Në fushën e shkencës dhe inxhinierisë materiale, termat gërryer, oksidim dhe ndryshk shpesh përdoren në mënyrë të ndërsjellë. Sidoqoftë, këto procese, ndërsa janë të lidhura, kanë karakteristika dhe ndikime të dallueshme. Të kuptuarit e dallimeve të tyre është thelbësore për industritë që variojnë nga ndërtimi në hapësirën ajrore, pasi këto fenomene mund të ndikojnë ndjeshëm në jetëgjatësinë dhe sigurinë e materialeve dhe strukturave.
Çfarë është korrozioni?
Korrozioni është degradimi gradual i materialeve, zakonisht metale, të shkaktuara nga reaksione kimike ose elektrokimike. Dobëson materialin dhe ndikon në integritetin e tij strukturor. Korrozioni mund të çojë në dështim nëse lihet i pa kontrolluar.
Degradimi i vetive materiale
Kur ndodh korrozioni, ndryshon vetitë fizike të materialit. Kjo përfshin forcën, pamjen dhe madje edhe përçueshmërinë. Reagimet elektrokimike midis metaleve dhe mjedisit të tij shkaktojnë këtë degradim.
Llojet e korrozionit
Korrozioni nuk është i njëjtë në çdo skenar. Mjedise dhe materiale të ndryshme çojnë në forma të ndryshme të gërryerjes. Më poshtë janë disa lloje të zakonshme:
Sulmi uniform : Kjo është forma më e zakonshme e korrozionit. Ndodh kur e gjithë sipërfaqja e një materiali është e ekspozuar ndaj një mjedisi gërryes, duke rezultuar në përkeqësim edhe.
Korrozioni galvani : Ky lloj gërryerjeje ndodh kur dy metale të ndryshme janë në kontakt me njëri -tjetrin në prani të një elektroliti. Metali më pak fisnik bëhet anoda dhe gërryhet më shpejt.
ecell = e⁰Cathode - e⁰anode - (rt/nf) ln ([ox]/[e kuqe])
ECELL = Potenciali i qelizave, E0 = potencialet standarde të elektrodës, r = konstanta e gazit, T = temperatura, n = numri i elektroneve të transferuara, dhe F është konstanta Faraday.
Shkalla e korrozionit ∝ [cl–] e (-∆g/rt)
Në këtë ekuacion, ΔG është ndryshimi në energjinë e lirë të Gibbs, r është konstanta e gazit, dhe T është temperatura.
Pitting : Kjo është një formë e lokalizuar e gërryerjes që rezulton në vrima ose gropa të vogla në sipërfaqen e një metali. Mund të jetë e vështirë të zbulohet dhe mund të çojë në dështim të shpejtë.
Korrozioni ndërgranular : Ky lloj korrozioni ndodh përgjatë kufijve të grurit të një metali, shpesh për shkak të reshjeve të papastërtive ose formimit të fazave të ndryshme.
Korrozioni i erozionit : Ndodh kur një lëng gërryes lëviz mbi një sipërfaqe metalike me shpejtësi të lartë, duke shkaktuar veshin mekanik dhe degradimin kimik.
Plasaritje e korrozionit të stresit : Kjo ndodh kur një metal i nënshtrohet si stresit tërheqës dhe një mjedisi gërryes, duke çuar në formimin dhe përhapjen e çarjeve.
Rrjedhje selektive : Ky lloj gërryerjeje përfshin heqjen selektive të një elementi nga një aliazh, duke lënë pas një strukturë të dobësuar, poroz.
Materialet e prekura nga gërryerja
Korrozioni nuk ndikon vetëm në metale. Materialet e tjera mund të degradojnë gjithashtu:
Metalet : Hekuri, alumini, bakri dhe lidhjet e tyre preken më shumë nga korrozioni.
Qeramika : Megjithëse më pak e zakonshme, qeramika mund të degradojë përmes reaksioneve kimike me mjedisin e tyre.
Polimere : Në vend të korrodimit, polimeret degradojnë. Kjo dobësim mund të çojë në plasaritje, shtrëngim ose njollë.
Çfarë është oksidimi?
Oksidimi është një proces kimik ku një material humbet elektronet, duke reaguar zakonisht me oksigjenin. Partshtë pjesë e kimisë së përditshme, shpesh duke rezultuar në ndryshime të dukshme si ngjyra ose cilësi.
