【سؤال يومي】 12.21 طرق الوقاية من التآكل الشقي (رد +3 نقاط، والإجابة الصحيحة تضيف +3 إلى -8 نقاط)

تحدث التآكل الناتج عن الشقوق بسبب وجود شقوق أو فجوات، حيث يحدث التآكل داخل هذه الشقوق أو بالقرب منها. يجب أن تكون الفجوات التي يحدث فيها تآكل الشقوق واسعة بما يكفي لكي يتسنى لمحلول التآكل الدخول إليها، ولكن يجب أن تكون ضيقة بما يكفي للحفاظ على استقرار المحلول داخلها. يحدث التآكل الشقي عادةً في الأماكن التي تتلامس فيها سطح المعدن مع الوسائد، والأحزمة، والألواح الواقية، والرواسب السطحية، بالإضافة إلى الفجوات بين الأجزاء المعدنية والأماكن التي يتداخل فيها المعدن مع بعضه البعض. يُعتقد عمومًا أن تآكل الشقوق ينتج عن فرق التركيز في الأكسجين بين داخل وخارج الشق. وبما أن داخل الشق يكون نقصًا في الأكسجين، فإن تفاعل اختزال الأكسجين يحدث بشكل رئيسي على سطح المعدن الموجود خارج الشق. ونتيجة لذلك، يتم ذوبان المعدن داخل الشق، مما يؤدي إلى زيادة كمية الأيونات الموجبة (M+) فيه. ومن أجل الحفاظ على التوازن الكهربائي، تدخل أيونات ضارة مثل C- من الخارج إلى داخل الشق، مما يؤدي إلى زيادة تركيز كلوريدات المعدن داخل الشق. ويؤدي تحلل كلوريدات المعدن إلى إنتاج أحماض حرة (H+Cl-)، مما يسرع من معدل ذوبان المعدن، وبالتالي يتكون عملية تحفيز ذاتي. غالبًا ما يصاحب التآكل الشقي فترة تكوّن طويلة، لكن بمجرد أن يبدأ، يستمر في التطور بمعدل متزايد. تتعرض المعادن ذات الحالة الكيميائية البطيئة للتآكل الشقي بسهولة في البيئات التي تحتوي على أيونات الهالوجين. الإجراءات الرئيسية لمنع التآكل في الفجوات هي: اختيار مواد مقاومة للتآكل في الفجوات ； تصميم فعّال للوقاية من التآكل ； يتم استخدام الحماية الكهروكيميائية ومواد مضادة للتآكل.

ما هي طرق الوقاية من التآكل الشقي؟ الجواب: تُربط العديد من المكونات المعدنية ببعضها البعض باستخدام البراغي والمسامير واللحام، وقد تظهر فجوات ضيقة في نقاط الاتصال هذه أو في مواقع اللحام. عرض الشق (الذي يتراوح عادةً بين 0.025 و0.1 مم) كافٍ للسماح لمحلول الإلكتروليت بالدخول، مما يؤدي إلى تكوين خلية كهروكيميائية قصيرة الدائرة بين المعدن داخل الشق والمعدن خارجه، ويحدث تآكل شديد داخل الشق. يحدث تآكل موضعي شديد في المعادن داخل الوسط، في الأماكن التي توجد بها فجوات أو على الأسطح المغطاة بمواد أخرى، ويُطلق على هذا النوع من التآكل اسم التآكل الناتج عن الفجوات. بالإضافة إلى أن التآكل في الفجوات يحدث بسبب الفروق في تركيز أيونات المعادن أو تركيز الأكسجين المذاب داخل الفجوة مقارنة بالتركيزات المحيطة بها، فإن السبب الرئيسي لهذا التآكل هو العملية الذاتية التحفيزية له، حيث يؤدي تحلل كلوريدات المعادن داخل الفجوات إلى انخفاض سريع في قيمة الرقم الهيدروجيني، مما يسرع من تفكك المعادن. عوامل التأثير: (1) عرض الفجوة: يجب أن تكون الفجوة واسعة بما يكفي لكي يدخل السائل إليها، ولكن في نفس الوقت يجب أن تكون ضيقة بما يكفي لكي يظل السائل محبوسًا فيها. (2) الوسط: يمكن أن يحدث هذا النوع من التآكل في العديد من الأوساط، لكنه يكون أشد خطورة في الأوساط التي تحتوي على أيونات Cl−. (3) المواد المعدنية: يحدث هذا النوع من التآكل بسهولة في المعادن أو السبائك التي تمتلك طبقة حماية أو طبقة أكسيد.

