ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Ε.Μ.Π. ΙΑΒΡΩΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΙΑΒΡΩΣΗ ΑΕΡΟΠΛΑΝΩΝ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΝΙΟΤΗΣ ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ ΧΑΛ ΟΥΠΗΣ

ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Ε.Μ.Π. ΙΑΒΡΩΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΙΑΒΡΩΣΗ ΑΕΡΟΠΛΑΝΩΝ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΝΙΟΤΗΣ ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ ΧΑΛ ΟΥΠΗΣ 1

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η διάβρωση στα αεροπλάνα εµφανίζεται µε αρκετές διαφορετικές µορφές. Το πιο συνηθισµένο είδος διάβρωσης που εµφανίζεται στα αεροπλάνα είναι η διάβρωση χαραγής (crevice corrosion), η οποία συµβαίνει όποτε νερό παγιδευτεί ανάµεσα σε δύο επιφάνειες, όπως για παράδειγµα είναι η προστατευτική µπογιά που έχει ξεκολλήσει από µια µεταλλική επιφάνεια ή από µια ένωση. Η διάβρωση αυτή µπορεί γρήγορα να µετατραπεί σε διάβρωση µε βελονισµούς (pitting corrosion) ή διάβρωση εξάνθησης (ή στρωµατοειδής διάβρωση) (exfoliation corrosion) ανάλογα µε το κράµα, το σχήµα και την αντοχή του µετάλλου/ κράµατος που θα χρησιµοποιηθεί. ΙΑΒΡΩΣΗ ΜΕ ΒΕΛΟΝΙΣΜΟΥΣ (PITTING CORROSION) Η διάβρωση µε βελονισµούς (pitting corrosion) είναι µια εντοπισµένη µορφή διάβρωσης από την οποία οι κοιλότητες ή «οπές» παράγονται στο υλικό. Η διάβρωση µε βελονισµούς θεωρείται πιο επικίνδυνη από την οµοιόµορφη διάβρωση επειδή είναι πιο δύσκολη να εντοπιστεί, να προβλεφθεί και να αντιµετωπιστεί. Τα προϊόντα της διάβρωσης καλύπτουν συχνά τα κοιλώµατα. Ένα µικρό, στενό κοίλωµα µε ελάχιστη γενική απώλεια µετάλλου λόγω διάβρωσης µπορεί να οδηγήσει στην αστοχία ενός ολόκληρου µηχανικού συστήµατος. Η διάβρωση µε βελονισµούς είναι σχεδόν ένας κοινός παρονοµαστής όλων των εντοπισµένων τύπων διάβρωσης και µπορεί να καταλάβει διαφορετικά σχήµατα. Η διάβρωση µε βελονισµούς µπορεί να δηµιουργήσει κοιλώµατα µε το στόµιο τους ανοικτό ή καλυµµένος µε µια ηµιπερατή µεµβράνη για τα προϊόντα διάβρωσης. Τα κοιλώµατα µπορούν να είναι είτε ηµισφαιρικά είτε κυπελλοειδή. Η διάβρωση µε βελονισµούς ξεκινάει από: Εντοπισµένη χηµική ή µηχανική ζηµία στην προστατευτική ταινία οξειδίων. Οι χηµικοί παράγοντες του νερού που µπορούν να προκαλέσουν την διάλυση της προστατευτικής αυτής ταινίας είναι η οξύτητα, διαλυµένο οξυγόνο σε χαµηλή συγκέντρωση (που τείνουν να σχηµατίσουν µια προστατευτική ταινία οξειδίων λιγότερο σταθερή) και υψηλές συγκεντρώσεις χλωριόντων όπως στο νερό της θάλασσας. Τοπική ζηµιά, ή κακή εφαρµογή, σε ένα προστατευτικό επίστρωµα. Η παρουσία διαφορετικών στοιχείων στη δοµή µετάλλων του συστατικού, όπως είναι διάφορα µη µεταλλικά στοιχεία. Θεωρητικά, ένα σηµείο που οδηγεί στην έναρξη ενός κοιλώµατος µπορεί να προκληθεί από µια ανώµαλη ανοδική περιοχή που περιβάλλεται από κανονική επιφάνεια που ενεργεί ως κάθοδος, 2

ή από την παρουσία µιας ανώµαλης καθοδικής περιοχής που περιβάλλεται από µια κανονική επιφάνεια στην οποία ένα κοίλωµα θα έχει εξαφανιστεί λόγω της διάβρωσης. Στη δεύτερη περίπτωση, η µετέπειτα εξέταση πρέπει να αποκαλύψει την τοπική κάθοδο, δεδοµένου ότι θα παραµείνει αδιαπέραστη στην διάβρωσης όπως στην εικόνα ενός δείγµατος αργιλίου που παρουσιάζεται παρακάτω. Οι περισσότερες περιπτώσεις κοιλωµάτων πιστεύεται ότι προκαλούνται από τις τοπικές καθοδικές περιοχές σε µια κανονική φυσιολογική επιφάνεια. Εκτός από την τοπική µείωση πάχους, τα κοιλώµατα διάβρωσης µπορούν επίσης να είναι επιβλαβή αυξάνοντας την µηχανική καταπόνηση. Η κόπωση και το ράγισµα λόγω καταπόνησης διάβρωσης µπορεί να εµφανιστεί στη βάση των κοιλωµάτων διάβρωσης. Ένα κοίλωµα σε ένα µεγάλο σύστηµα µπορεί να είναι αρκετό για να προκαλέσει την καταστροφική αποτυχία εκείνου του συστήµατος. Ένα ακραίο παράδειγµα τέτοιου ατυχήµατος συνέβη το 1992 στο Μεξικό, όπου ένα µόνο κοίλωµα σε µια γραµµή βενζίνης που περνούσε µέσα από µια γραµµή υπονόµων ήταν αρκετό να δηµιουργήσει στο θάνατο 215 ανθρώπους στη Γουαδαλαχάρα. ΙΑΒΡΩΣΗ ΧΑΡΑΓΗΣ (CREVICE CORROSION) Η διάβρωση χαραγής είναι µια τοπική, εντοπισµένη µορφή διάβρωσης που συνδέεται συνήθως µε κάποιο διάλυµα που έχει µείνει στάσιµο. Τέτοια στάσιµα µικρό-περιβάλλοντα τείνουν να εµφανιστούν σε ρωγµές όπως εκείνοι που διαµορφώνονται κάτω από τα πώµατα, πλυντήρια, µονωτικά υλικά, συνδέσµους, επιφανειακές αποθέσεις, νήµατα, ενώσεις και σφιγκτήρες. Η διάβρωση χαραγής ξεκινάει από τις αλλαγές στην τοπική χηµεία µέσα στη ρωγµή: Μείωση του ανασταλτικού παράγοντα µέσα στη χαραγή Μείωση του οξυγόνου στη χαραγή Μετατόπιση των συνθηκών µέσα στη ρωγµή προς όξινες συνθήκες. Αύξηση συγκέντρωσης των αντιδραστικών ιοντικών ειδών (π.χ. χλωρϊόντων) στη χαραγή 3