Procesi kimik që përfshin humbjen e elektroneve
Në oksidim, një substancë heq dorë nga elektronet në një tjetër. Oksigjeni është zakonisht substanca që i pranon ato. Ky reagim mund të ndodhë në materialet organike dhe inorganike, duke ndryshuar vetitë e tyre. Një reaksion i përgjithshëm i oksidimit mund të përfaqësohet si:
M → M⁺ + E⁻
Këtu, 'm ' përfaqëson materialin (shpesh një metal) që humbet elektrone, duke u bërë një jon i ngarkuar pozitivisht (M⁺).
Shembuj të oksidimit në jetën e përditshme
Oksidimi ndikon në materialet që ne përdorim çdo ditë. Këtu janë disa shembuj të zakonshëm:
Ndryshimi i hekurit dhe çelikut : Kur hekuri reagon me oksigjen dhe lagështi, ai formon ndryshk. Ekuacioni kimik për formimin e ndryshkut është:
4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4Fe (OH)
Kjo shtresë e kuqërremtë-kafe dobëson metalin.
Tendarimi i argjendit : Argjendi reagon me komponime të squfurit në ajër, duke formuar sulfid argjendi. Ekuacioni kimik është:
2ag + h₂s → ag₂s + h₂
Kjo shtresë e zezë shurdhon shkëlqimin e bizhuterive argjendi ose takëmeve.
Oksidimi në materialet organike
Oksidimi ndodh edhe në organizmat e gjallë. Por ndryshe nga metalet, efektet mund të jenë të dobishme:
Rritja e metabolizmit : Në trupin tonë, oksidimi ndihmon në djegien e ushqimit për energji, duke shpejtuar metabolizmin.
Rreziku më i ulët i kancerit : Proceset e caktuara të oksidimit në qeliza ndihmojnë në parandalimin e përhapjes së radikalëve të lirë të dëmshëm, të cilat mund të ulin rrezikun e kancerit.
Çfarë është ndryshku?
Rust është një lloj specifik i gërryerjes që prek hekurin dhe lidhjet e tij, siç është çeliku. Karakterizohet nga një ngjyrë e kuqërremtë-kafe dhe një strukturë e flaktë.
Kjo formë e gërryerjes ndodh kur hekuri i ekspozohet lagështisë dhe oksigjenit. Procesi i formimit të ndryshkut përfshin disa hapa:
Reagimi i oksidimit : Hekuri humbet elektronet dhe reagon me oksigjen në prani të ujit për të formuar jone hekuri (II).
Fe → fe⊃2; ⁺ + 2e⁻
Formimi i hidroksidit të hekurit : jonet Fe⊃2; ⁺ reagojnë me ujë dhe oksigjen për të formuar hidroksid hekuri (II).
Fe⊃2; ⁺ + 2h₂o + o₂ → fe (oh)
Oksidimi i hidroksidit të hekurit : Hidroksidi i hekurit (II) oksidohet më tej për të formuar hidroksidin e hekurit (III).
4fe (oh) ₂ + o₂ + 2h₂o → 4fe (oh)
Formimi i ndryshkut : hekuri (III) dehidratet e hidroksidit për të formuar oksidin e hekurit (III)-hidroksid, i njohur zakonisht si ndryshk. Kjo ndryshk është një përzierje komplekse e oksideve të hekurit dhe hidroksideve.
4fe (oh) ₂ → fe₂o₃ · 3h₂o
Disa kushte mund të promovojnë formimin e ndryshkut:
Prania e lagështisë : Uji vepron si një elektrolit, duke mundësuar reaksionet e zvogëlimit të oksidimit të nevojshëm për ndryshkje. Lagështia e lartë ose ekspozimi i drejtpërdrejtë ndaj shiut mund të përshpejtojnë procesin.
Ekspozimi ndaj oksigjenit dhe elektroliteve : oksigjeni është thelbësor për formimin e ndryshkut. Zonat me ajrim të mirë ose përqendrim të lartë të oksigjenit janë më të prirur për ndryshkje. Kripërat dhe acidet gjithashtu mund të rrisin aktivitetin elektrokimik të metalit, duke shpejtuar procesin e ndryshkut.
Faktorët mjedisorë : Temperatura luan një rol në formimin e ndryshkut. Temperaturat më të larta mund të rrisin normat e reaksioneve kimike, duke çuar në ndryshkje më të shpejtë. Ndotësit sipërfaqësorë si papastërtia ose vaji mund të bllokojnë lagështinë kundër sipërfaqes së metalit, duke krijuar zona të lokalizuara të prekshme nga ndryshku.
