การกัดกร่อนทางเคมีเป็นกระบวนการที่ประกอบด้วยการทำลายของโลหะเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมภายนอกที่ก้าวร้าว ความหลากหลายทางเคมีของกระบวนการกัดกร่อนไม่เกี่ยวข้องกับผลกระทบของกระแสไฟฟ้า ในการกัดกร่อนชนิดนี้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่วัสดุที่ถูกทำลายในเวลาเดียวกันจะมีสารช่วยลดสำหรับองค์ประกอบของตัวกลาง
- การกัดกร่อนของก๊าซ
- ลักษณะของฟิล์มออกไซด์
- อัตราการกัดกร่อน
- การกัดกร่อนในของเหลวที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์
- วิธีการป้องกันการกัดกร่อน
- สารเคลือบ Organosilicate
การจำแนกประเภทของสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวรวมถึงการทำลายโลหะสองประเภท:
- การกัดกร่อนทางเคมีในของเหลวที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์
- การกัดกร่อนของสารเคมี
การกัดกร่อนของก๊าซ
รูปแบบที่พบบ่อยที่สุดของการกัดกร่อนทางเคมี - ก๊าซ - เป็นกระบวนการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นในก๊าซที่อุณหภูมิสูง ปัญหานี้เป็นเรื่องปกติสำหรับการทำงานของอุปกรณ์เทคโนโลยีและชิ้นส่วนหลายประเภท (ส่วนควบของเตาเผาเครื่องยนต์กังหัน ฯลฯ ) นอกจากนี้อุณหภูมิสูงพิเศษถูกนำมาใช้ในการแปรรูปโลหะภายใต้แรงดันสูง
คุณสมบัติของโลหะที่อุณหภูมิสูงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติสองประการคือความต้านทานความร้อนและความต้านทานความร้อน ความต้านทานความร้อนคือระดับความเสถียรของสมบัติเชิงกลของโลหะที่อุณหภูมิสูงมาก ภายใต้ความมั่นคงของคุณสมบัติทางกลหมายถึงการรักษาความแข็งแรงเป็นเวลานานและความต้านทานการคืบ ความต้านทานความร้อนคือความต้านทานของโลหะต่อกิจกรรมการกัดกร่อนของก๊าซที่อุณหภูมิสูงขึ้น
อัตราการพัฒนาของการกัดกร่อนของก๊าซถูกกำหนดโดยตัวชี้วัดจำนวนหนึ่งซึ่งรวมถึง:
- อุณหภูมิบรรยากาศ
- ส่วนประกอบที่รวมอยู่ในโลหะหรือโลหะผสม
- พารามิเตอร์สิ่งแวดล้อมที่ตั้งของก๊าซ;
- ระยะเวลาที่สัมผัสกับตัวกลางที่เป็นก๊าซ
- คุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
กระบวนการกัดกร่อนได้รับอิทธิพลมากขึ้นจากคุณสมบัติและพารามิเตอร์ของฟิล์มออกไซด์ที่ปรากฎบนพื้นผิวโลหะ การก่อตัวของออกไซด์สามารถแบ่งตามลำดับเวลาได้เป็นสองช่วง:
- การดูดซับของโมเลกุลออกซิเจนบนพื้นผิวโลหะที่มีปฏิสัมพันธ์กับบรรยากาศ
- สัมผัสพื้นผิวโลหะด้วยแก๊สทำให้เกิดสารประกอบทางเคมี
ขั้นตอนแรกนั้นมีลักษณะโดยการปรากฎของพันธะไอออนิกอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาของออกซิเจนและอะตอมที่ผิวเมื่ออะตอมของออกซิเจนใช้คู่อิเล็กตรอนจากโลหะ พันธะที่เกิดขึ้นนั้นมีความโดดเด่นด้วยความแข็งแกร่งที่ยอดเยี่ยม - มันมากกว่าพันธะของออกซิเจนกับโลหะในออกไซด์
