مقدمه

خوردگی حفره ای نوعی از خوردگی موضعی است که باعث ایجاد حفره در فلز و در نتیجه منجر به سوراخ شدن و زوال آن می گردد. این نوع خوردگی به مراتب خطرناک تر از خوردگی یکنواخت است، زیرا تشخیص و پیش بینی وقوع حفره ها مشکل بوده و حفره ها گاهی مجزا و گاهی آن قدر به هم نزدیک هستند که باعث ایجاد سطح زبری روی فلز می شوند.

مشکل اساسی این نوع خوردگی، عدم امکان تشخیص آن در روش کاهش وزن و بررسی سطوح می باشد. در حالی که کاهش وزن حاصل از این نوع خوردگی ناچیز است، ولی حفره های ایجاد شده می توانند منجر به تعمیرات پر هزینه تجهیزات با ارزش شود. یک حفره ی باریک و کوچک با کمترین تلفات فلزی می تواند باعث تخریب یک سیستم مهندسی شود. خوردگی حفره ای در انواع مختلف فلزات و آلیاژها صورت می گیرد.

این نوع خوردگی بیش تر برای فلزاتی که روی سطح آن ها لایه ی روئین تشکیل می گردد به وجود می آید. به این صورت که اگر در یک نقطه لایه تخریب گردد، آن نقطه به عنوان نقطه آغاز حفره بوده و رشد حفره در آن ادامه خواهد یافت. در این نوع خوردگی دو مرحله ی آغاز و رشد (انتشار) وجود دارد. یعنی در ابتدا باید خوردگی از یک نقطه آغاز گردد و بعد از این که این حفره به عمق مناسبی رسید، مرحله ی رشد شروع می شود. در مرحله ی آغازین، هر عاملی که سبب ایجاد ناهمگنی در سطح فلز یا محیط خورنده شود، می تواند نقطه ای برای آغاز حفره باشد. لازم به ذکر است که، هر حفره ای رشد نخواهد کرد مگر آن که شرایط حبس شدن محلول در آن حفره وجود داشته باشد.

شکل حفره ها

حفره ها معمولا در جهت نیروی جاذبه رشد می کنند. اکثر حفره ها روی سطح افقی به وجود آمده، رو به پایین رشد می کنند و تعداد کمی روی سطوح عمودی تشکیل می شوند. به ندرت حفره ها روی سطوحی که در بالای محیط خورنده قرار دارند، رشد می نمایند.

شکل حفره ها بسیار متغیر است و با توجه به متالورژی فلز، آلیاژ و یا ترکیب شیمیایی محیط خورنده، حفره ها ممکن است به شکل بیضی، گرد، منشوری، نامنظم و… ظاهر شوند.

معمولا شکل حفره ها برای آلیاژهای پایه آهنی مانند فولاد زنگ نزن به صورت بشقابی، مخروطی یا نیم کره است.

اغلب حفره ها را به سختی می توان دید چون کوچک بوده و بعضی مواقع توسط محصولات خوردگی پوشیده می شوند.

عوامل موثر بر خوردگی حفره ای

این نوع خوردگی اغلب در فلزاتی که رفتار فعال-روئین از خود نشان می دهند، مانند فولاد زنگ نزن، آلومینیوم و تیتانیوم رخ می دهد. البته در یک طبقه بندی کلی، فولادهای زنگ نزن از سایر فلزات و آلیاژها نسبت به خوردگی حفره ای حساس تر هستند.

مهم ترین عوامل موثر بر خوردگی حفره ای

الف) جنس فلز: از بین تمام فلزات و آلیاژها، فولادهای زنگ نزن جزء مستعدترین فلزات نسبت به خوردگی مقاوم ترند.

ب) وضعیت سطحی: هر چه ناهمگونی های سطحی آلیاژ کم تر باشد، لایه ی محافظی که روی آن شکل می گیرد به خوردگی مقاوم تر خواهد بود.

هر چه سطح فلز با آلیاژ صاف تر باشد مقاومت در برابر خوردگی بیش تر شده، حفره ها کم تر شده ولی به طور معمول حفره های به وجود آمده روی سطوح صاف و صیقلی بزرگ ترند و با سرعت بیش تری به داخل نفوذ می کنند.