Dallimet midis gërryerjes, oksidimit dhe
| aspektit të ndryshkut të | korrozionit | të oksidimit | të ndryshkut |
| Përcaktim | Degradimi i materialeve për shkak të reaksioneve kimike ose elektrokimike me mjedisin | Procesi kimik ku një substancë humbet elektrone, shpesh që përfshin oksigjenin | Forma specifike e korrozionit që prek lidhjet e hekurit dhe hekurit |
| Shtrirje | Termi më i gjerë, që përfshin forma të ndryshme të degradimit të materialit | Lloji specifik i reaksionit kimik | Produkt specifik i oksidimit të hekurit |
| Materialet e prekura | Materiale të ndryshme përfshirë metale, qeramikë dhe polimere | Si substanca organike ashtu edhe ato inorganike | Konkretisht hekuri dhe lidhjet e tij |
| Faktorë mjedisorë | Kërkon një elektrolit | Ka nevojë për oksigjen ose një agjent tjetër oksidues | Kërkon si oksigjen ashtu edhe lagështi |
| Produkte | Mund të rezultojë në komponime të ndryshme | Prodhon oksidet | Formon oksidet e hekurit dhe hidroksidet |
| Proces kimik | Shpesh përfshin transferimin e elektroneve midis materialit dhe mjedisit | Humbja e elektroneve, shpesh ndaj oksigjenit | Hekuri reagon me oksigjen dhe ujë |
| Pamje | Forma të ndryshme (p.sh., gropa, shkallëzimi) | Mund të jetë e dukshme ose e padukshme në varësi të materialit | Ngjyra dalluese e kuqërremtë-kafe |
| Ndikim | Zakonisht të dëmshme për vetitë materiale | Mund të jetë i dobishëm (p.sh. shtresa mbrojtëse) ose e dëmshme | Gjithmonë i dëmshëm për materialet me bazë hekuri |
| Ndikim ekonomik | Domethënëse në industri të ndryshme | Ndryshon në varësi të kontekstit | Të konsiderueshme në industritë që përdorin hekurin |
Ndikimi i korrozionit, oksidimit dhe ndryshkut
Korrozioni, oksidimi dhe ndryshku kanë pasoja të gjera që shtrihen përtej degradimit të materialeve. Ato mund të çojnë në humbje të konsiderueshme ekonomike, të paraqesin rreziqe të sigurisë dhe madje të dëmtojnë mjedisin.
Pasojat ekonomike
Kostot që lidhen me gërryerjen, oksidimin dhe ndryshkun janë mahnitëse. Sipas një studimi nga NACE International, kostoja globale e gërryerjes vlerësohet të jetë 2.5 trilion dollarë në vit, që është e barabartë me 3.4% të PBB -së në botë.
Këto kosto përfshijnë:
Kostot e drejtpërdrejta të zëvendësimit ose riparimit të materialeve dhe strukturave të korroduara
Kostot indirekte të tilla si humbja e prodhimit, dëmtimi i mjedisit dhe çështja gjyqësore
Kostot e mirëmbajtjes për parandalimin e korrozionit dhe masat e kontrollit
Industritë më të prekura nga gërryerja përfshijnë:
Naftë dhe gaz
Transporti (automobilistik, hapësirë ajrore, hekurudhore dhe detare)
Infrastruktura (Urat, Tubacionet dhe Ndërtesat)
Bimët e prodhimit dhe përpunimit
Shqetësimet e sigurisë
Korrozioni, oksidimi dhe ndryshku mund të rrezikojnë integritetin strukturor të ndërtesave, automjeteve dhe infrastrukturës. Ky përkeqësim mund të çojë në dështime katastrofike, duke rrezikuar jetën.
Disa shembuj të rreziqeve të sigurisë të shkaktuara nga gërryerja përfshijnë:
Rënia e urave ose ndërtesave për shkak të përforcimeve të dobësuara të çelikut
Dështimi i tubacioneve, duke çuar në derdhjet e naftës ose rrjedhjet e gazit
Mosfunksionimi i përbërësve kritikë në aeroplan ose automjete
Ndotja e ujit të pijshëm nga tubat e korroduar
Implikimet mjedisore
Korrozioni, oksidimi dhe ndryshku gjithashtu mund të kenë pasoja të rëndësishme mjedisore. Kur strukturat e korroduara dështojnë, ato mund të lëshojnë materiale të rrezikshme në mjedis.
