ΓΔΝΙΚΔ ΑΡΥΔ ΓΙΑΒΡΩΗ 1. ΓΔΝΙΚΔ ΑΡΥΔ ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΧΕΣ ΔΙΑΒΩΣΘΣ

Transcript

1 1. ΓΔΝΙΚΔ ΑΡΥΔ ΓΔΝΙΚΔ ΑΡΥΔ ΓΙΑΒΡΩΗ Θ διάβρωςθτων μετάλλων μπορεί να οριςτεί ωσ θ καταςτροφικι προςβολι ενόσ μετάλλου μζςω αλλθλεπίδραςθσ με το περιβάλλον του. Μια ςθμαντικι ποςότθτα ενζργειασ δίνεται ςε ζνα μζταλλο όταν εξάγεται από μεταλλεφματα του, τοποκετϊντασ τον ςε μια υψθλισ ενζργειασ κατάςταςθ. Αυτά τα μεταλλεφματα είναι ςυνικωσ οξείδια του μετάλλου, όπωσ αιματίτθσ (Fe 2 O 3 ) για τον χάλυβα ι βωξίτθ (Al 2 O 3 H 2 O) για το αλουμίνιο.μια αρχι τθσ κερμοδυναμικισ είναι ότι ζνα υλικό επιηθτεί πάντα τθ χαμθλότερθ ενεργειακι κατάςταςθ. Με άλλα λόγια, τα περιςςότερα μζταλλα είναι κερμοδυναμικά αςτακι και τείνουν να αναηθτιςουν μια χαμθλότερθ ενεργειακι κατάςταςθ, θ οποία είναι ζνα οξείδιο ι κάποια άλλθ ζνωςθ (βλζπε Σχιμα 1). Θ διαδικαςία με τθν οποία τα μζταλλα μετατρζπονται ςε οξείδια χαμθλισ ενζργειασ ονομάηεται διάβρωςθ. Θ διαδικαςία διάβρωςθσ είναι μια θλεκτροχθμικι αντίδραςθ και περιλαμβάνει τθν αφαίρεςθ των θλεκτρονίων (οξείδωςθ) του μετάλλου και τθν κατανάλωςθ αυτϊν των θλεκτρονίων από κάποια άλλθ αντίδραςθ αναγωγισ. Διάβρωςθ των μετάλλων λαμβάνει χϊρα μζςω τθσ δράςθσ θλεκτροχθμικϊν ςτοιχείων. Ραρά το ότι αυτόσ είναι ο βαςικόσ μθχανιςμόσ, θ διάβρωςθ μπορεί να πάρει πολλζσ μορφζσ. Μζςω τθσ κατανόθςθσ του θλεκτροχθμικοφ ςτοιχείου και πωσ μπορεί να δράςει για να προκαλζςει τισ διάφορεσ μορφζσ διάβρωςθσ, θ φυςικι τάςθ των μετάλλων να διαβρϊνονται μπορεί να ξεπεραςτεί και να ςχεδιαςτεί εξοπλιςμόσ που είναι ανκεκτικόσ ςτθ διάβρωςθ. Σο θλεκτροχθμικό ςτοιχείο. Ππωσ ςε όλεσ τισ χθμικζσ αντιδράςεισ, οι αντιδράςεισ διάβρωςθσ ςυμβαίνουν μζςω ανταλλαγισ θλεκτρονίων. Στισ θλεκτροχθμικζσ αντιδράςεισ, τα θλεκτρόνια που παράγονται από μια χθμικι αντίδραςθ, τθν οξείδωςθ, ςε μια περιοχι, ςτθν άνοδο, ταξιδεφουν μζςα από μια μεταλλικι διαδρομι και καταναλϊνονται μζςα από μια διαφορετικι χθμικι αντίδραςθ ςε μία άλλθ περιοχι, ςτθν κάκοδο. Σε οριςμζνεσ περιπτϊςεισ, όπωσ θ κοινι μπαταρία ξθροφ ςτοιχείου, θλεκτροχθμικζσ αντιδράςεισ μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν για τθν παροχι χριςιμων ποςοτιτων θλεκτρικοφ ρεφματοσ. Στθν διάβρωςθ, ωςτόςο, το πιο κοινό αποτζλεςμα είναι θ μετατροπι ακριβοφ εξοπλιςμοφ ςε άχρθςτα οξείδια. υςτατικά Για να ςυμβοφν οι θλεκτροχθμικζσ αντιδράςεισ, τζςςερα ςυςτατικά πρζπει να είναι παρόντα και ενεργά. Αυτά τα ςυςτατικά είναι θ άνοδοσ, κάκοδοσ, θ ροι (κφκλωμα) των θλεκτρονίων και οι θλεκτρολφτεσ. 1

2 Άνοδοσ Σε ζνα θλεκτροχθμικό ςτοιχείο, θ άνοδοσ είναι το ςθμείο ςτο οποίοπαράγονταιτα θλεκτρόνια από τθ χθμικι δραςτικότθτα του μετάλλου. Θ άνοδοσ είναι θ περιοχι όπου λαμβάνει χϊρα θ απϊλεια μετάλλου. Το μζταλλο χάνει θλεκτρόνια και μετακινείται από τθν επιφάνεια του μετάλλου ςτο περιβάλλον. Τα θλεκτρόνια παραμζνουν ςτο μζταλλο, αλλά είναι ελεφκερα να κινθκοφν ςαν αποτζλεςμα τθσ φπαρξθσ διαφοράσ δυναμικοφ. χιμα 1. Θ διάβρωςθ ςαν αποτζλεςμα τθσ ενεργειακισ κατάςταςθσ του υλικοφ Κάκοδοσ Θ κάκοδοσ ςε ζνα θλεκτροχθμικό ςτοιχείο είναι θ περιοχι όπου καταναλϊνονται τα θλεκτρόνια. Για κάκε θλεκτρόνιο που παράγεται ςε μια περιοχι ανόδου, ζνα θλεκτρόνιο πρζπει να καταναλωκεί ςε κακοδικι περιοχι. Καμία απϊλεια μετάλλου δεν ςυμβαίνει ςε περιοχζσ που είναι μόνο κακοδικζσ. Ροι θλεκτρονίων Ρροκειμζνου τα θλεκτρόνια να ρζουν από τθν άνοδο προσ τθν κάκοδο, τα θλεκτρόνια μετακινοφνται μζςω μιασ μεταλλικισδιαδρομισ. Αυτι θ μετακίνθςθ ςυμβαίνει λόγω τθσ διαφοράσ τάςθσ μεταξφ των ανοδικϊν και κακοδικϊν αντιδράςεων. Τα θλεκτρόνια μποροφν να κινθκοφν εφκολα μζςα από μζταλλα και οριςμζνα μθ μεταλλικά υλικά όπωσ ο γραφίτθσ. Θλεκτρόνια από θλεκτροχθμικζσ αντιδράςεισ δεν μποροφν να κινθκοφν μζςω μονωτικϊν υλικϊν, όπωσ τα περιςςότερα πλαςτικά, οφτε μποροφν να ειςζλκουν άμεςα ςτο 2

3 νερό ι ςτον αζρα. Σε μερικζσ περιπτϊςεισ, θ ροι των θλεκτρονίων γίνεται μζςααπό το ίδιο το μζταλλο που διαβρϊνεται, ςε άλλεσ περιπτϊςεισ, θ ροι των θλεκτρονίων γίνεται μζςω μιασ εξωτερικισ θλεκτρικισ διαδρομισ. Ηλεκτρολφτθσ Οι θλεκτρολφτεσ είναι διαλφματα που μπορεί να είναι αγωγοίθλεκτρικοφ ρεφματοσ μζςω τθσ κίνθςθσ των φορτιςμζνων χθμικϊν ςυςτατικϊν, τα οποία ονομάηονται ιόντα. Θετικά και αρνθτικά ιόντα είναι παρόντα ςε ίςεσ ποςότθτεσ. Τα κετικά ιόντα ζχουν τθν τάςθ να μετακινοφνται μακριά από τθν άνοδο και προσ τθν κάκοδο. Τα αρνθτικά ιόντα ζχουν τθν τάςθ να μετακινοφνται μακριά από τθν κάκοδο και προσ τθν άνοδο. Ανοδικζσ αντιδράςεισ Hαπϊλεια μετάλλου, λόγω διάβρωςθσ ςτθν άνοδο ςε ζνα θλεκτροχθμικό ςτοιχείο, εμφανίηεται όταν τα άτομα του μετάλλου χάςουνζνα ι περιςςότεραθλεκτρόνια, τα οποία κινοφνται μζςα ςτον θλεκτρολφτθ ωσ κετικά φορτιςμζνα ιόντα. Συπικζσ αντιδράςεισ. Ο γενικόσ χθμικόσ τφποσ για αυτι τθν απϊλειαμετάλλου λόγω διάβρωςθσ ςτθν άνοδο είναι: M M + + e- όπου: M = μθ φορτιςμζνο άτομο μετάλλου ςτθ μεταλλικι επιφάνεια Μ + = κετικά φορτιςμζνο ιόν μετάλλου ςτον θλεκτρολφτθ e - = θλεκτρόνιο που παραμζνει ςτο μζταλλο Αυτό το είδοσ τθσ χθμικισ αντίδραςθσ ονομάηεται οξείδωςθ, ακόμθ και αν δεν ςυνεπάγεται άμεςα το οξυγόνο, αλλά μόνο ωσ αποτζλεςμα τθν αφξθςθ τθσ κετικισ φόρτιςθσ του ατόμου που υφίςτανται οξείδωςθ. Ρεριςςότερα από ζνα θλεκτρόνιο μποροφν να χακοφν ςτθν αντίδραςθ, όπωσ ςτθν περίπτωςθ του ςίδθρου, όπου θ πιο κοινι ανοδικι αντίδραςθ είναι: Fe Fe e - όπου: Fe = μεταλλικό ςίδθρο Fe 2 + = ιόν διςκενοφσ ςιδιρου που φζρει ζνα διπλό κετικό φορτίο 3

4 υςχζτιςθ μεταξφ τθσ ροισ ρεφματοσ και απϊλειασ βάρουσ Για κάκε ειδικι ανοδικι αντίδραςθ ζνασ χαρακτθριςτικόσ αρικμόσ θλεκτρονίων παράγονται ςτθν αντίδραςθ ενόσ μεταλλικοφ ιόντοσ. Ζτςι, αν όλοι οι άλλοι παράγοντεσ παραμζνουν ςτακεροί, θ απϊλεια μετάλλου λόγω τθσ διάβρωςθσ είναι ανάλογθ με τον αρικμό των θλεκτρονίων που παράγονται. Κακϊσ τα θλεκτρόνια που παράγονται μετακινοφνται ςε κακοδικζσ περιοχζσ μζςω τθσ ροισ θλεκτρονίων, θ απϊλεια μετάλλου είναι ανάλογθ με τθν ροι του ρεφματοσ. Σε περιπτϊςεισ όπου παράγονται περιςςότερα κετικά φορτιςμζνα ιόντα, υπάρχει περιςςότερθροι θλεκτρονίων για ζνα δεδομζνο αρικμό διαβρωμζνων ατόμων μετάλλου, αλλά θ ροι του ρεφματοσ παραμζνει ανάλογθ με τθν απϊλεια μετάλλου. Κακοδικζσ αντιδράςεισ Τα θλεκτρόνια που παράγονται ςε περιοχζσ ανόδου καταναλϊνονται ςε περιοχζσ κακόδου. Ο τφποσ των χθμικϊν αντιδράςεων που καταναλϊνουν τα θλεκτρόνια ονομάηεται αναγωγι και ζχουν τον γενικό χθμικό τφπο: R + + e - Ro όπου: R + = κετικό ιόν ςε διάλυμα e - = ζνα θλεκτρόνιο ςτο μζταλλο Ro = τοαναγόμενοςτοιχείο Στθν αναγωγι, το ςτοιχείο που ανάγεται κερδίηει θλεκτρόνια και το φορτίο του γίνεται πιο αρνθτικό. Σε μερικζσ περιπτϊςεισ, όπου το ιόν ςε διάλυμα ζχει ζνα πολλαπλά κετικό φορτίο, το ςυνολικό κετικό φορτίο του ιόντοσ δεν μπορεί να ουδετεροποιθκεί. Σε άλλεσ περιπτϊςεισ, το ςτοιχείο που ανάγεται, μπορεί να μθν είναι ζνα κετικό ιόν, αλλά είναι μια ουδζτερθ χθμικι ουςία θ οποία, ςτθ ςυνζχεια, κακίςταται αρνθτικά φορτιςμζνο ιόν ςε διάλυμα ςε μία αντίδραςθ, όπωσ: R + e- R- Οι γενικζσ ανοδικζσ και κακοδικζσ αντιδράςεισ είναι διαφορετικζσ ανάλογα με το περιβάλλον. Το Σχιμα 2 δείχνει τισ αντιδράςεισ διάβρωςθσ του ςιδιρου που λαμβάνουν χϊρα ςε υδατικό περιβάλλον με διαλυμζνο οξυγόνο, ςε ζνα περιβάλλον H 2 S ι ςε παρουςία CO 2. 4

5 . χιμα 2. Τυπικιανοδικικαικακοδικιαντίδραςθδιάβρωςθσεξαρτϊμενθαπό το περιβάλλον Το παρακάτω παράδειγμα περιγράφει με περιςςότερεσ λεπτομζρειεσ τθν διάβρωςθ του ςιδιρου ςε ζνα υδατικό περιβάλλον με διαλυμζνο οξυγόνο: Αρχικόσ ςίδθροσ (Fe) ςτθν επιφάνεια ενόσ ςυςτατικοφ που οξειδϊνεται (ανοδικι αντίδραςθ) Fe Fe n+ + n electrons το άτομο ςιδιρου μπορεί να χάςει μερικά θλεκτρόνια και να γίνει ζνα κετικά φορτιςμζνο ιόν. Αυτό του επιτρζπει να ςυνδζεται ςε άλλεσ ομάδεσ ατόμων που είναι αρνθτικά φορτιςμζνα, όπωσ είναι τα άτομα που δθμιουργοφνται από τθν κακοδικι αντίδραςθ. O 2 + 2H 2 O + 4e- 4OH - Θ κακοδικι αντίδραςθ δθμιουργεί αρνθτικά φορτιςμζνο υλικό που μπορεί να ςυνδυαςτεί με τον ςίδθρο, ενϊ τθν ίδια ςτιγμι χρθςιμοποιεί τα θλεκτρόνια, τα οποία παράγονται κατά τθν ανοδικι αντίδραςθ. Για λόγουσ ςαφινειασ, δεν λαμβάνονται υπόψθ τα θλεκτρόνια αυτά και θ ςυνολικι αντίδραςθ γράφεται: 5

6 2Fe + O 2 + 2H 2 O 2Fe(OH) 2 Θ περίςςεια οξυγόνου που υπάρχει ςτο νερό περαιτζρω αντιδρά με το υδροξείδιο του ςιδιρου δίνοντασ ζνυδρο οξείδιο του ςιδιρου (ςκουριά) 4Fe(OH) 2 + O 2 2H 2 O + 2Fe 2 O 3.H 2 O Οι αντιδράςεισ που περιγράφονται παραπάνωουςιαςτικά εξθγοφν τι απαιτείται για τθ διαδικαςία τθσ διάβρωςθσ: ιόντα εμπλζκονται και χρειάηονται ζνα μζςο για να μετακινθκοφν (ςυνικωσ νερό) Το οξυγόνο εμπλζκεται και πρζπει να παρζχεται Το μζταλλο πρζπει να είναι "διατεκειμζνο" νααποβάλειτα θλεκτρόνια για να ξεκινιςει θ διαδικαςία Ζνα νζο υλικό παράγεται και αυτό μπορεί να αντιδράςει και πάλι ι κα μποροφςε να ζχει ζναν ρόλο προςταςίασ ωσ προσ το αρχικό μζταλλο Μια ςειρά από απλά βιματα εμπλζκονται και θ κινθτιριοσ δφναμθ είναι αναγκαία για τθν επίτευξι τουσ. Το πιο ςθμαντικό γεγονόσ είναι ότι θ εμπλοκι ςε κάποιοαπό τα παραπάνω βιματα επιτρζπει ςτθν αντίδραςθ διάβρωςθσ να ςταματιςει ι να επιβραδυνκεί ςε ζνα διαχειρίςιμο ρυκμό. 2. ΣΤΠΟΙ ΓΙΑΒΡΩΗ 2.1 ΟΜΟΙΟΜΟΡΦΗ ΓΙΑΒΡΩΗ (UNIFORM CORROSION) Ο όροσ ομοιόμορφθ διάβρωςθ αναφζρεται ςε διάβρωςθ που χαρακτθρίηεται από ομοιόμορφθ αραίωςθ που προχωρά χωρίσ αξιόλογθ τοπικι προςβολι. Χάλυβεσ αντοχισ ςε ατμοςφαιρικζσ ςυνκικεσ (Weatheringsteels)και τα κράματα του χαλκοφ είναι καλά παραδείγματα των υλικϊν που ςυνικωσ παρουςιάηουν ομοιόμορφθ διάβρωςθ, ενϊ πακθτικά υλικά, όπωσ ο ανοξείδωτοσ χάλυβασ ι κράματα νικελίου-χρωμίου, γενικά υπόκεινται ςε εντοπιςμζνθ προςβολι. Υπό ςυγκεκριμζνεσ ςυνκικεσ, ωςτόςο, κάκε υλικό μπορεί να διαβρωκεί με διαφορετικό μθχανιςμό από αυτόν που ςυνθκίηεται. Εάν ζνα μζταλλο δεν είναι απρόςβλθτο και θ διάβρωςθ δεν μπορεί να εξαλειφκεί τελείωσ, θ ομοιόμορφθ διάβρωςθ κεωρείται θ μορφι τθσ διάβρωςθσ που μπορεί να είναι ανεκτι ςε καλάςςιεσ καταςκευζσ και εξοπλιςμό. Επίςθσ, είναι ςχετικά εφκολο να ελεγχκεί θ ομοιόμορφθ διάβρωςθ ςε αποδεκτά επίπεδα με τθ ςυνετι επιλογι των υλικϊν, τθν εφαρμογι μζτρων ελζγχου τθσ διάβρωςθσ και με τον ςχεδιαςμό να λαμβάνει υπόψθ τθν διάβρωςθπου μπορεί να ςυμβεί. Θ ομοιόμορφθ διάβρωςθ είναι θ προςβολι ενόσ μετάλλου ουςιαςτικά ςτον ίδιο βακμό ςε όλεσ τισ εκτεκειμζνεσ περιοχζσ τθσ επιφάνειάσ του. Κατά τθν ομοιόμορφθ διάβρωςθ, ςε κανζνα ςθμείο θ διείςδυςθ τθσ διάβρωςθσ του μετάλλου δεν είναι δφο φορζσ μεγαλφτερθαπό τον μζςο όρο. 6

7 Θ ομοιόμορφθ διάβρωςθ ςυμβαίνει όταν υπάρχουν τοπικά ανοδικζσ και κακοδικζσ περιοχζσ επί τθσ επιφανείασ του μετάλλου. Λόγω των μθχανιςμϊν πόλωςθσ, αυτζσ οι περιοχζσμετατοπίηονταικατά διαςτιματα και μια δεδομζνθ περιοχι ςε ζνα μζταλλο λειτουργεί τόςο ωσ άνοδοσ και ωσ κάκοδοσ ςε βάκοσ χρόνου. Το φαινόμενο αυτό τθσ μετατόπιςθσ των θλεκτροχθμικϊν ςτοιχείωνζχει ςαν αποτελζςματα μια μάλλον ομοιόμορφθ προςβολι και γενικι απϊλεια υλικοφ με εκτράχυνςθ τθσ επιφάνειασ του. Ο ςκουριαςμζνοσ χάλυβασ ςτθν ατμόςφαιρα και θ διάβρωςθ των κραμάτων χαλκοφ ςτο καλαςςινό νερό είναι κοινά παραδείγματα ομοιόμορφθσ διάβρωςθσ. Χάλυβασ βυκιςμζνοσ ςτο καλαςςινό νερό προςβάλλεται επίςθσ από ομοιόμορφθ διάβρωςθ, αλλά μπορεί επίςθσ να προςβλθκεί από μθ ομοιόμορφθ διάβρωςθ κάτω από οριςμζνεσ ςυνκικεσ. Στθν ομοιόμορφθ διάβρωςθ, θ απϊλεια μετάλλου λαμβάνει χϊρα ουςιαςτικά με τον ίδιο ρυκμό ςε όλθ τθν επιφάνεια του μετάλλου. Οι λείεσ επιφάνειεσ ςυνικωσ τραχφνονται κατά τθ διάρκεια τθσ ομοιόμορφθσ διάβρωςθσ. Αυτι θ μορφι διάβρωςθσ χαρακτθρίηεται από τθν ζλλειψθ οποιαςδιποτε ςθμαντικισ μθ ομοιόμορφθσ προςβολισ, όπωσ διάβρωςθ με βελονιςμοφσ (pittingcorrosion) ι διάβρωςθ εςοχϊν (crevicecorrosion). Τα προϊόντα τθσδιάβρωςθσςυνικωσ παραμζνουν πάνω ςτισ ομοιόμορφα διαβρωμζνεσ επιφάνειεσ αλλά αυτά μποροφν να απομακρυνκοφν λόγω κίνθςθσ, μθχανικισ δράςθσ ι με άλλουσ μθχανιςμοφσ. Θ απϊλεια βάρουσ είναι θ πιο ςυχνά χρθςιμοποιοφμενθ μζκοδοσ μζτρθςθσ του ρυκμοφ διάβρωςθσ των μετάλλων όταν παρουςιάηεται ομοιόμορφθ διάβρωςθ. Σε αυτι τθ μζκοδο, ζνα δείγμα είναι κακαριςμζνο, ηυγιςμζνο και το εμβαδόν επιφανείασ του ζχει μετρθκεί. Στθ ςυνζχεια εκτίκεται για ζνα ςυγκεκριμζνο χρονικό διάςτθμα, εκ νζου κακαρίηεται και ηυγίηεται. Θ ποςότθτα τθσ απϊλειασ μετάλλου από διάβρωςθ, όπωσ μετράται με τθν απϊλεια βάρουσ, χρθςιμοποιείται για τον υπολογιςμό τθσ απϊλειασ ςε πάχοσ του μετάλλου υποκζτοντασ ότι θ διάβρωςθ ιταν απολφτωσ ομοιόμορφθ. Σε οριςμζνεσ περιπτϊςεισ αυτό περαιτζρω επαλθκεφεται από τισμετριςεισπάχουσ. Αυτά τα αποτελζςματα ςυνικωσ εκφράηονται ςε «Mils ανά ζτοσ» ι «Microns ανά ζτοσ». Θα πρζπει να κυμόμαςτε ότι τα ποςοςτά ςυνικωσ υπολογίηονται από τθν απϊλεια βάρουσ παρά τθν απϊλεια πάχουσ και ιςχφουν μόνο όταν θ διάβρωςθείναι ομοιόμορφθ. Το μζγιςτο ςφάλμα τθσ μζτρθςθσ αυτισ είναι κεωρθτικά ζνασ παράγοντασ τουδφο, εάν ο κανόνασ ότι θ προςβολι δεν μπορεί να είναι μεγαλφτερθ από το διπλάςιο του μζςου όπου ςε κάκε δεδομζνοςθμείο, εφαρμόηεται ςωςτά. ΑΣΜΟΦΑΙΡΙΚΗ ΔΙΑΒΡΩΗ (ATMOSPHERICCORROSION) Ζνασ από τουσ πιο κοινοφσ τφπουσ τθσ ομοιόμορφθσ διάβρωςθσ είναι θ διάβρωςθ του χάλυβα όταν εκτίκεται ςε ατμοςφαιρικζσ ςυνκικεσ. Το ατμοςφαιρικό περιβάλλον διαφζρει ριηικά ςε ςχζςθ με τθν διαβρωτικι δράςθ, ανάλογα με τθ γεωγραφικι κζςθ. 7

