1-4-2- مخارج تعمیرات و نگهداری و بهره برداری………………………… 5
1-4-3- تعطیلی كارخانه……………………….. 5
1-4-4- آلوده شدن محصول………………………… 5
1-4-5- نشت یا از بین رفتن محصولات با ارزش………………………….. 6
1-4-6- اثرات بر امنیت وقابلیت اعتماد……………………….. 6
1-5- انواع خوردگی………………………… 6
1-5-1-خوردگی یکنواخت…………………………. 7
1-5-2-خوردگی گالوانیکی………………………… 7
1-5-3-خوردگی شکافی………………………… 7
1-5-4-جدایش انتخابی………………………… 8
1-5-5-خوردگی بین دانه ای………………………… 8
1-5-6-خوردگی حفره ای………………………… 8
1-5-7-خوردگی فرسایشی………………………… 8
1-5-8-خوردگی تنشی………………………… 9
1-6- عوامل مؤثر بر خوردگی………………………… 9
1-6-1جنس فلز……………………….. 9
1-6-1-1-آلیاژهای اصلی………………………10
1-6-1-2 فولاد……………………….. 11
1-6-1-2-1 فولاد های زنگ نزن………………………… 11
1-6-1-2-2 فولاد های کربنی و فولاد های با عیار پایین…………….. 13
1-6-1-3- خوردگی فولاد های کربنی در آب دریا…………………… 14
1-6-1-4- فولاد مورد استفاده در این مطالعه…………………….. 15
1-6- 2- محیط خورنده ……………………….16
1-6-2-1-آب دریا………………………. 17
1-6-2-1-1-خوردگی در آب دریا با سرعت های مختلف و پارامترهای موثر بر آن……..19
1-6-2-1-2- تركیبات آب دریا………………………. 19
1-6-3- انواع آلاینده ها………………………. 20
فصل دوم-روش های پیشگیری از خوردگی و مروری بر کارهای گذشته……..21
2-1- پیشگیری از خوردگی………………………… 21
2-1-1- اعمال پوشش………………………….. 22
2-2-آبکاری………………………… 23
2-2-1- نگاه کلی………………………… 23
2-2-2- اصول آبکاری………………………… 23
2-2-3-آبکاری الکتریکی………………………… 23
2-2-4- موقعیت های استفاده از نانوتکنولوژی صنایع آبکاری……… 24
2-2-5-آبکاری با کروم……………………….. 25
2-3- مقاومت اكسیداسیون………………………… 27
2-4 – مروری بر کارهای گذشته……………………. 28
فصل سوم- بخش تجربی………………………… 33
3-1 مقدمه……………………….. 33
3-2- لوازم و دستگاه های مورد نیاز ……………………….33
3-3- مواد شیمیایی………………………… 34
3-4 تهیه محلولهای مورد نیاز………………………. 35
3-4-1- محلول سود 1/0 مولار………………………. 35
3-4-2 بافر فسفاتی………………………… 35
3-4-3 تهیه محلولهای کروم………………………..35
3-4-4 نمک NaCl 5/3%………………………..

3-5-آماده سازی نمونه ی فولاد کورتن………………………… 36
3-6-چگونگی نشاندن کروم بر روی تیغه فولاد کورتنی………….. 36
3-7-چگونگی تبدیل پوشش کروم به کروم اکسید بر روی تیغه فولاد کورتنی……….38
3-8-چگونگی انجام مطالعات خوردگی به کمک آزمونهای الکتروشیمیایی………….39
3-8-1- روند عملی پژوهش………………………….. 39
3-8-2- بهینه کردن غلظت Cr³⁺در محلول آبکاری…………………… 41
3-8-3- بررسی خوردگی فولاد کورتنی در محیط NaCl 5/3%……………………….
3-8-3-1- ارزیابی خوردگی فولاد BCS………………………..
3-8-3-2- ارزیابی خوردگی فولاد کربنی دارای پوشش CS/Cr و CS/Cr₂O₃…………….
3-8-4- بررسی خوردگی فولاد کورتنی در آب دریا…………………….46
3-8-4-1- ارزیابی خوردگی فولاد BCS………………………..
3-8-4-2- ارزیابی خوردگی فولاد کربنی دارای پوشش CS/Cr و CS/Cr₂O₃…………………
نتیجه گیری………………………… 50
منابع………………………… 51
چکیده:
در این کار پژوهشی، کارایی پوشش­های آبکاری شده کروم و کروم اکسید بر روی تیغه ای از جنس فولاد کربنی نوع کورتن B به­عنوان پوشش­های ضد خوردگی در محیط آب دریای خلیج فارس بررسی و مقایسه شد. برای نشاندن این دو لایه، از روش ترسیب الکتروشیمیایی استفاده شد. مطالعات خوردگی و اندازه­گیری سرعت خوردگی به روش آزمون پلاریزاسیون خطی و رسم منحنی­های تافل انجام شد. تجزیه و تحلیل نتایج نشان داد که پوشش کروم (ΙΙΙ) اکسید نسبت به کروم، محافظت بیشتری فراهم کرده و سرعت خوردگی را بیشتر کاهش می دهد.