Për shembull:
Rezervuarët e depozitimit të korroduar mund të rrjedhin kimikate ose produkte të naftës, duke kontaminuar tokën dhe ujërat nëntokësore
Mbetjet e ndryshkura të metaleve mund të lëshojnë metale të rënda në ekosistem
Degradimi i infrastrukturës mund të çojë në joefikasitet, duke rritur emetimet e gazrave serë
Strategjitë e Parandalimit dhe Zbutjes
Parandalimi dhe zbutja e gërryerjes, oksidimit dhe ndryshkut kërkon një qasje me shumë aspekte. Kjo përfshin zgjedhjen e kujdesshme të materialit, konsideratat e projektimit, trajtimet mbrojtëse, kontrollin e mjedisit dhe monitorimin e rregullt.
Përzgjedhja dhe dizajni i materialit
Një nga mënyrat më efektive për të parandaluar gërryerjen është duke përdorur materiale që janë në thelb rezistente ndaj tij. Disa shembuj të lidhjeve rezistente ndaj korrozionit përfshijnë:
Këto materiale formojnë një shtresë oksidi mbrojtës në sipërfaqen e tyre, e cila ndihmon në parandalimin e gërryerjes së mëtejshme.
Dizajni gjithashtu luan një rol vendimtar në minimizimin e gërryerjes. Inxhinierët duhet:
Shmangni qoshet e mprehta dhe çarjet ku mund të grumbullohen substancat gërryese
Siguroni kullimin e duhur për të parandaluar ujin në këmbë
Përdorni nyje të salduara në vend të lidhjeve të mbyllura ose të rrepta kur është e mundur
Veshje dhe trajtime mbrojtëse
Aplikimi i veshjeve mbrojtëse dhe trajtimeve në sipërfaqen e një materiali mund të ndihmojë në parandalimin e gërryerjes. Disa metoda të zakonshme përfshijnë:
Bojëra dhe vajra : Këto krijojnë një pengesë midis metalit dhe mjedisit, duke parandaluar ekspozimin ndaj agjentëve gërryes.
Galvanizimi : Kjo përfshin veshjen e hekurit ose çelikut me një shtresë zinku, e cila gërryen sakrificisht për të mbrojtur metalin themelor.
Elektroplati : Ajo depoziton një shtresë të hollë të një metali më rezistent ndaj korrozionit, siç është kromi ose nikeli, mbi sipërfaqen e një metali tjetër.
Anodizimi : Ky proces krijon një shtresë të trashë oksidi mbrojtës në sipërfaqen e metaleve si alumini.
Pasivimi : Ai përfshin trajtimin e sipërfaqes së një metali me një zgjidhje kimike për të rritur formimin e një shtrese oksidi mbrojtës.
Kontroll mjedisor
Kontrolli i mjedisit mund të ndihmojë në minimizimin e ekspozimit ndaj agjentëve gërryes. Disa strategji përfshijnë:
Mbajtja e niveleve të ulëta të lagështisë për të zvogëluar lagështinë në ajër
Rregullimi i temperaturës për të shmangur luhatjet ekstreme që mund të përshpejtojnë korrozionin
Përdorimi i dehumidifikuesve, kondicionerëve ose ngrohësve për të kontrolluar mjedisin
Ruajtja e materialeve në zona të thata, të ajruara mirë larg substancave gërryese
Monitorimi dhe inspektimi i korrozionit
Monitorimi dhe inspektimi i rregullt mund të ndihmojnë në zbulimin e korrozionit herët, duke lejuar ndërhyrjen në kohë. Kjo përfshin:
Vizualisht duke inspektuar sipërfaqet për shenja gërryerjeje, të tilla si njollosja, gropa ose flakërimi
Përdorimi i metodave të testimit jo destruktiv, siç është matja e trashësisë tejzanor ose radiografia, për të vlerësuar shtrirjen e gërryerjes pa dëmtuar materialin
Mbajtja e regjistrave të hollësishëm të rezultateve të inspektimit për të ndjekur përparimin e gërryerjes me kalimin e kohës
Përparimet në parandalimin dhe teknologjinë e korrozionit
Ndërsa beteja kundër korrozionit vazhdon, studiuesit dhe inxhinierët po zhvillojnë zgjidhje inovative për të parandaluar dhe zbutur efektet e saj. Këto përparime variojnë nga veshjet me performancë të lartë deri tek sistemet e monitorimit në kohë reale dhe materialet e reja.