8 Στθν ατμοςφαιρικι διάβρωςθ, ο θλεκτρολφτθσ είναι θ υγραςία από βροχόπτωςθ, θ ομίχλθ ι θ δροςιά, ο καλάςςιοσ καταιονιςμόσ, ι άλλεσ πθγζσ. Οι τρεισ παράγοντεσ που ζχουν τθ μεγαλφτερθ επιρροι ςτθ δράςθ τθσ ατμοςφαιρικισ διάβρωςθσ ςε μια δεδομζνθ περιοχι είναι: Το διάςτθμα που οι επιφάνεια παραμζνει υγρι ςε μία περιοχι Θ ποςότθτα χλωριδίων από τθν κάλαςςα που υπάρχουν ςε αυτι τθν περιοχι Θ ποςότθτα βιομθχανικϊν ρφπων που υπάρχουν ςτθν ατμόςφαιρα.κυρίωσ διοξείδιο του κείου από τθν χριςθ των διαφόρων καυςίμων. Σε όλα τα ατμοςφαιρικά περιβάλλοντα υπάρχει περίςςεια οξυγόνου, ζτςι θ διάβρωςθ των περιςςότερων μετάλλων ςε ατμοςφαιρικά περιβάλλοντα δεν περιορίηεται από τθν ποςότθτα του υπάρχοντοσ οξυγόνου και μπορεί να προχωριςει γριγορα όταν ο θλεκτρολφτθσ είναι παρϊν. Θ διαβρωτικι ικανότθτα τθσ ατμόςφαιρασ μεταβάλλεται δραςτικά. Ο ρυκμόσ διάβρωςθσ του χάλυβα, για παράδειγμα, μπορεί να ποικίλει ζωσ ζνα παράγοντα x100. Σε γενικζσ γραμμζσ, οι λιγότερο διαβρωτικζσ ατμόςφαιρεσ βρίςκονται ςτθ ξθρι ενδοχϊρα (ζρθμοσ) και οι πιο διαβρωτικζσ περιοχζσ είναι βιοτεχνικζσ ι βιομθχανικζσ καλάςςιεσ περιοχζσ. Υγρζσ τροπικζσ περιοχζσ είναι πολφ διαβρωτικζσεξαιτίαστου μεγάλου διαςτιματοσ που υπάρχει υγραςία και των υψθλϊνκερμοκραςίων. Τα ςχιματα 3 και 4 δείχνουν παραδείγματα τθσ ατμοςφαιρικισ διάβρωςθσ. χιμα 3. Διαβρωμζνθςτζγθ χάλυβα ςτθν οροφι γκαράη. Οι ραφζσ ςε αυτι τθν κυματοειδι δομι δρουν ωσ παγίδεσ ςυμπφκνωςθσ και οδθγεί ςε υγρι ατμοςφαιρικι διάβρωςθ. 8

9 χιμα 4. Διαβρωμζνεσ περιοχζσ ςε μια βαμμζνθ γζφυρα αυτοκινθτόδρομου. Θ ατμοςφαιρικι διάβρωςθ ςυχνά κακορίηεται από το επίπεδο των ρφπων που βρίςκονται ςτο περιβάλλον. Για παράδειγμα, πυλϊνεσ χάλυβα ςε απόςταςθ 25 m από τθν ακτι κα διαβρωκοφν 12 φορζσ πιο γριγορα από ότι οι ίδιοι πυλϊνεσ χάλυβα 250 m ςτθν ενδοχϊρα. Το επίπεδο των καλάςςιων αλάτων που βρίςκεται ςτισ δφο κζςεισ μπορεί να εξθγιςει τθ διαφορά ςτα παρατθροφμενα ποςοςτά διάβρωςθσ. Θ Βιομθχανικι ατμόςφαιρα είναι πιο διαβρωτικι από τισ αγροτικζσ ατμόςφαιρεσ, κυρίωσ λόγω των κειοφχων ενϊςεων που παράγονται κατά τθν καφςθ των καυςίμων. Το διοξείδιο του κείου (SO 2 ) απορροφάται επιλεκτικά ςε μεταλλικζσ επιφάνειεσ, και υπό υγρζσ ςυνκικεσ οι επιφάνειεσ οξειδίου μετάλλου καταλφουν το SO 2 ςε τριοξείδιο του κείου (SO 3 ) και προάγουν το ςχθματιςμό του κειικοφ οξζοσ (H 2 SO 4 ) ςφμφωνα με τθν αντίδραςθ H 2 O + SO 3 H 2 SO 4. Άλλεσ ςθμαντικζσ προςμείξεισ που προωκοφν τθν ατμοςφαιρικι διάβρωςθ είναι ενϊςεισ του αηϊτου, H 2 S, και τα ςωματίδια ςκόνθσ. Οι ενϊςεισ του αηϊτου εμφανίηονται φυςικά κατά τθ διάρκεια καταιγίδων και προςτίκενται ςτο περιβάλλον από τθ χριςθ λιπαςμάτων αμμωνίασ (ΝΘ 3 ). Το υδρόκειο μπορεί να παραχκεί με φυςικό τρόπο από τθν αποςφνκεςθ των οργανικϊν ενϊςεων κείου ι αναερόβια βακτιρια ςε μολυςμζνα ποτάμια.τα ςωματίδια ςκόνθσ μπορεί να είναι πολφ επιηιμια για τα ανοξείδωτα μζταλλα εμμζνοντασ ςτθν επιφάνεια και απορροφϊντασ το νερό ι H 2 SO 4, παγιδεφοντασ το διάλυμα ενάντια ςτθν επιφάνεια. Τα ςωματίδια ςκόνθσ μπορεί επίςθσ να περιζχουν προςμίξεισ, όπωσ τα χλωρίδια, που μποροφν να διαςπάςουν τισ προςτατευτικζσ μεμβράνεσ τθσ επιφάνειασ και ζτςι να ξεκινιςει θ διάβρωςθ. Το οξυγόνο δεν κεωρείται πρόςμιξθ, αλλά είναι ζνα ουςιαςτικό ςτοιχείο τθσ διαδικαςίασ διάβρωςθσ. Θ φυςιολογικι κακοδικι αντίδραςθ είναι θ αναγωγι του οξυγόνου. Σε 9

10 μολυςμζνεσ περιοχζσ με υψθλζσ ςυγκεντρϊςεισ SO 2, το ph τθσ επιφάνειασ του θλεκτρολφτθ μπορεί να είναι αρκετά χαμθλό ϊςτε θ αναγωγι του υδρογόνου να είναι θ κφρια κακοδικι αντίδραςθ. Μόλισ μια κατάλλθλθ επιφάνεια θλεκτρολφτθ ζχει διαμορφωκεί από υδρατμοφσ, το οξυγόνο κα διαλυκεί ςτο διάλυμα του θλεκτρολφτθ και κα προωκιςει τθν κακοδικι αντίδραςθ. Επειδι το ςτρϊμα νεροφ ςτθν επιφάνεια του μετάλλου είναι εξαιρετικά λεπτό, διάχυςθ του οξυγόνου ςτθν επιφάνεια του μετάλλου λαμβάνει χϊραπολφ γριγορα και δεν επιβραδφνει το ρυκμό διάβρωςθσ. Το διοξείδιο του άνκρακα (CO 2 ) δεν παίηει ςθμαντικό ρόλο ςτθν ατμοςφαιρικι διάβρωςθ, και ςε οριςμζνεσ περιπτϊςεισ ςτθν πράξθ θ παρουςία του,κα μειϊςει τθν προςβολι από διάβρωςθ. 2.2 ΣΟΠΙΚΗ ΓΙΑΒΡΩΗ (LOCALIZED CORROSION) Οι μθχανιςμοί τοπικισ διάβρωςθσ ζχουν το χαρακτθριςτικό ότι θ ηθμία διάβρωςθσ που δθμιουργείται εντοπίηεται τοπικά αντί να εξαπλϊνεται ομοιόμορφα πάνω ςτθν εκτεκειμζνθ μεταλλικι επιφάνεια. Το γεγονόσ αυτό κακιςτά αυτζσ οι μορφζσ προςβολισ πιο δφςκολεσ να αντιμετωπιςτοφναπό εκείνεσ που παράγουν μια γενικευμζνθ προςβολι διάβρωςθσ. Αντί να αςχολείται με μια αργι, ςχετικά ομοιόμορφθ απϊλεια του πάχουσ του μετάλλου, ο μθχανικόσ ζρχεται αντιμζτωποσ με υψθλά ποςοςτά διείςδυςθσ ςτο μζταλλο ςε ςυγκεκριμζνεσ περιοχζσ, ενϊ το υπόλοιπο μζροσ του μετάλλου μζνει ςε μεγάλο βακμό ανεπθρζαςτο. Θ επίκεςθ μπορεί επίςθσ να είναι πιο δφςκολθ να ανιχνευκεί διότι ζνα μεγάλο μζροσ τθσ ηθμιάσ μπορεί να είναι κάτω από τθν επιφάνεια, με μόνο ζνα μικρό άνοιγμα να φαίνεται οπτικάςτθ μεταλλικι επιφάνεια (ςχιμα 7). Επιπλζον, αυτζσ οι μορφζσ διάβρωςθσ είναι οικονομικά ςθμαντικζσ και επικίνδυνεσ, επειδι μπορεί να οδθγιςουν ςε πρόωρθ ηθμιά μιασ καταςκευισαπό ταχεία διείςδυςθ τθσ διάβρωςθσ με μικρι ςυνολικι απϊλεια βάρουσ. Θ τοπικι διάβρωςθ δθμιουργείται από μια διαφορά ςτο περιβάλλον μεταξφ περιοχϊνςτο ίδιο μζταλλο, το οποίο ζχει ωσ αποτζλεςμα τθν αυξθμζνθ θλεκτροχθμικι δραςτθριότθτα. Αυτι θ διαφορά ςτο περιβάλλον μπορεί να οφείλεται ςε μθ ομοιόμορφεσαποκζςεισ ι μόλυνςθ τθσ επιφάνειασ, ι ςυνθκζςτερα, καταςκευαςτικάχαρακτθριςτικά που δθμιουργοφν ςθμαντικζσ διαφορζσ ςτο περιβάλλον. Κενά ι εςοχζσ ςτισ αρκρϊςεισ είναι θ πιο κοινι αιτία αυτϊν τωνκαταςκευαςτικϊνχαρακτθριςτικϊν. Αυτι θ μορφι τοπικισ διάβρωςθσ ονομάηεται διάβρωςθ εςοχϊν (crevice)και είναι ςυχνά θ πιο δφςκολθ μορφι τθσ διάβρωςθσ να αποφευχκεί κατά το ςχεδιαςμό.είναι επίςθσ μία από τισ πιο κοινζσ αιτίεσ τθσ βλάβθσ του εξοπλιςμοφ των πλοίων. Οι δφο πιο κοινοί τφποι τοπικισ διάβρωςθσ είναι θ διάβρωςθ με βελονιςμοφσ (pittingcorrosion)καιθ διάβρωςθ εςοχϊν (crevicecorrosion). ΔΙΑΒΡΩΗ ΕΟΧΩΝ (CREVICECORROSION) Θ παρουςία ςτενϊνανοιγμάτων ι κενϊν μεταξφ μετάλλου με μζταλλο ι μθ μεταλλικό με μζταλλικό ςυςτατικά μπορεί να οδθγιςει ςε τοπικι διάβρωςθ ςτισ περιοχζσ αυτζσ. Με τον ίδιο τρόπο εςοχζσ που ζχουν δθμιουργθκεί κατά τθν καταςκευι, όπωσ ρωγμζσ, εγκοπζσ ςφθρθλαςίασ και άλλα μεταλλουργικά ελαττϊματα μποροφν να λειτουργιςουν ωσ ςθμεία 10

11 ζναρξθσ διάβρωςθσ. Για να λειτουργιςει ωσ τόποσ διάβρωςθσ μια ρωγμι πρζπει να είναι επαρκοφσ πλάτουσ ϊςτε να επιτρζπει τθν είςοδο του διαβρωτικοφ μζςου, αλλά αρκετά ςτενι για να εξαςφαλιςτεί ότι το διαβρωτικό μζςο παραμζνει ςτάςιμο. Συνεπϊσ θ διάβρωςθ εςοχϊν εμφανίηεται ςυνικωσ ςε κενά λίγωνμικρομζτρων και δεν εμφανίηεται ςε ρωγμζσ ι ςχιςμζσ ςτισ οποίεσ είναι δυνατι θ κυκλοφορία του διαβρωτικοφ μζςου. Ανεξάρτθτα από το υλικό, μία κατάςταςθ κοινι για όλουσ τουσ τφπουσ τθσ διάβρωςθσ εςοχϊν είναι θ ανάπτυξθ τοπικϊν περιβαλλόντων που μπορεί να διαφζρουν ςε μεγάλο βακμό από το ευρφτερο περιβάλλον.στθν απλοφςτερθ μορφι τθσ, θ διάβρωςθ εςοχϊν μπορεί να προκφψει από τθ δθμιουργία διαφορικϊν «κελιϊν» οξυγόνου. Αυτό μπορεί να ςυμβεί όταν το οξυγόνο που περιζχει ο θλεκτρολφτθσ εντόσ τθσρωγμισ καταναλϊνεται, ενϊ το ςϊμα τθσ εκτεκειμζνθσ επιφάνειασ ζχει άμεςθ πρόςβαςθ ςε οξυγόνο και γίνεται κάκοδοσςε ςχζςθ με τθν περιοχι τθσεςοχισ. Θ διάβρωςθ εςοχϊν, για παράδειγμα, μπορεί να εμφανιςτείςε κράματα ανοξείδωτου τφπου, ςε οριςμζνεσ ςυγκεντρϊςεισ του κειικοφ οξζοσ. Αν και θ πακθτικότθτα των εκτεκειμζνων επιφανειϊν διατθρείται όςο υπάρχει διαλυμζνο οξυγόνο ςτο οξφ, θ παρουςία μιασ εςοχισ (για παράδειγμα, μια τςιμοφχα) αποκλείει το οξυγόνο και θ διάβρωςθ ξεκινάει με το μζταλλο πλζονςε ενεργι κατάςταςθ. ΔΙΑΒΡΩΗ ΜΕ ΒΕΛΟΝΙΜΟΤ (PITTINGCORROSION) Θ διάβρωςθ με βελονιςμοφσ ορίηεται ωσ μια εξαιρετικά ζντονθ τοπικι διάβρωςθ. Με απλά λόγια, θ διάβρωςθ με βελονιςμοφσ είναι ο τφποσ τθσ τοπικισ διάβρωςθσ που παράγει "λάκκουσ"(pits), δθλαδι, κζςεισ διαβρωτικισ προςβολισ που είναι ςχετικά μικρζσ ςε ςφγκριςθ με τθ ςυνολικά εκτεκειμζνθ επιφάνεια. Αν θπροςβολι από διάβρωςθ περιορίηεται ςε μια ςχετικά μικρι ςτακερι ζκταςθ του μετάλλου που ενεργεί ωσ άνοδοσ, οιπροκφπτοντεσ"λάκκοι" (pits)περιγράφονται ωσ βακιά. Εάν θ ζκταςθ τθσ προςβολισ από διάβρωςθ είναι ςχετικά μεγαλφτερθ και δεν είναι τόςο βακιά, οι "λάκκοι" (pits) ονομάηονται ρθχοί (Σχιμα 5). Το βάκοσ των λάκκων αυτϊν μερικζσ φορζσ εκφράηεται από τον όρο "pittingfactor". Αυτόείναι θ αναλογία τθσ βακφτερθσ διείςδυςθσ ςτομζταλλοαπό τθ μζςθ διείςδυςθ του μετάλλου, όπωσ προςδιορίηεται από τθν απϊλεια βάρουσ του δείγματοσ (Σχιμα 6).Οταν το μζγεκοσ"pittingfactor" είναι ίςο με τθν μονάδα,αντιπροςωπεφει ομοιόμορφθ, ι γενικι διάβρωςθ. 11

12 χιμα 5. Ραραδείγματα από βακιά (α) και ρθχά (β) pits χιμα 6. Σχθματικι απεικόνιςθ του "pittingfactor"p/d. 12

13 Αναφζρεται ότι οι"λάκκοι" (pits) αρχίηουν από τθν κατάρρευςθ τθσ πακθτικοποίθςθσςε ευνοϊκά ςθμεία ςτθν επιφάνεια του μετάλλου. Θ κατάρρευςθ ακολουκείται από τον ςχθματιςμό ενόσ θλεκτρολυτικοφ ςτοιχείου. Θ άνοδοσ του ςτοιχείου είναι μία μικρι περιοχι του δραςτικοφ μετάλλου, και θ κάκοδοσ είναι μία μεγάλθ περιοχι του μετάλλουπου παραμζνει πακθτικοποιθμζνο. Θ μεγάλθ διαφορά δυναμικοφ του πακθτικοφ ενεργθτικοφ ςτοιχείου (για παράδειγμα, περίπου 0,5 V για τθ ςειρά 300 ανοξείδωτου χάλυβα) αντιπροςωπεφει ςθμαντικι ροι ρεφματοσ με ταχεία διάβρωςθ ςτθ μικρι άνοδο. Το ανκεκτικό ςτθ διάβρωςθ πακθτικό μζταλλο που περιβάλλει τθν άνοδο και θςυγκζντρωςθ προϊόντων διάβρωςθσ ςτουσ λάκκουσ ευκφνονται για τθν τάςθ τθσ διάβρωςθσ να διειςδφειςτο μζταλλο παρά να εξαπλϊνεται κατά μικοσ τθσ επιφάνειασ του. Μόλισ ξεκινιςουν,οι λάκκοι ςυνεχίηουν να αυξάνονται με μίααυτοτροφοδοτοφμενθ ι αυτοκαταλυτικι διαδικαςία. Δθλαδι, ο μθχανιςμόσ τθσ διάβρωςθσ μζςα ςτον "λάκκο" (pit) δθμιουργεί ςυνκικεσ που είναι και ευνοϊκζσ και αναγκαίεσ για τθν ςυνζχιςθ τθσ διαβρωτικισ δραςτθριότθτασ. Αυτι θ μζκοδοσ απεικονίηεται ςχθματικά ςτο ςχιμα 7. Θ ανάπτυξθ των "λάκων" (pits) ελζγχεται από τθν ταχφτθτα κατανάλωςθσ των θλεκτρονίων ςτισ περιοχζσ τθσ κακόδου. Στο καλαςςινό νερό, αυτό εξαρτάται από τθν ποςότθτα και τθ διακεςιμότθτα του διαλυμζνου οξυγόνου. Ο χλωριοφχοσςίδθροσ, προςλαμβάνει θλεκτρόνια πιο αποτελεςματικά από το διαλυμζνο οξυγόνο καιμπορεί να προκαλζςει αφξθςθ του αρικμοφ των "λάκων" (pits) και ταχφτερθ διείςδυςθ ςε διάφορεσ βιομθχανικζσ εφαρμογζσ. Θ ανάπτυξθ των"λάκων" (pits)πιςτεφεται ότι περιλαμβάνει τθ διάλυςθ του μετάλλου και τθ διατιρθςθ ενόσ υψθλοφ βακμοφ οξφτθτασ ςτο κάτω μζροσ του "λάκκου" με τθν υδρόλυςθ των διαλυμζνων μεταλλικϊν ιόντων. Θ αντίδραςθ διάλυςθσ του ανοδικοφμετάλλου ςτο κάτω μζροσ του "λάκκου" (Μ M + n +ne - ) εξιςορροπείται από τθν κακοδικι αντίδραςθ ςτθν παρακείμενθ επιφάνεια (O 2 + 2H 2 O + 4e 4OH - ). Θ αυξθμζνθ ςυγκζντρωςθ του Mn + εντόσ των "λάκκων" ζχει ςαν αποτζλεςμα τθ μετακίνθςθ των ιόντων χλωρίου (Cl - ) για να διατθρθκεί θ ουδετερότθτα. Το χλωριοφχο μζταλλο που ςχθματίηεται, M + Cl -,υδρολφεται από το νερό προσ το υδροξείδιο και το ελεφκερο οξφ M + Cl - + H 2 O MOH + H + Cl - ). Θ παραγωγι αυτοφ του οξζοσ μειϊνει τισ τιμζσ του ph ςτο κάτω μζροσ του "λάκκου" (ρθ κατά προςζγγιςθ 1,5 ζωσ 1,0), ενϊ το ρθ του υπόλοιπου διαλφματοσ παραμζνει ουδζτερο. Οι ανοξείδωτοι χάλυβεσ είναι θ κφρια κατθγορία χάλυβα που είναι επιρρεπείσ ςτθν διάβρωςθ με βελονιςμοφσκαι διάβρωςθσ εςοχϊν. Πλοι οι ανοξείδωτοι χάλυβεσ μποροφν να κεωρθκοφν ωσ ευαίςκθτοι ςε αυτό το κζμα, αλλά οι αντιςτάςεισ τουσ ποικίλλουν ευρζωσ. Θ αντοχι τουσ ςε προςβολι ςε διάβρωςθ είναι ςε μεγάλο βακμό ζνα μζτρο τθσ περιεκτικότθτάσ τουσ ςε χρϊμιο, μολυβδαίνιο και άηωτο. Ζνασ άλλοσ παράγοντασ είναι θ παρουςία οριςμζνων μεταλλουργικϊν φάςεων (ιδίωσ ςτουστφπουσ 303, 416 και 430f που περιζχουν εγκλείςματα του κειοφχουμαγγανίου), που ζχουν πολφ χαμθλζσ αντιςτάςεισ.θ φπαρξθφερρίτθ μπορεί επίςθσ να είναι επιβλαβισ ςε ωςτενιτικοφστφπουσ ανοξείδωτου χάλυβα ςε επικετικάπεριβάλλοντα. Ζνα κακαρό και λείο φινίριςμα τθσ επιφάνειασ 13

14 βελτιϊνει τθν αντίςταςθ ςε διάβρωςθ. Θ μόλυνςθ από ανκρακοφχο χάλυβα ι άλλο «ελεφκερο ςίδθρο» επιταχφνει ςε μεγάλο βακμό τθν ζναρξθ τθσδιάβρωςθσ. Στουσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσθ αντίςταςθ ςτθν τοπικι διάβρωςθ εξαρτάται επίςθσ από το περιβάλλον. Θ επικετικότθτα του περιβάλλοντοσ ςε πολφ μεγάλο βακμό εξαρτάται από δφο παράγοντεσ - το περιεχόμενο χλϊριο (Cl - ) και τθν κερμοκραςία.θ αντίςταςθ ενόσ ςυγκεκριμζνου χάλυβα ςτθν διάβρωςθ με βελονιςμοφσ και τθν διάβρωςθ εςοχϊν περιγράφεται ςυνικωσ ωσ προσ το % Cl - (ι ppmcl - ) και τθν κερμοκραςία( C)που μπορεί να αντιςτακεί.θα πρζπει να ςθμειωκεί ότι θ πιο κοινι ποιότθτα του ανοξείδωτου χάλυβα, τφπου 304, μπορεί να κεωρθκεί ευπακισ ςε διάβρωςθ με βελονιςμοφσςε καλάςςιο νερό (2% ι Cl - ppm) πάνω από περίπου τουσ 10 C, και ακόμθ ςε χαμθλότερθ περιεκτικότθτα ςε Cl - ςε ελαφρϊσ πιο αυξθμζνεσ κερμοκραςίεσ. Ζνα αςφαλζσ επίπεδο χλωρίου για ηεςτζσ κερμοκραςίεσ του περιβάλλοντοσ είναι γενικά περίπου 150ppm (150mg/l) για αυτό τον τφπο χάλυβα. Οι τφποι 316 είναι πιο ανκεκτικοί, και χρθςιμοποιοφνται ςυνικωσ ςε καλαςςινό νερό ςε κερμοκραςία περιβάλλοντοσ, αλλά μπορεί να υποςτοφνδιάβρωςθ αν υπάρχουν εςοχζσ ι εάν θ κερμοκραςία αυξθκεί ζςτω και λίγο. Θ ταχφτθτα του υγροφ είναι επίςθσ ςθμαντικι, ζνα ςτάςιμο διάλυμα, είναι πιο πικανό να οδθγιςει ςε διάβρωςθ με βελονιςμοφσι διάβρωςθ εςοχϊν, ιδιαίτερα εάν υπάρχουν ςωματίδια να κακιηάνουν από το υγρό. Εργαςτθριακζσ δοκιμζσ ζχουν αναπτυχκεί για τθ μζτρθςθ τθσ αντίςταςθσ των μετάλλων τόςο ςτθ διάβρωςθμε βελονιςμό και τθν διάβρωςθ εςοχϊν. Αυτι θ δοκιμι ζχει δφο βαςικοφσ ςτόχουσ - πρϊτον, να καταςτεί δυνατι κατάταξθ του κάκε κράματοσ, ωσ προσ τθν αντοχι του ςε αυτζσ τισ διαβρϊςεισ και δεφτερον, ωσ μζτρο ελζγχου τθσ ποιότθτασ, να εξαςφαλιςτεί ότι ςυγκεκριμζνεσ παρτίδεσ του χάλυβα ζχουν παραχκείόχι μόνο με τθ ςωςτι ςφνκεςθ, 14