คำอธิบายสำหรับการเชื่อมต่อนี้อยู่ในผลกระทบของสนามอะตอมกับออกซิเจน ทันทีที่พื้นผิวโลหะเต็มไปด้วยสารออกซิไดซ์ (และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว) ที่อุณหภูมิต่ำด้วยความแข็งแรงของแวนเดอร์วาวาล์ส์การดูดซับของโมเลกุลออกซิไดซ์จะเริ่มขึ้น ผลที่ได้จากปฏิกิริยาคือการปรากฏตัวของฟิล์มโมโนโครมโมเลกุลที่บางที่สุดซึ่งเมื่อเวลาผ่านไปจะหนาขึ้นซึ่งทำให้การเข้าถึงออกซิเจนมีความยุ่งยาก
ในขั้นตอนที่สองปฏิกิริยาทางเคมีเกิดขึ้นในระหว่างที่องค์ประกอบออกซิไดซ์ของสื่อนำอิเล็กตรอนจากวาเลนซ์ การกัดกร่อนทางเคมีเป็นผลสุดท้ายของปฏิกิริยา
ไปที่เนื้อหา↑
ลักษณะของฟิล์มออกไซด์
การจำแนกประเภทของฟิล์มออกไซด์ประกอบด้วยสามประเภท:
- บาง (มองไม่เห็นโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ);
- กลาง (การเปลี่ยนสี);
- หนา (มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า)
ฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นมีความสามารถในการป้องกัน - ช้าหรือยับยั้งการกัดกร่อนของสารเคมีอย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้การมีฟิล์มออกไซด์เพิ่มความต้านทานความร้อนของโลหะ
อย่างไรก็ตามภาพยนตร์ที่มีประสิทธิภาพอย่างแท้จริงจะต้องมีคุณสมบัติหลายประการ:
- ไม่เป็นรูพรุน
- มีโครงสร้างต่อเนื่อง
- มีคุณสมบัติยึดเกาะดี
- ความเฉื่อยของสารเคมีแตกต่างกันไปตามบรรยากาศ
- แข็งและทนต่อการสึกหรอ
หนึ่งในเงื่อนไขข้างต้น - โครงสร้างที่แข็งแกร่งมีความสำคัญอย่างยิ่ง สภาพความต่อเนื่องเป็นส่วนเกินของปริมาตรของโมเลกุลของฟิล์มออกไซด์เหนือปริมาตรของอะตอมโลหะ ความต่อเนื่องคือความสามารถของออกไซด์ในการปกคลุมพื้นผิวโลหะทั้งหมดด้วยชั้นอย่างต่อเนื่อง หากไม่เป็นไปตามเงื่อนไขนี้ภาพยนตร์จะไม่สามารถป้องกันได้ อย่างไรก็ตามมีข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้: สำหรับโลหะบางชนิดเช่นสำหรับแมกนีเซียมและองค์ประกอบของกลุ่มอัลคาไลน์ - โลก (ไม่รวมเบริลเลียม) ความต่อเนื่องไม่ได้เป็นของตัวชี้วัดที่สำคัญ
เพื่อกำหนดความหนาของฟิล์มออกไซด์นั้นมีการใช้เทคนิคหลายอย่าง คุณสมบัติการป้องกันของภาพยนตร์สามารถอธิบายได้ในเวลาที่มีการก่อตัว ในการทำเช่นนี้เราศึกษาอัตราการเกิดออกซิเดชันของโลหะและพารามิเตอร์ของการเปลี่ยนแปลงความเร็วเมื่อเวลาผ่านไป
สำหรับออกไซด์ที่เกิดขึ้นแล้วใช้วิธีการอื่นซึ่งประกอบด้วยในการศึกษาความหนาและลักษณะการป้องกันของฟิล์ม ในการทำเช่นนี้น้ำยาทำปฏิกิริยากับพื้นผิว ถัดไปผู้เชี่ยวชาญบันทึกเวลาที่ใช้ในการเจาะน้ำยาและจากข้อมูลที่ได้มาพวกเขาสรุปว่าความหนาของฟิล์ม