Zhvillimi i veshjeve me performancë të lartë
Një fushë me përparim të rëndësishëm është zhvillimi i veshjeve mbrojtëse të përparuara. Këto veshje sigurojnë rezistencë superiore ndaj gërryerjes, veshit dhe sulmit kimik. Disa shembuj të dukshëm përfshijnë:
Veshjet epoksi dhe poliuretani : Këto ofrojnë ngjitje të shkëlqyeshme, qëndrueshmëri dhe rezistencë ndaj lagështisë dhe kimikateve. Ato përdoren gjerësisht në aplikimet industriale dhe detare.
Veshjet fluoropolimer : të njohura për rezistencën e tyre të jashtëzakonshme kimike dhe vetitë e fërkimit të ulët, veshjet fluoropolimer, të tilla si PTFE (Teflon), janë ideale për mjedise të ashpra.
Veshje vetë-shëruese të frymëzuara nga bio : Këto veshje inovative imitojnë vetitë e vetë-shërimit të organizmave të gjallë. Ato përmbajnë kapsula mikroskopike të mbushura me agjentë shërues që lëshohen kur veshja është dëmtuar, duke e lejuar atë të riparohet vetë.
Mbrojtja katodike dhe teknologjitë e frenuesit të korrozionit
Mbrojtja katodike është një metodë e krijuar mirë për parandalimin e gërryerjes në strukturat metalike. Ai përfshin aplikimin e një rryme të vogël elektrike në metal, duke e bërë atë katodën në një qelizë elektrokimike. Kjo parandalon që metali të korruptojë.
Frenuesit e korrozionit janë substanca që, kur shtohen në një mjedis gërryes, ulin shkallën e gërryerjes. Ata punojnë duke formuar një film mbrojtës në sipërfaqen metalike ose duke modifikuar kiminë e mjedisit.
Përparimet e fundit në këto teknologji përfshijnë:
Sistemet aktuale të mbrojtjes katodike të impresionuara që përdorin energjinë diellore ose burimet e tjera të energjisë së rinovueshme
Frenuesit organikë të korrozionit që rrjedhin nga ekstraktet e bimëve dhe burimet e tjera eko-miqësore
Veshje të zgjuara që përfshijnë frenuesit e korrozionit dhe i lëshojnë ato kur të jenë të nevojshme
Monitorimi i korrozionit në kohë reale dhe sistemet e paralajmërimit të hershëm
Zbulimi i korrozionit në fillim është thelbësor për parandalimin e dështimeve katastrofike. Sistemet e monitorimit në kohë reale përdorin sensorë për të matur vazhdimisht parametra të ndryshëm që lidhen me gërryerjen, siç janë:
Këto sisteme mund të paralajmërojnë operatorët kur normat e korrozionit tejkalojnë nivelet e pranueshme, duke lejuar ndërhyrjen në kohë. Disa sisteme të përparuara madje përdorin algoritme të mësimit të makinerive për të parashikuar nivelet e korrozionit bazuar në të dhënat historike.
Materiale dhe teknika të reja për parandalimin e korrozionit në mjediset detare
Mjedisi detar janë veçanërisht sfidues kur bëhet fjalë për parandalimin e korrozionit. Kombinimi i ujërave të kripur, faturimit biologjik dhe stresit mekanik mund të degradojë me shpejtësi edhe materialet më të forta.
Studiuesit po zhvillojnë materiale dhe teknika të reja për të adresuar këto sfida, të tilla si:
Lidhjet rezistente ndaj korrozionit që përmbajnë nivele të larta të kromit, nikelit dhe molibdenit
Materiale të përbëra që kombinojnë forcën e metaleve me rezistencën e korrozionit të polimereve
Veshje nanostrukturuar që krijojnë një sipërfaqe super-hidrofobike, duke parandaluar ujin dhe substanca të tjera gërryese të respektojnë në metal
Metodat e kontrollit elektrokimik të korrozionit, siç është mbrojtja aktuale katodike e impresionuar dhe anodat sakrifikuese
Përfundim
Korrozioni, oksidimi dhe ndryshku janë të lidhura, por procese të dallueshme që mund të ndikojnë ndjeshëm në materialet dhe strukturat. Ndërsa oksidimi është një reagim i gjerë kimik, korrozioni posaçërisht degradon materialet, dhe ndryshku prek vetëm hekurin dhe lidhjet e tij.
Të kuptuarit e këtyre dallimeve është thelbësore për ruajtjen e sigurisë dhe jetëgjatësisë së pasurive të ndryshme. Hulumtimi i vazhdueshëm në shkencën e korrozionit synon të zhvillojë strategji dhe teknologji të reja të parandalimit për të luftuar këto sfida të vazhdueshme.