15 χιμα 7. Αυτοκαταλυτικι διαδικαςία που ςυμβαίνει κατά τθ διάβρωςθ με βελονιςμό.τομζταλλοm, διαβρϊνεται με βελονιςμό απόζνα αεριοφχο διάλυμα NaCl.αγδαίαδιάβρωςθςυμβαίνειςτονλάκκο,όςομειϊνεται το οξυγόνο ςε αυτι τθνπεριοχι. Το δεφτερο μζροσ του ςχιματοσ δείχνει πωσ αυτόσ ο μθχανιςμόσ οδθγεί ςτθν δθμιουργία ςθμαντικισ διάβρωςθσ κάτω από τθν επιφάνεια (δεξιά εικόνα), με μόνο ζνα μικρό άνοιγμα να φαίνεται οπτικά ςτθ μεταλλικι επιφάνεια (αριςτερι εικόνα). αλλά ζχουν επίςθσ ςωςτι ζλαςθ και κερμικι κατεργαςία. Θ πιο ςυχνά χρθςιμοποιοφμενθ δοκιμι είναι αυτι του ASTM G48, θ οποία μετρά τθν αντοχι ςε ζνα διάλυμα 6% χλωριοφχου ςιδιρου, ςε μία κατάλλθλθ κερμοκραςία για το κράμα, παρουςιάηεται ςτο ςχιμα 8. Εάν μία τεχνθτι εςοχι προςτεκεί ςτο δείγμα τότε θ δοκιμι μετρά τθν αντοχιςε διάβρωςθ εςοχϊν αντί διάβρωςθσμε βελονιςμοφσ. Θ κερμοκραςία θ οποία είναι αρκετά υψθλι ϊςτε να προκαλζςει τθν αποτυχία τθσ δοκιμισ αυτισ ονομάηεται κρίςιμθ κερμοκραςία διάβρωςθσ με βελονιςμό (CPT) ι κρίςιμθ κερμοκραςία διάβρωςθσ εςοχϊν (CCT). Εναλλακτικζσ εργαςτθριακζσ δοκιμζσ μποροφν να πραγματοποιθκοφν με τθ χριςθ θλεκτροχθμικϊν ςτοιχείων με μία ποικιλία διαλυμάτων δοκιμισ. Τα αποτελζςματα που 15

16 λαμβάνονται ςε εργαςτθριακζσ δοκιμζσ πρζπει να κεωροφνται ενδεικτικά. Σε πραγματικι χριςθ,παράγοντεσ όπωσ το φινίριςμα τθσ επιφάνειασ, θ ταχφτθτα του νεροφ, οι ρυπαντζσ του νεροφ και θ μεταλλουργικι κατάςταςθ του χάλυβα είναι όλαςθμαντικοί παράγοντεσ και μπορεί να αλλάξουν ςθμαντικά τα αποτελζςματα. χιμα 8.Αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ με βελονιςμό ςε διάφορα κράματα. Από τθν εμπειρία, ζχει βρεκεί ότι μία εκτίμθςθ τθσ αντίςταςθσ ςε διάβρωςθ με βελονιςμοφσ μπορεί να γίνει με υπολογιςμό του PittingResistanceEquivalentNumber (PRE): PRE = % Cr x %Mo + 16 x %N Διάφοροι πολλαπλαςιαςτζσ (ζωσ 30) για άηωτο ζχουν χρθςιμοποιθκεί ςε αυτιν τθν εξίςωςθ με τισ υψθλότερεσ τιμζσ να χρθςιμοποιοφνται ςυχνά για τουσωςτενιτικοφτφπου ανοξείδωτουσ χάλυβεσ.σε κάκε περίπτωςθ, θ επίδραςθ του αηϊτου είναι πολφ ςθμαντικι, και ωσ εκ τοφτου υπάρχει θ απαίτθςθ από πολλοφσ προμθκευτζσ για τουσ υψθλισ αντίςταςθσ ςε διάβρωςθ χάλυβεσ τφπου 2205 να ζχουν ελάχιςτθ περιεκτικότθτα ςε άηωτο 0,14%. Αυτό εξθγεί και τθν τάςθ για ακόμα υψθλότερα επίπεδα αηϊτου ςτα κράματαμε εξαιρετικά υψθλι αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ με βελονιςμοφσ. Τα κράματαsuperduplexτφπου UR52N+ (UNS S32520/S32550) ςυνικωσ περιζχουν 0,2% άηωτο, ενϊ οιυπζρ ωςτενιτικοίτφποι 4565S (UNS S34565) περιζχουν ςυνικωσ 0,45% άηωτο. Μζτρα για τθ μείωςθ τθσδιάβρωςθσ με βελονιςμοφσ ι τθσ διάβρωςθσεςοχϊν περιλαμβάνουν τα ακόλουκα: φκμιςθ του περιβάλλοντοσ ϊςτε να ζχειχαμθλι περιεκτικότθτα ςε χλϊριο και χαμθλι κερμοκραςία, αν είναι δυνατόν. 16

17 Ρλιρθσ κατανόθςθ του περιβάλλοντοσ ςτο οποίο κα λειτουργιςει ζνα εξάρτθμα. Χριςθ κραμάτων επαρκϊσ υψθλισ περιεκτικότθτασ ςε χρϊμιο, μολυβδαίνιο και / ι άηωτο για να εξαςφαλιςτεί θ αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ. Ρροετοιμαςία των επιφανειϊν με καλφτερο δυνατό φινίριςμα. Μία γυαλιςμζνθ επιφάνεια αντιςτζκεται ςτθ διάβρωςθ καλφτερα. Απομάκρυνςθ όλων των ρυπαντϊν, ιδιαίτερα ελεφκερου ςίδθρου, με τθν πραγματοποίθςθ πακθτικοποίθςθσ Σχεδίαςθ και καταςκευι ϊςτε να αποφευχκοφν εςοχζσ. Σχεδίαςθ και καταςκευι ϊςτε να αποφευχκεί θ ςυγκζντρωςθ παγιδευμζνων και ςυγκεντρωμζνωνυγρϊν. ςυγκόλλθςθ με τα ςωςτά αναλϊςιμα και πρακτικζσ -επικεϊρθςθ και ζλεγχοσγια τθν φπαρξθ ακοφςιωνεςοχϊν ςτισ ςυγκολλιςεισ. Ρραγματοποίθςθ κακαριςμοφ με οξφ (pickling) ϊςτε να απομακρυνκοφν τα ςτρϊματα οξειδίου από τθν ςυγκόλλθςθ. 2.3 ΠΔΡΙΚΡΤΣΑΛΙΚΗ ΓΙΑΒΡΩΗ (INTERGRANULAR CORROSION) Θ περικρυςταλικι διάβρωςθ είναι θ επιλεκτικι διάβρωςθ ενόσ μετάλλου ςτα όρια των κόκκων ι ςτθν γειτονικι τουσ περιοχι. Θεωρείται ζνασ μθχανιςμόσ διάβρωςθσ που επθρεάηεται από μεταλλουργικοφσ παράγοντεσ. Υπάρχουν τρεισ μθχανιςμοί που ζχειδιαπιςτωκεί ότι προκαλοφν περικρυςταλικιδιάβρωςθ ςε διάφορεσ περιπτϊςεισ. Ο πρϊτοσ μθχανιςμόσ είναι θ επιλεκτικι διάβρωςθςταόρια κόκκων του υλικοφ λόγω τθσ υψθλισ περιεκτικότθτασ τουσςε ενζργεια. Τα μζταλλακρυςταλλϊνονται ςε διατεταγμζνθ διάταξθ των ατόμων επειδι αυτι θ διάταξθ ζχει χαμθλότερθ περιεκτικότθτα ςε ενζργεια από μιατυχαία διάταξθ. Τα όρια των κόκκων δεν παρουςιάηουν αυτι τθν διατεταγμζνθ δομι, κακϊσ οι κρφςταλλοι του μετάλλου ενϊ είναι εςωτερικά διατεταγμζνοι τα όρια τουσ ζχουν τυχαίουσ προςανατολιςμοφσ μεταξφ τουσ. Ταόρια των κόκκων είναι ςυχνά 10 ζωσ 100 άτομα πλάτοσ και αυτά τα άτομα ζχουν μια υψθλότερθ ενζργεια από τα γφρω άτομα. Το υψθλότερθσ ενζργειασ υλικό είναι πιο δραςτικό χθμικά από το χαμθλότερθσ ενζργειασ υλικό και ωσ εκ τοφτου, το όριο κόκκων του υλικό μπορεί να είναι ανοδικόςε ςχζςθ με τουσ γφρω κόκκουσ. Πταν ςυμβαίνει αυτό, θ ανοδικι περιοχι είναι μικρι και θ κακοδικι περιοχι είναι μεγάλθ, ζτςι μπορεί να ςυμβεί ταχεία προςβολι διάβρωςθσ. Το αποτζλεςμα είναι ότι οι επιμζρουσ κόκκοι δεν είναι πλζον ενωμζνοι με ιςχυρό δεςμό ςταόρια των κόκκων ςαν "κόλλα" και αποςυντίκενται αφινοντασ ζνα υπόλειμμα ςε μορφι ςκόνθσ και τραχιά κοκκϊδθ επιφάνεια. Ζνασ δεφτεροσ μθχανιςμόσ είναι θ επιλεκτικι διάβρωςθ του υλικοφ ςτα όρια των κόκκων που ζχουν διαφορετικι ςφνκεςθ από τουσ γφρω κόκκουσ. Πταν τα μζταλλα κρυςταλλϊνονται από τθντετθγμζνθ κατάςταςθ, οι κρφςταλλοι τείνουν να είναι πιο 17

18 κακαροί από το τθγμζνο υλικό. Αυτό ςυμβαίνει επειδι οι κακαροί κρφςταλλοι του μετάλλουείναι δομθμζνοι και ζχουν χαμθλότερθ περιεκτικότθτα ςε ενζργεια από όταν περιζχουν μεγάλεσ ποςότθτεσ ακακαρςιϊν. Σε οριςμζνεσ περιπτϊςεισ, οι περιςςότερεσ ακακαρςίεσςυγκεντρϊνονται ςτα όρια των κόκκων. Πταν θ ςφνκεςθ τωνακακαρςιϊν είναι τζτοια που κάνει τα όρια των κόκκων περιςςότερο ανοδικά από τουσ περιβάλλοντεσ κόκκουσ,ταχεία διάβρωςθ μπορεί να ςυμβεί με αποτελζςματα παρόμοια με αυτά που περιγράφονται παραπάνω. Πταν θ ςφνκεςθ των ακακαρςιϊν ςταόρια κόκκωνκάνει το υλικό να είναι περιςςότερο κακοδικό από τουσπεριβάλλοντεσ κόκκουσ, Θ ευνοϊκι αναλογία όγκου μεταξφ ανόδου και κακόδου κάνει αυτι τθν περίπτωςθ ςχετικά αβλαβι. Θ μόλυνςθ των ορίων των κόκκων μπορεί μερικζσ φορζσ να ςυμβεί και μετά τθν καταςκευι. Ο υδράργυροσ ςτο αλουμίνιο μπορεί να διειςδφςει και να μολφνει τα όρια των κόκκων και να προκαλζςει μετζπειτα περικρυςταλλικιδιάβρωςθ. Αυτόσ είναι ο λόγοσ που ο υδράργυροσ και ενϊςεισ υδραργφρου απαγορεφονται ςτα πλοία αλουμίνιου ι ςτα αεροςκάφθ. Ζνασ τρίτοσ μθχανιςμόσ είναι επιλεκτικι διάβρωςθ δίπλα ςτα όρια των κόκκων λόγω τθσ τοπικισ εξάντλθςθσ ενόσ ςτοιχείου κραματοποίθςθσ. Αυτι θ μορφι τθσ διάβρωςθσ μπορεί να ςυμβεί ςε πολλοφσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ καιλζγεται ευαιςκθτοποίθςθ (sensitization). Ρολλοί ανοξείδωτοι χάλυβεσ βαςίηονται ςτο ςυνδυαςμό νικελίου και χρωμίου για τθν αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ τουσ. Δεδομζνου ότι τόςο το νικζλιο και το χρϊμιο είναι ακριβό, προςτίκενται μόνο ςε ποςότθτεσ απαραίτθτεσ για να λθφκεί θ αναγκαία αντοχι ςτθ διάβρωςθ. Ζνα άλλο ςτοιχείο, το οποίο είναι ςυνικωσ παρόν ςε όλουσ τουσ χάλυβεσ, είναι ο άνκρακασ. Σε ανοξείδωτουσ χάλυβεσ, άτομα άνκρακα τείνουν να ςυγκεντρϊνονται ςτα όρια των κόκκων ωσ ακακαρςία κατά τθ ςτερεοποίθςθ. Τα καρβίδια του χρωμίου μπορεί να ςχθματιςτοφν δίπλα ςτα όρια των κόκκων κατά τθ διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ και τθσ κερμικισ κατεργαςίασ. Πταν αυτζσ οι ενϊςεισ ςχθματιςτοφν, το χρϊμιο ζχει αφαιρεκεί από το κράμα δίπλα από τα όρια των κόκκων και το προκφπτον κράμα δεν ζχει αρκετι περιεκτικότθτα ςε χρϊμιο ϊςτε να παραμείνει πακθτικοποιθμζνο. Και πάλι, υπάρχει μια πολφ δυςμενισ αναλογία τθσ περιοχισ ανόδου / κακόδου με αποτζλεςμα τθν γριγορθ διάβρωςθ.τρεισ διαφορετικζσ μζκοδοι χρθςιμοποιοφνται για να αποφευχκεί αυτό το είδοσ τθσ διάβρωςθσ ςτον ανοξείδωτο χάλυβα κατά τθ διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ ι άλλων κερμικϊν κατεργαςιϊν. Θ πρϊτθ μζκοδοσ για να αποφευχκεί θ ευαιςκθτοποίθςθ γίνεται μζςω κερμικισ κατεργαςίασ. Σε υψθλζσ κερμοκραςίεσ (πάνω από 1800 F), τα καρβίδια του χρωμίου είναι αςτακι και κα διαλυκοφν αν ζχουν ςχθματιςτεί. Σε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ, (κάτω από 1000 F) το χρϊμιο και άτομα άνκρακα δεν μποροφν να κινθκοφν και ο ςχθματιςμόσ καρβιδίων του χρωμίου αποτρζπεται. Ο ςχθματιςμόσ των καρβιδίων του χρωμίου είναι ζνα πρόβλθμα κυρίωσ ςε εφροσ από ζωσ F. Κατά τθν ςυγκόλλθςθ ςτον ανοξείδωτο χάλυβα, κάποια περιοχι δίπλα ςτθ ςυγκόλλθςθ είναι πικανό να φκάςει αυτό το εφροσ κερμοκραςίασ και να ςχθματιςτοφν ποςότθτεσ καρβιδίων του χρωμίου. Πταν ςυμβεί αυτόι 18

19 όταν το κράμα ζχει υποςτείευαιςκθτοποίθςθ, κα πρζπει να κερμαίνεται ςε κερμοκραςίεσ πάνω από 1800 F ϊςτε να διαλυκοφν τα καρβίδια, και ςτθν ςυνζχεια να ψυχκεί γριγορα κάτω από τουσ 1000 F για να αποφευχκεί ο ςχθματιςμόσ καρβιδίου. Θ δεφτερθ μζκοδοσ που χρθςιμοποιείται για τθν αποφυγι ευαιςκθτοποίθςθσ ςε ανοξείδωτουσ χάλυβεσ είναι να μειωκεί θ περιεκτικότθτα ςε άνκρακα του κράματοσ ςε πολφ χαμθλά επίπεδα. Αυτζσ οι ποιότθτεσ χαμθλισ περιεκτικότθτασ ςε άνκρακα (όπωσ 304L και 316L, όπου L ςθμαίνει χαμθλισ περιεκτικότθτασ ςε άνκρακα) δεν ζχουν αρκετό άνκρακα για να ςχθματιςτοφν καρβίδια και ζτςι είναι ανκεκτικά ςε ευαιςκθτοποίθςθ κατά τθ διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ. Ρρζπει να λαμβάνεται μζριμνα, ωςτόςο, για να μθν ειςάγεται πρόςκετα άνκρακασ κατά τθ ςυγκόλλθςθ από επιμόλυνςθ, όπωσ μπορεί να προκλθκεί από το λάδι ι το γράςο. Θ τρίτθ μζκοδοσ, που χρθςιμοποιείται για τθν αποφυγι ευαιςκθτοποίθςθσ ςτον ανοξείδωτο χάλυβα, είναι να προςτεκεί ςκόπιμα ζνα ςτοιχείο που κα ςυνδυάηεται με τον άνκρακα, αλλά δεν κα απαιτείται για τθν πακθτικοποίθςθ του κράματοσ. Το τιτάνιο και το νιόβιο ζχουν μεγαλφτερθ ςυγγζνεια με τον άνκρακα απ ότι το χρϊμιο. Ζχουν προςτεκεί ςτο κράμα κατά τθν καταςκευι ςε ποςότθτεσ ϊςτε να ςυνδυαςτοφν με τον παρόντα άνκρακα ςτο κράμα και ζτςι να αναςτείλουν τθν ευαιςκθτοποίθςθ. Οι τφποι 321 ανοξείδωτου χάλυβα περιζχουν τιτάνιο και οι τφποι 347 ανοξείδωτου χάλυβα περιζχουν νιόβιο. Αυτά τα κράματα, ι οι τφποι χάλυβα χαμθλισ περιεκτικότθτασ ςε άνκρακα, κα πρζπει να χρθςιμοποιοφνται κατά τθ ςυγκόλλθςθ χωρίσ να απαιτείται κερμικικατεργαςία. 2.4 ΓΑΛΒΑΝΙΚΗ ΓΙΑΒΡΩΗ (GALVANIC CORROSION) Θ γαλβανικι διάβρωςθ ςυμβαίνει όταν ζνα μζταλλο ι κράμα βρίςκεται ςε θλεκτρικι επαφι με κάποιο άλλο παρουςία ενόσ θλεκτρολφτθ. Αυτι θ μορφι διάβρωςθσ μπορεί να εμφανιςτεί ςε περιοχζσ μιασ καταςκευισ όπου υπάρχει μετάβαςθ από ζνα υλικό ςε κάποιο άλλο. Συχνά αυτι θ κατάςταςθ προκφπτει επειδι διαφορετικά μζταλλα είναι πιο εφκολο να καταςκευάηονται ςε οριςμζνεσ μορφζσ. Ζνα παράδειγμα κα μποροφςε να είναι ζνα πλαίςιο πόρτασ που καταςκευάηεται από προφίλ αλουμινίου, αλλά με πόμολο που καταςκευάηεται από ςωλινα ανοξείδωτου χάλυβα λόγω τθσ υψθλότερθσ αντοχισ ςε εφελκυςμό και τριβι. Αυτό το είδοσ τθσ διάβρωςθσ είναι γνωςτι ςτουσ περιςςότερουσ ςχεδιαςτζσ, ειδικοφσ και καταςκευαςτζσ, αλλά ςυχνά ο μόνοσ κανόνασ που ιςχφει για τθν πρόλθψθ τθσ γαλβανικισ διάβρωςθσ είναι "μθν αναμιγνφεισ μζταλλα». Για να ςυμβεί γαλβανικι διάβρωςθ υπάρχουν τρεισ προχποκζςεισ που πρζπει να πλθροφνται: Τα μζταλλα πρζπει να είναι απζχουν αρκετάςτθν γαλβανικι ςειρά. Στθ γαλβανικι ι θλεκτροχθμικι ςειρά κατατάςςονται μζταλλα ςφμφωνα με το δυναμικό τουσ, ωσ προσ ζνα πρότυπο θλεκτρόδιο,το Standard CalomelElectrode (S.C.E.). Τα αποτελζςματα ςυχνά δίνονται ωσ ζνα διάγραμμα γαλβανικισ διάβρωςθσ ι πίνακα 19

20 γαλβανικισ διάβρωςθσ παρόμοιο με αυτό που φαίνεται ςτο Σχιμα 9. Αυτό το διάγραμμα λζει ότι τα «ανοδικά» ι «λιγότερο ευγενι» μζταλλα ςτο αρνθτικό τζλοσ τθσ ςειράσ ςτα δεξιά του διαγράμματοσ, όπωσ το μαγνιςιο, ο ψευδάργυροσ και το αλουμίνιο - είναι πιο πικανό να διαβρωκοφν από εκείνα τθσ «κακοδικισ» ι «ευγενοφσ» ςειράσ, όπωσ ο χρυςόσ και ο γραφίτθσ. Το κρίςιμο ςθμείο είναι θ διαφορά ςτο δυναμικό των δφο υλικϊν ϊςτε να κεωροφνται ωσ ζνα ηεφγοσ. Μια διαφορά εκατοντάδων millivolts είναι πικανό να οδθγιςει ςε γαλβανικι διάβρωςθ, αλλά μόνο μερικζσ δεκάδεσ millivolts είναι απίκανο να δθμιουργιςει πρόβλθμα. Τα μζταλλα πρζπει να βρίςκονται ςε θλεκτρικι επαφι. Τα δφο διαφορετικά μζταλλα πρζπει να είναι ςε θλεκτρικι επαφι μεταξφ τουσ. Αυτό είναι φυςικά πολφ ςυχνό. Τα δφο μζταλλα μποροφν να είναι βιδωμζνα, ςυγκολλθμζνα ι να ςυςφίγγονται μαηί, ι ακόμα να ακουμπά το ζνα ενάντια ςτο άλλο. Θ μεταλλικι ζνωςθ πρζπει να διαβρζχεται από ζνα θλεκτρολφτθ. Ζνασ θλεκτρολφτθσ είναι απλά ζνα θλεκτρικά αγϊγιμο υγρό. Σχεδόν κάκε υγρό εμπίπτει ςε αυτι τθν κατθγορία, με το αποςταγμζνο νερό ωσ εξαίρεςθ. Ακόμθ και το νερό τθσ βροχισ είναι πικανό να γίνει αγϊγιμο μετά τθν επαφι με τουσ κοινοφσ περιβαλλοντικοφσ ρφπουσ. Αν θ αγωγιμότθτα του υγροφ είναι υψθλι (ζνα κοινό παράδειγμα είναι το καλαςςινό νερό), θ γαλβανικι διάβρωςθ των λιγότερο ευγενϊν μετάλλων κα μπορεί να κλιμακωκεί ςε μια μεγαλφτερθ περιοχι, ενϊ ςε χαμθλισ αγωγιμότθτασ υγρά θ διάβρωςθ κα είναι εντοπιςμζνθ ςτο τμιμα του λιγότερο ευγενοφσ μετάλλου κοντά ςτθν ζνωςθ. Το ςχετικόμζγεκοσ τθσ ανόδου και τθσ κακόδου ζχει μια ζντονθ επίδραςθ ςτθν ποςότθτα τθσ διάβρωςθσ, που προκφπτει λόγω διμεταλλικισ διάβρωςθσ. Μια μικρι άνοδοσ (το λιγότερο ευγενζσ μζταλλο, όπωσ το αλουμίνιο) ότανενωκείμεμια μεγάλου μεγζκουσ κάκοδο (το πιο ευγενζσ μζταλλο, όπωσ ο ανοξείδωτοσ χάλυβασ) κα οδθγιςει ςε μια υψθλι πυκνότθταρεφματοσ επί του αλουμινίου, και επομζνωσ ζνα υψθλό ποςοςτό διάβρωςθσ. Θ διάβρωςθ ςυγκεντρϊνεται λόγω τθσ διαφοράσ ςτα μεγζκθ τωνδφοπεριοχϊν. Αντιςτρόφωσ, αν θ περιοχι τθσ ανόδου είναι μεγάλθ ςε ςφγκριςθ με εκείνθ τθσ κακόδου αυτό αραιϊνει το διαβρωτικό αποτζλεςμα, ςτισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ, ςε βακμό που να μθν αποτελεί πρόβλθμα. Είναι κοινι πρακτικι να χρθςιμοποιοφνται βίδεσ από ανοξείδωτο χάλυβα για να διορκωκοφν φφλλα αλουμινίου ι πινακίδεσ, αλλά αν βίδεσ αλουμινίου χρθςιμοποιικθκαν για να διορκϊςουν τον ανοξείδωτο χάλυβα οι βίδεσ μπορεί γριγορα να διαβρωκοφν. Μια φαινομενικι αντίφαςθ τθσ περιοχισ επίδραςθσ που ςυμβαίνει γαλβανικι διάβρωςθ όταν το εξάρτθμα πουαποτελείται από δφο μζταλλα,βρζχεται εν μζρει μόνο. Σκεφτείτε για παράδειγμα ζνα μπουλόνι από ανοξείδωτο χάλυβα ςε μια πλάκα αλουμινίου. Εάν το νερό ςυλλζγεται ςτθν άκρθ του κοχλία, αλλά το υπόλοιπο τθσ πλάκασ παραμζνει ςτεγνό, θ περιοχι προςβολισ του λιγότερο ευγενοφσ αλουμινίου είναι μόνο θδιαβρεχόμενθ περιοχι, θ οποία μπορεί να ζχει παρόμοιο μζγεκοσ με αυτό το τμιμα του κοχλία που διαβρζχεται.ζτςι είναι αρκετά πικανό για τθν πλάκα αλουμινίου να διαβρωκεί γαλβανικά ςτθν περιοχι που περιβάλλει άμεςα τον κοχλία. Μόνο θ υγρι "περιοχι" μετράει. 20

