مقدمه

خوردگی شیاری در شیارها، شکاف های کم عرض زیر پیچ ها، زیر رسوبات و نقاطی از سیستم که محلول (الکترولیت) حالت ساکن یا مرده داشته باشد به وجود می آید. به دلیل محبوس شدن مایع خورنده در بین شیار، انجام واکنش خوردگی در شیار سرعت یافته و خوردگی شدید موضعی رخ خواهد داد.

این نوع خوردگی معمولا در محل تماس فلز یا آلیاژ با مواد غیر فلزی نظیر لاستیک، پلاستیک، چوب، شیشه، بتن، الیاف و… رخ می دهد.

خوردگی شیاری از جمله شایع ترین انواع خوردگی موضعی در تجهیزات صنعتی به شمار می آید. مناطق حساس به این نوع خوردگی، شیارهای ایجاد شده زیر میخ پرچ ها، پیچ ها و درز جوش ها می باشد.

احتمال وقوع خوردگی شیاری در سطوح پوشیده شده با موجودات زنده (نظیر جلبک، خزه در محیط های دریایی)، زیر پوشش های اعمال شده بر سطوح فلزی و رسوبات خوردگی، بیش تر بوده و در نهایت در این سطوح، پیل های اختلاف دمشی تشکیل شده که منجر به خوردگی شیاری می گردد.

عوامل موثر:

رسوبات حاصل از محصولات خوردگی می توانند یک محیط مناسب برای بروز خوردگی شیاری به وجود آورند، به طوری که زیر این رسوبات، محیطی مناسب برای وقوع خوردگی شیاری است. از عمده ترین رسوبات محیطی می توان به شن، لایه های آلوده و دیگر جامدات اشاره نمود.

اثر یون های مخرب در خوردگی شیاری نیز حائز اهمیت بوده به طوری که هر نوع محلول و یا آب خنثی حاوی یون های کلرید می توانند باعث پیشرفت این نوع خوردگی در شیارها شوند. البته عواملی مانند غلظت محلول خورنده در شیارها و میزان اکسیژن حل شده در محلول های خورنده می توانند در شدت خوردگی شیاری نقش مهمی داشته باشند.

خوردگی شیاری در فولاد زنگ نزن بسیار دیده می شود، حتی اگر فولاد زنگ نزن در سطح خود جوانه ی غیر همگنی نداشته باشد، خوردگی شیاری می تواند در آن اتفاق افتد، زیرا این نوع خوردگی نیازی به جوانه ی آغازین برای شروع خوردگی ندارد.

برای وقوع خوردگی شیاری، شیار بایستی به اندازه ی کافی باز باشد تا الکترولیت بتواند به داخل آن نفوذ نماید(0.1 تا 0.25 میلی متر)، اما باید به اندازه کافی نیز محدود باشد تا بتواند الکترولیت را در خود به طور ساکن نگه دارد. شکل هندسی و ابعاد شیار در شدت وقوع خوردگی شیاری اهمیت دارد، معمولا شیارهای کم عرض دچار خوردگی شدید شیاری می شوند. شیارهایی که بین فلز و یک ماده ی پلیمری ایجاد می شوند به مراتب نسبت به شیارهایی که بین دو فلز ایجاد شده اند دچار صدمات بیش تر خوردگی شیاری می گردند.

با توجه به کاربرد وسیعی که فولاد زنگ نزن 316 در صنعت دارد، بررسی فراوانی بر این نوع فولاد از لحاظ خوردگی شیاری صورت گرفته که از جمله می توان به تاثیر پارامترهایی مانند دما، پتانسیل،pH  و تاثیر غلظت یون کلرید در محلول، بر مقاومت این آلیاژ به خوردگی شیاری اشاره نمود.

مکانیزم:

تصور اولیه در مورد منشا اصلی خوردگی شیاری، اختلاف غلظت یون فلزات و اکسیژن در داخل و خارج شیار بود. از این رو اصطلاح خوردگی پیل غلظتی نیز برای این نوع خوردگی استفاده شده است. تحقیقات نشان داده است که هرچند در ایجاد خوردگی شیاری، اختلاف غلظت یون فلز و اکسیژن در شیار و سطوح مجاور آن وجود دارد، اما این امر دلیل اساسی خوردگی شیاری نیست.

به منظور بررسی مکانیزم خوردگی باید دو میله ی فلزی پرچ شده به یکدیگر را در محلول هوا دهی شده آب دریا با pH خنثی در نظر گرفت.

ابتدا خوردگی به صورت یکنواخت در تمام سطح فلز و سطوح داخل و خارج شیار رخ می دهد. به این ترتیب تبادل یون و بار بین الکترولیت و فلز اتفاق می افتد. واکنش های اصلی کاتدی و آندی شامل احیای اکسیژن به یون هیدروکسید و انحلال فلز به یون آن خواهد بود.

واکنش آندی :  M→Mn++ne–

واکنش کاتدی :  O2+2H2O+4e–→4OH–

با ادامه ی واکنش ها، اکسیژن داخل شیار مصرف شده و به دلیل تبادل ضعیف با محیط، واکنش احیای اکسیژن(واکنش کاتدی) در شیار کاهش یافته و در نهایت متوقف می شود. این امر باعث تغییر در رفتار خوردگی فلز نمی شود، از آن جا که سطح شیار در مقایسه با سطوح فلزی مجاور بسیار کم تر است، تغییر زیادی در سرعت واکنش احیایی صورت نمی گیرد و خوردگی با سرعت قبلی خود ادامه پیدا می کند. اما با تمام شدن اکسیژن داخل شیار، دیگر واکنش احیای اکسیژن صورت نمی گیرد و حل شدن فلز همچنان ادامه خواهد داشت.

