بررسی رفتار خوردگی در آلیاژهای منیزیم

آلیاژهای منیزیم با توجه به منابع در دسترس و خواص ماشین پذیری مناسب در صنایع بسیاری منجمله صنایع هوافضا و خودروسازی مورد استفاده قرار میگیرند. در صفحه ی مقالات شرکت پتروآریو مقاله ای با این موضوع به زبان انگلیسی لینک گردیده است که علاقه مندان میتوانند استفاده ی خوبی از آن داشته باشند

http://www.petroario.com/main6.html

تعریف کلی

حفاظت کاتدی به عنوان موثرترین روش حفاظتی به منظور جلوگیری از خوردگی سازه‌های مدفون در خاک شناخته شده است که به طور گسترده در حفاظت از خوردگی لوله‌های توزیع و انتقال گاز، مواد نفتی و آب مورد استفاده قرار می‌گیرد . حفاظت کاتدی عبارت است از جلو گیری یا کاهش سرعت خوردگی فلزات توسط اعمال یک جریان الکتریکی خارجی (یکسو) و یا تماس آن با یک آند از بین رونده، روی سطح فلز مورد نظر که دارای مناطق کاتدی و آندی باشد (در مناطق آندی خوردگی صورت می‌گیرد). در این حال مناطق آندی تبدیل به کاتد شده و در نتیجه دستگاه یا شبکه مورد نظر کلاً کاتدی می شود. حفاظت کاتدی از مهمترین و موثرترین طرق کنترل خوردگی می‌باشد، به طوریکه با اجرای این روش می‌توان فلزات را بدون اینکه خورده شوند به مدتی طولانی در محیط های خورنده نگهداری نمود. مکانیزم حفاظت کاتدی مربوط به جریان خارجی است که در نتیجه آن عناصر کاتدی پیل های موضعی به پتانسیل مدار باز آندها پلاریزاسون می شوند ، یعنی در این حالت تمام سطح فلز هم پتانسیل گشته (پتانسیل‌های آند و کاتد معادل هم می‌شوند) و جریانهای خوردگی متوقف می‌گردند. همچنین می‌توان چنین بیان کرد که به علت ایجاد یک شدت جریان خارجی شبکه‌ای از جریان مثبت در کلیه مناطق سطح فلز وارد شده و بدین ترتیب از ورود یون های فلز به محلول یا محیط اطراف جلوگیری به عمل می‌آید. عملیات حفاظت کاتدی را می توان در مورد خوردگی فلزاتی از قبیل فولاد، مس، سرب، و برنج در زمین(خاک) و محلول های مختلف آبی به کار برد. به کمک حفاظت کاتدی می‌توان از خوردگی حفره‌ای فلزات روئین از جمله فولادهای ضد زنگ جلوگیری نمود.

سیستم های حفاظت کاتدی

برای اجرای سیستم حفاظت کاتدی دو روش کلی وجود دارد: الف) با استفاده از آندهای از بین رونده که در آن فلزات فعالی مانند منیزیم یا روی را به عنوان آند به کار می‌برند. ب) با استفاده از اعمل جریان خارجی یکسو که در این روش از منبع جریانی مانند ژنراتور، رکتیفایر (یکسو کننده) و یا باتری همراه با یک آند کمکی که معمولاً از جنس آهن یا گرافیت است استفاده می‌شود.

بررسی استانداردهای حفاظت کاتدی

اکثر فلزات در برابر خوردگی با اعمال جریان حفاظت می شوند، بطوریکه پتانسیل آنها در پتانسیل منفی تر از پتانسیل سازه نسبت به محیط قرار گیرد. جریان مستقیم از طریق آندهای فداشونده(SACRIFICIALANODES) و یا سیستم اعمال جریان(IMPRESSED CURRENT) فراهم میشود. تعیین و اندازه گیری پتانسیل تحت حفاظت نسبت به محیط اطرافش میتواند نمایانگر درجه و میزان حفاظت آن سازه باشد. از استاندارد NACE - RPO169-83 به عنوان معیار سیستم حفاظت کاتدی سازه های غوطه ور یا مدفون استفاده می شود. در خیلی از شرایط میتوان خوردگی را در مقادیر کمتر نیز حفاظت کاتدی نمود. این معیار در استانداردNACE-RPO169-83 تحت عنوان ” کنترل خوردگی خارجی سیستم های خطوط لوله فلزی غوطه ور یا مدفون” بیان شده است. پتانسیل mv 850- برای اولین بار توسط R.J.Kuhn در سال 1933 بیان شده و جهت حفاظت کاتدی سازه های فولادی غوطه ور و یا مدفون پذیرفته شد. 