Πλήρως ανοιγµένη ρωγµή σε ένα πολύ ανθεκτικό στο θαλασσινό νερό υλικό εδοµένου ότι η διάχυση οξυγόνου στη ρωγµή είναι περιορισµένη, τείνει να δηµιουργηθεί ένα τµήµα «αερισµού» µεταξύ της ρωγµής (µικρό-περιβάλλον) και της εξωτερικής επιφάνειας (µαζικό περιβάλλον). Η καθοδική αντίδραση µείωσης οξυγόνου δεν µπορεί να διατηρηθεί στην περιοχή ρωγµών, που δίνει έναν ανοδικό χαρακτήρα στο σηµείο. Αυτή η ανοδική ανισορροπία µπορεί να οδηγήσει στη δηµιουργία των ιδιαίτερα διαβρωτικών συνθηκών στη ρωγµή, οδηγώντας στην περαιτέρω διάλυση µετάλλων. Αυτό οδηγεί στο σχηµατισµό ενός όξινου µικρό-περιβάλλοντος, µαζί µε µια υψηλή συγκέντρωση χλωριόντων. Όλες οι µορφές συγκεντρωµένης διάβρωσης µπορούν να είναι πολύ σοβαρές, και όλες προκύπτουν από τις διαφορές στις περιβαλλοντικές συνθήκες την επιφάνεια ενός µετάλλου. Ακόµη και οι πιο ήπιες συνθήκες µπορούν να γίνουν εξαιρετικά επιθετικά όπως διευκρινίζονται αργότερα στα παραδείγµατα διάβρωσης. Η πιο κοινή µορφή είναι η διάβρωση λόγω διαφοράς οξυγόνου. Αυτό εµφανίζεται επειδή η υγρασία έχει χαµηλότερη περιεκτικότητα σε οξυγόνο όταν βρίσκεται σε µια ρωγµή από όταν βρίσκεται σε µια επιφάνεια. Η χαµηλότερη περιεκτικότητα σε οξυγόνο στη ρωγµή διαµορφώνει µια άνοδο στην επιφάνεια του µετάλλου. Η επιφάνεια του µετάλλου σε επαφή µε τµήµα του στρώµατος υγρασίας που εκτίθεται στον αέρα διαµορφώνει µια κάθοδο. ΣΤΑ ΙΟ ΠΡΩΤΟ 4

Σε χρόνο µηδέν, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο νερό που καταλαµβάνει µια ρωγµή είναι ίση µε αυτή του διαλυτού οξυγόνου και είναι η ίδια παντού ΣΤΑ ΙΟ ΕΥΤΕΡΟ Λόγω της δύσκολης πρόσβασης που προκαλείται από η γεωµετρία της ρωγµής, το οξυγόνο που καταναλώνεται από την κανονική οµοιόµορφη διάβρωση πολύ σύντοµα µειώνεται στη ρωγµή. Οι αντιδράσεις διάβρωσης συµβαίνουν τώρα στη ρωγµή (ανοδική) και στην ανοιχτή επιφάνεια (καθοδική). Η µεγάλη καθοδική επιφάνεια (S c ) προς την ανοδική επιφάνεια (S c ) (S c /S a ) που διαµορφώνεται είναι ένας παράγοντας επιδείνωσης της ανοδικής διαβρωτικής αντίδρασης. ΣΤΑ ΙΟ ΤΡΙΤΟ Στο τρίτο στάδιο µερικοί παράγοντες που επιταχύνουν τον σχηµατισµό αναπτύσσονται πλήρως: Τα ιόντα µετάλλων που παράγονται από την ανοδική αντίδραση διάβρωσης υδρολύονται εύκολα δίνοντας πρωτόνια (οξύ) και διαµορφώνοντας τα προϊόντα διάβρωσης. Το ph σε µια ρωγµή µπορεί να φθάσει σε πολύ όξινες τιµές, µερικές φορές όσο και στα οξέα. Η όξυνση του περιβάλλοντος µπορεί να παράγει µια σηµαντική αύξηση στο ποσοστό διάβρωσης των περισσότερων µετάλλων. Το ακόλουθο διάγραµµα παρουσιάζει, πώς η διάβρωση του χάλυβα επηρεάζεται από το ph του νερού. 5