ไปที่เนื้อหา↑เอาใจใส่! แม้กระทั่งฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นในที่สุดก็ยังคงมีปฏิสัมพันธ์กับตัวกลางออกซิไดซ์และโลหะ
อัตราการกัดกร่อน
ความเข้มของการกัดกร่อนของสารเคมีขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ที่อุณหภูมิสูงกระบวนการออกซิเดชั่นจะพัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็ว ยิ่งกว่านั้นการลดบทบาทของปัจจัยทางอุณหพลศาสตร์ในระหว่างการทำปฏิกิริยาไม่ส่งผลกระทบต่อกระบวนการ
สิ่งสำคัญคือการทำความเย็นและการทำความร้อนที่แปรผัน เนื่องจากความเครียดจากความร้อนทำให้เกิดรอยแตกในฟิล์มออกไซด์ ผ่านรูพรุนองค์ประกอบออกซิไดซ์จะกระทบพื้นผิว เป็นผลให้ชั้นฟิล์มออกไซด์ใหม่ถูกสร้างขึ้นและชั้นฟิล์มเก่าจะถูกลอกออก
ไม่ได้มีบทบาทอย่างน้อยที่สุดโดยองค์ประกอบของสื่อที่เป็นก๊าซ ปัจจัยนี้เป็นรายบุคคลสำหรับโลหะประเภทต่างๆและสอดคล้องกับความผันผวนของอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่นทองแดงมีความอ่อนไหวต่อการกัดกร่อนหากสัมผัสกับออกซิเจน แต่สามารถทนต่อกระบวนการนี้ในสภาพแวดล้อมของซัลเฟอร์ออกไซด์ สำหรับนิกเกิลในทางกลับกัน sulfuric ออกไซด์นั้นเป็นอันตรายถึงชีวิตและความเสถียรนั้นเกิดขึ้นในออกซิเจนคาร์บอนไดออกไซด์และสิ่งแวดล้อมทางน้ำ แต่โครเมียมสามารถทนทานต่อสภาพแวดล้อมเหล่านี้ทั้งหมด
เอาใจใส่! หากระดับความดันของการแยกตัวของออกไซด์เกินความดันขององค์ประกอบออกซิไดซ์กระบวนการออกซิเดชั่นจะหยุดลงและโลหะจะได้รับความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์
ส่วนประกอบของโลหะผสมยังส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่น ตัวอย่างเช่นแมงกานีส, ซัลเฟอร์, นิกเกิลและฟอสฟอรัสไม่ได้มีส่วนทำให้เกิดออกซิเดชันของเหล็ก แต่อลูมิเนียมซิลิกอนและโครเมียมทำให้กระบวนการช้าลง โคบอลต์ทองแดงเบริลเลียมและไทเทเนียมช่วยชะลอการเกิดออกซิเดชันของเหล็กมากยิ่งขึ้น สารวานาเดียมทังสเตนและโมลิบดีนัมจะช่วยทำให้กระบวนการมีความเข้มข้นมากขึ้นซึ่งอธิบายได้จากการหลอมละลายและความผันผวนของโลหะเหล่านี้ ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นจะดำเนินไปอย่างช้าที่สุดกับโครงสร้างออสเทนนิติกเนื่องจากมันถูกปรับให้เข้ากับอุณหภูมิสูงที่สุด
อีกปัจจัยหนึ่งที่อัตราการกัดกร่อนขึ้นอยู่กับลักษณะของพื้นผิวที่ผ่านการบำบัด พื้นผิวเรียบออกซิไดซ์ช้ากว่าและพื้นผิวไม่เรียบเร็วขึ้น
ไปที่เนื้อหา↑การกัดกร่อนในของเหลวที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์
ของเหลวที่ไม่นำไฟฟ้า (เช่นของเหลวที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์) รวมถึงสารอินทรีย์เช่น:
- เบนซิน;