21 χιμα 9.Διαγραμμα ςειράσ γαλβανικισδιάβρωςθσ για διάφορα υλικά. Ππωσ φαίνεται ςτο ςχιμα 9 παραπάνω, υπάρχουν δφο διαφορετικζσ δυνατότθτεσ που ςχετίηονται με κάκε ποιότθτα ανοξείδωτου χάλυβα. Θ λιγότερο ευγενισ αξία που εμφανίηεται ςτα μαυριςμζνα κουτιά είναι εκείνθθ οποίο ιςχφει εάν μια εςοχι ςχθματίηεται μεταξφ των δφο ανόμοιων μζταλλων ι εάν αυτά είναι ςκεπαςμζνα π.χ. απόβιολογικζσ επικακιςεισ. Μια τζτοια εςοχι κα μποροφςε να είναι από το ςχεδιαςμό ι τθν καταςκευι του εξαρτιματοσφκαι ο ςχθματιςμόσ των βιολογικϊν επικακίςεων είναι πικανότεροσ ςε ςτάςιμα νερά ι καλαςςινό νερό με αργι κίνθςθ. Το αποτζλεςμα αυτϊν των ςτάςιμων ςυνκθκϊν είναι θ εξάντλθςθ του οξυγόνου και το λιγότερο ευγενζσ δυναμικό που μπορεί να κάνει τον ανοξείδωτο χάλυβα ευαίςκθτο ςτθ διάβρωςθ ςε ςυνκικεσ που κα μποροφςαν αλλιϊσ να κεωροφνται μθ-διαβρωτικζσ. Οι ανοξείδωτοι χάλυβεσ δθμιουργοφν από τθν φφςθ τουσ πακθτικζσ επιφάνειεσ ςαν φίλμ και αυτό είναι που τουσ κάνει να "ανοξείδωτουσ". Το φίλμ αυτό επίςθσ μειϊνει τθν ποςότθτα του ρεφματοσ που είναι διακζςιμο για τθ διάβρωςθ, οπότε επιβραδφνεται ο ρυκμόσ διάβρωςθσ ςε ςφγκριςθ με κάποια άλλα γαλβανικά ηευγάρια. 21

22 Οι μζκοδοι για τθν προςταςία από γαλβανικι διάβρωςθ ςε γενικζσ γραμμζσ προκφπτει από τισ παραπάνω περιγραφζσ των αναγκαίων προχποκζςεων για τθν εμφάνιςθ του φαινομζνου. Μθν αναμιγνφετε μζταλλα. Εάν μόνο ζνα υλικό χρθςιμοποιείται ςε μια καταςκευι το πρόβλθμα αποφεφγεται (Ρροχπόκεςθ 1 δεν είναι παροφςα - δεν αναμιγνφονται μζταλλα) και θ γαλβανικι διάβρωςθ δεν κα πραγματοποιθκεί. Να είςτε ιδιαίτερα επιφυλακτικοί με τθν χριςθγαλβανιςμζνωνκοχλιϊν ςε φφλλα από ανοξείδωτο χάλυβα - μια κοινι πρακτκι, επειδι εξοικονομείται κόςτοσ και διακεςιμότθτα. Αυτοί οι λιγότερο ευγενείσςτθ γαλβανικι ςειρά κοχλίεσ είναι πικανό να διαβρωκοφν γριγορα. Αποτρζψτε τθν θλεκτρικι επαφι. Είναι ςυχνά πρακτικό να αποτραπεί θ θλεκτρικι επαφι μεταξφ των ανόμοιων μετάλλων. Αυτό μπορεί να επιτευχκεί με τθ χριςθ μθ αγϊγιμων (π.χ. λάςτιχο ι πλαςτικό) αποςτάτων, ενδιάμεςα κομμάτια ι τςιμοφχεσ ςε ςυνδυαςμό με μονωτικοφσμανδφεσγφρω από τισ βίδεσ. Για τον ίδιο λόγο ζνα κενό μπορεί να παραμείνει μεταξφ μιασγαλβανιςμζνθσ οροφισ και τθσ ανοξείδωτθσυδρορροισ. Αποτρζψτε τθν βρεγμζνθ ζνωςθ. Θ τρίτθ κατάςταςθ μπορεί να αφαιρεκεί με τθν εξαςφάλιςθ ότι κανζνασ θλεκτρολφτθσ δεν υπάρχει ςτθν διαμεταλλικιζνωςθ.αυτό μπορεί να απαιτεί ιδιαίτερθ προςοχι ςτθν αποςτράγγιςθ ι ςτθν προςταςία από τισ καιρικζσ ςυνκικεσ. Μια καλι κάλυψθ του χρϊματοσ ι ςφραγιςτικό πάνω από τθν ζνωςθ μπορεί να είναι αποτελεςματικά μζτρα για τθν πρόλθψθ τθσ γαλβανικισ διάβρωςθσ. Τα ςχετικά μεγζκθ των δφο περιοχϊν κα πρζπει επίςθσ να λαμβάνονται υπόψθ για τθν αποφυγι διάβρωςθσ, ιδιαίτερα ςτθν επιλογι των υλικϊν ςτερζωςθσ. Βίδεσ από ανοξείδωτο χάλυβα μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν για να κρατιςουν τισ καταςκευζσ από αλουμίνιο, αλλά το αποτζλεςμα ςτθν περιοχι δεν κα ιςχφει εάν θ περιοχι που διαβρζχεται από τον θλεκτρολφτθ, ςυρρικνϊνεται με τθν πάροδο του χρόνου λόγω τθσ εξάτμιςθσ. Στθν περίπτωςθ όπου βίδεσ τφπου 304 ι 316 χρθςιμοποιοφνται ςε ςυνδυαςμό με άλλα λιγότερο ευγενι δομικά υλικά, αυτζσ οι βίδεσ κα προςτατεφονται γαλβανικά από τθν περιβάλλουςα μεγάλθ ςε μζγεκοσ, λιγότερθ ευγενι περιοχι. Το γαλβανικό αποτζλεςμα μπορεί επίςθσ να χρθςιμοποιθκεί για να παρζχει προςταςία από τθ διάβρωςθ. Για παράδειγμα, είναι φρόνιμο προκειμζνου να αυξθκεί θ προφφλαξθ από πικανζσεςοχζσ, που ίςωσ π.χ. ςχετίηονται με καλάςςια ρφπανςθ, ι απλά κάτω από το κεφάλι μιασ βίδασ, να γίνεται χριςθ λίγο πιοευγενϊνυλικϊν για τισβίδεσ. Ζνα παράδειγμα είναι θ χριςθ βιδϊν τφπου 316 ςε ςυνδυαςμό με δομικά υλικά τφπου 304.Θ μικρι γαλβανικι προςταςία που παρζχεται με αυτό τον τρόπο ςτισ βίδεσ,βελτιϊνειτθν αντοχι τουσ ςε διάβρωςθ. 22

23 2.5 ΔΙΓΗΜΗΥΑΝΙΚΑΤΠΟΒΟΗΘΟΤΜΔΝΗΓΙΑΒΡΩΗ(MECHANICALLY ASSISTED CORROSION) Με τον όρο μθχανικά υποβοθκοφμενθ διάβρωςθ εννοοφμε κάκε είδοσ ηθμίασ που μπορεί να παρουςιαςτεί ςε ζνα υλικό με τθν ςυνδυαςμζνθ δράςθ ενόσ διαβρωτικοφ μθχανιςμοφ και μθχανικισ φκοράσ. Με τον όρο μθχανικά υποβοθκοφμενθ διάβρωςθ χαρακτθρίηουμε τουσ ακόλουκουσ μθχανιςμοφσ, όπωσ μθχανικι διάβρωςθ (erosion corrosion),διάβρωςθ επαφισ (frettingcorrosion),ςπθλαίωςθ (cavitationcorrosion) και κόπωςθδιάβρωςθσ(corrosionfatigue). ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΔΙΑΒΡΩΗ (EROSION - CORROSION) Erosion - Corrosionείναι ζνασ γενικόσ όροσ που αναφζρεται ςε μια διαδικαςία διάβρωςθσ που ενιςχφεται από τθν δράςθ τθσροισ ενόσυγροφ. Θ μζκοδοσ μπορεί επίςθσ να χαρακτθριςτεί από το αν το υγρό περιζχει ςτερεά ςωματίδια, είναι υπό τθν μορφι τωνςταγόνων που προςκροφουν, ι υφίςταται ςπθλαίωςθ. Σπθλαίωςθ είναι ο ςχθματιςμόσ και θ ξαφνικι κατάρρευςθ των φυςαλίδων αερίου ςε ζνα υγρό. Ζνασ μθχανιςμόσ μθχανικισ διάβρωςθσμπορεί να οδθγιςει ςε ομοιόμορφθ διάβρωςθ που εμφανίηεται ςε υψθλότερο βακμό από ό, τι κα αναμενόταν υπό ςυνκικεσ ςταςιμότθτασ. Σε αυτι τθν περίπτωςθ, το μζτρο του φαινομζνου είναι ο ρυκμόσ δθμιουργίασ αποβλιτων ςτθν επιφάνεια του υλικοφ ι ο ρυκμόσ τθσ διείςδυςθσ. Θ πιο ςυνθκιςμζνθ δράςθ τθσμθχανικισ διάβρωςθσ, είναι θ εντοπιςμζνθ διάβρωςθ, θ οποία μπορεί να ζχει τθν μορφι εγκοπϊν, κυματοειδοφσ φκοράσ, ςτρογγυλοποιθμζνων οπϊν κτλ, και ςυνικωσ εμφανίηει ζνα κατευκυντιριο μοτίβο που ςυςχετίηεται με τθ διεφκυνςθ τθσ ροισ. Το φαινόμενο απεικονίηεται ςτο ςχιμα 10 παρακάτω: χιμα 10.Μθχανιςμόσ Erosion - Corrosion Ο όροσ μθχανικι διάβρωςθ (erosioncorrosion)ςυνεπάγεται ότι το ρευςτό μζςο είναι δυνθτικά διαβρωτικό για το μζταλλο. Θ μθχανικι φκορά διευκολφνει τθ διαδικαςία τθσ διάβρωςθσ. Το γεγονόσ αυτό διαφοροποιεί τθν μθχανικιδιάβρωςθαπό τθν κακαρι διάβρωςθ ι τθν μθχανικι φκορά. Θ μθχανικι διάβρωςθ επθρεάηει τον ρυκμό διάβρωςθσ 23

24 αλλάηοντασ τισ ςυνκικεσ τθσ τοπικισ δράςθσ των ςτοιχείων. Θ διαδικαςία τθσ διάβρωςθσ επιταχφνεται όταν θ ταχφτθτα του ρευςτοφ είναι αρκετι για να αφαιρζςει τα προϊόντα διάβρωςθσ που ζχουν αςκενι ςυνοχιμε τθν επιφάνεια. Απομάκρυνςθ των προϊόντων αυτϊν μειϊνει τθν αναςτολι τθσ διάβρωςθσ. Με τθν αποςχιςκείςαταχφτθτα το υγρό αρχίηει να αφαιρείτο ςτρϊμα τθσ διάβρωςθσ και το ποςοςτό διάβρωςθσαυξάνεται. Μια ςτακερι ταχφτθτα διάβρωςθσ επιτυγχάνεται ςτθν ταχφτθτα του υγροφ με τθν οποία το ςτρϊμα οξειδίου αφαιρείται εντελϊσ. Θ ροι του ρευςτοφ ςυντθρεί επίςθσ μια ομοιόμορφθ ςυγκζντρωςθδιαβρωτικοφ μζςου ςτισ μεταλλικζσ επιφάνειεσ. Θ πρόςκρουςθ των αιωροφμενων ςκλθρϊν ςωματιδίων μπορεί να επιταχφνει τθν ηθμιά ςτο προςτατευτικό φιλμ και μπορεί να προκαλζςει μθχανικι φκορά ςτο υποκείμενο μζταλλο. ΔΙΑΒΡΩΗ ΕΠΑΦΗ (FRETTINGCORROSION) Frettingcorrosionείναι μια ςυνδυαςμζνθ φκορά και διαδικαςία διάβρωςθσ κατά τθν οποία το υλικό αφαιρείται από τισ επιφάνειεσ επαφισ όταν θ κίνθςθ μεταξφ των επιφανειϊν περιορίηεται ςε πολφ μικρι ταλάντωςθ πλάτουσ (τόςο χαμθλά όςο 3 ι 4 nm). Συνικωσ, θ κατάςταςθ υπάρχει ςε εξαρτιματα μθχανισ που κεωροφνται ςτακερά και δεν αναμζνεται να φκαροφν. Θ οξείδωςθ είναι το πιο κοινό ςτοιχείο του φαινομζνου. Σε ςυςτιματα οξείδωςθσ, λεπτόκοκκαμεταλλικά ςωματίδια απομακρφνονται από το εξάρτθμα με ςυγκολλθτικι φκορά και ςτθν ςυνζχειαοξειδϊνονται και παγιδεφεται μεταξφ των επιφανειϊν που βρίςκονται ςε επαφι. Τα οξείδια ενεργοφν ςαν ζνα λειαντικό και αυξάνουν το ποςοςτό τθσ αφαίρεςθσ υλικοφ. Αυτόσ ο τφποσ διάβρωςθσ ςε ςιδθροφχα κράματα είναι εφκολα αναγνωρίςιμοσ από το κόκκινο υλικό που βγαίνειαπό τισ επιφάνειεσ επαφισ. Θ διάβρωςθ επαφισ, ςυνικωσ οδθγεί ςε γδαρςίματα ςτισ επιφάνειεσ, ςτισ αρκρϊςεισ ι ςε άλλουσ τφπουσ φκοράσ. Εάν εντοπιςτεί αμζςωσ μετά τθν παφςθ τθσ ςχετικισ κίνθςθσ, οι επιφάνειεσ κα είναι ςυχνά κακαρζσ και κα ζχουν τα προϊόντα διάβρωςθσ κολλθμζνα πάνω τουσ. Θ διάβρωςθ επαφισ (frettingcorrosion) ιταν κοινι ςε ενϊςεισμε θλϊςεισςε πλοία και άλλεσβιδωτζσκαταςκευζσ όπου εμφανίηονταν κυκλικά φορτία, αλλά αυτό ζχει εξαλειφκεί ςε μεγάλο βακμό μζςω των ςυγκολλθμζνων καταςκευϊν. Fretting, ωςτόςο, εξακολουκεί να ςυναντάται ςε βιδωμζνεσενϊςεισ και φλάντηεσ, όπου δεν υπάρχει αρκετι τάςθ ςτθ βίδα για εξάλειψθ τθσ κίνθςθσ ςτθν ζνωςθ. Θερμικζσ διαςτολζσ με ςυχνι κυκλικι εφαρμογι μποροφν επίςθσ να οδθγιςουν ςε διάβρωςθ επαφισ,. Οποιοςδιποτε ςυνδυαςμόσ διάβρωςθσ και φκοράσ κα είναι ςχεδόν πάντα χειρότεροσ από τθν δράςθ του κάκε ενόσ ξεχωριςτά. Το φαινόμενο αυτό μειϊνει το χρόνο ηωισ των τμθμάτων που λειτουργοφν υπό ςυνκικεσ κόπωςθσ.αεριοςτρόβιλοι ι άλλα μθχανιματα παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ αντιμετωπίηουν αυτό το πρόβλθμα ςε βιδωτζσ ενϊςεισ θ εξαρτιματα που ςφίγγονται με ςυςτολι. Τα τμιματα αυτά υποβάλλονται ςε υψθλισ ςυχνότθτασ και χαμθλισ 24

25 ζνταςθσδονιςεισ, ςυχνά ςε ςυνδυαςμό με καμπτικζσ τάςεισ που προκαλοφν κόπωςθ. Θ ςυνδυαςμζνθ δράςθ τθσ διάβρωςθσ επαφισ και οι τάςεισ προκαλοφν επιτάχυνςθ τθσ ζναρξθσ ρωγμϊν κόπωςθσ και τθν αφξθςθ του ρυκμοφ τθσ διάδοςθσ ρωγμϊν. Το αποτζλεςμα είναι μία ςθμαντικι μείωςθ ςτθν αντοχι κόπωςθσενόσ δεδομζνου κράματοσ. Μια τζτοια κατάςταςθ παρουςιάηεται ςτο ςχιμα 11, θ οποία ζλαβε χϊρα ςτισ βίδεσ τθσ κυλινδροκεφαλισ ςε μία γεννιτρια πετρελαίου εξαιτίασ λανκαςμζνθσ τοποκζτθςθστωντςιμουχϊν τθσ βίδασ που επζτρεψε τθν επαφι μεταξφ τουσ ςϊματοσ τθσ βίδασ και τθσ οπισ τθσ βίδασ. χιμα 11.Αςτοχία λόγω κόπωςθσ επαφισ (frettingfatigue) ςε βίδεσ κυλινδροκεφαλισ. ΔΙΑΒΡΩΗ ΠΗΛΑΙΩΗ CAVITATIONCORROSION Θ διάβρωςθςπθλαίωςθσ(cavitationcorrosion)είναι θ διάβρωςθ που ενιςχφεται μζςω του ςχθματιςμοφ και τθν κατάρρευςθ των φυςαλίδων αερίου ι ατμοφ κοντά ςτθν επιφάνεια του μετάλλου. Ο ςχθματιςμόσ και θ κατάρρευςθ των φυςαλίδων του αερίου ςε ζνα υγρό μπορεί να προκαλζςει τοπικι ηθμιάςτoπροςτατευτικόφίλμ υπεφκυνο για τον περιοριςμό τθσ διάβρωςθσ. Μόλισ κακιερωκεί αυτι θ τοπικι διάβρωςθ, θ τοπικι εκτράχυνςθ μπορεί ςυχνά να χρθςιμεφςει ωσ νζο πεδίο για περαιτζρω διαταραχι ςτθν ροι του υγροφ, και πιο ζντονθ ηθμιά λόγω ςπθλαίωςθσ. Θ ςπθλαίωςθςυνικωσ ςυναντάται ςε αντλίεσ και προπζλεσ υψθλισ ταχφτθτασ. Είναι ενιςχυμζνθ όταν ο αζρασ είναι παρϊν ςε ςυςτιματα με υψθλι ταχφτθτα ροισ.ανοξείδωτοι χάλυβεσ, μερικά κράματα νικελίου και κράματα τιτανίου είναι ιδιαίτερα ανκεκτικά ςτθν ςπθλαίωςθ αλλά ακόμα και αυτά μπορεί να παρουςιάςουν ηθμιά κάτω απότθσ κατάλλθλεσ ςυνκικεσ. Θ διάβρωςθςπθλαίωςθσ είναι παρόμοιοσ μθχανιςμόσ με τθνμθχανικι διάβρωςθ και ςυνικωσ εμφανίηεται με τθν μορφι "λάκκων" (pits). Hςπθλαίωςθμπορεί ςυχνά να ελεγχκεί από μια υδροδυναμικι ανάλυςθ που μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για τον εντοπιςμό και τθν 25

26 ελαχιςτοποίθςθ του ςχθματιςμοφ φυςαλίδων ι να μετακινθκείθ περιοχι τθσ κατάρρευςθσ των φυςαλλίδων ςε μια περιοχι όπου θ ηθμιά κα ζχει ελάχιςτθ επίδραςθ. ΚΟΠΩΗ ΔΙΑΒΡΩΗ (CORROSIONFATIGUE) Θ κόπωςθ διάβρωςθσ ςυμβαίνει ςε μζταλλα ωσ αποτζλεςμα τθσ ςυνδυαςμζνθσ δράςθσ μιασ κυκλικισ φόρτιςθσ και ενόσ διαβρωτικοφ περιβάλλοντοσ. Το φαινόμενο εξαρτάται από τισ αλλθλεπιδράςεισ μεταξφ φόρτιςθσ, περιβαλλοντικϊνκαι μεταλλουργικϊνπαραγόντων. Για ζνα δεδομζνο υλικό, θ αντοχι ςε κόπωςθ (ι θ ηωι κόπωςθσ ςε μια δεδομζνθ μζγιςτθ τιμι τάςθσ) μειϊνεται παρουςία ενόσ επικετικοφ περιβάλλοντοσ.θ επίδραςθ ποικίλλει ευρζωσ, ανάλογα κυρίωσ με τον ςυγκεκριμζνο ςυνδυαςμό μετάλλου-περιβάλλοντοσ. Το περιβάλλον μπορεί να επθρεάςει τθν πικανότθτα ζναρξθσ ρωγμισ από κόπωςθ, τον ρυκμό ανάπτυξθσ των ρωγμϊν από κόπωςθι και τα δφο. Θ επίδραςθ του επικετικοφ περιβάλλοντοσ κατά τθν ζναρξθ τθσ ρωγμισ από κόπωςθ ενόσ υλικοφ απεικονίηεται ςτο Σχιμα 12, το οποίο ςυγκρίνει τισ καμπφλεσ τάςθσ κφκλων φόρτιςθσ (S-N) ενόσ δοκιμίου χωρίσ εγκοπι ςε αδρανι και διαβρωτικά περιβάλλοντα. Επειδι ζωσ και το 95% του χρόνου ηωισ τουεξαρτιματοσ δαπανάται για τθν ζναρξθ τθσ ρωγμι από κόπωςθ,θ ςφγκριςθ S-Ν των καμπφλων κα παρζχει μια καλι ζνδειξθ για τθν επίδραςθ του περιβάλλοντοσ ςτθν ζναρξθ τθσ ρωγμισ. Ππωσ φαίνεται ςτο ςχιμα 12, ζνα επικετικό περιβάλλον μπορεί να προωκιςει τθν ζναρξθ τθσ ρωγμισ και μπορεί να μειϊςει τθν αντοχι ςε κόπωςθ τθσ καταςκευισ. χιμα 12. ΣφγκριςθS-Nκαμπφλωνγιαυλικάςεαδρανιπεριβάλλοντα (πάνωκαμπφλθ) και διαβρωτικά περιβάλλοντα (κάτω καμπφλθ). Οι ρωγμζσ από κόπωςθ διάβρωςθσπάντα ξεκινοφν ςτθν επιφάνεια, εκτόσ αν υπάρχουν ατζλειεσ λίγο κάτω από τθν επιφάνεια που δρουν ωσ ςθμεία ςυγκζντρωςθσ των τάςεων και 26

