عند تسخينه. يتفاعل الرصاص بشدة مع أحماض الهيدروكلوريك والنتريك ، مع حمض الفورميك والأسيتيك. سيغطي حامض الكبريتيك الرصاص بطبقة قليلة الذوبان من كلوريد الرصاص (PbCl2) ولن يستمر التحلل الإضافي. في حمض النيتريك المركز ، سيتم أيضًا طلاء الرصاص بطبقة من الملح ، لكن حمض النيتريك المخفف سيذيب الرصاص. الكلوريدات والكربونات والكبريتات ليست عدوانية تجاه الرصاص ، بينما محاليل النترات هي عكس ذلك.

تيتانيوم نقي

مقاومة التآكل الجيدة هي السمة المميزة للتيتانيوم.لا يتأكسد بواسطة المؤكسدات القوية ، ويقاوم المحاليل الملحية ، FeCl3 ، إلخ. تتسبب الأحماض المعدنية المركزة في التآكل ، ولكن حتى غليان حمض النيتريك بتركيز أقل من 65٪ ، وحمض الكبريتيك - حتى 5٪ ، وحمض الهيدروكلوريك - حتى 5٪ - لن يسبب تآكل التيتانيوم. مقاومة التآكل العادية للقواعد والأملاح القلوية والأحماض العضوية تميز التيتانيوم عن المعادن الأخرى.

الزركونيوم النقي

الزركونيوم أكثر مقاومة لحمض الكبريتيك والهيدروكلوريك من التيتانيوم ، ولكنه أقل مقاومة للأكواريجيا والكلور الرطب. يتمتع بمقاومة كيميائية عالية لمعظم القواعد والأحماض ، ومقاومة لبيروكسيد الهيدروجين (H2O2).

تأثير بعض الكلوريدات ، غليان حمض الهيدروكلوريك المركز ، أكوا ريجيا (خليط من النيتريك المركز HNO3 (65-68٪ بالوزن) ومحلول حمض الهيدروكلوريك (32-35٪ بالوزن) ، حامض الكبريتيك المركز الساخن وحمض النيتريك المدخن - السبب فيما يتعلق بالتآكل ، فهذه خاصية للزركونيوم مثل مقاومة الماء ، أي أن هذا المعدن لا يتم ترطيبه بالماء أو المحاليل المائية.

التنتالوم النقي

مقاومة التنتالوم الكيميائية الممتازة تشبه الزجاج. يحمي فيلم الأكسيد الكثيف المعدن عند درجات حرارة تصل إلى 150 درجة مئوية من تأثير الكلور والبروم واليود. معظم الأحماض في الظروف العادية لا تعمل على التنتالوم ، حتى الماء المائي وحمض النيتريك المركز لا يسببان التآكل. المحاليل القلوية ليس لها أي تأثير عمليًا على التنتالوم ، لكن فلوريد الهيدروجين يعمل عليه ، ويتم استخدام المحاليل القلوية الساخنة المركزة ، وتستخدم الذوبان القلوي لإذابة التنتالوم.