باستثناء الفجوات. الأساس في ذلك هو تجنب وجود فجوات من حيث التصميم الهيكلي؛ يجب اتخاذ تدابير مناسبة لمنع وجود فجوات في نقاط ربط أنابيب معدات التبادل الحراري بلوحات الأنابيب، كما يجب التعامل مع الفجوات الموجودة في الفلانشات والوسائد والبراغي والمسامير بشكل مناسب. يجب تنظيفه بشكل دوري، والحفاظ على سرعة التيار في البيئات مثل المياه البحرية عند مستوى ≥1.5 م/ث، لمنع تراكم الأوساخ (بما في ذلك الكائنات البحرية) على سطح الفولاذ. يتم استخدام فولاذ مقاوم للتآكل في الشقوق، وهو فولاذ يحتوي على نسبة عالية من الكروم والموليبدينوم، أو فولاذ يحتوي على الكروم والموليبدينوم والنيتروجين. وفي الوقت نفسه، يتضح أن حل مشكلة التآكل في الفجوات يتطلب اختيار مواد مناسبة، وهو أمر أصعب من حل مشكلة التآكل النقطي، كما أن التكلفة المالية ستكون أعلى.

يجب استخدام نفس المواد قدر الإمكان للمكونات، مع استخدام الطلاء لحمايتها من التآكل.

تآكل الشقوق: في وجود أيونات الكلور وغيرها من المواد، يحدث تآكل في الشقوق الموجودة في بنية الفولاذ المقاوم للصدأ، أو في الشقوق الناتجة عن تراكم الرواسب على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ. ويحدث ذلك بسبب تحمض محلول المادة (ارتفاع تركيز أيونات الكلور وانخفاض قيمة الرقم الهيدروجيني)، بالإضافة إلى نقص الأكسجين، مما يؤدي إلى تدمير طبقة الحماية الموجودة على سطح الفولاذ، وبالتالي حدوث تآكل على شكل نقاط أو قرح. الوقاية والمكافحة: 1. من الناحية الهيكلية، تصميم الهيكل بحيث لا تتكون فجوات. استخدام اللحام بدلاً من الربط بالمسامير أو البراغي. يتم استخدام وسائد غير قابلة للامتصاص في توصيلات الفلانجات والوسادات والبراغي. 2. من حيث اختيار المواد، يجب استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يحتوي على نسبة عالية من الكروم أو الموليبدينوم، أو الذي يحتوي على كل من الكروم والموليبدينوم والنيتروجين؛ وخاصة في درجات الحرارة العالية، يجب اختيار المواد المناسبة. 3. مواد مضادة للتآكل، يتم إضافتها إلى الوسط عندما تسمح الظروف بذلك. ٤. أمور أخرى: مثل استخدام طبقات واقية للحماية من التآكل، وحماية الكاثود، بالإضافة إلى زيادة سرعة تدفق وسائط التآكل؛ فكل هذه الطرق فعالة في تقليل التآكل في بعض الظروف.

ما هي طرق الوقاية من التآكل الشقي؟ يحدث التآكل في الفجوات بشكل أساسي بسبب عدم تجانس الخصائص الكهروكيميائية للوسط نتيجة وجود هذه الفجوات. لمنع التآكل في الفجوات، يتم اختيار المواد المقاومة للتآكل في هذه الفجوات ； تصميم فعّال للوقاية من التآكل ； يتم استخدام الحماية الكهروكيميائية ومواد مضادة للتآكل.

١. أساس القضاء على الفجوات هو تجنب وجودها من خلال التصميم الهيكلي، ويجب اتخاذ تدابير مناسبة لمنع الفجوات في نقاط ربط أنابيب معدات التبادل الحراري بلوحات الأنابيب، بالإضافة إلى الفجوات الموجودة في الفلانشات والوسائد والبراغي والمسامير； 2. طريقة الحماية الكهروكيميائية، الحماية الكاثودية ； ٣. طلاء مُعالج بمادة مضادة للتآكل ； ٤. استخدام المواد المناسبة ； 5. تنظيف الرواسب في الوقت المناسب ； 6. استخدام مواد صلبة لسد الفجوات ； 7. يُفضل عدم استخدام مواد ماصة للرطوبة مثل الأسبستوس والورق، ويجب استخدام مواد البوليتترافلوروإيثيلين قدر الإمكان ；

يتم ربط العديد من المكونات المعدنية عن طريق اللحام، وقد تظهر فجوات ضيقة في نقاط الربط هذه أو في مواضع اللحام التي تحتوي على عيوب. عرض الشق (الذي يتراوح عادةً بين 0.025 و0.1 مم) كافٍ للسماح بدخول محلول الإلكتروليت، مما يؤدي إلى تكوين خلية كهروكيميائية قصيرة الدائرة بين المعدن داخل الشق والمعدن خارجه، ويحدث تآكل شديد داخل الشق، ويُطلق على هذا النوع من التآكل المحلي اسم التآكل الشقي.