27 διευκολφνουν τθν ζναρξθσ τθσ ρωγμισ κάτω από τθν επιφάνεια. Τα χαρακτθριςτικά τθσ επιφάνειασ ςτα ςθμείαζναρξθσ των ρωγμϊν από κόπωςθ διάβρωςθσ ποικίλουν ανάλογα με το κράμα και τισ ςυγκεκριμζνεσ περιβαλλοντικζσ ςυνκικεσ. Σε χάλυβεσ άνκρακα, οι ρωγμζσ ςυχνά δθμιουργοφνται ςε θμιςφαιρικοφσ λάκκουσ διάβρωςθσ και ςυχνά περιζχουν ςθμαντικζσ ποςότθτεσ των προϊόντων διάβρωςθσ. Οι ρωγμζσ είναι ςυχνά διακρυςταλλικζσ και μπορεί να παρουςιάηουν κάποιεσ διακλαδϊςεισ (branching). Οι επιφανειακοί λάκκοι δεν αποτελοφν προχπόκεςθ για τθ ρθγμάτωςθ λόγω κόπωςθσ από διάβρωςθ οφτε είναι πάνταθ μορφι τουσ διακρυςταλλικι. Αυτζσ οι ρωγμζσμερικζσ φορζσ ςυμβαίνουν χωρίσ τθν φπαρξθ εμφανοφσ διάβρωςθσ και ακολουκοφν τα όρια των κόκκων ι τα όρια των αρχικϊν κόκκων ωςτενίτθ. Σε κράματα αλουμινίου που εκτίκεται ςε υδατικά διαλφματα χλωρίου, οι ρωγμζσ λόγω κόπωςθσ από διάβρωςθ ςυχνά δθμιουργοφνται ςε κζςεισ διάβρωςθσ με βελονιςμό ι περικρυςταλλικισ διάβρωςθσ. Θ αρχικι διάδοςθτων ρωγμϊν γίνεταικάκετα προσ τον άξονα τθσ κφριασ τάςθσ. Αυτό είναι αντίκετο με τθ ςυμπεριφορά των απλϊν ρωγμϊν κόπωςθσ, όπου θ αρχικι ανάπτυξθ ακολουκεί τα κρυςταλλογραφικά επίπεδα. 2.6 ΔΡΓΟΓΙΑΒΡΩΗ(STRESSCORROSIONCRACKING) Εργοδιάβρωςθ (SCC) είναι ζνασ όροσ που χρθςιμοποιείται για να περιγράψει τθν δθμιουργία ρωγμϊν ςε ζνα υλικό κάτω από τθν ςυνδυαςμζνθ επίδραςθ ενόσ ςυγκεκριμζνου διαβρωτικοφ περιβάλλοντοσ και μθχανικϊν τάςεων. Θ παρατθροφμενθ διάδοςθ ρωγμϊν είναι το αποτζλεςμα τθσ ςυνδυαςμζνθσ και ςυνεργατικισ αλλθλεπίδραςθσ των μθχανικϊν τάςεων και τθσ διάβρωςθσ. Οι τάςεισ που απαιτοφνται για να προκαλζςουν SCC είναι μικρζσ, ςυνικωσ κάτω από τθν μακροςκοπικι τάςθ διαρροισ και είναι εφελκυςτικζσ ςτθ φφςθ τουσ. Οι τάςεισ μποροφν να εφαρμοςτοφν εξωτερικά, αλλά παραμζνουςεσ τάςεισ προκαλοφν ςυχνά αςτοχίεσ λόγωscc. Ωςτόςο, ςυμπιεςτικζσ παραμζνουςεσ τάςεισ μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν για τθν πρόλθψθ αυτοφ του φαινομζνου. Οι ςτατικζσφόρτιςεισ κεωρείται ςυνικωσ ότι είναι υπεφκυνεσ για τθν εμφάνιςθ του SCC, ενϊ το περιβάλλον που προκαλείδιάδοςθρωγμϊν λόγω κυκλικισ φόρτιςθσ ορίηεται ωσ κόπωςθ διάβρωςθσ(corrosionfatigue). Το όριο μεταξφ των δφο αυτϊν κατθγοριϊν των φαινομζνων είναι αςαφείσ, και θ κόπωςθ διάβρωςθσ κεωρείται ςυχνά να είναι ζνα υποςφνολο του SCC. Ωςτόςο, επειδι τα περιβάλλοντα που προκαλοφν κόπωςθ διάβρωςθσ και SCC δεν είναι πάντα τα ίδια, αυτά τα δφο κα πρζπει να κεωρθκοφν ωσ χωριςτά φαινόμενα. Ρεριβάλλοντα που προκαλοφν SCC είναι ςυνικωσ υδατικά και μπορεί να είναιςτρϊματα ςυμπυκνωμζνθσυγραςίασ ι γενικά διαλφματα. Τυπικά, θ SCC ενόσ κράματοσ είναι το αποτζλεςμα τθσ παρουςίασ ενόσ ςυγκεκριμζνου χθμικοφ ςτοιχείου ςτο περιβάλλον. Ζτςι, θ SCC των κραμάτων χαλκοφ, οι οποίεσ παραδοςιακά αναφζρονται ςαν εποχικι ρθγμάτωςθ, είναι ςχεδόν πάντα λόγω τθσ παρουςίασ αμμωνίασ ςτο περιβάλλον, και τα ιόντα χλωρίου προκαλοφν ι επιδεινϊνουν τθνρθγμάτωςθςτουσανοξείδωτουσ χάλυβεσ και ςτα κράματα αλουμινίου. Επίςθσ, ζνα περιβάλλον που προκαλεί SCC ςε ζνα κράμα μπορεί να μθν 27

28 προκαλζςει SCC ςε άλλο κράμα. Αλλάηοντασ τθ κερμοκραςία, τον βακμό αεριςμοφ και / ι θ ςυγκζντρωςθ ιοντικϊν ςτοιχείων μπορεί να μετατρζψει ζνα αβλαβζσ περιβάλλον ςε ζνα που προκαλεί ζναρξθ ρωγμϊν από SCC. Επίςθσ, ζνα κράμα μπορεί να είναι απρόςβλθτο ςε μια κερμικι κατεργαςία και ευαίςκθτο ςε μία άλλθ κατάςταςθ. Ωσ αποτζλεςμα, ο κατάλογοσ όλων των πικανϊν ςυνδυαςμϊν κραμάτων-περιβαλλόντων που προκαλοφν SCC ςυνεχϊσ επεκτείνεται και οι δυνατότθτεσ είναι ςχεδόν απεριόριςτεσ. Μία μερικι καταγραφι τωνπιο ςυχνϊν ςυνδυαςμϊν κράμα-περιβάλλονπου οδθγοφν ςε SCC δίνεται ςτον Ρίνακα 1. Πίνακασ 1. Συνδυαςμοί Κραμάτων Ρεριβαλλόντοσ που προκαλοφν SCC. Σε γενικζσ γραμμζσ, SCC παρατθρείται ςε ςυνδυαςμοφσ κράματοσ-περιβάλλοντοσ που ζχουν ωσ αποτζλεςμα το ςχθματιςμό ενόσ φιλμ ςτθν επιφάνεια του μετάλλου. Αυτά τα φίλμ μπορεί να είναι ςτρϊματαπακθτικοποίθςθσ ι περιοχζσ μείωςθσ κάποιων κραματικϊν ςτοιχείων (dealloyedlayers). Σε πολλζσ περιπτϊςεισ, τα φιλμ αυτά μειϊνουν το ποςοςτό των γενικϊν ι ομοιόμορφωνδιαβρϊςεων,κακιςτϊντασ το κράμα ανκεκτικόςτθν ομοιόμορφθ διάβρωςθ ςτο περιβάλλον. Ωσ αποτζλεςμα,το SCC είναι ζνα από τα 28

29 μεγαλφτεραπροβλιματα που παρουςιάηεται ςε ανκεκτικάςτθ διάβρωςθ κράματαπου εκτίκενται ςε επικετικό υδατικό περιβάλλον. Ο ακριβισ ρόλοσ του επιφανειακοφ φιλμ κατά τθ διαδικαςία SCC αποτελεί αντικείμενο τθσ τρζχουςασ ζρευνασ και ο μθχανιςμόσ δεν είναι ακόμθ πλιρωσ κατανοθτόσ. ωγμζσ εργοδιάβρωςθσ μπορεί να ξεκινιςουν και να διαδοκοφν με λίγεσ ενδείξεισ διάβρωςθσ και χωρίσ προειδοποίθςθ πριν τθν καταςτροφικι αςτοχία. Οι ρωγμζσ ςυχνά ξεκινοφν ςε επιφανειακά ελαττϊματα που είτε προχπάρχουν ι ςχθματίηονται κατά τθ διάρκεια τθσ λειτουργίασ από διάβρωςθ, φκοράι άλλεσ διαδικαςίεσ. Οι ρωγμζσ ςτθ ςυνζχεια αναπτφςςονται με μικρι μακροςκοπικι ζνδειξθ παραμόρφωςθσςε μζταλλα και κράματα που είναι ςυνικωσ αρκετά όλκιμα. Θ διάδοςθ ρωγμϊν μπορεί να είναι είτε περικρυςταλλικι ι διακρυςταλλικι, μερικζσ φορζσ και οι δφο τφποι παρατθροφνται ςτθν ίδια επιφάνεια κραφςθσ. Το άνοιγμα των ρωγμϊν και θ παραμόρφωςθ που ςυνδζεται με τθν επζκταςθ των ρωγμϊν μπορεί να είναι τόςο μικρά ϊςτε οι ρωγμζσ είναι ουςιαςτικά μθ ορατζσ εκτόσ από ειδικζσ μθ καταςτροφικζσδοκιμζσ. Κακϊσ θ τάςθ αυξάνει, αυξάνει και θ πλαςτικι παραμόρφωςθ που ςχετίηεται με αφξθςθ τθσ διάδοςθσ ρωγμϊν και τθν αφξθςθ των ανοιγμάτων. Λίγο πριν τθν τελικι κραφςθσ, θ πλαςτικι παραμόρφωςθ μπορεί να είναι αξιόλογθ γιατί τα ανκεκτικά ςτθ διάβρωςθ κράματα είναι ςυχνά πολφ όλκιμα. Αρκετζσ διαφορετικζσ περιβαλλοντικζσ παράμετροι είναι γνωςτό ότι επθρεάηουν το ρυκμό ανάπτυξθσ ρωγμϊν κατά τθ διάρκεια τθσ SCC ςε υδατικά διαλφματα. Αυτζσ περιλαμβάνουν, αλλά δεν περιορίηονται ςε: Θερμοκραςία πίεςθ είδθ και ςυγκεντρϊςεισ διαλυμμάτων ph Θλεκτροχθμικό δυναμικό ιξϊδεσ του διαλφματοσ Ανάδευςθ ι ανάμιξθ Θ αλλαγι οποιαςδιποτε από αυτζσ τισ παραμζτρουσ μπορεί να μεταβάλλει τον ρυκμό τθσ διάδοςθσ ρωγμϊν είτε επιταχφνοντασ τον είτε μειϊνοντασ τον. Επίςθσ, μπορεί να είναι δυνατόν να ςταματιςει ι να διεγείρειτθ διάδοςθ των ρωγμϊν μεταβάλλοντασ το ρυκμό μιασ περιβαλλοντικισ αντίδραςθσ. Είναι γενικά γνωςτό ότι τοπεριβάλλονςεκλειςτζσπεριοχζσόπωστθνάκρθμιασρωγμισμπορείναδιαφζρει ςθμαντικά από τον όγκο του υπόλοιπου διαλφματοσ. Εάν μια αλλαγι ςτο κφριο περιβάλλον επιτρζπει το ςχθματιςμό ςυνκθκϊν που ευνοοφν τθν εργοδιάβρωςθςτο ςθμείο ζναρξθσ τθσ ρωγμισ, τότε προκφπτει διάδοςθ τθσ ρωγμισ. Εάν το γενικότερο περιβάλλον δεν μπορεί να ςυντθριςει αυτζσ τισ ςυνκικεσ ςτο άκρο τθσ ρωγμισ τότε θ διάδοςθ τθσ ρωγμισ κα ςταματιςει. Ωσ αποτζλεςμα, μικρζσ αλλαγζσ ςτο περιβάλλον μπορεί να ζχει μια δραματικι επίδραςθ ςτθ διάδοςθ των ρωγμϊν, ενϊ δραματικζσ αλλαγζσ μπορεί να ζχουν μόνο μια μικρι επίδραςθ. 29

30 Εκτόσ από τισ περιβαλλοντικζσ παραμζτρουσ που αναφζρονται παραπάνω, ο ρυκμόσ διάδοςθσ των ρωγμϊν εργοδιάβρωςθσ επθρεάηονται από: Το μζγεκοσ τθσ εφαρμοηόμενθσ τάςθσ ι τθν ςυγκζντρωςθ τάςεων Το εφαρμοηόμενο ςφςτθμα τάςεων (planestressιplanestrain) Το είδοσ φόρτιςθσ ςτο άκρο τθσ ρωγμισ Θ ςφνκεςθ του κράματοσ, θ οποία περιλαμβάνει τθν ονομαςτικι ςφνκεςθ και τθν περιεκτικότθταςε ακακαρςίεσ ι άλλαμθ επικυμθτά ςτοιχεία (trumpelements) μεταλλουργικι κατάςταςθ, θ οποία περιλαμβάνει τθναντοχι ςε εφελκυςμό,άλλεσ φάςεισ που υπάρχουν ςτθ μιτρα και ςτα όρια των κόκκων, τθν ςφνκεςθ των φάςεων, το μζγεκοσ του κόκκου, κατακρθμνίςεισ ςτα όρια των κόκκων και παραμζνουςεσ τάςεισ γεωμετρία τθσ ρωγμισ, θ οποία περιλαμβάνει το μικοσ, το πλάτοσ, και τθν αναλογία τουσ. 2.7 ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΚΗΓΙΑΒΡΩΗ(MICROBIOLOGICALLY INFLUENCED CORROSION) Μια μεγάλθ ποικιλία μικροςκοπικϊν οργανιςμϊν (μικροοργανιςμϊν) είναι παροφςα ςε ςχεδόν όλα τα φυςικά υδατικά περιβάλλοντα, όπωσ κόλπουσ, εκβολζσ ποταμϊν, λιμάνια, παράκτια και ανοιχτάωκεάνια φδατα, κακϊσ και τα ποτάμια, ρζματα και λίμνεσ. Το ίδιο κα μποροφςε να ειπωκεί για κάκε είδουσ υδατικά βιομθχανικά υγρά και υγρά απόβλθτα. Αυτοί οι οργανιςμοί περιλαμβάνουν πολλά είδθ βακτθρίων, αλγϊν, και μυκιτων. Σε όλα από αυτά τα περιβάλλοντα, θ τάςθ των μικροοργανιςμϊν που υπάρχουν ςτο νερό είναι να προςκολλθκοφν και να αναπτυχκοφν ςτισ βυκιςμζνεσ επιφάνειεσ των δομικϊν υλικϊν, με αποτζλεςμα τον ςχθματιςμό ενόσ βιολογικοφ επιςτρϊματοσι βιοφίλμ. Τα βιολογικά επιςτρϊματα που ςχθματίηονται ςτθν επιφάνεια των μετάλλων και των κραμάτων που βρίςκονταιβυκιςμζνα ςε υδατικά περιβάλλοντα, ζχουν τθν ικανότθτα να επθρεάςουν τθν διάβρωςθ αυτϊν των υλικϊν. Αυτι θ επιρροι προζρχεται από τθν ικανότθτα των οργανιςμϊν να αλλάξει τισ περιβαλλοντικζσ ςυνκικεσ όπωσ το pθ, τθν οξειδωτικι δφναμθ, τθν ταχφτθτα ροισ και τθ ςυγκζντρωςθ των χθμικϊν ςτοιχείων ςτθν μεταλλικι επιφάνεια. Ζτςι, θ τιμι μιασ δεδομζνθσπαραμζτρου ςτθ διεπιφάνεια μετάλλουφδατοσ εντόσ του βιοφίλμ μπορεί να είναι αρκετά διαφορετικι από ότι ςτον κφριο θλεκτρολφτθ μακριά από τθ διεπαφάνεια. Το αποτζλεςμα μπορεί να είναι θ ζναρξθ τθσ διάβρωςθσ υπό ςυνκικεσ οι οποίεσ δεν κα υπιρχανμε τθν απουςία του φίλμ, μια αλλαγι ςτθ λειτουργία τθσ διάβρωςθσ (δθλαδι, από ομοιόμορφθ ςε τοπικι),θ αφξθςθ ι μείωςθ του ρυκμοφ διάβρωςθσ. Είναι ςθμαντικό να ςθμειωκεί, ωςτόςο, ότι θ παρουςία ενόσ βιοφίλμ δεν ςθμαίνει απαραίτθτα ότι κα υπάρχει πάντα ςθμαντικι επίδραςθ ςτθν διάβρωςθ. Ο Ρίνακασ 2 παρακζτει τισ εφαρμογζσ όπου θ μικροβιολογικι διάβρωςθ ζχει βρεκεί ότι είναι εξζχουςα ενϊ το Σχιμα 13 δείχνει μία τζτοια κζςθ. 30

31 Πίνακασ 2. Συςτιματαμεεπιμζνουςαμικροβιολογικι χιμα 13. Εςωτερικό του αμπαριοφ ζρματοσ (balasttank) ενόσ πλοίου. Οι τφποι των μικροοργανιςμϊν ςτουσ οποίουσ οφείλεταιμικροβιολογικι διάβρωςθ περιλαμβάνουν άλγθ, μφκθτεσ και βακτιρια. Άλγθ μπορεί να βρεκεί ςτα περιςςότερα υδάτινα περιβάλλοντα από αυτά του γλυκοφ νεροφ ςε ςυμπυκνωμζνα αλμυροφνεροφ. Θ άλγθ παράγει οξυγόνο υπό τθν παρουςία φωτόσ (φωτοςφνκεςθ) και καταναλϊνει οξυγόνο ςτο ςκοτάδι. Θ διακεςιμότθτα του οξυγόνου ζχει βρεκεί ότι είναι ζνασ ςθμαντικόσ 31

32 παράγοντασ ςτθν διάβρωςθ των μετάλλων ςε περιβάλλοντα αλμυροφ νεροφ. Θ άλγθ ευδοκιμεί ςε κερμοκραςίεσ από 32 ζωσ 104 F και ςεph μεταξφ 5,5-9,0. Οι Μφκθτεσ αποτελοφνται από δομζσ μυκιλιου, οι οποίεσ είναι απόφυςεισ ενόσ μόνο κυττάρου ι ςπόρου. Τα μυκιλια είναι ακίνθτα και μποροφν να φκάςουν μακροςκοπικζσ διαςτάςεισ. Οι μφκθτεσ βρίςκονται πιο ςυχνά ςε εδάφθ, αν και μερικά είδθ είναι ςε κζςθ να ηουν ςε υδατικά περιβάλλοντα. Μεταβολίηουντθν οργανικι φλθ και παράγουν οργανικά οξζα. Τα Βακτιρια ταξινομοφνται γενικά με τθ ςυγγζνειά τουσ με το οξυγόνο. Αερόβια είδθ απαιτοφν οξυγόνο για τθν εκτζλεςθ των μεταβολικϊνλειτουργιϊν τουσ, ενϊ αναερόβια είδθ δεν ηουν ι μεταβολίηουν με τθν παρουςία οξυγόνου. Ρροαιρετικά βακτιρια μποροφν να αναπτυχκοφν ςε οποιοδιποτε περιβάλλον, αν και προτιμοφν αερόβιεσ ςυνκικεσ. Μικροαεροφιλικά βακτιρια απαιτοφν χαμθλζσ ςυγκεντρϊςεισ οξυγόνου. Πλωσ περιζργωσ, αερόβιοι και αναερόβιοι οργανιςμοί ζχουν ςυχνά βρεκεί να ςυνυπάρχουν ςτθν ίδια κζςθ. Αυτό ςυμβαίνει επειδι το αερόβιο είδοσ καταςτρζφει το άμεςο περιβάλλον του οξυγόνου και δθμιουργοφν ζνα ιδανικό περιβάλλον για τα αναερόβια. Μόλισ ζνασ μικροοργανιςμόσ ςχθματίηει μία βιολογικι επίςτρωςθ ςτθν επιφάνεια ενόσ υλικοφ, τομικροπεριβάλλον που δθμιουργείται είναι δραματικά διαφορετικό από το κφριο περιβάλλον του θλεκτρολφτθ. Αλλαγζσ ςτο pθ, διαλυμζνο οξυγόνο και οργανικζσ και ανόργανεσ ενϊςεισ ςτο μικροπεριβάλλον μποροφν να οδθγιςουν ςε θλεκτροχθμικζσ αντιδράςεισ οι οποίεσ αυξάνουν τα ποςοςτά διάβρωςθσ. Οι μικροοργανιςμοί μποροφν επίςθσ να παράγουν υδρογόνο, το οποίο μπορεί να προκαλζςει βλάβθ ςτα μζταλλα. Οι περιςςότεροι μικροοργανιςμοί ςχθματίηουν μιαεξωκυτταρικι μεμβράνθ που προςτατεφει τον οργανιςμό από τοξικά χθμικά και επιτρζπει τα κρεπτικά ςυςτατικά να φιλτράρονται. Οι βιομεμβράνεσ είναι ανκεκτικζσ ςε πολλά χθμικά λόγω τθσ προςτατευτικισ μεμβράνθσ και τθν ικανότθτα να καταλφουν πολυάρικμεσ ενϊςεισ τουσ. Είναι ςθμαντικά πιο ανκεκτικά ςε βιοκτόνα (χθμικζσ ουςίεσ που χρθςιμοποιοφνται για τθ κανάτωςθ μικροοργανιςμϊν) απόότι οι πλαγκτονικοί οργανιςμοί. Μερικά βακτιρια μεταβολίηουν ακόμθ και αναςτολείσ διάβρωςθσ, όπωσ οιαλειφατικζσαμίνεσ και τα νιτρϊδθ άλατα, μειϊνοντασ τθν ικανότθτα του αναςτολζα να ελζγχει τθ διάβρωςθ. Μεταβολικζσ αντιδράςεισ των μικροοργανιςμϊν ςυνειςφζρουν ςτθ μεταλλικι διάβρωςθ και τθν παραγωγι ςουλφιδίων, τθν παραγωγι οξζοσ, τθν παραγωγι αμμωνίασ, τθν απόκεςθ μετάλλου και τθν οξείδωςθ και τθναναγωγι μετάλλων. Τα ςχιματα 14 και 15 δείχνουν τθν εμφάνιςθ ςε μικροςκόπιο κάποιων περιπτϊςεων μικροβιολογικισ διάβρωςθσ. 32

33 χιμα 14. Βιοφίλμ (Μπλζ) που παράγεται από αναερόβια βακτιρια που ανάγουν Sκαιπροκαλοφντον ςχθματιςμόzns (Ρράςινο) και μείξεισzns(κίτρινο) από μεταλλικό ψευδάργυρο. χιμα 15. Εξοχζσ οξειδίου του ςιδιρου ςαν αποτζλεςμα μικροβιολογικισ διάβρωςθσ. 33

