روش‌های حفاظت از مواد

خوردگی موجب نگرانی‌های اقتصادی، ایمنی و زیست محیطی می‌شود (Sastri et al., 2012). هزینه خوردگی سالانه در آمریکا بین 10 تا 20 میلیارد دلار برآورد شده است. پیشگیری و ممانعت از خوردگی و تخریب مواد در حفاظت از منابع با به حداقل رساندن آسیب به محیط زیست به طور قابل توجهی کمک می ‌کند. برای کاهش خوردگی و تخریب مواد روش‌های مختلفی ارائه شده است که به صورت زیر خلاصه شده است.  (Planning Guidebook, 2007).

1-1- انتخاب مواد

اولین و ساده‌ترین روش جلوگیری از خوردگی استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند آلومینیوم یا فولاد ضد زنگ است. بسته به نوع کاربرد، می‌توان از مواد خاص برای کاهش نیاز به محافظت بیشتر در برابر خوردگی استفاده کرد.

1-2- طراحی مناسب

اصلاح طراحی می‌تواند به کاهش خوردگی و بهبود پایداری پوشش‌های محافظ کمک کند. در حالت ایده آل، طراحی‌ها باید عاری از شکاف باز جهت جلوگیری از به دام انداختن گرد و غبار و آب باشند . همچنین، در دسترس بودن فلز برای تعمیر و نگهداری منظم نیز باعث افزایش طول عمر می ‌شود.

1-3- تغییر محیط

خوردگی در اثر واکنش الکتروشیمیایی بین فلز و الکترولیت محیط اطراف ایجاد می‌شود. با کنترل محیط پیرامون الکترود مانند کنترل میزان گوگرد، کلر و اکسیژن می‌توان واکنش‌های ناخواسته را به حداقل رساند.

1-4- ممانعت کننده‌ها

ممانعت کننده‌های خوردگی مواد شیمیایی هستند که با سطح فلز یا گازهای اطراف واکنش می‌ دهند و در سطح فلز یک فیلم محافظ ایجاد کنند تا واکنش های الکتروشیمیایی منجر به خوردگی را کاهش دهند. بازدارنده ها را می توان به عنوان یک محلول یا به عنوان یک پوشش محافظ با استفاده از تکنیک های پراکندگی استفاده کرد.

1-5- حفاظت کاتدی و آندی

1-5-1- حفاظت آندی

حفاظت آندی یک روش کنترل خوردگی است که با اعمال جریان الکتریکی، یک فیلم غیرفعال ]1 [روی سطح فلز تشکیل می‌شود. این فیلم پس از تشکیل به عنوان محافظت در مقابل انحلال فلز عمل می‌کند. محدودیت این نوع کنترل خوردگی این است که هر فلزی را نمی‌توان از این طریق محافظت کرد. فقط فلزات خاصی در محیط‌های خاص می‌توانند از نظر آندی محافظت شوند(Tang et al., 2018).

1-5-2- حفاظت کاتدی

حفاظت کاتدی ]2 [به عنوان مؤثرترین روش حفاظتی در برابر 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. برای اجرای سیستم حفاظت کاتدی دو روش کلی وجود دارد:

1-5-2-1-الف)  حفاظت کاتدی گالوانیک ]3 [

با استفاده از آندهای فدا شونده ]4 [که در آن فلزات فعالی مانند منیزیم یا روی را به عنوان آند به کار می‌برند(مطابق شکل 1 (ب)).

1-5-2-2-ب)جفاظت کاتدی  با اعمال جریان ]5 [

با استفاده از اعمل جریان خارجی یکسو که در این روش از منبع جریانی مانند ژنراتور، رکتیفایر (یکسوکننده) یا باتری همراه با یک آند کمکی که معمولاً از جنس آهن یا گرافیت است استفاده می‌شود(مطابق شکل 1 (الف)). پوشش‌های مخلوط اکسید فلزی ]6 [ (MMO) روی زیرلایه تیتانیم به دلیل خواص الکتروکاتالیستی، مقاومت به خوردگی و سایش بالا به عنوان
پوشش روی آندهای در سیستم‌ های حفاظت کاتدی در محیط های مختلف از جمله آب دریا، آب شور، آب شیرین و بتن به طور گسترده استفاده می ‌شود.

شکل 1 شماتیک حفاظت کاتدی الف) گالوانیکی ب) اعمال جریان.

1-6- پوشش‌ها

پوشش ‌های اعمال شده روی سطح فلز به دلیل خواص الکتروشیمی بهتر آنها‌ نسبت به زیرلایه و جدا شدن فلز از الکترولیت و سایر قطعات فلزی از خوردگی فلز جلوگیری می‌ کنند.  پوشش‌های مقاوم به خوردگی بسته به جنس فلز زیرلایه و روش جلوگیری از خوردگی تغییر می‌کند. برای جلوگیری از خوردگی گالوانیکی در آلیاژهای آهن و فولاد، پوشش‌های ساخته شده روی و آلومنیوم مناسب است. سرامیک‌های اکسیدی و مخلوط فلز سرامیک نمونه‌ای از پوشش ‌ها هستند که علاوه بر مقاومت در برابر خوردگی، به شدت مقاوم در برابر سایش هستند. توسعه پوشش‌های مخلوط اکسید فلزی (MMO) به عنوان یکی از مهمترین کشف‌ های قرن نوزدهم شناخته شده است که مقاومت به خوردگی زیرلایه را حتی در چگالی جریان بالا در زمینه الکترولایزر به طور قابل توجهی بالا می ‌برند. آندهای با پوشش‌ MMO  اعمال شده در حفاظت کاتدی دارای مزایای منحصر به فرد همچون پایداری ابعادی بالا، توزیع یکنواخت جریان محافظ، جریان سرگردان کوچک، مقاومت زمینی کم، قابلیت اطمینان بالا، طول عمر بالا، سهولت ساخت و نرخ خوردگی بسیار پایین هستند. افزون بر این، این پوشش‌ها نقش بسیار مهمی در زمینه ‌های شیمی، فیزیک و مهندسی مواد  به دلیل خواص فیزیکی و الکتروشیمیایی منحصر به فرد بازی می ‌کنند.

1. Passive film

2. Cathodic Protection

3. Galvanic

4. Sacrificial anodes

5. Impressed current cathodic protection

6. Mixed Metal Oxide