این پدیده سبب می شود که داخل شیار تجمعی از بارهای مثبت اضافی(یون فلزی) ایجاد گردد و سایر یون های منفی (نظیر یون کلرید) از داخل محلول به داخل شیار کشیده شوند تا تعادل بار الکتریکی برقرار گردد. به این ترتیب یون های کلرید به داخل شیار راه می یابند. معمولا نمک های فلزی کلرید و سولفات، در آب طبق واکنش زیر هیدرولیز می شوند.

M+Cl–+H2O→MOH↓+H+Cl–

واکنش بالا نشان می دهد، از حل شدن کلرید فلزی در محلول آبی، هیدروکسید نا محلول و اسید به وجود می آید، بنابراین حضور یون کلرید و هیدروژن سرعت خوردگی فلزات را افزایش می دهد، بدین ترتیب با افزایش غلظت یون های کلرید و هیدروژن در داخل شیار، سرعت خوردگی فلز در داخل شیار شدت می یابد.

هم زمان با پیشرفت واکنش خوردگی (افزایش یون فلزی) و تولید محصولات خوردگی، مهاجرت یون های کلرید به داخل شیار تسریع شده و در نهایت، سرعت خوردگی در شیار به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. به این نوع خوردگی، فرآیند خودکاتالیزوری گویند.

هنگام وقوع خوردگی شیاری، خوردگی به طور متمرکز در شیار اتفاق افتاده و سطوح مجاور آن به صورت کاتدی محافظت می شوند.

برای شروع حملات خوردگی شیاری زمان نسبتا طولانی شش ماه، یک سال و یا حتی بیش تر مورد نیاز است. اما هنگامی که خوردگی شیاری آغاز گردید، با نرخ فزاینده ای پیشرفت می کند.

فلزات و آلیاژهایی که برای محافظت خود در محیط های خورنده، از لایه های غیر فعال و لایه های اکسیدی بهره می برند، نسبت به خوردگی شیاری حساس ترند. علت این امر تخریب لایه های اکسیدی و لایه های روئین در اثر وجود یون های کلرید و هیدروژن بوده که با شکسته شدن این لایه ها یک آند کوچک در برابر یک کاتد بزرگ ایجاد می شود و در نهایت سرعت خوردگی به شدت افزایش می یابد.

از عوامل مهم در تعیین مقاومت به خوردگی شیاری، عرض شیار است. در صورتی که عرض شیار به اندازه ی کافی کم باشد، اغلب فلزات و آلیاژها به خوردگی شیاری حساس خواهند بود. استرایکر برای کمک به انتخاب مواد مهندسی در خصوص مقاومت به خوردگی شیاری، اندیسی، تحت عنوان اندیس خوردگی شیاری معرفی نمود. این اندیس به صورت ضرب تعداد سطوح خورده شده (S) در حداکثر عمق خوردگی (D) تعریف شده است:

CCI=S×D

هر چه اندیس بالا کوچک تر باشد مقاومت فلز یا آلیاژ به خوردگی شیاری بیش تر خواهد بود.

روش های کاهش و جلوگیری از خوردگی شیاری

به طور کلی با کاهش میزان خوردگی محیط و یا افزایش مقاومت فلز و آلیاژ می توان از پیشرفت خوردگی شیاری جلوگیری کرد.

به منظور کاهش قدرت خورندگی محیط می توان غلظت یون کلرید، درجه ی اسیدی محیط و یا دما را کاهش داد. وجود محلول خورنده به صورت راکد می تواند سبب تشکیل رسوباتی گردد که هیدرولیز آن ها، کاهش pH را به دنبال خواهد داشت. هم چنین تولید رسوبات از دیگر معایب سیستم های حاوی محلول ساکن. از این رو به منظور کاهش احتمال وقوع خوردگی شیاری می توان از ساکن ماندن محلول در گوشه و کنار سیستم و شیارها ممانعت به عمل آورد. برای کاهش رسوبات می توان محلول را ابتدا فیلتر کرد و سپس به سیستم تزریق نمود. با این کار ذرات جامد معلق در محلول کاهش یافته و احتمال تولید و تشکیل رسوبات نیز کم تر خواهد شد.

همچنین طراحی قطعات و تجهیزات باید به نجوی باشد که از پیدایش نواحی نوک تیز، گوشه دار و شیارها که سبب سکون محلول می گردند، پرهیز شود.

روش های کنترل خوردگی شیاری

• استفاده از جوش کامل و بدون نقص(جوش پیوسته) به جای میخ پرچ یا پیچ و مهره.
• پر کردن شکاف های موجود بین اتصالات.
• ایجاد امکان تخلیه کامل ظروف و مخازن.
• حذف رسوبات و جلوگیری از ورود ناخالصی ها و ذرات معلق در محیط.
• خروج مواد جاذب رطوبت در هنگام خواباندن سیستم.

استفاده از واشرهایی که رطوبت را جذب نمی کنند. (نظیر واشرهای لاستیکی، تفلنی و درزگیرهای بتونه ای و…)