maede roshanali
4th September 2011, 12:38 AM
كلمه اكسيداسيون و خوردگي دو عبارت متفاوت است كه اگرچه در مفهوم يك رخداد است اما به دو شكل متفاوت. در خوردگي ما الكتروليت داريم كه يون بعد از جدا شدن از الكترود وارد آن شده و در كل محلول پخش مي شود. اين الكتروليت باعث مي شود كه كنده شدن يون از الكترود آسان تر شده و در نتيجه سرعت خوردگي بالاتر است. اما در اكسيداسيون الكتروليت گاز است و يونها بعد از كنده شدن از الكترود همانجا روي سطح رسوب مي كند كه يك پوسته تشكيل مي شود كه اگر متراكم باشد خود يك مانع در برابر خوردگي است. چرا كه يونها براي ادامه اكسيداسيون بايد از ميان اين پوسته عبور كنند. در دماي بالا اين عمل به دليل سرعت نفوذ بالا بهتر انجام مي شود و در دماي پايين اكسيداسيون عملا متوقف مي شود.
پوسته دار شدن ، کدر شدن خوردگي خشک نيز گاهي براي توصيف اين پديده ، با کار مي رود . چون تقريباً تمام فلزات و آلياژها در درجه حرارتهاي معمولي با هوا ترکيب مي شوند ، لذا مقاومت اکسيداسيون را بايستي در اکثر کاربردهاي مهندسي متالورژي در نظر گرفت . با بالا رفتن درجه حرارت اهميت اکسيداسيون نيز بيشتر مي گردد . توربينهاي گازي ، موتورهاي جت ، کوره ها و پروسسهاي پتروشيمي براي راندمان بيشتر براي کار در درجه حرارتهاي بالا طراحي مي شوند .
خوردگي اکسيداسيون و خوردگي در دماي بالا ممکن است در سه محدوده دمايي مطرح شود. به بيان ديگر اصطلاح دماي بالا شامل سه ناحيه دمايي به شرح زير است.
v دماي پايين: دماي کمتر از 180˚C که موجب خوردگي داغ در مسير خروجي از ديگ بخار مي شود.
v دماي متوسط: دماي حدود 500-600˚C که دماي گازهاي محفظه احتراق است و سبب خوردگي لوله هاي سوپرهيتر ديگهاي بخار در سمت آتش مي شود.
v دماي بالا: دماي حدود 1200˚C که سبب خوردگي سوپرآلياژها در پره هاي توربين گازي مي گردد خوردگي و اکسيداسيون در دماي بالا شامل محدوده دمايي ذکر شده به ترتيب در بخش هاي به طور مشروح بيان خواهد شد. مقاومت در برابر اکسيداسيون اينگونه مواد به واسطه وجود عناصر فعال آلياژي مانند کرم, آلومينيوم وسيليسيم زياد مي باشد. اين عناصر قادرند روي سطح اجزاء پوسته هاي اکسيدي محافظ تشکيل داده و از خوردگي بيشتر جلوگيري نمايند.
بيشتر مواد به كار رفته در تجهيزات صنعتي در دماي بالا كار مي‌كنند به عنوان مثال قطعات كوره، مبدلهاي حرارتي، اجزاي موتورهاي جت، توربينهاي گازي و فرآيند پتروشيمي به منظور كارآيي بيشتر در دماي بالا طراحي ميشوند. طراحي در دماهاي بالا، مي‌طلبد كه از موادي استفاده گردد كه بتوانند در آن دماها در برابر خوردگي داغ و يا اکسيداسيون مقاومت نمايند.
در مورد طبيعت شرايط حاكم در ناحيه دماي بالا، تحقيقات زيادي صورت گرفته است. از آنجا كه خوردگي و اكسيداسيون فلزات در دماي بالا سبب شكست قطعات و بروز حوادثي نظير آتش سوزي، انفجار، تركيدن لوله‌ها و غيره مي‌شود، لذا بايد به شرايط فرآيند و كنترل آن توجه ويژه‌اي مبذول نمود.