34 3. ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΚΑΙ ΠΑΡΑΚΟΛΟΤΘΗΗ ΣΗ ΓΙΑΒΡΩΗ 3.1 ΓΟΚΙΜΔΓΙΑΒΡΩΗ Θ αντοχι ςτθ διάβρωςθ είναι μια ςυνδυαςμζνθ ιδιότθτα του μετάλλου και του περιβάλλοντοσ ςτο οποίο εκτίκεται. Ωσ εκ τοφτου, δεν υπάρχει κακολικι δοκιμι διάβρωςθσ για όλεσ τισπεριπτϊςεισ. Οι παράγοντεσ που ςχετίηονται τόςο με το μζταλλο όςο και μετο περιβάλλον κα πρζπει να εξετάηονται και να ελζγχονται, όταν απαιτείται, προκειμζνου να κακοριςτοφν οι κατάλλθλεσ ςυνκικεσ ζκκεςθσ κατά τθ διάρκεια τθσ δοκιμισ. Θ ορκι διεξαγωγι δοκιμϊν διάβρωςθσ μπορεί να ςθμαίνει τθν εξοικονόμθςθ εκατομμυρίων δολαρίων. Είναι το μζςο για τθν αποφυγι τθσ χριςθσ ενόσ μετάλλου υπό ακατάλλθλεσ ςυνκικεσ ι από τθ χριςθ ενόσ υλικοφ ακριβότερου από ό, τι απαιτείται. Οι δοκιμζσ διάβρωςθσ επίςθσ βοθκοφν ςτθν ανάπτυξθ νζων κραμάτων που λειτουργοφνμε λιγότερο κόςτοσ, πιο αποτελεςματικά ι με μεγαλφτερθ αςφάλεια από τα κράματα που χρθςιμοποιοφνται ζωσ ςιμερα. Οιδοκιμζσ διάβρωςθσ είναι επίςθσ ζνα μζςο για να εξαςφαλιςτεί ότι τα κράματα ζχουν τισ δυνατότθτεσ που αναμζνονται από αυτά. Ρρογράμματα δοκιμϊν διάβρωςθσ μπορεί να είναι απλάκαι ολοκλθρϊνονται μζςα ςε λίγα λεπτά ι ϊρεσ ι μποροφν να είναι πολφπλοκεσ, απαιτϊντασ τθν ςυνδυαςμζνθ εργαςία ενόσ αρικμοφ ερευνθτϊν για μεγάλεσ χρονικζσ περιόδουσ. Ο προςεκτικόσ ςχεδιαςμόσ είναι απαραίτθτοσ για τθν επίτευξθ ςωςτϊν αποτελεςμάτων. Θ προκαταρκτικιπροετοιμαςία και θ εξζταςθτωνμεταλλουργικϊνπαραγόντων, των περιβαλλοντικϊν μεταβολϊν, τθσςτατιςτικισ επεξεργαςίασ και θ επιτάχυνςθ τθσ ερμθνεία των αποτελεςμάτων είναι ςυχνά το πιο χριςιμο μζροσ των δοκιμϊν διάβρωςθσ. Το πρϊτο και πιο ςθμαντικό μζροσ του ςχεδιαςμοφ τθσ δοκιμισ είναι να κακοριςτοφν ςαφείσ ςτόχοι και ςθμαντικά κριτιρια για τθν ερμθνεία των αποτελεςμάτων των δοκιμϊν. Ο οριςμόσ του ςτόχου είναι ςθμαντικόσ γιατί κακορίηει το είδοσ των πλθροφοριϊν που κα είναι πιο ςχετικοί με τουσ ςτόχουσ τθσ δοκιμισ. Τυπικά οι ςτόχοιτθσ δοκιμισ διάβρωςθσ περιλαμβάνουν: Ρροςδιοριςμόσ του καλφτερουυλικοφ για να καλφψει μια ανάγκθ (επιλογι υλικϊν) Ρρόβλεψθ τθσ πικανισ διάρκειασ ηωισ του προϊόντοσ ι τθσ καταςκευισ Αξιολόγθςθ των νζων εμπορικϊν κραμάτων και διεργαςιϊν Ραροχι βοικειασ ςτθν ανάπτυξθ υλικϊν με βελτιωμζνθ αντοχι ςτθ διάβρωςθ Διεξαγωγι πολλαπλϊν και ευρείασ αποδοχισεξετάςεωνγια να διαπιςτωκεί αν το υλικό ανταποκρίνεται ςτισ προδιαγραφζσ (ζλεγχοσ ποιότθτασ) Αξιολόγθςθ των περιβαλλοντικϊν μεταβολϊν και ελζγχων (αναςτολείσ) Ο προςδιοριςμόσ των πιο οικονομικϊν μζςων για τθ μείωςθ τθσ διάβρωςθσ Μελζτθ των μθχανιςμϊν διάβρωςθσ Κατά τθν επιδίωξθ των περιςςότερων από τουσ ςτόχουσ τθσ δοκιμισ που αναφζρονται παραπάνω, οι ςυγκρίςεισ και οι προβλζψεισ χρθςιμοποιοφνται για το ποιάςτατιςτικι επεξεργαςία των αποτελεςμάτων των δοκιμϊν είναι καλφτερθ. Ωσ εκ τοφτου, τα ειδικά 34

35 κριτιρια, ςε ζνα αποδεκτό επίπεδο ςθμαντικότθτασ κακϊσ και ζνα ςχζδιο τθσ ανάλυςθσ κα πρζπει να κακορίηεται εκ των προτζρων. Οι τυποποιθμζνεσ μζκοδοι και πρακτικζσ δοκιμισ προτιμϊνται όταν είναι διακζςιμεσ. Στον τομζα τθσ ζρευνασ για τα κράματα ι ςτθ διαδικαςία ανάπτυξθσ και βελτίωςθσ, ο ερευνθτισ προςπακεί να βελτιϊςει για αφριο το υλικό του ςιμερα. Αυτόσ ςυνικωσ κα αρχίςει με τα μικρά δείγματα και εργαςτθριακζσ εξετάςεισ και, όςο οι παραλλαγζσ των υλικϊνδείχνουν υποςχζςεισ, κα προχωριςει μζςα από άλλουσ τφπουσ δοκιμϊν, όπωσ προςομοίωςθ δοκιμϊν λειτουργίασ και τον ζλεγχο των πραγματικϊν μερϊν. Για οριςμζνεσ περιπτϊςεισ ςτισ οποίεσ είναι αναγκαίο να κακοριςτεί το καλφτερο υλικό για μια εφαρμογι, ειδικζσ ςυνκικεσ δοκιμισ πρζπει να αναπτυχκοφν. Κάποιοσ κα πρζπει να ζχει τθ γνϊςθ, όςο είναι εφικτό, όλωντων προχποκζςεωνλειτουργίασ του προϊόντοσ. Θ τυποποίθςθ των μεκόδων των δοκιμϊν ζχει λάβει τθ μεγαλφτερθ προςοχι, όπωσ κα ιταν αναμενόμενο, ςε προβλθματικζσ περιοχζσ όπωσ για παράδειγμα, ςτισ βιομθχανίεσ επεξεργαςίασ χθμικϊν. Μετά από τθν επιλογι του υλικοφ για μια εφαρμογι, ο καταςκευαςτισ και ο αγοραςτισ, ςτθ ςυνζχεια, κα πρζπει να ξζρουν αν θ ποιότθτα του ειςερχόμενου υλικοφ είναι όπωσ κακορίηεται. Δοκιμζσ διάβρωςθσ ποιοτικοφ ελζγχου εξαςφαλίηουν ότι το υλικό πλθροί τισ προδιαγραφζσ. Οι δοκιμζσ αυτζσ πρζπει να είναι επαρκϊσ ταχείεσ για να αποφευχκεί θ αδικαιολόγθτθ κακυςτζρθςθ τθσ αποςτολισ του υλικοφ. Οι δοκιμζσ διάβρωςθσ αυτοφ του τφπου δεν απαιτοφν καμία ιδιαίτερθ ςυςχζτιςθ με τελικι χριςθ. Μόνεσ τουσ, δεν αποκαλφπτουν απαραίτθτα αν ι όχι αυτό το κράμα κα κάνει ζνα καλφτερο προϊόν. Απλϊσ εξαςφαλίηουν ότι θ ποιότθτα του υλικοφ που αποςτζλλεται ζχει αντοχι ςτθ διάβρωςθ θ οποία είναι παρόμοια με το υλικό επί του οποίου ζγιναν οι δοκιμζσ ανάπτυξθσ. Ραραςκευι δοκιμίων Θ δειγματολθψία των υλικϊν δοκιμισ και θ προετοιμαςία των προσ εξζταςθ δειγμάτων είναι εξαιρετικά ςθμαντικζσ μεταβλθτζσ ςτθ δοκιμι διάβρωςθσ, επειδι θ ςυμπεριφορά διάβρωςθσ μπορεί να επθρεαςτεί ςθμαντικά από τισ διακυμάνςεισ ςτθ μεταλλουργικι δομι και τθν κατάςταςθ τθσ μεταλλικισ επιφάνειασ. Αυτοί οι παράγοντεσ είναι ιδιαίτερα χριςιμοι όταν διάφορεσ μορφζσ τθσ τοπικισ διάβρωςθσ είναι υπό αξιολόγθςθ ςε πολφπλοκα κράματα. Θ ομοιομορφία του μετάλλου ςτο δείγμα πρζπει να ελζγχεται εκ των προτζρων, ωσ μζροσ του ςχεδίου για τθν προετοιμαςία των δοκιμίων. Ρροβλιματα που προκφπτουν από αυτιν τθν αιτία είναι λιγότερο πικανό να εμφανίηονταιςε κακαρά μζταλλα και ομοιογενι κράματα. Το πρωταρχικό μζλθμα πρζπει να είναι θ χριςθ των προσ εξζταςθ δειγμάτων να είναι πραγματικά αντιπροςωπευτικι του προδιαγραφόμενου υλικοφ, δθλαδι, το κράμα, θ μεταλλουργικι κατάςταςθ και θ μορφι του προϊόντοσ και όχι δείγματα τα οποία ιταν απλϊσ εφκαιρα για τθν ζρευνα.ρροετοιμαςία τθσ επιφάνειασ με διάφορεσ μεκόδουσ 35

36 κατεργαςίασ ι γυάλιςμα και διάφορεσ χθμικζσ επεξεργαςίεσ μπορεί να είναι μια πθγι ςθμαντικισ μεταβολισ ςτα αποτελζςματα τθσ δοκιμισ και κα πρζπει να ελζγχονται. Σε οριςμζνεσ περιπτϊςεισ, μπορεί να είναι επικυμθτό να αξιολογθκεί το μζταλλο ςτθνεπιφανειακικατάςταςθμετά τθν ζλαςθ, αν και αυτι θ προςζγγιςθ κα οδθγιςει γενικά ςτθ μεγαλφτερθ μεταβλθτότθτα. Κατά γενικό κανόνα, τα πρότυπα δοκιμϊν διάβρωςθσ περιζχουν ςυγκεκριμζνεσ προτάςεισ ςχετικά με τισ κατάλλθλεσ επεξεργαςίεσ επιφάνειασ, ανάλογα με το προσεξζταςθ κράμα ι μζταλλο. Σωςτι χριςθ των κατάλλθλων ι τυποποιθμζνων επιφανειακϊν επεξεργαςιϊν κα μειϊςει τθ μεταβλθτότθτα ςτα αποτελζςματα τθσ δοκιμισ διάβρωςθσ. Επιλογι των διαβρωτικϊν μζςων Θ ςυμπεριφορά διάβρωςθσ ενόσ ςυγκεκριμζνου υλικοφ εξαρτάται από το περιβάλλον και τισ ςυνκικεσ ζκκεςθσ, κακϊσ και τθν κατάςταςθ του υλικοφ δοκιμισ. Θ πιο αξιόπιςτθ πρόβλεψθ τθσ απόδοςθσ είναι θ εμπειρία τθσλειτουργίασ, και ςτθν ςυνζχεια ακολουκοφνοι δοκιμζσ πεδίου, επειδι και τα δφο βαςίηονται ςτο πραγματικό περιβάλλον. Πταν δεν υπάρχει ιςτορικόλειτουργίασ και ο χρόνοσ ι ο προχπολογιςμόσπεριορίηουν τισ δοκιμζσ πεδίου, οι δοκιμζσ διάβρωςθσ ςτο εργαςτιριο χρθςιμοποιοφνται για τθν πρόβλεψθ ι εκτίμθςθ των επιδόςεων τθσ διάβρωςθσ. Οι εργαςτθριακζσ δοκιμζσ είναι ιδιαιτζρωσ χριςιμεσ για τον ζλεγχο τθσ ποιότθτασ, τθν επιλογι υλικϊν και τθν ανάπτυξθ υλικϊν. Οι εργαςτθριακζσ εξετάςεισ μπορεί να είναι παραπλανθτικζσαν δεν χρθςιμοποιθκοφντα κατάλλθλα διαβρωτικά μζςα ςχετικά με τουσ ςτόχουσ τθσ δοκιμισ. Μζροσ τθσ φιλοςοφίασ των δοκιμϊν περιλαμβάνει και το αν θ δοκιμι ζχει ωσ ςτόχο να αναπαράγει ζνα ςυγκεκριμζνο περιβάλλον με ακρίβεια ι αν είναι πιο ςκόπιμο να χρθςιμοποιθκεί ζνα διαβρωτικό μζςο που αντιπροςωπεφει μια κατάςταςθ χειρότερθσ περίπτωςθσ. Σε κάκε περίπτωςθ, ο ερευνθτισ τθσ διάβρωςθσ πρζπει να κάνει ότι είναι δυνατόν ϊςτε το τεςτ να μπορεί να αναπαραχκεί με ακρίβεια ζλεγχοντασπροςεκτικά τουσ περιβαλλοντικοφσπαραγόντεσ όπωσ θ ςυγκζντρωςθ και το ph τουδιαλφματοσθ κερμοκραςία, ο εξαεριςμόσ, θ ταχφτθτα, θ πρόςκρουςθ και οι βακτθριολογικζσ επιδράςεισ. Ρρότυπεσ μζκοδοι δοκιμισ κα πρζπει να προβλζπουν αυτζσ τισ παραμζτρουσ. Συςχζτιςθ με τθνεμπειρία λειτουργίασ. Θ ςωςτιχριςθ ενόσ μζςου για μία επιταχυνόμενθ δοκιμι μπορεί να αποδειχκεί από τθ ςυςχζτιςθ με τθν πρακτικι εμπειρία τθσ λειτουργίασ ι με τα αποτελζςματα των κατάλλθλων δοκιμϊν πεδίου. Ωςτόςο, οριςμζνεσ μζκοδοι που χρθςιμοποιοφνται για ςυςχζτιςθ των περιβαλλόντων δοκιμισ είναι ανεπαρκείσ και πρζπει να αποφεφγονται. Για παράδειγμα, το Σχιμα 16 δείχνει ζνα υποκετικό παράδειγμα τριϊν επιταχφνόμενων δοκιμϊνεργοδιάβρωςθσ(scc) με μζςα δοκιμισ (Α, Β, και Γ) και ζνα περιβάλλον εφαρμογισ. Θ αντίςταςθ ςτθν SCC ενόσ δεδομζνου ευπακοφσ υλικοφ ςχεδιάηεται ωσ ςυνάρτθςθ μιασ ανεξάρτθτθσ μεταβλθτισ που επθρεάηει τθν ςυμπεριφορά ςε εργοδιάβρωςθ.θ καμπφλθ του περιβάλλοντοσεφαρμογισ αντιπροςωπεφει τθν κακιερωμζνθ απόδοςθ του υλικοφ όταν 36

37 εφαρμόηεται τάςθ ςε διάφορα επίπεδα και εκτίκεται ςτο περιβάλλον εφαρμογισ. Το μζςο Α ςυςχετίηεται καλά ςε δείγματα υπό υψθλι τάςθ, αλλά όχι ςε δείγματα υπό χαμθλι τάςθ, το μζςο Γ δίνει τθν αντίκετθ απόδοςθ. Μόνο το μζςο δοκιμισ Βζχει καλι ςυςχζτιςθ ςε όλο το εφροσ των εφαρμοηόμενωντάςεων. Ζνασ ερευνθτισ δεν κα πρζπει να υποκζςει ότι μια καλι 1: 1 ςυςχζτιςθ ςε ζνα επίπεδο τθσ ανεξάρτθτθσ μεταβλθτισ (138 MPa) κα είναι παρόμοια ςε διαφορετικό επίπεδο (690 MPa). Το μζςο Α κα μποροφςε να είναι χριςιμο ωσ χειρότερθ περίπτωςθ, αλλά το μζςο Γ φαίνεται να είναι πολφ ιπιο για κάκε περίπτωςθ. Αξιολόγθςθ τθσ διάβρωςθσ Θ μζτρθςθ και θ αξιολόγθςθ των αποτελεςμάτων των δοκιμϊν πρζπει να ςυντονίηονται ςτενά με τουσ ςτόχουσ τθσ δοκιμισ, ζτςι ϊςτε τα αποτελζςματα τθσ μζτρθςθσ να καταςτιςουν δυνατι τθν επίτευξθ των ςτόχων με τον υψθλότερο βακμόςαφινειασ. Οι μζκοδοι τθσ αξιολόγθςθσ περιορίηονται μόνο από τθν εφευρετικότθτα του ερευνθτι, ο οποίοσ κα πρζπει να προςπακιςει να βρει τον καλφτερο τρόπο για να μεταφζρει τθν πρακτικι ςθμαςία των αποτελεςμάτων των δοκιμϊν. Κατάλλθλεσμζκοδοιμζτρθςθστθσαποδόμθςθστουμετάλλουεξαρτϊνται επίςθσ από τθ μορφι τθσ εξεταηόμενθσ διάβρωςθσ. Για παράδειγμα, θ πανάρχαια μζκοδοσ μζτρθςθσ τθσ διάβρωςθσ με προςδιοριςμό τθσ απϊλειασ βάρουσ και τον υπολογιςμό του μζςου βακμοφ διάβρωςθσ, θ οποία είναι επαρκισ για τα μζταλλα που διαβρϊνονται ομοιόμορφα, δεν είναι μια ρεαλιςτικι μζκοδοσ ςτισ μορφζσ τοπικισ διάβρωςθσ, όπωσ διάβρωςθ με βελονιςμοφσ και περικρυςταλλικιδιάβρωςθ. Το Σχιμα 17 απεικονίηει τθν ευρεία διακφμανςθ ςτα αποτελζςματα που λαμβάνονται με μζτρθςθ τθσ τοπικισ διάβρωςθσ των κραμάτων αλουμινίου με τρεισ διαφορετικοφσ τρόπουσ. 37

38 χιμα 16. Ραράδειγμα που δείχνει τθ ςθμαςία ςυςχετιςμοφ των εργαςτθρικαϊν δοκιμϊν με τισ δοκιμζσ πεδίου. Οι A, BκαιCαντιπροςωπεφουν τισ εργαςτθριακζσ δοκιμζσ SCC, αλλά μόνο τοbςυςχετίηεται καλά με το περιβάλλον. χιμα 17. Σφγκριςθ ευρείασ ποικιλίασ αποτελεςμάτων ςχετικά με διαφορετικζσ μεκόδουσ μζτρθςθσ τοπικισ διάβρωςθσ ςε κράματα αλουμινίου. Τα αποτελζςματα που φαίνονται είναι μζςα αποτελζςματα για κάκε κράμα που εκτίκεται ςε επτά ατμοςφαιρικά περιβάλλοντα για 10 χρόνια. 38

39 3.2 ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΚΑΙ ΠΑΡΑΚΟΛΟΤΘΗΗ ΣΗ ΓΙΑΒΡΩΗ Ραρακολοφκθςθ τθσ διάβρωςθσ είναι θ πρακτικι τθσ μζτρθςθσ τθσ διαβρωτικότθτασ ενόσ περιβάλλοντοσ με τθν χριςθ «αιςκθτιρων» οι οποίοι ειςάγονται και παραμζνουν ςυνεχϊσ εκτεκειμζνοι ςτο περιβάλλον τθσ παραγωγισ. Οιαιςκθτιρεσ παρακολοφκθςθσ τθσ διάβρωςθσ μπορεί να είναι μθχανικζσ, θλεκτρικζσ ι θλεκτροχθμικζσ ςυςκευζσ. Αυτοί οι ανιχνευτζσ αποτελοφν βαςικό ςτοιχείο όλων των ςυςτθμάτων παρακολοφκθςθσ τθσ διάβρωςθσ. Θ φφςθ των αιςκθτιρων εξαρτάται από τισ διάφορεσ επιμζρουσ τεχνικζσ που χρθςιμοποιοφνται για τθν παρακολοφκθςθ αλλά ςυχνά ζνασ αιςκθτιρασ διάβρωςθσ μπορεί να κεωρθκεί ςαν ζνα δοκίμιο με όργανα μζτρθςθσ. Σε μεγαλφτερα ςυςτιματα, αιςκθτιρεσ με θλεκτρονικά καλϊδια ςυνικωσ χρθςιμοποιοφνται για τουσ ςκοποφσ αυτοφσ για να αναμεταδίδουν τα ςιματα του αιςκθτιρα ςε μια μονάδα επεξεργαςίασ ςιματοσ. Οι πρόοδοι ςτον τομζα τθσ μικροθλεκτρονικισ διευκολφνουν τθν προετοιμαςία και επεξεργαςία του ςιματοσ του αιςκθτιρα με μικροτςίπ, το οποίο μπορεί ουςιαςτικά να κεωρθκεί ωσ αναπόςπαςτο μζροσ των μονάδων του αιςκθτιρα. Οριςμζνεσ τεχνικζσ μζτρθςθσ τθσ διάβρωςθσ μπορεί να χρθςιμοποιθκοφνon-line, ςυνεχϊσ εκτεκειμζνοι ςτο περιβάλλον τθσ διεργαςίασ, ενϊ άλλοι παρζχουν μετριςεισoff-line, όπωσ αυτζσπου προςδιορίηονται με εργαςτθριακζσ αναλφςεισ. Μερικζσ τεχνικζσ δίνουν μια άμεςθ μζτρθςθ τθσ απϊλειασ μετάλλου ι ποςοςτό διάβρωςθσ, ενϊ άλλεσ ζχουν χρθςιμοποιθκεί για να ςυμπεράνουμε ότι μπορεί να υπάρχει ζνα διαβρωτικό περιβάλλον. Δοκίμια διάβρωςθσ υπό πραγματικζσ ςυνκικεσ Θ απλοφςτερθ, και παλαιότερα κακιερωμζνθ, μζκοδοσ εκτίμθςθσ ηθμιϊν διάβρωςθσ ςε εγκαταςτάςεισ και εξοπλιςμό είναι θ ανάλυςθ τθσ απϊλειασ βάρουσ. Ζνα ηυγιςμζνο δείγμα (δοκίμιο) του μετάλλου ι του κράματοσ υπό εξζταςθ ειςάγεται ςτθ διαδικαςία, και αργότερα απομακρφνεται μετά από ζνα εφλογο χρονικό διάςτθμα. Το δοκίμιο ςτθ ςυνζχεια κακαρίηεταιαπό όλα τα προϊόντα διάβρωςθσ και ξαναηυγίηεται. Θ απϊλεια βάρουσ μετατρζπεται ςε μια ςυνολικι απϊλεια πάχουσ ι ςαν μζςθ ταχφτθτα διάβρωςθσ με τθ χριςθ κατάλλθλων εξιςϊςεων μετατροπισ. Πλεονεκτιματα: απλοφςτερθ μζκοδοσ για τθν άμεςθ παρακολοφκθςθ τθσ διάβρωςθσ,μεγάλο ιςτορικό χριςθσ,ο εξοπλιςμόσ είναι φκθνόσ και εξαιρετικά ευζλικτοσ. Μειονεκτιματα: Οι αγωγοί πρζπει να κλείςουν για να εγκαταςτακοφν και να ανακτθκοφν τα δεδομζνα και είναι εντατικι εργαςία για να επαναλθφκεί,ταδεδομζνα δεν είναι ςε πραγματικό χρόνο,μθ πρακτικό για χριςθ ςε απομακρυςμζνεσ περιοχζσ λόγω τθσ εργαςίασ που απαιτείται για τθ ςυλλογι των δεδομζνων, Ραρεμβατικόστρόποσ παρακολοφκθςθσ,μθ προλθπτικι παρακολοφκθςθ διάβρωςθσ. 39