Τα προϊόντα της διάβρωσης «σφραγίζει» περαιτέρω τις ρωγµές. Η συσσώρευση θετικού δυναµικού στη χαραγή έλκει αρνητικά ιόντα στο περιβάλλον, όπως είναι τα χλωριόντα και τα θειικά άλατα, τα οποία µπορούν να είναι διαβρωτικά από µόνα τους. ΓΑΛΒΑΝΙΚΗ ΙΑΒΡΩΣΗ (GALVANIC CORROSION) Η γαλβανική διάβρωση (που επίσης αποκαλείται διάβρωση ανόµοιων µετάλλων) αναφέρεται στη διάβρωση που προκαλείται όταν συνδέονται µεταξύ τους δύο ανόµοια υλικά σε έναν διαβρωτικό ηλεκτρολύτη. Η κατευθυντήρια δύναµη για τη διάβρωση είναι µια πιθανή διαφορά µεταξύ των διαφορετικών υλικών. Η διαµεταλλική κατευθυντήρια δύναµη ανακαλύφθηκε στα τέλη του 18 ου αιώνα από τον Luigi Galvani σε µία σειρά των πειραµάτων µε τους εκτεθειµένους µυς και τα νεύρα ενός βατράχου που έκαναν σπασµούς όταν συνδέθηκαν µε έναν διαµεταλλικό αγωγό. Η αρχή τέθηκε αργότερα σε µια πρακτική εφαρµογή από τον Alessandro Volta που κατασκεύασε, το 1800 την µπαταρία, µια σειρά µεταλλικών δίσκων δύο ειδών, χωρισµένων µεταξύ τους από δίσκους χαρτονιού βρεγµένους µε όξινα ή διαλύµατα αλάτων. Αυτό είναι η βάση όλων των σύγχρονων µπαταριών, και ήταν µια παρά πολύ σηµαντική επιστηµονική ανακάλυψη, επειδή ήταν η πρώτη µέθοδος που βρέθηκε για την παραγωγή συνεχούς ηλεκτρικού ρεύµατος. Η αρχή αυτή χρησιµοποιήθηκε επίσης στη προστασία των µεταλλικών δοµών από το Sir Humphry Davy και τον Michael Faraday στις αρχές του 19 ου αιώνα. Η διάβρωση ενός µετάλλου όπως ο ψευδάργυρος, το µαγνήσιο ή το αργίλιο είναι µια διαδεδοµένη µέθοδος για την καθοδική προστασία των µεταλλικών δοµών. 6

Σε ένα διαµεταλλικό ζεύγος, το λιγότερο ευγενές υλικό θα γίνει η άνοδος αυτού του διαβρωτικού συστήµατος και θα τείνει να διαβρώθει σε ένα επιταχυνόµενο ποσοστό, έναντι του αποσυνδεµένου όρου. Το ευγενέστερο υλικό θα ενεργήσει ως κάθοδος. Η γαλβανική διάβρωση µπορεί να είναι µια από τις πιο κοινές µορφές διάβρωσης αλλά είναι και µια από τις πιο καταστρεπτικές. Γαλβανική διάβρωση στον οριζόντιο σταθεροποιητή αεροπλάνου τύπου ES-3B Viking Η σχετική ευγένεια ενός υλικού µπορεί να προβλεφθεί µε τη µέτρηση του δυναµικού διάβρωσής της. Υπάρχουν πίνακες που καταγράφουν τη σχετική ευγένεια ορισµένων υλικών µέσα στο θαλάσσιο νερό. Μια µικρή αναλογία εµβαδού ανόδου/καθόδου είναι ανεπιθύµητη. Σε αυτήν την περίπτωση, το γαλβανικό ρεύµα συγκεντρώνεται πάνω σε µια µικρή ανοδική περιοχή. Η γρήγορη απώλεια πάχους της διαλυόµενης ανόδου τείνει να εµφανιστεί σε αυτές τις συνθήκες. ΨΑΘΥΡΗ ΘΡΑΥΣΗ ΑΠΟ ΙΑΒΡΩΣΗ ΜΕ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗ (STRESS CORROSION CRACKING - SCC) Η ψαθυρή θραύση από διάβρωση µε µηχανική καταπόνηση είναι η θραύση που προκαλείται από τη συνδυασµένη επιρροή της πίεσης και ενός διαβρωτικού περιβάλλοντος. Το αποτέλεσµα σε ένα υλικό ξεκινάει συνήθως από ένα απλό ράγισµα και µπορεί να φτάσει µέχρι το κατώτατο όριο κόπωσης εκείνου του υλικού και εµφανίζεται συνήθως σε συγκεκριµένο συνδυασµό κράµατοςπεριβάλλον-πίεσης. Συνήθως, το µεγαλύτερο µέρος της επιφάνειας παραµένει ανέπαφο, αλλά µε λεπτές ρωγµές που διαπερνούν στο υλικό. Στη µικροδοµή, αυτές οι ρωγµές µπορούν να έχουν υπερκοκκοειδή ή µια διακοκκοειδή µορφολογία. Μακροσκοπικά, τα σπασίµατα έχουν µια εύθραυστη εµφάνιση. Είναι ταξινοµηµένη ως µια καταστροφική µορφή διάβρωσης, καθώς η ανίχνευση τέτοιων λεπτών ρωγµών µπορεί να είναι πολύ δύσκολη και η πρόβλεψη ζηµιάς όχι εύκολη. 7