ج) ساختار متالورژیکی: ساختار متالورژیکی فلز یا آلیاژ، مرزدانه ها، عیوب کریستالی و عناصر آلیاژی تاثیر قابل توجهی بر مقاومت آلیاژ به خوردگی دارند.

د) سرعت حرکت سیال خورنده: حرکت محلول روی سطح یک فلز، اغلب خوردگی حفره ای را کاهش داده و حتی ممکن است مانع این نوع خوردگی شود. به عبارت دیگر این خوردگی در محلول های متحرک نسبت به محلول های ساکن و راکد به میزان بسیار کمتری اتفاق می افتد. به عنوان مثال تلمبه ای از جنس فولاد زنگ نزن در آب دریا، تا زمانی که به طور مداوم کار کند، مشکلی نخواهد داشت ولی اگر همین تلمبه مدتی کار نکند خوردگی حفره ای د آن رخ می دهد.

ه) ترکیب محلول: اکثر خوردگی های حفره ای با حضور یون کلراید، اکسیژن و نمک های اکسید کننده نظیر هالیدهای مس وآهن تشدید می شوند. به طور کلی پتانسیل بحرانی حفره دار شدن با افزایش یون های هالید در محلول کاهش می یابد.

pH  محلول نقش تعیین کننده ای در وقوع خوردگی حفره ای ایفا می کند. خوردگی حفره ای می تواند در گستره وسیعی از pH اتفاق افتد، به این معنی که با افزوده شدن pH، پتانسیل بحرانی حفره دار شدن افزایش و میزان خوردگی حفره ای کاهش می یابد. این امر را می توان به قدرت بالای یون های OH– برای روئین کردن سطح نسبت داد.

و) دما: یکی از عوامل مهم و تاثیر گذار بر خوردگی دما می باشد.افزایش دما به طور قابل توجهی پتانسیل بحرانی حفره دار شدن را کاسته و میزان خوردگی حفره ای را افزایش می دهد.

ز) عوامل مکانیکی: حالت بسیار شدید خوردگی حفره ای، هنگامی اتفاق می افتد که لایه ی روئین سطحی یک فلز در محلول خورنده، توسط عوامل مکانیکی نظیر تنش تخریب گشته و یا شکسته شود.

روش های کاهش یا جلوگیری از خوردگی حفره ای

خوردگی حفره ای و خوردگی شیاری بسیار نزدیک به یکدیگر می باشند، لذا راه های جلوگیری از خوردگی حفره ای همانند روش هایی است که برای پیش گیری از خوردگی شیاری بیان شد. رعایت موارد زیر می تواند تا حدودی مانع از پیشرفت خوردگی گردد:

1. طراحی سیستم باید طوری باشد که تخلیه ی کامل محلول از تمامی قسمت ها و همچنین امکان بازرسی و تمیز کردن سایر بخش ها در هنگام خواباندن سیستم امکان پذیر باشد
2. انتخاب مواد و به کار گیری آلیاژهایی که در محیط خورنده نسبت به خوردگی دارای مقاومت نسبتا خوبی باشند. به عنوان مثال با افزودن 2 درصد مولیبدن به فولاد زنگ نزن نوع 304، فولاد نوع 316 به وجود می آید که مقاومت بسیار زیادی در برابر حفره دار شدن دارد. به این منظور میتوان از فولاد زنگ نزن با 2 درصد مولیبدن استفاده نمود.
3. تغییر شرایط محیطی: کاهش غلظت یون های کلر، پایین آوردن دما، کاهش اسید و کاهش غلظت اکسید کننده.
4. به کار گیری سیستم حفاظت کاتدی به روش جریان اعمالی در محلول هایی با هدایت الکتریکی کم با استفاده از آندهای فدا شونده در محلول هایی با هدایت الکتریکی بالا، می تواند در کنترل خوردگی حفره ای فلزات و آلیاژها مفید واقع شود.
5. استفاده از پوشش های محافظ: پوشش های آلی، رنگ های غنی از روی، و خود فلز روی اغلب مورد استفاده قرار می گیرند.
6. استفاده صحیح از بازدارنده ها به طوری که کاملا قادر به مهار و کنترل خوردگی حفره ای باشد. در غیر این صورت نه تنها باعث کاهش خوردگی حفره ای نمی شود بلکه سبب افزایش سریع خوردگی نیز می شود.