یک سیستم حفاظت کاتدی با عملکرد مناسب

پس از نصب یک سیستم حفاظت کاتدی، جهت حصول اطمینان از عملکرد سیستم، باید اختلاف پتانسیل بین خاک و سازه فلزی مدفون اندازه گیری شود. اساس این اندازه گیری اعمال یک جریان (حاصل از اختلاف پتانسیل بین خاک و سازه تحت حفاظت) میباشد. اختلاف پتانسیل مذکور در اثر افت ولتاژ سازه مدفون، مقاومت بین سازه و خاک و در نهایت پلاریزاسیون میباشد. واضح است که با توجه به شرایط خاک از نظر مقاومت الکتریکی و درجه عایقی پوشش مصرفی و سطح لوله، مقدار جریان مورد نیاز جهت جلوگیری از خوردگی سطح سازه مدفون، متفاوت خواهد بود. لذا نمیتوان مقدار جریان را به عنوان معیاری جهت ارزیابی نحوه عملکرد سازه مدفون تحت حفاظت کاتدی استفاده نمود. بنابراین پتانسیل جدیدی را که لوله بعد از اعمال جریان حفاظتی اختیار خواهد کرد به عنوان معیار محسوب مینمایند. استانداردهایی جهت کمک به اندازه گیری نحوه عملکرد یک سیستم حفاظت کاتدی تهیه شده است که در بخش معیار های حفاظت کاتدی به آن اشاره گردید. معیار فوق برای سازه ای از جنس فولاد در الکترولیتی مانند خاک برابرmv850- میباشد. مقدار منفی بیانگر این واقعیت است که سازه نسبت به خاک از پتانسیل منفی تری برخوردار بوده و جریان حفاظت کاتدی به سمت محیط های آندی جریان دارد.

اندازه گیری این اختلاف پتانسیل بایستی در فواصل مکانی و زمانی مشخص که توسط طراح سیستم تعیین میگردد انجام پذیرد. در فواصل مکانی مشخصی که حداقل هر 500 متر و حداکثر هر 1000 متر میباشد با نصب یک ایستگاه اندازه گیری پتانسیل سهل تر خواهد گردید. این ایستگاه که تست پوینت(TEST POINT) نامیده میشود شامل جعبه ای است که کابل متصل شده به لوله (و یا هر سازه فلزی تحت پوشش سیستم حفاظت کاتدی) به روش جوش احتراقی (CADWELD) در آن مستقر گردیده است. تا اندازه گیری مذکور توسط یک ولتمتر و نیم پیل مرجع مس ـ سولفات مس انجام پذیرد. استفاده از نیم پیل مرجع دائمی در کف مخازن روزمینی با قطر زیاد از جمله مواردی است که طراح جهت سهولت و امکان انجام این اندازه گیری بایستی به آن توجه داشته باشد.
معیار اختلاف پتانسیل یاد شده بستگی به شرایط محیطی متفاوت خواهد بوده به عنوان نمونه در صورتیکه وجود خوردگی میکروبیولوژی در خاک منطقه به اثبات رسد این معیار یعنی mv 850-حداقل mv 100- شیفت پیدا کرده و به mv 950- میرسد به عبارت دیگر در مناطقی که خوردگی میکروبیولوژی در خاک منطقه وجود داشته باشد این معیار حداقل mv 950- خواهد بود. همانطور که این معیار دارای حداقل میباشد بدیهی است که دارای رنجی به عنوان حداکثر مقدار مجاز نیز باشد. حداکثر مقدار این معیار بستگی به نوع پوشش لوله دارد. بدین ترتیب که اگر پوشش لوله از نوع سرد باشد این مقدار نبایستی از mv 1600- تجاوز نماید و در صورتیکه پوشش لوله از نوع گرم باشد حداکثر مقدار مجاز این معیار mv 2200- خواهد بود. در صورتیکه حداکثر معیار فوق رعایت نشود پوشش لوله آسیب دیده و عواقب بعدی را به دنبال خواهد داشت.