Παράδειγµα ψαθυρής θραύσης σε τµήµα αεροπλάνου ΙΑΒΡΩΣΗ ΜΕ ΕΞΑΝΘΗΣΗ Η ΣΤΡΩΜΑΤΟΕΙ ΗΣ ΙΑΒΡΩΣΗ (EXFOLIATION CORROSION) Τα προϊόντα της διάβρωσης που σχηµατίζονται στις διεπιφάνειες ασκούν πίεση και το αποτέλεσµα είναι η εξάνθηση. Η ζηµιά συχνά συµβαίνει στα επιφανειακά στρώµατα σε αιχµηρές άκρες και τρύπες και µπορεί να προχωρήσει και να προσβάλει ολόκληρο το σύστηµα. ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΙΑΒΡΩΣΗ Μια αύξηση στην θερµοκρασία τείνει να προκαλέσει διάβρωση αφού αυξάνεται ο ρυθµός των ηλεκτροχηµικών αντιδράσεων και των διαδικασιών διάχυσης. Για σταθερή υγρασία, µια αύξηση στην θερµοκρασία θα προκαλέσει αύξηση του ρυθµού διάβρωσης. Αυξάνοντας την θερµοκρασία όµως γενικότερα προκαλείται µείωση της σχετικής υγρασίας και µεγαλύτερη εξάτµιση του επιφανειακού ηλεκτρολύτη. Ελαττώνοντας δηλαδή τον χρόνος διαβροχής (time of wetness) µε αυτόν τον τρόπο, ο ολικός ρυθµός διάβρωσης τείνει να µειωθεί. Ο χρόνος διαβροχής (time of wetness) σε µια επιφάνεια που διαβρώνεται είναι βασική παράµετρος που προσδιορίζει την διάρκεια των ηλεκτροχηµικών διαβρωτικών διαδικασιών. Είναι µια αρκετά πολύπλοκη µεταβλητή αφού πρέπει να ληφθούν υπ όψιν όλοι οι τρόποι σχηµατισµού και εξάτµισης του διαλύµατος επιφανειακού ηλεκτρολύτη. Ο χρόνος διαβροχής αναφέρεται στο χρονικό διάστηµα κατά το οποίο οι ατµοσφαιρικές συνθήκες είναι ευνοϊκές για τον σχηµατισµό ενός επιφανειακού στρώµατος υγρασίας σε ένα µέταλλο ή κράµα. Αυτό το στρώµα υγρασίας είναι εξαιρετικά σηµαντικό για τους χηµικούς µηχανισµούς της διαβρωτικής διαδικασίας. Γενικότερα έχει οριστεί ως το χρονικό διάστηµα κατά τη διάρκεια του οποίου η σχετική υγρασία είναι παραπάνω από 80% και η θερµοκρασία είναι επάνω από 0 βαθµούς Κελσίου. Αυτό το µέτρο µπορεί είτε να καθοριστεί από τα καιρικά δεδοµένα είτε να µετρηθεί άµεσα µέσω των διαφόρων µέσων. 8

Ο χρόνος διαβροχής εξαρτάται έντονα από την κρίσιµη σχετική υγρασία. Εκτός από την βασική κρίσιµη υγρασία (που συνδέεται µε τις καθαρές επιφάνειες), το δευτερογενές και ακόµα και τριτογενές κρίσιµο επίπεδο υγρασίας µπορεί να παρατηρηθεί, όπου το ποσοστό διάβρωσης αυξάνεται απότοµα. Τα υδρόφιλα προϊόντα διάβρωσης και η τριχοειδής συµπύκνωση της υγρασίας στα προϊόντα διάβρωσης θεωρείται ότι οδηγούν σε αυτά τα αποτελέσµατα. Ένας τριχοειδής µηχανισµός συµπύκνωσης µπορεί επίσης να εξηγήσει το σχηµατισµό ηλεκτρολυτών στις µικροσκοπικές ρωγµές της επιφάνειας και τις συσχετίσεις των µορίων µεταλλικής επιφάνειας και σκόνης. Άλλες πηγές ηλεκτρολύτη επιφάνειας είναι η χηµική συµπύκνωση (από τα χλωριόντα, τα θειικά άλατα και τα ανθρακικά άλατα), τα προσροφηµένα µοριακά στρώµατα ύδατος και η άµεση πτώση υγρασίας (πάχνη, βροχή). «Αεροµεταφερόµενα χλωριόντα» (Airborne Chlorides): Η ατµοσφαιρική αλατότητα αυξάνει ιδιαίτερα τα ποσοστά ατµοσφαιρικής διάβρωσης. Εκτός από την ενίσχυση του σχηµατισµού ηλεκτρολυτών επιφάνειας από την υδρόφιλη δράση, η άµεση συµµετοχή των ιόντων χλωρίου στις ηλεκτροχηµικές αντιδράσεις διάβρωσης είναι αρκετά πιθανή. Στα κράµατα που περιέχουν σίδηρο, τα σύµπλοκα χλωριόντων-σιδήρου τείνουν να είναι ασταθή (διαλυτά), µε συνέπεια την περαιτέρω πρόκληση διάβρωσης. Μέταλλα όπως ο ψευδάργυρος και ο χαλκός, των οποίων άλατα χλωριόντων τείνουν να είναι λιγότερο διαλυτά από εκείνοι του σιδήρου, γενικά παρουσιάζουν χαµηλότερα ποσοστά διάβρωσης προκαλούµενα από το χλωριόν. Η έναρξη και η διάδοση της τοπικής διάβρωσης υπό την επιρροή των ιόντων χλωριόντων είναι οι σηµαντικότερες. Η διάβρωση µε βελονισµούς και η διάβρωση χαραγής σε παθητικοποιηµένα κράµατα όπως είναι ο ανοξείδωτος χάλυβας, κράµατα αργιλίου ή του τιτανίου είναι παραδείγµατα τέτοιας ζηµίας. Σύµφωνα µε το σύστηµα ISO9223 τα αεροµεταφερόµενα χλωριόντα πρέπει να µετρηθούν ως ένας ετήσιος µέσος όρος καθώς η ποσότητα αεροµεταφερόµενων χλωριόντων ποικίλλει έντονα µε τον καιρό. Το διοξείδιο του θείου (SO 2 ), ένα προϊόν της καύσης του θείου που περιέχει τα οργανικά καύσιµα, διατηρεί έναν σηµαντικό ρόλο στην ατµοσφαιρική διάβρωση στις αστικού και βιοµηχανικού τύπου ατµόσφαιρες. Προσροφάται στις µεταλλικές επιφάνειες, έχει µια υψηλή διαλυτότητα στο νερό και τείνει να σχηµατίσει θειικό οξύ (όξινη βροχή) παρουσία των λεπτών στρωµάτων υγρασίας. Τα ιόντα θειικού άλατος σχηµατίζονται στο επιφανειακό στρώµα υγρασίας από την οξείδωση του διοξειδίου του θείου και ο σχηµατισµός τους θεωρείται η κύρια αιτία επιτάχυνσης της διάβρωσης από το διοξείδιο του θείου. Η αύξηση οξύτητας του ηλεκτρολύτη θα µπορούσε επίσης να οδηγήσει στην επιταχυνόµενη διάβρωση αλλά αυτή η δράση είναι πιθανό να είναι δευτερεύουσας σπουδαιότητας λόγω των ρυθµιστικών ιδιοτήτων των προϊόντων διάβρωσης του υδροξειδίου. Η συγκέντρωση διοξείδιο του θείου µπορεί να εκφραστεί είτε ως ποσοστό απόθεσης είτε ως µια συγκέντρωση ουσίας µεταφερόµενη από τον αέρα. Καθένας τρόπος πρόκειται να γίνει σύµφωνα µε το σύστηµα ISO9225. Οι µονάδες που χρησιµοποιούνται για τις κατηγορίες διοξειδίου θείου στον ISO9223 είναι ως ποσοστό απόθεσης θειικού άλατος επί mg m -2 ηµέρα -1. Οι ατµοσφαιρικοί µολυσµατικοί παράγοντες (Atmospheric contaminants) όπως το υδρόθειο, το υδροχλώριο και το χλώριο όταν βρίσκονται στην ατµόσφαιρα µπορούν να εντείνουν την ατµοσφαιρική διάβρωσης, αλλά αντιπροσωπεύουν τις ειδικές περιπτώσεις της ατµοσφαιρικής διάβρωσης, κανονικά σχετικές µε τις βιοµηχανικές εκποµπές στα συγκεκριµένα µέρη. Το υδρόθειο είναι ως γνωστόν εξαιρετικά διαβρωτικό στα περισσότερα µέταλλα/κράµατα. Επίσης το αέριο χλώριο και το υδροχλωρίου µε παρουσία υγρασίας γίνονται ισχυρότερα από εκείνα των ανιόντων χλωριόντων, λόγω του όξινου χαρακτήρα των πρώτων. Οι ενώσεις αζώτου, υπό µορφή των NOx τείνουν επίσης να επιταχύνουν την ατµοσφαιρική διάβρωση. Εντούτοις, τα µετρούµενα ποσοστά απόθεσης αυτών των ενώσεων αζώτου 9