١. إزالة الفجوات. الأساس في ذلك هو تجنب وجود فجوات من حيث التصميم الهيكلي؛ يجب اتخاذ تدابير مناسبة لمنع وجود فجوات في نقاط ربط أنابيب معدات التبادل الحراري بلوحات الأنابيب، كما يجب التعامل مع الفجوات الموجودة في الفلانشات والوسائد والبراغي والمسامير بشكل مناسب. 2. يجب تنظيفه بشكل دوري، والحفاظ على سرعة التيار في البيئات مثل المياه البحرية عند مستوى ≥1.5 م/ث، لمنع تراكم الأوساخ (بما في ذلك الكائنات البحرية) على سطح الفولاذ. ٣. استخدام فولاذ مقاوم للتآكل في الشقوق، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ ذو المحتوى العالي من الكروم والموليبدينوم، أو ذو المحتوى العالي من الكروم والموليبدينوم والنيتروجين.

ما هي طرق الوقاية من التآكل الشقي؟ الطريقة الفعالة لمنع هذا النوع من التآكل هي زيادة نسبة عنصري الكروم والموليبدينوم في السبيكة، وخاصة نسبة عنصر الموليبدينوم.

إزالة الفجوات. الأساس في ذلك هو تجنب وجود فجوات من حيث التصميم الهيكلي؛ يجب اتخاذ تدابير مناسبة لمنع وجود فجوات في نقاط ربط أنابيب أجهزة التبادل الحراري بلوحات الأنابيب، كما يجب التعامل مع الفجوات الموجودة في الفلانشات والوسائد والبراغي والمسامير بشكل مناسب

تدابير الوقاية: إزالة الفجوات. ١. الأساس في ذلك هو تجنب وجود فجوات من حيث التصميم الهيكلي، ويجب اتخاذ تدابير مناسبة لمنع الفجوات في نقاط ربط المعدات مع بعضها، بالإضافة إلى الفجوات الموجودة في الفلانشات والوسادات والبراغي والمسامير. 2. يجب تنظيفه بشكل دوري، والحفاظ على سرعة التيار في البيئات مثل المياه البحرية عند مستوى ≥1.5 م/ث، لمنع تراكم الأوساخ (بما في ذلك الكائنات البحرية) على سطح الفولاذ. ٣. استخدام فولاذ مقاوم للتآكل في الشقوق، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ ذو المحتوى العالي من الكروم والموليبدينوم، أو ذو المحتوى العالي من الكروم والموليبدينوم والنيتروجين.

الجواب: اختر مواد مقاومة للتآكل في الشقوق； تصميم فعّال للوقاية من التآكل ； يتم استخدام الحماية الكهروكيميائية ومواد مضادة للتآكل.

١. تصميم مناسب لتجنب الفجوات. على سبيل المثال: اللحام أفضل من الربط بالمسامير ； اللحام بالضغط أفضل من اللحام بالتركيب ； يجب ضمان جودة اللحام لتجنب وجود ثقوب فيه ； يمكن استخدام هيكل توصيل بالبراغي، مع استخدام وسادات مطاطية منخفضة الكبريت، ومواد مالئة كثيفة، كما يمكن حماية سطح التوصيل بطبقة عازلة. بالإضافة إلى ذلك، يجب تجنب المناطق التي قد تتراكم فيها المياه أثناء التصميم ； أثناء الصيانة، يجب التنظيف المستمر وإزالة الأوساخ وما شابه.   2. عندما لا يمكن تجنب وجود فجوات في التصميم، يمكن استخدام الحماية الكاثودية. على سبيل المثال، في مياه البحر، يتم استخدام قطب من الزنك أو المغنيسيوم كقطب تضحية. لكن عند استخدام هذه الطريقة، يجب الانتباه إلى مشكلة الهشاشة الناتجة عن الهيدروجين.   ٣. نظرًا لصعوبة دخول مواد التحكم في التآكل إلى الشقوق، يمكن طلاء سطح الاتصال بطلاء يحتوي على هذه المواد. على سبيل المثال، بالنسبة للفولاذ، يُستخدم طلاء يحتوي على PbCrO4، أما بالنسبة للألمنيوم، فيُستخدم طلاء يحتوي على ZnCrO4 ； بالنسبة للألواح المعدنية، يمكن استخدام ورق تغليف مغموس في مادة مضادة للتآكل من النوع الغازي لفصلها.   ٤. استخدام مواد مناسبة؛ بالنسبة لبعض الأجزاء المهمة، يمكن استخدام مواد ذات قدرة عالية على مقاومة التآكل في الفجوات، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الغني بالكروم والموليبدينوم.
٥. إذا لم يكن من الممكن استخدام حلول خالية من الفجوات، فيجب أن تكون البنية قادرة على تصريف المواد بشكل فعال، حتى يمكن إزالة الرواسب في الوقت المناسب، كما يمكن استخدام مواد مالئة صلبة لملء الفجوات. على سبيل المثال، في المعدات الفولاذية المستخدمة في المياه البحرية، يمكن استخدام سبيكة الرصاص والقصدير كمادة مالئة لسد الفجوات.