- คลอโรฟอร์ม;
- แอลกอฮอล์;
- คาร์บอนเตตระคลอไรด์
- ฟีนอล;
- น้ำมัน
- น้ำมันเบนซิน;
- น้ำมันก๊าด ฯลฯ
นอกจากนี้ของเหลวอนินทรีย์จำนวนเล็กน้อยเช่นโบรมีนเหลวและกำมะถันเหลวถูกจัดประเภทเป็นของเหลวที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์
ควรสังเกตว่าตัวทำละลายอินทรีย์เองไม่ทำปฏิกิริยากับโลหะอย่างไรก็ตามในที่ที่มีสิ่งเจือปนจำนวนเล็กน้อยจะเกิดกระบวนการโต้ตอบที่รุนแรง
องค์ประกอบกำมะถันในน้ำมันเพิ่มอัตราการกัดกร่อน นอกจากนี้อุณหภูมิสูงและการมีออกซิเจนในของเหลวช่วยเสริมกระบวนการกัดกร่อน ความชื้นทวีความรุนแรงมากขึ้นการพัฒนาของการกัดกร่อนตามหลักการไฟฟ้า
อีกปัจจัยหนึ่งในการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการกัดกร่อนคือโบรมีนเหลว ที่อุณหภูมิปกติมันเป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อเหล็กกล้าคาร์บอนสูงอลูมิเนียมและไทเทเนียม ความสำคัญน้อยกว่าคือผลกระทบของโบรมีนต่อเหล็กและนิกเกิล ความต้านทานที่ยิ่งใหญ่ที่สุดต่อโบรมีนเหลวนั้นแสดงโดยตะกั่ว, เงิน, แทนทาลัมและแพลทินัม
กำมะถันที่หลอมเหลวเข้าสู่ปฏิกิริยาเชิงรุกกับโลหะเกือบทั้งหมดส่วนใหญ่เป็นตะกั่วดีบุกและทองแดง เกรดของเหล็กกล้าคาร์บอนและไทเทเนียมซัลเฟอร์นั้นได้รับผลกระทบน้อยกว่าและทำลายอลูมิเนียมได้เกือบทั้งหมด
มาตรการป้องกันสำหรับโครงสร้างโลหะที่ตั้งอยู่ในสื่อของเหลวที่ไม่นำไฟฟ้าดำเนินการโดยการเพิ่มโลหะที่ทนทานต่อตัวกลางเฉพาะ (ตัวอย่างเช่นเหล็กที่มีเนื้อหาโครเมียมสูง) นอกจากนี้ยังมีการเคลือบสารป้องกันพิเศษด้วย (เช่นในสภาพแวดล้อมที่มีกำมะถันอยู่มากใช้การเคลือบอลูมิเนียม)
ไปที่เนื้อหา↑วิธีการป้องกันการกัดกร่อน
วิธีการควบคุมการกัดกร่อนประกอบด้วย:
- การประมวลผลฐานโลหะที่มีชั้นป้องกัน (ตัวอย่างเช่นการใช้สี);
- การใช้สารยับยั้ง (เช่นโครเมตหรือสารหนู)
- การแนะนำวัสดุที่ทนต่อกระบวนการกัดกร่อน
ทางเลือกของวัสดุที่เฉพาะเจาะจงขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพที่อาจเกิดขึ้น (รวมถึงเทคโนโลยีและการเงิน) ของการใช้งาน
หลักการป้องกันโลหะที่ทันสมัยขึ้นอยู่กับเทคนิคดังกล่าว:
- การปรับปรุงความต้านทานต่อสารเคมีของวัสดุ วัสดุที่ทนต่อสารเคมี (พลาสติกโพลีเมอร์สูงแก้วเซรามิก) ได้พิสูจน์ตัวเองแล้ว
- การแยกวัสดุจากสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว
- ลดความก้าวร้าวของสภาพแวดล้อมทางเทคโนโลยี ตัวอย่างของการกระทำดังกล่าวรวมถึงการทำให้เป็นกลางและการกำจัดความเป็นกรดในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรวมทั้งการใช้สารยับยั้งต่างๆ
- การป้องกันทางเคมีไฟฟ้า (กำหนดให้มีกระแสไฟฟ้าภายนอก)