είναι γενικά χαµηλότερα απ' ότι για το SO2, το οποίο πιθανώς δικαιολογεί τη µειωµένη σηµασία που δίνεται συνήθως σε αυτές. Η απόθεση του στερεού υλικού από την ατµόσφαιρα µπορεί να έχει µια σηµαντική επίδραση στα ποσοστά διάβρωσης, ιδιαίτερα στα αρχικά στάδια. Τέτοιες αποθέσεις µπορούν να υποκινήσουν τη διάβρωση από: µείωση των κρίσιµων επιπέδων υγρασίας από την υδρόφιλη δράση παροχή ανιόντων που προκαλούν τη διάλυση µετάλλων µικρό-γαλβανικές επιπτώσεις από τις αποθέσεις είναι πιο ευγενείς από το µέταλλο που διαβρώνεται. ΕΞΑΡΤΗΣΗ ΤΗΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΑΠΟ ΤΟΝ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΑΠΟ ΤΟΝ ΧΡΟΝΟ Η διαβρωτική ικανότητα της ατµόσφαιρας στα αεροσκάφη ποικίλλει µε τη θέση στα διάφορα µικρό και µάκρο-επίπεδα. Οι ηλεκτροχηµικοί αισθητήρες διάβρωσης που βρίσκονται στο αεροσκάφος έχουν παρουσιάσει την αύξηση στην ηλεκτροχηµική διαβρωτική ικανότητα όταν ένα αεροσκάφος πλησιάζει µια θαλάσσια ατµόσφαιρα. Στο επίπεδο του µικρό-περιβάλλοντος, µπορεί να αναφερθούν οι διαφορές διαβρωτικής ικανότητας σε µια ορισµένη βάση που οφείλεται στην επιρροή της κατεύθυνσης αέρα ή τα διαφορετικά µικροκλίµατα που επικρατούν στους διαφορετικούς τύπους υπόστεγων. 10