امروزه اكسيداسيون فلزات و آلياژها به وسيله اكسيژن (در دماهاي بالا) به خوبي شناخته شده و تحقيقات خوبي دراين زمينه به انجام رسيده است. در اين مقالات پيشرفتهاي موفقي دررابطه با انتخاب آلياژها در مقابل صدمات محيطي در دماهاي بالا مورد بررسي قرار گرفته است. مقاومت در برابر اكسيداسيون اينگونه مواد به واسطه وجود عناصر فعال آلياژي مانند كرم، آلومينيم و سيلسيم زياد مي‌باشد. اين عناصر قادرند روي سطح اجزاء پوسته‌هاي اكسيدي محافظ تشكيل داده و از خوردگي بيشتر جلوگيري نمايند.
در شرايط واقعي صنعتي، بندرت آلياژها در شرايط اكسيژن خالص و تحت شرايط دماي ثابت قرار مي‌گيرند. محيطهاي مختلف صنعتي، پيچيده و متفاوت بوده و ممكن است سيكلهاي حرارتي و نيروهاي آن از شرايط آزمايشگاهي بسيار دور باشد. در صنعت همچنين اين امكان وجود دارد كه علاوه بر اكسيژن، ذرات اكسيدكننده ديگر نيز در محيط وجود داشته باشد.
به عنوان مثال منابع انرژي و مواد خام براي صنايع شيميايي، متالورژيكي و توليد برق، شامل سوختهاي هيدروكربني نظير نفت خام، گاز و ذغال سنگ هستند كه داراي ناخالصيهايي همچون گوگرد يا كلر مي‌باشد؛ ميزان اين ناخالصيها به ماده اوليه و نحوه توليد آن بستگي دارد. اين ناخالصيها ميتوانند باعث به وجود آمدن گازها و اجراء خورنده شوند. به همين دليل اتمسفرهاي گازي در اين صنايع ميتوانند شامل مخلوطHCI Cl , S2 , C , NH3 , SO3 , SO2 , CH4 , CO2 CO , H2O , H2 , N2 , O2 و غيره در محدوده گسترده‌اي از غلظت و فشار باشند. انهدام فلزات توسط محيطهاي گازي ممكن است به چند طريق صورت پذيرد:
اكسيداسيون، كربوريزاسيون، سولفيداسيون، كلريداسيون و نيتريداسيون، همگي پديده‌هايي هستند كه سبب تخريب و انهدام فلزات مي شوند. همچنين ايجاد محصولات مذاب و يا رسوبات ناشي از سوخت مي‌تواند منجر به خوردگي داغ يا خوردگي خاكستر سوخت شود.
پوسته دار شدن ، کدر شدن خوردگي خشک نيز گاهي براي توصيف اين پديده ، با کار مي رود . چون تقريباً تمام فلزات و آلياژها در درجه حرارتهاي معمولي با هوا ترکيب مي شوند ، لذا مقاومت اکسيداسيون را بايستي در اکثر کاربردهاي مهندسي متالورژي در نظر گرفت . با بالا رفتن درجه حرارت اهميت اکسيداسيون نيز بيشتر مي گردد . توربينهاي گازي ، موتورهاي جت ، کوره ها و پروسسهاي پتروشيمي براي راندمان بيشتر براي کار در درجه حرارتهاي بالا طراحي مي شوند .
خوردگي اکسيداسيون و خوردگي در دماي بالا ممکن است در سه محدوده دمايي مطرح شود. به بيان ديگر اصطلاح دماي بالا شامل سه ناحيه دمايي به شرح زير است.
v دماي پايين: دماي کمتر از 180˚C که موجب خوردگي داغ در مسير خروجي از ديگ بخار مي شود.
v دماي متوسط: دماي حدود 500-600˚C که دماي گازهاي محفظه احتراق است و سبب خوردگي لوله هاي سوپرهيتر ديگهاي بخار در سمت آتش مي شود.
v دماي بالا: دماي حدود 1200˚C که سبب خوردگي سوپرآلياژها در پره هاي توربين گازي مي گردد خوردگي و اکسيداسيون در دماي بالا شامل محدوده دمايي ذکر شده به ترتيب در بخش هاي به طور مشروح بيان خواهد شد. مقاومت در برابر اکسيداسيون اينگونه مواد به واسطه وجود عناصر فعال آلياژي مانند کرم, آلومينيوم وسيليسيم زياد مي باشد. اين عناصر قادرند روي سطح اجزاء پوسته هاي اکسيدي محافظ تشکيل داده و از خوردگي بيشتر جلوگيري نمايند.