40 Αιςκθτιρεσ Ηλεκτρικισ Αντίςταςθσ (ElectricResistance-ER) Οι αιςκθτιρεσ θλεκτρικισ αντίςταςθσείναι ειδικά ςχεδιαςμζναδοκίμια διάβρωςθσ.ο ρυκμόσ διάβρωςθσ τουσ υπολογίηεται από τθ μζτρθςθ τθσ θλεκτρικισ αντίςταςθσ και όχι τθν απϊλεια μάηασ. Αυτζσ οι μετριςεισ γίνονται με τθν εγκατάςταςθ ενόσ καλωδίου ι άλλθσςυςκευισ καταςκευαςμζνθσ από το εν λόγω υλικό κατά τζτοιο τρόπο ϊςτε θ θλεκτρικι αντίςταςθ του να μπορεί να μετρθκεί εφκολα. Θ διάβρωςθ μειϊνει τθ διατομι του εκτεκειμζνου ςτοιχείου. Ωσ εκ τοφτου, θ θλεκτρικι αντίςταςθ του κα αυξθκεί με το χρόνο ζκκεςθσ όταν θ διάβρωςθ λαμβάνει χϊρα. Ζνα ςτοιχείο αντιςτάκμιςθσ κερμοκραςίασ κα πρζπει να ενςωματωκεί ςε ζνα τζτοιο ανιχνευτι επειδι θ αντίςταςθ του ανιχνευτι επθρεάηεται επίςθσ από τθ κερμοκραςία. Εάν θ διάβρωςθ που ςυμβαίνειςτο υπό μελζτθ δοχείο πίεςθσ είναι περίπου ομοιόμορφθ, μια αλλαγι ςτθν αντίςταςθ είναι ανάλογθ με μια αφξθςθ τθσ διάβρωςθσ. Αν και γενικισ εφαρμογισ, θ μζκοδοσ ER είναι μοναδικά κατάλλθλθ για διαβρωτικά περιβάλλοντα που ζχουν είτε κακοφσ ι μθ ςυνεχείσ θλεκτρολφτεσ όπωσ ατμοφσ, αζρια, εδάφθ, «υγροφσ» υδρογονάνκρακεσ και μθ υδατικά υγρά. Ζνα ςφςτθμα παρακολοφκθςθσ ER αποτελείται από ζνα όργανο που ςυνδζεται ςε ζναν ανιχνευτι. Το όργανο μπορεί να εγκαταςτακεί μόνιμα και να παρζχει ςυνεχείσ πλθροφορίεσ ι μπορεί να είναι φορθτό για να ςυγκεντρϊςει περιοδικά δεδομζνα από διάφορεσ τοποκεςίεσ. Ο ανιχνευτισ είναι εφοδιαςμζνοσ με ζνα αιςκθτιριο ςτοιχείο που ζχει μια ςφνκεςθ παρόμοια με αυτι του τεχνολογικοφ εξοπλιςμοφ ενδιαφζροντοσ. Πλεονεκτιματα: Μπορεί να χρθςιμοποιθκεί ωσ μια ςυνεχισ παρακολοφκθςθ, Μπορεί να χαρακτθριςτεί ωσ μια προλθπτικι παρακολοφκθςθ, εάν είναι ςυνδεδεμζνο άμεςα, Τα δεδομζνα δεν επθρεάηονται από τισ αλλαγζσ κερμοκραςίασ. Μειονεκτιματα:Ο αγωγόσ πρζπει να κλείςει για τθν εγκατάςταςθ,τα δεδομζνα δεν είναι ςε πραγματικό χρόνο,επικεϊρθςθ με ξζςτρο (pigging) δεν μπορεί να εκτελεςτεί, ενϊ ζχει εγκαταςτακεί ανιχνευτισ ER, οι ανιχνευτζσ ER μπορεί να χρθςιμοποιθκοφν μόνο ςε περιβάλλοντα υγρισ φάςθσ, ωσ εκ τοφτου, δεν μπορεί να ανιχνεφςουν τθ διάβρωςθ ςτισ φάςεισ αερίου, Κλιμάκωςθ ςτθν επιφάνεια των θλεκτρικϊν ανιχνευτϊν μποροφν να προκαλζςουν λανκαςμζνεσ μετριςεισ. Μζτρθςθ Αντίςταςθσ Πόλωςθσ (PolarizationResistance) Σε αντίκεςθ με τισ μεκόδουσ που ςυηθτικθκαν προθγουμζνωσ, οι οποίεσ παρζχουν πλθροφορίεσ ςχετικά με το υπολειπόμενο πάχοσ, θ μζκοδοσ αντίςταςθσ πόλωςθσ παρζχει μια εκτίμθςθ του ρυκμοφ διάβρωςθσ. Αυτι θ μζκοδοσ βαςίηεται ςτθν εξίςωςθ Stearn- Geary. Θ κεωρία πίςω από τθ μζκοδο είναι ότι ο ρυκμόσ διάβρωςθσ του ανιχνευτι είναι αντιςτρόφωσ ανάλογοσ με τθν αντίςταςθ πόλωςθσ του, δθλαδι θ κλίςθκαμπφλθσ του δυναμικοφ του ρεφματοσ απόκριςθσ είναι κοντά ςτο δυναμικό διάβρωςθσ. Είναι απαραίτθτο ςε μία βιομθχανία να γίνεται χριςθ ενόσ αιςκθτιρα ςτθν περιοχι του δοχείου 40

41 όπου υπάρχει απαίτθςθ μζτρθςθσ του ρυκμοφ διάβρωςθσ. Τα θλεκτρόδια του ανιχνευτι καταςκευάηονται από το εν λόγω υλικό. Ζνα θλεκτρονικό τροφοδοτικό πολϊνει το δείγμα περίπου 10 mv από το δυναμικό διάβρωςθσ. Το προκφπτον ρεφμα καταγράφεται ωσ ζνα μζτρο του ρυκμοφ διάβρωςθσ. Θ αντίςταςθ πόλωςθσ δίνει μια ςτιγμιαία εκτίμθςθ του ρυκμοφ διάβρωςθσ. Πλεονεκτιματα: Μπορεί να χαρακτθριςτεί ωσ μια προλθπτικι παρακολοφκθςθ, εάν είναι ςυνδεδεμζνο άμεςα, Μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν για τθν αξιολόγθςθ των επιδόςεων ενόσ αναςτολζα διάβρωςθσ. Μειονεκτιματα: Λειτουργεί μόνο αν το διαβρωτικό περιβάλλον είναι ζνασ θλεκτρολφτθσ με ςχετικά χαμθλι αντίςταςθ. Θλεκτρολφτεσ υψθλισ αντίςταςθσ παράγουν λανκαςμζνα χαμθλά ποςοςτά διάβρωςθσ. Ο αγωγόσ πρζπει να κλείςει για να εγκαταςτακοφν και να ανακτθκοφν τα δεδομζνα.επικεϊρθςθ με ξζςτρο (pigging) δεν μπορεί να εκτελεςτεί, ενϊ το LPR ζχει εγκαταςτακεί. Μζτρθςθ Ηλεκτροχθμικοφ Θορφβου (ElectrochemicalNoise-ECN) Θ Μζτρθςθ Θλεκτροχθμικοφ Θορφβου (ECN) καταγράφει τθ φυςικι διακφμανςθ του κορφβου τθσ τάςθσ και ζνταςθσ μεταξφ θλεκτροδίων για να κακοριςτεί θ διάβρωςθ.πςο υψθλότερεσ οι διακυμάνςεισ τόςομεγαλφτερθ θ διάβρωςθ. Θ μθ παρεμβατικι χριςθ τθσ ECN για τθν παρακολοφκθςθ τθσ διάβρωςθσ είναι πολφ ελκυςτικι, π.χ. διάβρωςθ των αεροςκαφϊν. Διακυμάνςεισ του δυναμικοφ ι του ρεφματοσ από ζνα ανοξείδωτο μεταλλικό δοκίμιο είναι ζνα πολφ γνωςτό και εφκολα παρατθριςιμο φαινόμενο και θ αξιολόγθςθ τθσ ECN ωσ ζνα εργαλείο διάβρωςθσ αυξάνεται ςτακερά. Θ εκτεταμζνθ ανάπτυξθ ςτθν ευαιςκθςία του εξοπλιςμοφ για τθ μελζτθ των θλεκτροχθμικϊν ςυςτθμάτων ζχει καταςτιςει τθ μελζτθ των ταλαντϊςεων ςε θλεκτροχθμικζσ διεργαςίεσ, που μεταφράηεται ςε μετριςιμθecn, όλο και πιο προςιτι. Θ μελζτθ τθσ διάβρωςθσ δυνθτικϊν διακυμάνςεων εφαρμόςτθκε, για παράδειγμα, για τθν παρακολοφκθςθ τθσ εμφάνιςθσ γεγονότων που χαρακτθρίηουν τθν τοπικι διάβρωςθ όπωσ διάβρωςθ με βελονιςμοφσ ι εργοδιάβρωςθ(scc), μθχανικι διάβρωςθ, είτε ςε εργαςτιρια ι ςε πολφπλοκα βιομθχανικά περιβάλλοντα. Δεν υπάρχει άλλθ τεχνικι, θλεκτροχθμικι ι άλλθ να είναι ευαίςκθτθόπωσ θ ECN ςτισ αλλαγζσ του ςυςτιματοσ διάβρωςθσ. Πλεονεκτιματα: Μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για τον εντοπιςμό ομοιόμορφθσ και τοπικισ διάβρωςθσ. Μειονεκτιματα: Απαιτείται ςταμάτθμα τθσ λειτουργίασ για τθν εγκατάςταςθ του. Ρολφ ακριβό για να εγκαταςτακεί και λειτουργιςει, Εξωτερικζσ πθγζσ κορφβου του ςιματοσ μπορεί να ςτρεβλϊςουν τα δεδομζνα. Τα ςιματα το μπορεί να είναι δφςκολο να ερμθνευτοφν ςωςτά. 41

42 Παχυμετριςεισ με Τπεριχουσ Ραχυμετριςεισ με υπεριχουσ μπορεί να χρθςιμοποιθκοφν για τθν παρακολοφκθςθ του ρυκμοφ διάβρωςθσ επί τόπου. Οι μετριςεισ του πάχουσ μευπεριχουσ περιλαμβάνουν τθν τοποκζτθςθ ενόσ μετατροπζα κατά ςτο εξωτερικό του εν λόγω δοχείου πίεςθσ. Ο μετατροπζασ παράγει ζνα υπερθχθτικό ςιμα. Αυτό το ςιμα διζρχεται διαμζςου του τοιχϊματοσ του αγγείου, αναπθδά από τθν εςωτερικι επιφάνεια, και επιςτρζφει ςτο μετατροπζα. Το πάχοσ υπολογίηεται με τθ χριςθ του χρόνου που μεςολαβεί μεταξφ εκπομπισ του ςιματοσ και τθν επακόλουκθ λιψθ του, μαηί με τθν ταχφτθτα του ιχου ςτο υλικό. Για να λθφκεί ο ρυκμόσ διάβρωςθσ, πρζπει να γίνει μια ςειρά μετριςεων ςε ζνα χρονικό διάςτθμα και πρζπει να προςδιορίηεται θ απϊλεια μετάλλου ανά μονάδα χρόνου. Πλεονεκτιματα:Μπορεί να εντοπίςει τθν ακριβι τοποκεςία τθσ διάβρωςθσ Μειονεκτιματα: Δεν μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για ςυνεχι παρακολοφκθςθ. Απαιτεί πολλζσ ανκρωποϊρεσ για να επαναλθφκεί FieldSignatureMethod (FMS) Θ αρχικι ανάπτυξθ τθσ τεχνικισ αυτισ κατευκφνκθκε ςε μεγάλο βακμό από τθν παραγωγι πετρελαίου και φυςικοφ αερίου. Αυτι θ τεχνικι παρακολοφκθςθσ τθσ διάβρωςθσ μετρά τισ ηθμιζσ διάβρωςθσ κατά τθ διάρκεια αρκετϊν μζτρων από τθν πραγματικι δομι και παρζχει μετριςεισ τθσ απϊλειασ μετάλλου πάνω ςε μια επιφάνεια του αγωγοφ. Ζνα επαγωγικό ρεφμα τροφοδοτείται ςτο παρακολουκοφμενο τμιμα ενδιαφζροντοσ και θ προκφπτουςακατανομι τάςεωσ μετράται για να ανιχνεφςει τθν ηθμιά τθσδιάβρωςθσ. Μια ςειρά από μόνιμα εγκατεςτθμζνουσαιςκθτιρεσ είναι τοποκετθμζνοιςτο εξωτερικό ενόσ αγωγοφ για τθν παραγωγι ενόσ χάρτθ του θλεκτρικοφ δυναμικοφ τθσ δομισ.οι καταςκευαςτζσ παρακζτουν ανάλυςθ ppm του πάχουσ του τοιχϊματοσ. Πλεονεκτιματα:Μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για τθν παρακολοφκθςθ ιδθ υπαρχόντων pits. Μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για ςυνεχι παρακολοφκθςθ. Δεν απαιτεί ςταμάτθμα του αγωγοφ για τοποκζτθςθ. Μειονεκτιματα:Ακριβό για να εγκαταςτακεί και λειτουργιςει, δεν μπορεί να ανιχνεφςει pits διάβρωςθσ μικρότερα από 1/32 τθσ ίντςασ. Αιςκθτιρεσ Τδρογόνου Θ ζννοια του αιςκθτιρα υδρογόνου βαςίηεται ςτο γεγονόσ ότι ζνα από τα προϊόντα τθσ κακοδικισ αντίδραςθσ ςε μθ οξειδωτικά όξινα ςυςτιματα είναι το υδρογόνο. Τα άτομα υδρογόνου που παράγονται, διαχζονται μζςω του πάχουσ του δοχείου και ελευκερϊνονται ςτθν εξωτερικι επιφάνεια. Ζνασ ανιχνευτισ υδρογόνου - ςε μια παραλλαγι, ο ανιχνευτισ είναι ζνα κομμάτι φφλλου παλλαδίου - εφαρμόηεται ςτθν εξωτερικι επιφάνεια (ςχιμα18). Ο ανιχνευτισ λειτουργεί ωσ ςυλλζκτθσ και καταλφτθσ για τθν επακόλουκθ οξείδωςθ του υδρογόνου. Το ςτοιχείο είναι προςαρτθμζνο ςτο φφλλο παλλαδίου. Τορεφμαπου 42

43 χρθςιμοποιείται ςτθν αντίδραςθ οξείδωςθσ παρζχεται από ζνα θλεκτρόδιο από ανοξείδωτο χάλυβα. Ο θλεκτρολφτθσ είναι 90% κειικό οξφ. Το ρεφμα που απαιτείται για τθν οξείδωςθ του υδρογόνου μετράται, είναι ευκζωσ ανάλογο προσ τθν ταχφτθτα διάβρωςθσ του εςωτερικοφ του δοχείου. Θ ανάλυςθ των δεδομζνων από τον αιςκθτιρα υδρογόνου μετρά το ρυκμό διάβρωςθσ, ςε αντίκεςθ με παχυμετριςεισ με υπεριχουσ και άλλεσ τεχνικζσ, οι οποίεσ μετροφν υπολειπόμενο πάχοσ τοιχϊματοσ. Θ μεκόδοσ αυτι χρθςιμοποιείται ςυνικωσ ςε αγωγοφσ φυςικοφ αερίου. Σε αυτιν τθν περίπτωςθ, θ διάβρωςθ μπορεί να ςυμβεί με τθν παρουςία υδρόκειου, το νεροφ, και μερικζσ φορζσ διοξειδίου του άνκρακα (CO 2 ). Αυτι θ μζκοδοσ ζχει μια άλλθ παραλλαγι, θ οποία αποτελείται από απλιςφνδεςθ ενόσ καλάμου ςτο εξωτερικό του ςωλινα και τθν παρακολοφκθςθ τθσ απελευκζρωςθσ του υδρογόνου μζςω τθσ αφξθςθσ τθσ πίεςθσ. Πλεονεκτιματα: Δεν απαιτεί διάτρθςθ του αγωγοφ για τοποκζτθςθ. Μειονεκτιματα: Ρολφπλοκοσ εξοπλιςμόσ, ζχει εφαρμογι μόνο ςε χαλφβδινο εξοπλιςμό λόγω τθσ ευκολίασ διάχυςθσ και τθσ πολφ χαμθλισ διαλυτότθτασ του υδρογόνου. χιμα18.σχεδιαςμόσ φφλλο παλλάδιου για αιςκθτιρα υδρογόνου 43

44 4. ΜΔΘΟΓΟΙ ΠΡΟΣΑΙΑ ΑΠΟ ΣΗΝ ΓΙΑΒΡΩΗ ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΧΕΣ ΔΙΑΒΩΣΘΣ Διάβρωςθ είναι μια αντίδραςθ οξείδωςθσ όπου το ανοξείδωτο μζταλλο είναι θ άνοδοσ ςε ζνα θλεκτροχθμικό ςτοιχείο. Εκτόσ από τθν άνοδο, υπάρχουν τρία άλλα ςτοιχεία που είναι απαραίτθτα για να ςυμβεί διάβρωςθ: ζνα επικετικό περιβάλλον, μία κάκοδοσ όπου λαμβάνει χϊρα θ αντίδραςθ αναγωγισ, και μια ροι θλεκτρονίων μεταξφ τθσ ανόδου και τθσ κακόδου. Θ βαςικι ιδζα για τισ περιςςότερεσ μεκόδουσ προςταςίασ διάβρωςθσ είναι θ αφαίρεςθ ενόσ ι περιςςοτζρων από αυτά τα ςυςτατικά των ςτοιχείων, ζτςι ϊςτε το κακαρό μζταλλο ι κράμα μετάλλου ενδιαφζροντοσ να μθ διαβρωκοφν. Μια άλλθ ευρζωσ χρθςιμοποιοφμενθ προςζγγιςθ προςταςίασ από διάβρωςθ είναι να αλλάξουν τθ φφςθ τθσ ανόδου, ζτςι ϊςτε να γίνεται κάκοδοσ (κακοδικι προςταςία). Αυτζσ οι μζκοδοι προςταςίασ διάβρωςθσ εξετάηονται εν ςυντομία ωσ ακολοφκωσ. 4.1 ΔΞΩΣΔΡΙΚΗ ΜΟΝΩΗ ΓΙΑ ΘΑΜΜΔΝΟΤ ΑΓΩΓΟΤ Αγωγοί χάλυβα χρθςιμοποιοφνται ςε όλο τον κόςμο για τισ διαςυνοριακζσ μεταφορζσ τθσ χϊρασ με φυςικό αζριο, αργό πετρζλαιο, νερό, πετροχθμικϊν και των προϊόντων πετρελαίου ςε υψθλζσ πιζςεισ ςε μεγάλεσ αποςτάςεισ. Αυτζσ οι ςωλθνϊςεισ προςτατεφονται από διάβρωςθ από εξωτερικά ςυςτιματα επίςτρωςθσ και κακοδικισ προςταςίασ. Διάφορα ςυςτιματα επικάλυψθσ δοκιμάςτθκαν κατά τα τελευταία 45 χρόνια και ζχουν εξελιχκεί με τα χρόνια και με τθν καινοτομία των νζων υλικϊν. Σιμερα, πζντε κφρια ςυςτιματα επικάλυψθσ χρθςιμοποιοφνται ςυνικωσ για τουσ αγωγοφσ: τρία ςτρϊματα πολυαικυλενίου (3LPE), τρία ςτρϊματαπολυπροπυλενίου (3LPP), fusionbondedepoxy (FBE ordual FBE), Συςτιματα πίςςασ/αςφάλτου(cte) καιβαφζσ πολυουρεκάνθσ (PUR). Τα διάφορα ςυςτιματα που προςδιορίηονται από τουσ ιδιοκτιτεσ των αγωγϊν και ςυμβοφλουσ βαςίηονται ςε διάφορουσ παράγοντεσ, ςυμπεριλαμβανομζνων του βραχυπρόκεςμου κόςτουσ, μακροπρόκεςμου κόςτουσ, δζςμευςθ χριςθσ, περιφερειακι διακεςιμότθτα του υλικοφ επικάλυψθσ, απαιτιςεισ ςχετικά με το χειριςμό, τθ μεταφορά και εγκατάςταςθ των αγωγϊν και για τεχνικοφσ λόγουσ. Θ επίςτρωςθ 3LPE είναι κυρίαρχθ ςε όλο τον κόςμο - με μερίδιο αγοράσ 50 % - για τουσ χερςαίουσ αγωγοφσ, με εξαίρεςθ τθσ Βόρειασ Αμερικισ. Θ τάςθ αυτι αυξάνεται με μεγαλφτερο αρικμό ζργων επίςτρωςθσ με 3LPE ςτθν Κίνα, τθν Ινδία και τθ Μζςθ Ανατολι. Θ αυξθμζνθ αποδοχι του 3LPE οφείλεται ςτο μεγάλο εφροσ κερμοκραςιϊν λειτουργίασ του (από -45 C ζωσ + 85 C) και τθν ικανότθτα να αντζχει ςχετικά πρόχειρεσ πρακτικζσ χειριςμοφ και εγκατάςταςθσ χωρίσ ηθμιά ςτθν επικάλυψθ.τα τριμερι ςυςτιματα μόνωςθσ πολυαικυλενίου αποτελοφνται από ζνα εποξικόprimer, ζνα ςυγκολλθτικό ςτρϊμα πολυαικυλενίου μζςθσ πυκνότθτασ (MDPE) και ζνα εξωτερικό ςτρϊμα πολυαικυλενίου υψθλισ πυκνότθτασ (HDPE). 44