Οι µεταβολές στο παραπάνω διάγραµµα οφείλονται σε µεταβολές στο δυναµικό ή το ρεύµα που προκαλεί η διάβρωση και µετρήθηκε µεταξύ µεταλλικών στοιχείων και ανιχνευτών. Μεγαλύτερες µεταβολές στο διάγραµµα συσχετίζονται µε µεγαλύτερη ηλεκτροχηµική, διαβρωτική δραστηριότητα. Στην παραπάνω περίπτωση ο ανιχνευτής ανταποκρίθηκε σε µια αλλαγή περιβάλλοντος εν πτήσει, σε πολύ µικρό χρονικό διάστηµα. Σε ένα αεροσκάφος υπάρχουν πολυάριθµα µικρό-περιβάλλοντα. Παραδείγµατος χάριν, οι αισθητήρες διάβρωσης στο CP-140 Aurora παρουσίασαν πολύ υψηλότερα ποσοστά διάβρωσης στη µπροστινή ρόδα απ' ότι σε άλλες θέσεις. Η τοπική διάβρωσης κάτω από τους συνδέσµους είναι ένα άλλο παράδειγµα µικρό-περιβάλλοντος που βρίσκεται στα αεροσκάφη. Οι ανιχνευτές διάβρωσης ήταν τύπου ηλεκτρικής αντίστασης. Η απώλεια πάχους στον ανιχνευτή εξαιτίας της διάβρωτικής διαδικασίας είναι ευθέως ανάλογη στην αύξηση της ηλεκτρικής αντίστασης Σε µια δεδοµένη θέση, η διάβρωση δεν είναι γίνεται συνήθως οµοιόµορφα στο χρόνο. Ο ρυθµός διάβρωσης αλλάζει καθώς σηµαντικές παράµετροι που ελέγχουν την ατµοσφαιρική διάβρωση ποικίλλουν µε το χρόνο. Παραδείγµατος χάριν, ο χρόνος διαβροχής στην βάση CFB Greenwood αλλάζει σηµαντικά σε µηνιαία βάση, µε σαφείς τις τάσεις κάθε εποχής. Υπάρχουν επίσης σηµαντικές µεταβολές του χρόνου διαβροχής σε αυτήν την βάση για τα διαφορετικά µέρη της ηµέρας. Τα ατµοσφαιρικά δεδοµένα επίσης αποκάλυψαν ότι η συγκέντρωση χλωριόντων στο νερό της βροχής κοντά σε αυτήν την βάση µπορεί να ποικίλει µέχρι δέκα φορές από χρόνο σε χρόνο στον ίδιο µήνα. 11

Ο χρόνος διαβροχής εξήχθη από δεδοµένα θερµοκρασία και σχετικής υγρασίας σύµφωνα µε τους κανόνες του συστήµατος ISO9223. Ο χρόνος διαβροχής µπορεί να αλλάξει σηµαντικά σε µηνιαία βάση λόγω της εποχής του χρόνου. Υπάρχουν επίσης σηµαντικές διαφοροποιήσεις στον χρόνο διαβροχής για διαφορετικές ώρες µιας ηµέρας. ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΑΕΡΟΠΛΑΝΩΝ Το ατύχηµα της ALOHA AIRLINES Η δοµική αστοχία στις 28 Απριλίου,1988 ενός Boeing 737 ηλικίας 19 ετών, της Aloha Airlines, ήταν ένα καθοριστικό γεγονός που οδήγησε την κοινή γνώµη να δώσει προσοχή στην γήρανση των αεροσκαφών και στο δηµόσιο τοµέα και στη αεροπορική κοινότητα. Αυτό το αεροσκάφος έχασε ένα σηµαντικό τµήµα από την πάνω άτρακτο του ενώ πετούσε σε ύψος 24.000 ποδιών, κοντά στο ρύγχος του αεροπλάνου. Ως εκ θαύµατος, ο πιλότος κατάφερε να προσγειώσει το αεροπλάνο στο νησί Maui της Χαβάης. Μια αεροσυνοδός βρήκε τραγικό θάνατο αφού παρασύρθηκε έξω από το αεροπλάνο. Πολλαπλάσιες ρωγµές κόπωσης ανιχνεύθηκαν στην υπόλοιπη άτρακτο, στις τρύπες της πάνω σειράς των καρφιών σε διάφορα σηµεία ενώσεως της ατράκτου. Το συγκεκριµένο αεροσκάφος είχε µέχρι την στιγµή του ατυχήµατος 35496 ώρες πτήσης και 89680 απογειώσεις-προσγειώσεις. Στο αεροσκάφος αυτό βρέθηκαν στοιχεία πολλαπλάσιας ζηµίας κόπωσης σε περιοχές που οδηγεί στη δοµική αστοχία. Η έκθεση των εµπειρογνωµόνων που παρουσιάστηκε το 1989 απέδωσε το συµβάν στην αποτυχία του προγράµµατος συντήρησης των αεροσκαφών ώστε να ανιχνευθεί η ζηµία από την διάβρωση. Οι έρευνες έδειξαν κόπωση που επιταχύνθηκε λόγω της διάβρωσης των λαµαρινών επικάλυψης της ατράκτου. Οι ενώσεις ενώνονται µε τις λαµαρίνες επικάλυψης και διέρχονται κατά το µήκος της ατράκτου. 12

Νωρίτερα, στις 22 Αυγούστου 1981, ένα παρόµοιο αεροσκάφος µιας Κινέζικης αεροπορικής εταιρείας είχε υποστεί διάλυση εν πτήσει µε περισσότερους από εκατό νεκρούς. Για εκείνο το αεροσκάφος οι ειδικοί απέδωσαν το παρακάτω πόρισµα: εκτεταµένη ζηµιά από διάβρωση στα χαµηλά κοµµάτια της ατράκτου και σε ορισµένα σηµεία υπήρχαν, διάτρητες εσοχές, τρύπες και ρωγµές εξαιτίας περικρυσταλλικής διάβρωσης και διάβρωσης εξάνθησης στην επιφάνεια, επιπλέον, η πιθανή ύπαρξη ρωγµών που δεν εντοπίστηκαν λόγω του πολύ µεγάλου αριθµού πτήσεων του αεροπλάνου (συνολικά 33313 απογειώσεις-προσγειώσεις), η αλληλεπίδραση όλων των προβληµάτων και η ζηµιά λειτούργησαν καταλυτικά στην γρήγορη θραύση σε ένα συγκεκριµένο υψόµετρο και σε συγκεκριµένη διαφορά πίεσης των ράγων ένωσης του πατώµατος στην καµπίνα των επιβατών και κόβοντας τα καλώδια ελέγχου και ηλεκτρισµού 13