بيشتر مواد به كار رفته در تجهيزات صنعتي در دماي بالا كار مي‌كنند به عنوان مثال قطعات كوره، مبدلهاي حرارتي، اجزاي موتورهاي جت، توربينهاي گازي و فرآيند پتروشيمي به منظور كارآيي بيشتر در دماي بالا طراحي ميشوند. طراحي در دماهاي بالا، مي‌طلبد كه از موادي استفاده گردد كه بتوانند در آن دماها در برابر خوردگي داغ و يا اکسيداسيون مقاومت نمايند.
در مورد طبيعت شرايط حاكم در ناحيه دماي بالا، تحقيقات زيادي صورت گرفته است. از آنجا كه خوردگي و اكسيداسيون فلزات در دماي بالا سبب شكست قطعات و بروز حوادثي نظير آتش سوزي، انفجار، تركيدن لوله‌ها و غيره مي‌شود، لذا بايد به شرايط فرآيند و كنترل آن توجه ويژه‌اي مبذول نمود.
امروزه اكسيداسيون فلزات و آلياژها به وسيله اكسيژن (در دماهاي بالا) به خوبي شناخته شده و تحقيقات خوبي دراين زمينه به انجام رسيده است. در اين مقالات پيشرفتهاي موفقي دررابطه با انتخاب آلياژها در مقابل صدمات محيطي در دماهاي بالا مورد بررسي قرار گرفته است. مقاومت در برابر اكسيداسيون اينگونه مواد به واسطه وجود عناصر فعال آلياژي مانند كرم، آلومينيم و سيلسيم زياد مي‌باشد. اين عناصر قادرند روي سطح اجزاء پوسته‌هاي اكسيدي محافظ تشكيل داده و از خوردگي بيشتر جلوگيري نمايند.
در شرايط واقعي صنعتي، بندرت آلياژها در شرايط اكسيژن خالص و تحت شرايط دماي ثابت قرار مي‌گيرند. محيطهاي مختلف صنعتي، پيچيده و متفاوت بوده و ممكن است سيكلهاي حرارتي و نيروهاي آن از شرايط آزمايشگاهي بسيار دور باشد. در صنعت همچنين اين امكان وجود دارد كه علاوه بر اكسيژن، ذرات اكسيدكننده ديگر نيز در محيط وجود داشته باشد.
به عنوان مثال منابع انرژي و مواد خام براي صنايع شيميايي، متالورژيكي و توليد برق، شامل سوختهاي هيدروكربني نظير نفت خام، گاز و ذغال سنگ هستند كه داراي ناخالصيهايي همچون گوگرد يا كلر مي‌باشد؛ ميزان اين ناخالصيها به ماده اوليه و نحوه توليد آن بستگي دارد. اين ناخالصيها ميتوانند باعث به وجود آمدن گازها و اجراء خورنده شوند. به همين دليل اتمسفرهاي گازي در اين صنايع ميتوانند شامل مخلوطHCI Cl , S2 , C , NH3 , SO3 , SO2 , CH4 , CO2 CO , H2O , H2 , N2 , O2 و غيره در محدوده گسترده‌اي از غلظت و فشار باشند. انهدام فلزات توسط محيطهاي گازي ممكن است به چند طريق صورت پذيرد:
اكسيداسيون، كربوريزاسيون، سولفيداسيون، كلريداسيون و نيتريداسيون، همگي پديده‌هايي هستند كه سبب تخريب و انهدام فلزات مي شوند. همچنين ايجاد محصولات مذاب و يا رسوبات ناشي از سوخت مي‌تواند منجر به خوردگي داغ يا خوردگي خاكستر سوخت شود.