วิธีการข้างต้นแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม:
- ทนต่อสารเคมีและฉนวนที่เพิ่มขึ้นก่อนที่จะนำไปใช้กับงานโลหะ
- การลดความก้าวร้าวของสิ่งแวดล้อมและการป้องกันไฟฟ้าเคมีได้ถูกนำมาใช้ในกระบวนการของการใช้ผลิตภัณฑ์โลหะ การประยุกต์ใช้เทคนิคทั้งสองนี้ทำให้สามารถนำเสนอวิธีการป้องกันแบบใหม่ซึ่งเป็นผลมาจากการป้องกันที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสภาพการทำงาน
หนึ่งในวิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการปกป้องโลหะ - การเคลือบป้องกันการกัดกร่อนแบบกัลวานิค - เป็นประโยชน์ทางเศรษฐกิจสำหรับพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ เหตุผลคือค่าใช้จ่ายสูงของกระบวนการเตรียมการ
สถานที่ชั้นนำในบรรดาวิธีการป้องกันคือการเคลือบโลหะด้วยสีและเคลือบเงา ความนิยมของวิธีการแก้ไขการกัดกร่อนนี้เกิดจากการรวมกันของปัจจัยหลายประการ:
- คุณสมบัติการป้องกันสูง (hydrophobicity, repulsion ของของเหลว, การซึมผ่านของก๊าซต่ำและการซึมผ่านของไอ);
- ในการผลิต;
- โอกาสที่เพียงพอสำหรับการแก้ปัญหาการตกแต่ง
- การบำรุงรักษา;
- เหตุผลทางเศรษฐกิจ
ในขณะเดียวกันการใช้วัสดุที่มีอยู่อย่างกว้างขวางก็ไม่ได้มีข้อเสีย:
- การทำให้เปียกที่ไม่สมบูรณ์ของพื้นผิวโลหะ
- การยึดเกาะที่ผิดปกติของการเคลือบด้วยโลหะฐานซึ่งนำไปสู่การสะสมของอิเล็กโทรไลต์ภายใต้การเคลือบป้องกันการกัดกร่อนและทำให้เกิดการกัดกร่อน
- ความพรุนนำไปสู่การเพิ่มการซึมผ่านของความชื้น
อย่างไรก็ตามพื้นผิวที่ทาสีนั้นช่วยปกป้องโลหะจากกระบวนการกัดกร่อนแม้ว่าจะเกิดความเสียหายเล็กน้อยต่อฟิล์มในขณะที่การเคลือบกัลวานิคที่ไม่สมบูรณ์สามารถเร่งการกัดกร่อนได้
ไปที่เนื้อหา↑สารเคลือบ Organosilicate
สำหรับการป้องกันการกัดกร่อนที่มีคุณภาพสูงแนะนำให้ใช้โลหะที่มีความสามารถในการไฮโดรโฟบิซิตี้สูงการซึมผ่านของน้ำในก๊าซและไอน้ำ วัสดุเหล่านี้รวมถึง organosilicates
การกัดกร่อนทางเคมีนั้นไม่ได้มีผลกับวัสดุออร์กาโนซิลิเกต เหตุผลนี้อยู่ในความเสถียรทางเคมีที่เพิ่มขึ้นขององค์ประกอบดังกล่าวความต้านทานต่อแสงคุณภาพไม่ชอบน้ำและการดูดซึมน้ำต่ำ Organosilicates ยังทนต่ออุณหภูมิต่ำมีคุณสมบัติยึดเกาะที่ดีและทนต่อการสึกหรอ
ปัญหาการทำลายโลหะเนื่องจากผลกระทบของการกัดกร่อนไม่ได้หายไปแม้จะมีการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อต่อสู้กับพวกเขา เหตุผลคือการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในการผลิตโลหะและเงื่อนไขการใช้งานที่ยากขึ้นของผลิตภัณฑ์จากพวกเขา ในที่สุดมันเป็นไปไม่ได้ที่จะแก้ปัญหาในขั้นตอนนี้ดังนั้นความพยายามของนักวิทยาศาสตร์จึงมุ่งเน้นไปที่การหาโอกาสในการชะลอกระบวนการกัดกร่อน