Εικόνα από την επίσηµη αναφορά που συντάχθηκε από τους εµπειρογνώµονες για το ατύχηµα του αεροπλάνου της Aloha Airlines. Φαίνεται καθαρά το τµήµα της ατράκτου που αποκολλήθηκε εν πτήσει. Το ράγισµα από την κόπωση δεν ήταν αναµενόµενο για να θεωρηθεί πρόβληµα, υπό τον όρο ότι οι λαµαρίνες παρέµειναν συνδεµένες µεταξύ τους. Επιθεώρηση άλλων παρόµοιων αεροσκαφών αποκάλυψε προβλήµατα διάβρωσης και ραγίσµατος στις ενώσεις και τα πριτσίνια της ατράκτου. 14

Το φούσκωµα που παρατηρείται στις ενώσεις της ατράκτου Οι διαδικασίες διάβρωσης και η συγκέντρωση των ογκωδών προϊόντων διάβρωσης µέσα στις ενώσεις οδηγούν σε φούσκωµα και έχουν αναπτυχθεί ειδικά όργανα, ικανά για να ανιχνεύσουν αυτό το επικίνδυνο φαινόµενο. Αυτό το πρόβληµα γήρανσης των αεροσκαφών δεν πρόκειται να εξαφανιστεί, ακόµα κι αν οι αερογραµµές πρόκειται να παραγγείλουν νέο στόλο αεροσκαφών. Τα παλαιότερα αεροπλάνα σπάνια αποσύρονται και συνήθως θα συνεχίσουν να πετούνε µε κάποια άλλη εταιρία. Εποµένως, τα ζητήµατα ασφάλειας σχετικά µε τη γήρανση των αεροσκαφών πρέπει να γίνουν κατανοητά και τα προγράµµατα ασφάλειας πρέπει να εφαρµοστούν µε συνέπεια και αυστηρότητα. 15

Η συντριβή του Boeing 747 της EL AL Στις 4 Οκτωβρίου 1992 ένα αεροπλάνο cargo 747 της EL AL έπεσε στο Άµστερνταµ, σκοτώνοντας τα τέσσερα άτοµα του πληρώµατος και πάνω από 50 ανθρώπους στο έδαφος. Η αιτία της συντριβής ήταν οι µηχανές µε αριθµό 3 και 4 που αποχωρίστηκαν από το φτερό προκαλώντας απώλεια ελέγχου. Μειώνοντας την ταχύτητα για την τελική προσέγγιση ανάγκης, ο έλεγχος χάθηκε και το αεροσκάφος συνετρίβη σε ένα κτήριο διαµερισµάτων. Ο λόγος για τον διαχωρισµό της µηχανής µε αριθµό 3 ήταν η θραύση του «καρφιού ασφαλείας». Το καρφί αυτό σχεδιάστηκε για να σπάει όταν ο κινητήρας σταµατάει να δουλεύει κατά την διάρκεια της πτήσης, παράγοντας ένα µεγάλο ποσό ροπής. Και οι δύο από τις µηχανές αποκολλήθηκαν από τα δεξιά αναγκάζοντας το αεροπλάνο να συντριβεί κατευθυνόµενο προς τον αερολιµένα. υστυχώς αυτό δεν ήταν το πρώτο Boeing 747 που συνετρίβη κατ' αυτό τον τρόπο. Τον εκέµβριο του 1991 ένας cargo Boeing 747-200F των αερογραµµών της Κίνας συνετρίβει αµέσως µετά από την απογείωση. Ένας πιθανός λόγος για την αποκόλληση των δύο δεξιών κινητήρων ότι τα κοιλώµατα και η κόπωση της διάβρωσης αποδυνάµωσαν τα καρφιά ασφαλείας που κρατούν τη δοκό στα φτερά. Τα κοιλώµατα προκαλούν διακοπή στη δοµική ακεραιότητα και το ποσοστό σχηµατισµού τους και αύξησης είναι απρόβλεπτο. Αυτά τα κοιλώµατα διαµορφώνονται συνήθως µέσω µιας έλλειψης παθητικότητας, ασυνέχειες επιφάνειας, ή ανεπαρκής κάλυψη ανασταλτικών παραγόντων. Η κόπωση αποδυναµώνει επίσης τις κατασκευές και σε αυτήν την περίπτωση, µε την κυκλική φόρτωση και την εκφόρτωση της πίεσης που παρουσιάζεται στην καθηµερινότητα ενός αεροπλάνου. Η σταθερή διαφορά πίεσης που συνδέεται µε τη διάβρωση µπορεί να αναγκάσει τα κοιλώµατα να επεκταθούν σε µια ρωγµή 14 ιντσών όπως αυτή που βρέθηκε σε µια από τα καρφιά ασφαλείας του 747 της EL AL. Και στις δύο συντριβές των δύο Boeing 747, οι κινητήρες 3 και 4 στην δεξιά πλευρά του αεροπλάνου αποκόπηκαν από την άτρακτο. Η Boeing είχε αρχίσει να διανέµει ένα δελτίο ασφάλειας σχετικά µε την επιθεώρηση όλων των καρφιών ασφαλείας σε 747 100/200/300 που χρησιµοποιούσαν τις µηχανές Pratt & Whitney και Rolls-Royce. Τα αεροπλάνα της EL AL και των αερογραµµών της Κίνας ήταν Boeing 747-200s µε τις µηχανές Pratt & Whitney. Αυτό το σχέδιο του «καρφιού ασφαλείας» έχει χρησιµοποιηθεί από το 1982 και σε µια περίοδο επτά ετών υπήρξαν δεκαπέντε εκθέσεις ραγισµένων καρφιών. Ανακαλύφθηκε ότι οι αστοχίες των καρφιών προέκυψαν από την απουσία πρώτης επίχρυσης, επένδυσης καδµίου, και ενός αντιδιαβρωτικού. Από τη συντριβή αυτού του 747, η Boeing έχει αρχίσει να αναβαθµίζει τα 747. Οι συγκεκριµένοι στόχοι αυτού του µοντέλου περιλαµβάνει την κατασκευή των νέων µερών για τους πυλώνες σύνδεσης φτερού-κινητήρα για τις µηχανές Pratt & Whitney. ιάβρωση χαραγής «Σκαµµένα καρφιά» βρέθηκαν σε ορισµένα σηµεία της ατράκτου του αεροσκάφους θαλάσσιας περιπόλου CP-140 Aurora. Η επόµενη επιθεώρηση αποκάλυψε τη διάβρωση στη περιοχή σύνδεσης των επιφανειακών λαµαρινών. Ως αιτία θεωρήθηκε η είσοδος ύδατος από µια κεραία GPS. Το νερό διαπέρασε µέσω των ρωγµών στο κάλυµµα της κεραίας GPS. Μόλις µπήκε το νερό, η διάβρωση χαραγής οδήγησε τελικά στην απώλεια 16