45 Τα ςυςτιματα 3LPP αναγνωρίηονται ωσ εξαιρετικά ςυςτιματα για υπεράκτια ζργα με αυξθμζνθ κερμοκραςία λειτουργίασ (0 C ζωσ C) και ακραία μθχανικι καταπόνθςθ ςτουσ αγωγοφσ. Ρρόςφατα ζργα ςτθ Βόρεια Θάλαςςα, τθν Αφρικι, ςτον Κόλπο του Μεξικοφ και των Αραβικϊν περιοχϊν ζχουν κζςει νζα πρότυπα για επιςτρϊςεισ 3LPP, οι οποίεσ παρζχουν πρόςβαςθ ςε βακφτερα κοιτάςματα φυςικοφ αερίου και πετρελαίου. Τα τριμερι ςυςτιματα μόνωςθσ πολυπροπυλαινίου αποτελοφνται από ζνα εποξικόprimer, ζνα ςυγκολλθτικό ςτρϊμα ςυμπολυμεροφσ πολυπροπυλενίου και ζνα εξωτερικό ςτρϊμα πολυπροπυλενίου. Οι μονϊςεισ FBE είναι κυρίαρχεσ ςτθ Βόρεια Αμερικι, Θνωμζνο Βαςίλειο και ςε μερικζσ άλλεσ χϊρεσ, αλλά θ τάςθ είναι πτωτικι υπζρ τθσ 3LPE και των PP Συςτθμάτων. Μερικοί ιδιοκτιτεσ αγωγϊν ζχουν αναβακμίςει από επίςτρωςθ πίςςασ/αςφάλτουςτο ςφςτθμα διπλισ FBE κακϊσ το κόςτοσ ζχει γίνει αρκετά ανταγωνιςτικό μετά τισ αυξιςεισ των τιμϊν πίςςασ. Συςτιματα πίςςασ/αςφάλτουεξακολουκοφν να χρθςιμοποιοφνται ςε οριςμζνεσ χϊρεσ. Για πολλά διυλιςτιρια, τα οποία ζχουν δικοφσ τουσ αγωγοφσ, θ πίςςα άνκρακα είναι θ φκθνότερθ επιλογι επίςτρωςθσ, είναι το δικό τουσ προϊόν. Και τα δφο ςυςτιματα μειϊνονται και δθμιουργοφν ανθςυχίεσ για τθν υγεία και το περιβάλλον. Συςτιματα πολυουρεκάνθσ χρθςιμοποιοφνται κυρίωσ για ζργα αποκατάςταςθσ αγωγϊν ι επίςτρωςθσ τθσ περιμζτρου ςυγκόλλθςθσ. ςυςτιματα PUR επίςθσ δθμιουργοφν ανθςυχίεσ για τθν υγεία. Στο πλαίςιο αυτό, τα ςυςτιματα PP με ζωσ και επτά ςτρϊματα όλο περιςςότερο κερδίηει ζδαφοσ ςταπροκλθτικά τεχνικά ζργα βακιάσ κάλαςςασ, με πολφ υψθλι κερμοκραςία λειτουργίασ, όπου τα διάφορα λειτουργικά ςτρϊματα PP χρθςιμοποιοφνται για αφροφσ κερμομόνωςθσ. Αυτοί οι αφροί, εκτόσ από τισ ιδιότθτεσ μόνωςθσ, κα πρζπει να ζχουν υψθλι αντοχι ςε κλίψθ, ζτςι ϊςτε να μθν καταρρεφςουν υπό υψθλι εξωτερικι πίεςθ ςε βακιά περιβάλλοντα. HDPE και ςυςτιματα προςφζρουν εξαιρετικι μθχανικι προςταςία και μακροπρόκεςμθ απόδοςθ ωσ προσ τον χρόνο ηωισ. Το Σχιμα 19 δείχνει μία τυπικι διαδικαςία που χρθςιμοποιείται για τθν εφαρμογι ενόσ 3LPE ςτθν εξωτερικι επιφάνεια ενόσ ςωλινα. 4.2 ΔΩΣΔΡΙΚΗ ΜΟΝΩΗ ΑΓΩΓΩΝ Θ χριςθ ενόσ εςωτερικοφ αντιδιαβρωτικοφ ςτρϊματοσ προςταςίασ εξαρτάται από το ρευςτό που περνάει μζςα από τον αγωγό κακϊσ και τθν κερμοκραςία λειτουργίασ. Για αγωγοφσ ςτθν βιομθχανίασ του φυςικοφ αερίου και του πετρελαίουι ςυςτιματα ςωλθνϊςεων νεροφ, όπωσ μονάδεσ αφαλάτωςθσ και ςυςτιματα ψφξθσ καλαςςινοφ νεροφ, ςυνικωσ χρθςιμοποιοφνται εποξειδικά ςυςτιματα βαφϊν. (ρθτίνεσ ι FBE). Τζτοια 45

46 ςυςτιματα ζχουν υψθλι χθμικι αντοχι, εξαιρετικι πρόςφυςθ ςε πολλά υποςτρϊματα (ειδικά χάλυβα), υψθλι μθχανικι αντοχι και καλζσ θλεκτρικζσ μονωτικζσ ιδιότθτεσ. Εκτόσ από τθν αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ τζτοιαςυςτιματα χρθςιμοποιοφνται επίςθσ για τθ βελτίωςθ των χαρακτθριςτικϊν ροισ ρευςτοφ με αποτζλεςμα τθ ςθμαντικι εξοικονόμθςθ κόςτουσ κατά τθ λειτουργία των αγωγϊν. Θ Εικόνα 20 παρουςιάηει μια τυπικι διαδικαςία εφαρμογισμιασ εςωτερικισ εποξειδικισ επίςτρωςθσ. Για εφαρμογι ςτθ χθμικι βιομθχανία, όπου ζνα ευρφ φάςμα διαβρωτικϊνρευςτϊν και χθμικϊν παραγόντων μποροφν να μεταφερκοφν μζςω τωνςυςτθμάτωναγωγϊν, διάφορεσ κερμοπλαςτικζσ επιςτρϊςεισ χρθςιμοποιοφνται ευρζωσ. Θ επιλογι επζνδυςθσ για τα ςυςτιματα ςωλθνϊςεων εξαρτάται από τα υλικά που μεταφζρονται (τφπουσ χθμικϊν προϊόντων και ςυγκεντρϊςεισ, φπαρξθ λειαντικϊν ςωματιδίων, ταχφτθτεσ ροισ κ.τ.λ.), τισ ςυνκικεσ λειτουργίασ (ροι, κερμοκραςία, πίεςθ), και εξωτερικζσ καταςτάςεισ (υψθλζσ κερμοκραςίεσ περιβάλλοντοσ). χιμα 19. Τυπικι διαδικαςία εφαρμογισ 3LPE ι 3LPP εξωτερικισ επίςτρωςθσ. 46

47 χιμα20. Τυπικιδιαδικαςίαεφαρμογισεποξειδικϊνςυςτθμάτωνβαφϊν Τα κερμοπλαςτικά υλικά δεν παρουςιάηουν ρυκμοφσ διάβρωςθσ και ωσ εκ τοφτου, είτε είναι πλιρωσ ανκεκτικά ςε ζνα χθμικό ι πολφ γριγορα κα διαλυκοφν. Θ αςτοχία των πλαςτικϊν υλικϊνςτθν επζνδυςθ αγωγϊν λαμβάνει χϊρα κυρίωσ με ζναν από τουσ ακόλουκουσ μθχανιςμοφσ: απορρόφθςθ, διαπερατότθτα, ρθγμάτωςθ λόγω εργοδιάβρωςθσ, και ςυνδυαςμοί των παραπάνω μθχανιςμϊν. Θ διαπερατότθτα των χθμικϊν ουςιϊν μπορεί να μθν επθρεάςει τθν επζνδυςθ, αλλά να προκαλζςει διάβρωςθ του εξωτερικοφ του μεταλλικοφ αγωγοφ. Οι κφριοι παράγοντεσ ςχεδιαςμοφ που επθρεάηουν τθ ταχφτθτα διείςδυςθσ είναι θ απορρόφθςθ, θ κερμοκραςία, θ πίεςθ, θ ςυγκζντρωςθ, θ πυκνότθτα επζνδυςθσ και το πάχοσ. Κακϊσ θ κερμοκραςία, θ πίεςθ, και θ ςυγκζντρωςθ τθσ χθμικισ ουςίασ ςτο υγρό αυξάνεται, ο ρυκμόσ διαπζρατότθτασ είναι πικανόν να αυξθκεί. Από τθν άλλθ με τθν αφξθςθ τθσ πυκνότθτασ και του πάχουσ του πλαςτικοφ, τα ποςοςτά διείςδυςθσ τείνουν να μειϊνονται. 4.3 ΓΟΚΙΜΔ ΜΟΝΩΗ Θ προετοιμαςία τθσ επιφάνειασ και θ κερμοκραςία εφαρμογισ επθρεάηουν ςθμαντικά τθν προςκόλλθςθτθσ επίςτρωςθσ ςτθν επιφάνεια του ςωλινα. Τα περιςςότερα από τα ςυςτιματα επίςτρωςθσ ποφδρασ υψθλισ απόδοςθσ που αναφζρκθκε νωρίτερα απαιτοφν εξαιρετικά κακαρι επιφάνεια. Συνικωσ θ ελάχιςτθ απαιτοφμενθ κακαριότθτα είναι Sa 2,5 κατά ISO / SIF ι NACE level-2. Μιαατελϊσ κακαριςμζνθ επιφάνεια κα περιορίςει τον δεςμό που επιτυγχάνεται μεταξφ τθσ επίςτρωςθσ και του υποςτρϊματοσ. Ζνα άλλο ςθμαντικό βιμα είναι θ απομάκρυνςθ των υδατοδιαλυτϊναλάτων και οργανικϊν ρυπαντϊν. Εάν αφεκοφν ςτθν επιφάνεια άλατα, ειδικά τα χλωριοφχα και κειικά άλατα, μπορεί να ξεκινιςει απορρόφθςθ νεροφ με όςμωςθκαι αυτό να οδθγιςει ςε ελλιπι ςυνοχι 47

48 και δθμιουργία κυλάκων(blisters)ςτθν επίςτρωςθ. Ζχει αναφερκεί ότι θ μόλυνςθ από χλϊριο κα επθρεάςει ςοβαρά τθν ςυνοχι και τισ ιδιότθτζσ ςε δοκιμζσcathodicdisbondment.τυποποιθμζνθ διαδικαςία για τθν απομάκρυνςθ διαλυτϊν αλάτων, (όπωσ toχλϊριο), περιλαμβάνει το πλφςιμο του ςωλινα με φωςφορικό οξφ ακολουκοφμενο από απιονιςμζνο νερό. Θ μζγιςτθ επιτρεπόμενθ ςυγκζντρωςθ χλωρίου είναι 2,0 mg/m 2, ςφμφωνα με τα πρότυπα τθσ NACE. Θ ςωςτι αρχικι προςκόλλθςθ και θ ικανότθτα τθσ επίςτρωςθσ να προςφζρει επαρκιςυνοχι ςε όλθ τθ διάρκεια του ςχεδιαςμοφ του αγωγοφ είναι οι βαςικοί παράγοντεσ για τθν παροχι επαρκοφσ προςταςίασ από τθ διάβρωςθ. Το προφίλ τραχφτθτασ τθσ μεταλλικισ επιφάνειασ είναι ζνασ βαςικόσ παράγοντασ για τθν ςυνολικι αντοχι προςκόλλθςθστθσ επίςτρωςθσ. Το απαιτοφμενο προφίλ ςυνικωσ είναι 2,5 ζωσ 4,5 mils ( μικρά). Το προφίλ μιασ αμμοβολθμζνθσεπιφάνειασ μπορεί να μετρθκεί με ζναν αρικμό μεκόδων, ςυμπεριλαμβανομζνθσ τθσ χριςθσ ενόσ προφιλόμετρου, μίαρζπλικαεπιφάνειασ ι με εικόνεσ ςυγκριτικϊν επιφανειϊν. Τα διαλυτά άλατα ςιδιρου μποροφν να μετρθκοφν με τθ δοκιμι ςιδθροκυανιοφχουκαλίου και τα διαλυτά χλωριοφχα μπορεί να μετρθκοφν με τθ δοκιμι νιτρικοφ αργφρου. Πλα τα τελικά επιςτρϊματα δοκιμάηονται μζςα από μια ςειρά δοκιμϊν για να επαλθκευκεί ότι θ προδιαγραφι των απαιτιςεων καλφπτονται. Οι πιο ευρζωσ χρθςιμοποιοφμενεσ δοκιμαςίεσ περιλαμβάνουν τα ακόλουκα: Wet Film Thickness Το πάχοσ υγροφ ςτρϊματοσ λαμβάνεται αμζςωσ μετά τθν εφαρμογι τθσ βαφισ ζτςι ϊςτε οποιαδιποτε απόκλιςθ από το κακοριςμζνο εφροσ πάχουσ να μπορεί να διορκωκεί αμζςωσ, ενϊ θ βαφι είναι ακόμα υγρι, μειϊνοντασ ζτςι τθν ποςότθτα των αποξθραμζνων επιςτρϊςεων οι οποίεσ είναι εκτόσ των κακοριςμζνων ανοχϊν πάχουσ. Το πάχοσ υγροφ ςτρϊματοσ μετριζται χρθςιμοποιϊντασ ζνα «χτενάκι» (ςχιμα 21). Αμζςωσ μετά τθν εφαρμογι τθσ βαφισ το όργανο κα πρζπει να τοποκετθκεί ςτακερά πάνω ςτο υπόςτρωμα με τζτοιο τρόπο ϊςτε τα δόντια να είναι κάκετα προσ το επίπεδο τθσ επιφάνειασ. Ο μετρθτισ κα πρζπει ςτθ ςυνζχεια να αφαιρεκεί και τα δόντια εξετάηονται προκειμζνου να κακοριςτεί το κοντφτερο που αγγίξει το υγρό φιλμ βαφισ (wet paint film). Το πάχοσ τθσ μεμβράνθσ κα πρζπει να καταγράφεται ωσ που βρίςκεται μεταξφ του τελευταίου δοντιοφ που ακοφμπθςε και το πρϊτο δόντι που δεν ακοφμπθςε, όπωσ φαίνεται ςτισ διακριβϊςεισ των δοντιϊν που αναγράφονται ςτο μετρθτι. 48

49 χιμα21. Πργανα για τθν μζτρθςθ του πάχοσ υγροφ ςτρϊματοσ. Πάχοσ μόνωςθσ μετά τθν εγκατάςταςθ Θ πλζον ευρζωσ χρθςιμοποιοφμενθ μζκοδοσ για τθ μζτρθςθ του πάχουσ τθσμόνωςθσ μετά τθν εγκατάςταςθ του είναι θ χριςθ μθ καταςτρεπτικϊν μετρθτϊν όπωσ μετρθτζσ δινορεφματων/θλεκτρονικοί και μαγνθτικοί μετρθτζσ πάχουσ (ςχιμα 22). Οι μετρθτζσ δινορευμάτων (eddy current gauges) είναι θ πιο ακριβείσ και θ ακρίβειά τουσ είναι ςυνικωσ ± 5%. Είναι επίςθσ το πιο ακριβό είδοσ, αλλά είναι διακζςιμοι για τθ μζτρθςθ του πάχουσ επικάλυψθσ και ςτα ςιδθροφχα και ςτα μθ ςιδθροφχα αγϊγιμα υποςτρϊματα ςε αντίκεςθ με τουσ μαγνθτικοφσ μετρθτζσ που λειτουργοφν μόνο ςε μαγνθτικά υποςτρϊματα. Οι μαγνθτικοί μετρθτζσ πάχουσ τθσμόνωςθσ ζχουν ακρίβεια περίπου ± 10%. χιμα22. Μετρθτισ δινορεφματοσ και μαγνθτικόσ μετρθτισ (banana) πάχουσ μόνωςθσ. 49

50 Δοκιμι Holiday Ρρόκειται για μια δοκιμι που ανιχνεφει τισ τρφπεσ (holidays) ςε μια μόνωςθ. Το όργανο που χρθςιμοποιείται για το ςκοπό αυτό είναι γνωςτό ωσ ανιχνευτισ holiday. Ζλλειψθ πάχουσ και εγκλείςματα ςτθν επίςτρωςθ μποροφν επίςθσ να ανιχνευκοφν. Θ αρχι τθσ λειτουργίασ για ζναν ανιχνευτι holiday είναι θ εφαρμογι μιασ τάςθσ θ οποία κα δθμιουργιςει μια ςπίκα ςτισ περιοχζσ όπου θ επικάλυψθ δεν υπάρχει, ι το πάχοσ τθσ είναι πολφ μικρό (ςχιμα 23). Για κάκε δοκιμι holidayπου εκτελείται, θ ςωςτι τάςθ πρζπει να επιλεγεί επειδι περιςςότερθ τάςθ μπορεί να υποδεικνφει τθν παρουςία των holiday, όπου δεν υπάρχουν, και θ όχι αρκετι τάςθ μπορεί να οδθγιςει ςε holiday που δεν ζχει εντοπιςτεί. Θ ςωςτι τάςθ επιλζγεται με τθ μζτρθςθ του πάχουσ επίςτρωςθσ και εφαρμόηοντασ τον τφπο: 125V ανά 25 μm (το ίδιο όπωσ 5kV ανά mm), ι μετά από άλλεσ απαιτιςεισ προδιαγραφϊν. Θ ςωςτι λειτουργία τθσ μεκόδου εξαςφαλίηεταιτον εντοπιςμό μίασ τρφπασ γνωςτοφ μεγζκουσ ςε ζνα δοκίμιο. Δοκιμζσ Πρόςφυςθσ (Adhesion Tests). Θ πρόςφυςθ είναι μια από τισ πιο ςθμαντικζσ ιδιότθτεσ μίασ μόνωςθσ ι βαφισ. Αποτυχία να επιτευχκεί θ απαιτοφμενθ ςυνοχι, ςυνικωσ οφείλεται ςε ανεπαρκι προετοιμαςία τθσ επιφάνειασ ι ανεπαρκι αφαίρεςθ ςκόνθσ και ακακαρςιϊν μετά τθν κφρια προετοιμαςία τθσ επιφάνειασ. Πλεσ οι ςτρϊςεισ μζςα ςε ζνα ςφςτθμα μόνωςθσ κα πρζπει να ζχουν ςυμβατότθτα μεταξφ των ςτρωμάτων και με το υπόςτρωμα. Καλό κα είναι να λαμβάνονται όλα τα ςτοιχεία για ζνα ςφςτθμα επικάλυψθσ από τον καταςκευαςτι, διαφορετικά δεν μπορεί να είναι δυνατό να διαςφαλιςτεί το ςυνολικό ςφςτθμα τθσ εφαρμοηόμενθσ μόνωςθσ. Πτανθ ςυμβατότθτα λείπει ταπροβλιματα πρόςφυςθσ μπορεί να είναι πολφ ςυχνά. Για λεπτζσ επικαλφψεισ (π.χ. αςτάρια, χρϊματα) θπρόςφυςθ δοκιμάηεται με τθν λεγόμενθ μζκοδο cross-cut. Σε αυτι τθ δοκιμι, χρθςιμοποιϊντασ ζνα κοφτερό μαχαίρι ι ζνα κόφτθ μα πολλαπλζσ λεπίδεσ, κόβονται ζξι γραμμζσ κατακόρυφα και οριηόντια. Οι γραμμζσ απζχουν 2 mm μεταξφ τουσ για να παράγουν 25 τετράγωνα. Θ περιοχι ςτθ ςυνζχεια καλφπτεται με κολλθτικι ταινία. Πταν θ αυτοκόλλθτθ ταινία αφαιρείται το ποςό των τετραγϊνων που απομζνουν κα δϊςει μια τιμι πρόςφυςθσμε βάςθ τθν ιςχφουςα προδιαγραφι. Για παχφτερεσμονϊςεισ π.χ. 3LPE δοκιμζσ οι δοκιμζσ πρόςφυςθσ περιλαμβάνουν τθν αρχικι απόςπαςθ μιασ λωρίδασ μόνωςθσ και ςτθ ςυνζχεια τθν εφαρμογι ειδικισ δφναμθσ ςτθν υπόλοιπθ κολλθμζνθ λωρίδα τθσ μόνωςθσ. Το μικοσ τθσ μόνωςθσ πζραν τθσ αρχικισ που αποςπάται από το ςωλινα μζςα ςε ζνα ςυγκεκριμζνο χρονικό διάςτθμα, δίνει τθν τιμι πρόςφυςθσ, θ οποίαςυγκρίνεται με τισ προδιαγραφζσ. 50

51 χιμα23. ΔοκιμιHoliday Δοκιμι Κακοδικισ Αποκόλλθςθσ (Cathodic Disbondment Test) Θ δοκιμι Κακοδικι Αποκόλλθςθσ ςχεδιάςτθκε για να αξιολογιςει τισ επιδράςεισ τθσ υπερβολικισ ποςότθτασ ρεφματοσ κακοδικισ προςταςίασ ςε μιαμονωμζνθ καταςκευι. Εάν το ρεφμα κακοδικισ προςταςίασ υπερβαίνει το ρεφμα διάβρωςθσ, φυςαλίδεσ αερίου υδρογόνου παράγονται ςτο μεταλλικό υπόςτρωμα,και οδθγοφν ςτθν αποκόλλθςθ τθσ μόνωςθσ. Το τεςτ περιλαμβάνει ζνα επικαλυμμζνο δοκίμιο με μια διανοιγμζνθτρφπα 6 χιλιοςτϊν ςτθνμόνωςθμζχρι το μεταλλικό υπόςτρωμα. Αυτι θ τρφπα προςομοιϊνει ζνα ελάττωμα επίςτρωςθσ. Ζνα πλαςτικό δοχείο που ςυνδζεται με τθν επικάλυψθ με μια εποξικι ι ελαςτομερι κόλλα και γεμίηει με διάλυμα χλωριοφχου νατρίου (θλεκτρολφτθσ)περιβάλλει τθν οπι. Τα καλϊδια από μια μπαταρία ςυνδζονται με το δοκίμιο και ζνα ςφρμα λευκοχρφςου το οποίο μπαίνει μζςα ςτον θλεκτρολφτθ περνϊντασ μζςα από το καπάκι του πλαςτικοφ δοχείου.το ρεφμα ςτθ ςυνζχεια διζρχεται και κάνει το δοκίμιο να λειτουργεί ςαν κάκοδο (ςχιμα 24). Θ επικάλυψθ αξιολογείται μετά από μία δεδομζνθ χρονικι περίοδο, π.χ. 28 ι 56 θμζρεσ για τθν ποςότθτα τθσαποκόλλθςθσ που επιλκε από το όριο τθσ οπισ. Για να προςδιοριςτεί θ ζκταςθ τθσ αποκόλλθςθσ, θ επικάλυψθ κόβεται ακτινικά από δφο οπζσ 13 mm ςε γωνία περίπου 30 μεταξφ τουσ. 51

52 χιμα 24. Εξοπλιςμόσ για τθν πραγματοποίθςθ δοκιμισ κακοδικισ αποκόλλθςθσ. 4.4 ΓΑΛΒΑΝΙΜΟΔΝΘΔΡΜΩ (ΗΟΣ DIP GALVANIZING) Θ μεταλλικι επίςτρωςθ που παράγεται από τθν εν κερμϊ διαδικαςία γαλβανιςμοφ είναι το αποτζλεςμα μιασ μεταλλουργικισ αντίδραςθ που ονομάηεται διάχυςθ. Θ διάχυςθ ςυμβαίνει όταν ςίδθροσ από τον χάλυβα και ψευδάργυροσ από το λιωμζνο λουτρό αναμιγνφονται για να ςχθματίςουν ζνα ςτρϊμα επικάλυψθσ. Σε αυτι τθν αντίδραςθ, ο ψευδάργυροσ διαχζεται προσ τα μζςα και ο ςίδθροσ διαχζεται προσ τα ζξω. Μαηί ςχθματίηουν χωριςτά ςτρϊματα επικάλυψθσ τθσ ςυγκεκριμζνθσ ςφνκεςθσ. Το τελικό προϊόν αποτελείται από τζςςερα ςτρϊματα επάνω ςτον χάλυβα. Το εξωτερικό ςτρϊμα είναι 100% ψευδάργυροσ. Τα εςωτερικά τρία ςτρϊματα είναι ξεχωριςτά διαμεταλλικά ςτρϊματα ελαφρϊσ διαφορετικισ ςφνκεςθσ ψευδαργφρου και ςιδιρου που μεταλλουργικά ςυνδζονται μεταξφ τουσ και με το χάλυβα. Ζτςι, μια γαλβανιςμζνθ επικάλυψθ ζχει εξαιρετικά υψθλι δφναμθ δεςμοφ ςε ςχζςθ με άλλεσ επικαλφψεισ. Για να ςυμβεί θ αντίδραςθ διάχυςθσ, ο ψευδάργυροσ πρζπει να διαβρζξει τθν επιφάνεια του χάλυβα. Θ παρουςία επί τθσ επιφάνειασ του χάλυβα ξζνων υλικϊν όπωσ ςκουριά, βαφζσ, λιπαντικά μπορεί να εμποδίςει τθ διαβροχι του ψευδαργφρου και τθν αντίδραςθ ςτθν επιφάνεια του χάλυβα. Ωσ εκ τοφτου, όλεσ οι ακακαρςίεσ πρζπει να αφαιρεκοφν πριν το γαλβανιςμό. Ο εν κερμϊ γαλβανιςμόσ αποτελείται από δφο βαςικά ςτάδια: τθν προετοιμαςία τθσ επιφάνειασ, δθλαδι τον κακαριςμό τθσ επιφάνειασ του χάλυβα, και τθ βφκιςθ του τμιματοσ χάλυβα ςτο λουτρό ψευδαργφρου. Εντόσ κάκε ενόσ από αυτά τα ευρεία βιματα, μια ςειρά λειτουργιϊν είναι απαραίτθτεσ για τθν παραγωγι μιασ ποιότθτασ γαλβανιςμζνου επιχρίςματοσ. 52