ما هي طرق الوقاية من التآكل الشقي؟ الطريقة الفعالة لمنع التآكل في الشقوق هي زيادة نسبة عنصري الكروم والموليبدينوم في السبيكة، وخاصة نسبة عنصر الموليبدينوم.

طرق الوقاية: ① يجب تفريغ السوائل بالكامل لتجنب تراكم الأوساخ؛ ② في عملية ربط لوحات مبادل التبريد بالأنابيب، يجب استخدام تقنية اللحام بالضغط لتقليل تآكل الفجوات بين الأنابيب واللوحات؛ ③ يجب أن تكون هياكل الخزانات ملحومة بشكل كامل، لتجنب ظهور فجوات أو ثقوب داخلية

الإجراءات الرئيسية لمنع التآكل في الفجوات هي: اختيار مواد مقاومة للتآكل في الفجوات； تصميم فعّال للوقاية من التآكل ； يتم استخدام الحماية الكهروكيميائية ومواد مضادة للتآكل.

تحدث تآكل الفجوات بسبب صعوبة حركة المواد بين محتويات الفجوة والمحيط بها. لهذا السبب، يجب أن يكون عرض الفجوة ضيقًا بما فيه الكفاية. إن تطوره أيضًا عملية تحفيز ذاتي داخل منطقة مغلقة. على سبيل المثال، في الأجزاء الفولاذية الموجودة في وسائط مثل المياه البحرية، في المراحل الأولى من تآكل الشقوق، يحدث عملية تآكل في كلا سطحي المعدن داخل وخارج الشق، حيث يكون تحويل الأكسجين إلى أيونات هو التفاعل الكاثودي. نظرًا لأن الأكسجين الموجود داخل الفجوة يتم استهلاكه بسرعة، ومن الصعب جدًا تعويضه عن طريق الانتشار، فإن التفاعل الكاثودي لاختزال الأكسجين داخل الفجوة يتوقف تدريجيًا، مما يؤدي إلى تكوين خلية فرق التركيز الأكسجيني بين داخل وخارج الفجوة. يؤدي تفاعل الاختزال الأكسجيني على مساحة كبيرة خارج الشق إلى تسريع ذوبان الأنود المعدني داخل الشق. يؤدي ذوبان المعدن داخل الشق إلى تكوين أيونات معدنية موجبة زائدة (Me+)، مما يدفع أيونات الكلور خارج الشق للدخول إليه من أجل الحفاظ على التوازن الكهربائي. ويؤدي ذلك إلى تحلل أيونات المعادن، مما يزيد من درجة الحموضة داخل الفجوات، وبالتالي يسرع من عملية تحلل المعادن في القطب الموجب (انظر الشكل). 　مقارنة بين التآكل النقطي والتآكل في الشقوق: آليات تطور كل من التآكل النقطي والتآكل في الشقوق متشابهة، لكن آليات حدوثهما وعملياتهما تختلف. النوع الأول يحدث بسبب حالة الخمول للمادة أو تلف جزئي في طبقة الحماية، ويتطور نتيجة تكوّن نقاط تآكل؛ أما النوع الثاني فهو ناتج عن عدم تجانس الخصائص الكهروكيميائية للوسط، حيث يبدأ التآكل في ظروف مغلقة داخل الشقوق. من حيث جهد الأقطاب، فإن جهد الأقطاب الذي يحدث فيه تآكل الشقوق أقل من جهد الأقطاب الذي يحدث فيه التآكل النقطي. من ناحية الوسط، يمكن أن يحدث التآكل الشقي في المحاليل التي لا تحتوي على أيونات الكلور، بينما يحدث التآكل النقطي غالبًا في الظروف التي تتواجد فيها أيونات سالبة نشطة خاصة. 　　يؤثر تركيز أيونات الكلور في المحلول بشكل كبير على نوعين من التآكل؛ فعادةً، كلما ارتفع تركيز أيونات الكلور، زاد احتمال حدوث التآكل النقطي والتآكل في الشقوق، كما يزداد معدل تطور هذا التآكل أيضًا. للأيونات الهالوجينية الأخرى تأثيرات مماثلة. بشكل عام، كلما ارتفعت درجة حرارة المحلول، زاد خطر حدوث التآكل النقطي والتآكل في الشقوق. 　　تدابير الوقاية: من التدابير المهمة لزيادة مقاومة المواد للتآكل إضافة عناصر سبائكية مناسبة (مثل إضافة الموليبدينوم إلى الفولاذ المقاوم للصدأ)، وتطبيق عمليات التثبيت الكيميائي والمعالجة الحرارية المناسبة، بالإضافة إلى تقليل نسبة الشوائب في المواد المعدنية. الإجراء الرئيسي لمنع التآكل في الفجوات هو تجنب وجود فجوات في الهيكل، بالإضافة إلى تجنب الأشكال الهندسية التي قد تؤدي إلى تراكم المواد على السطح. كما يجب استخدام اللحام بدلاً من الربط بالمسامير قدر الإمكان، واستخدام مواد غير قابلة لامتصاص الرطوبة كوسائد دعم. الحماية الكهروكيميائية فعالة في منع التآكل النقطي وتآكل الشقوق على حد سواء. كما أن استخدام مواد معدنية مناسبة تتمتع بمقاومة عالية للتآكل النقطي وتآكل الشقوق، يُعد أيضًا إجراءً فعالًا لمنع هذين النوعين من التآكل.