του συνδέσµου µεταξύ των δύο κοµµατιών της κατασκευής. Η απώλεια αυτού του συνδέσµου επέτρεψε σε περισσότερο νερό να εισρρεύσει στη κατασκευή και γενικεύτηκε το πρόβληµα διάβρωσης. 17

Παραδείγµατα διάβρωσης στο CP-140 Ηλεκτρικοί σύνδεσµοι Το F-16 Fighting Falcon είναι το µαχητικό µε περισσότερες από 3.925 πωλήσεις παγκοσµίως. Ένα πρόβληµα που ανακαλύφθηκε από έναν µηχανικό εκπαιδευµένο στον έλεγχο διάβρωσης ήταν η διάβρωση των ηλεκτρικών συνδετήρων από κασσίτερο που έχουν επίχρυσες υποδοχές. Η διάβρωση µεταξύ αυτών των επαφών (είναι τόσο λεπτές που είναι ελάχιστα ορατές) εµφανίζεται να εµπλέκεται σε τουλάχιστον έξι συντριβές F-16 όταν οι κύριες βαλβίδες καυσίµων έκλεισαν µόνες τους. Η κύρια βαλβίδα καυσίµων (main fuel shutoff valve) είναι η βαλβίδα καυσίµων της κύριας γραµµής. Έχει έναν διακόπτη στο πιλοτήριο έτσι ώστε ο πιλότος να µπορεί να κλείσει τη βαλβίδα εάν παρουσιαστεί κάποιο πρόβληµα στον κινητήρα. Επιπλέον, τα προϊόντα διάβρωσης του κασσίτερου και των καρφιών χάλυβα δηµιουργούν αγωγιµότητα µεταξύ των καρφιών Α, Β και Γ, B που µπορεί να είναι επαρκές να οδηγήσει την βαλβίδα στο κλείσιµο. Ένα λιπαντικό Spray παρεµπόδισης διάβρωσης, MIL-L-87177A βαθµού β, έχει προσδιοριστεί και χρησιµοποιείται ετησίως ως προσωρινή λύση. Η επεξεργασία των ηλεκτρικών συνδετήρων µε το MIL-L-87177A βαθµού β ήταν τόσο αποτελεσµατική στην αποκατάσταση της αγωγιµότητας των επικαλυµµένων µε κασσίτερο καρφιών και αποτροπή της συνεχούς 18

διάβρωση που σε δοκιµή σε µια βάση τα αεροσκάφη στα οποία χρησιµοποιήθηκε παρουσίασαν 16% βελτίωση στις ικανότητες αποστολής. Επιπλέον, τα εκατοµµύρια των δολαρίων που σώθηκαν από τις αποφυγές δαπανών χρησιµοποιήθηκαν στην πρόληψη της διάβρωσης. ιάβρωση στην βαλβίδα ασφαλείας καυσίµου του F-16 Γαλβανική διάβρωση υποστηρίγµατος Η διάβρωση των πλαισίων υποστήριξης παρατηρήθηκε στο υποστήριγµα µηχανών ενός αεροσκάφους Challenger. Ένα υποστήριγµα από ανοξείδωτο χάλυβα τοποθετείται στην υποδοχή του υποστηρίγµατος, επιτρέποντας στη µηχανή να τοποθετηθεί πάνω στην άτρακτο του αεροπλάνου. Η διάβρωση που απεικονίζεται δεξιά είναι ένα παράδειγµα «κρυφής διάβρωσης», δηλαδή δεν µπορεί να εντοπιστεί µέχρι το εξάρτηµα να αποµακρυνθεί για λόγους συντήρησης. Το διαβρωµένο υλικό είναι ένα κράµα µαγνησίου/νικελίου που περιέχει ραδιενεργό θόριο. Η γαλβανική διάβρωση είναι αναµενόµενη µεταξύ του κράµατος και του ανοξείδωτου χάλυβα, αν βρίσκονται σε ηλεκτρονική επαφή και λειτουργούν σε διαβρωτικό περιβάλλον. 19

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ www.corrosion-doctors.org/aircraft/introduction.htm www.corrosionsource.com/technicallibrary/corrdoctors/modules/aircraft/frames.ht m http://aviation-safety.net/database/record.php?id=19880428-0 http://aviation-safety.net/database/record.php?id=19911229-0 http://aviation-safety.net/database/record.php?id=19921004-2 ιάβρωση και προστασία υλικών, Θ. Σκουλικίδης Π. Βασιλείου, Β Έκδοση, Εκδόσεις Συµεών, Αθήνα 2000 National Transportation Safety Board, Aircraft accident report, Aloha Airlines Flight 243, United States Government, Washington DC, June 14th, 1989 (Επίσηµη αναφορά πραγµατογνωµόνων για το ατύχηµα της Aloha Airlines) 20