يمكن للمؤلف فقط رؤية تآكل الشقوق (Crevice Corrosion)، وهو التآكل الذي يحدث داخل الشقوق أو بالقرب منها بسبب وجود هذه الشقوق. يجب أن تكون الفجوات التي يحدث فيها تآكل الشقوق واسعة بما يكفي لكي يتسنى لمحلول التآكل الدخول إليها، ولكن يجب أن تكون ضيقة بما يكفي للحفاظ على استقرار المحلول داخلها. يحدث التآكل الشقي عادةً في الأماكن التي تتلامس فيها سطح المعدن مع الوسائد، والأحزمة، والألواح الواقية، والرواسب السطحية، بالإضافة إلى الفجوات بين الأجزاء المعدنية والأماكن التي يتداخل فيها المعدن مع بعضه البعض. يُعتقد عمومًا أن تآكل الشقوق ينتج عن فرق التركيز في الأكسجين بين داخل وخارج الشق. وبما أن داخل الشق يكون نقصًا في الأكسجين، فإن تفاعل اختزال الأكسجين يحدث بشكل رئيسي على سطح المعدن الموجود خارج الشق. ونتيجة لذلك، يتم ذوبان المعدن داخل الشق، مما يؤدي إلى زيادة كمية الأيونات الموجبة (M+) فيه. ومن أجل الحفاظ على التوازن الكهربائي، تدخل أيونات ضارة مثل C- من الخارج إلى داخل الشق، مما يؤدي إلى زيادة تركيز كلوريدات المعدن داخل الشق. ويؤدي تحلل كلوريدات المعدن إلى إنتاج أحماض حرة (H+Cl-)، مما يسرع من معدل ذوبان المعدن، وبالتالي يتكون عملية تحفيز ذاتي. غالبًا ما يصاحب التآكل الشقي فترة تكوّن طويلة، لكن بمجرد أن يبدأ، يستمر في التطور بمعدل متزايد. تتعرض المعادن ذات الحالة الكيميائية البطيئة للتآكل الشقي بسهولة في البيئات التي تحتوي على أيونات الهالوجين. الإجراءات الرئيسية لمنع التآكل في الفجوات هي: اختيار مواد مقاومة للتآكل في الفجوات ； تصميم فعّال للوقاية من التآكل ； يتم استخدام الحماية الكهروكيميائية ومواد مضادة للتآكل.