فصل اول: خوردگی و مبانی آن
1-1- مقدمه
خوردگی[1] از مهم ترین مشکلاتی است که در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی مقابله با آن هزینه زیادی را به خود اختصاص می دهد. خوردگی می تواند بر روی عمر تجهیزات، بهره برداری از آن ها، بازگشت سرمایه، کیفیت محصولات تولیدی و . . . مؤثر باشد.
خوردگی به شکل های گوناگون در زندگی روزمره به چشم می خورد. نقاط و حفره های قرمز مایل به نارنجی در تجهیزات نشتی مخازن آب، آب تیره خروجی از داخل شیرها، همچنین میخ­ها، چنگک ها، لوله ها، کانال ها، ظروف آشپزخانه و قوطی­های حلبی خورده شده نمونه های متداولی از خوردگی هستند. خوردگی با دید غیر تخصصی اغلب بر کهنگی تجهیزات دلالت داشته و قابل چشم پوشی است. در صورتی که خوردگی بیانگر کاهشی قابل توجه در ارزش یک جسم جامد است که در معرض یک برخورد شیمیایی مستقیم قرار گرفته است.
خوردگی محدود به فلز نبوده بلکه شامل مواد غیر فلزی مانند پلیمرها، مواد نسوز، مواد مرکب و مواد دیگر نیز می شود. از نظر ترمودینامیکی خوردگی یک فرآیند خود به خودی است که در جهت کاهش انرژی آزاد[2]حرکت می­کند.
مهندسی خوردگی کاربرد دانش و فن یا هنر جلوگیری یا کنترل خسارت ناشی از خوردگی به روش اقتصادی و مطمئن می باشد. برای اینکه مهندس خوردگی به خوبی از عهده وظایف خود برآید بایستی با اصول و عملیات مبارزه با آن، خواص شیمیایی، متالورژیکی، فیزیکی و مکانیکی مواد، آزمایش های خوردگی، ماهیت محیط های خورنده، قیمت مواد اولیه و . . . آشنا باشد. همچنین در حل مسئله خوردگی بایستی روشی را انتخاب نماید که بیشترین بهره را در بر داشته باشد.
2-1- تعریف خوردگی
خوردگی را تخریب یا فاسد شدن یك ماده در اثر واكنش با محیطی كه در آن قرار دارد تعریف می كنند. بعضی ها اصرار دارند كه این تعریف بایستی محدود به فلزات باشد، ولی غالباً مهندس خوردگی بایستی برای حل یك مسئله هم فلزات و هم غیر فلزات را در نظر بگیرد. مثلاً، تخریب رنگ و لاستیك بوسیله نور خورشید یا مواد شیمیایی، خورده شدن جداره كوره فولاد سازی، و خورده شدن یك فلز جامد بوسیله مذاب یك فلز دیگر تماماً خوردگی نامیده می شوند. خوردگی می تواند سریع یا كند صورت گیرد ]1[.
خوردگی فلزات را همانطور كه در شكل 1-1 نشان داده شده است می توان برعكس متالورژی استخراجی[1] در نظرگرفت. در متالورژی استخراجی، هدف عمدتاً بدست آوردن فلز از سنگ معدن و تصفیه یا آلیاژ سازی آن برای مصارف مختلف می باشد. اكثر سنگ معدن های آهن حاوی اكسیدهای آهن هستند و زنگ زدن فولاد بوسیله آب و اكسیژن منجر به تشكیل اكسید آهن هیدراته[2] می گردد. اگر چه اكثر فلزات موقعی كه خورده می شوند تشكیل اكسیدهایشان را می دهند ولی لغت زنگ زدن فقط در مورد آهن و فولاد بكار برده می شود.
به طور كلی خوردگی را می توان به سه صورت ذیل تعریف نمود:
1- تخریب و انهدام توسط عوامل غیر مكانیكی.
2- تخریب و انهدام توسط واكنشهای شیمیایی و الكترو شیمیایی فلز و محیط.
3- عکس استخراج.
3-1- هزینه های خوردگی
تخمین­ هزینه­های سالانه خوردگی در ایالات متحده بین 8 میلیارد دلار تا 126 میلیارد دلار می با شد] 1[. مهندسان معتقدند كه 30 میلیارد دلار واقعی ترین رقم باشد. به هر ترتیب، خوردگی از لحاظ اقتصادی بسیار زیان آور است و برای كاهش دادن آن كارهای زیادی می توان انجام داد. اگر این نكته را در نظر بگیریم كه هرجا فلز و مواد دیگر مورد استفاده قرار می گیرند خوردگی با درجه و شدت های متفاوتی واقع می گردد، این رقم های بزرگ دلاری چندان غیر منتظره نخواهند بود. علاوه بر زیان­های مستقیم خوردگی، هزینه های غیر مستقیم خوردگی حاصل از توقف فرآیند[1] تولید صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، پایین آمدن بازده تجهیزات و خارج شدن از شرایط بهره برداری مطابق طراحی، نیز هزینه هایی است که باید در نظر گرفته شود. عدم تولید در هنگام توقف در یك واحد نفت، گاز و پتروشیمی جهت تعمیرات می تواند تا میلیونها دلار در روز زیان وارد سازد. نشتی ها در خطوط لوله و مخازن منجر به عدمتولید بهینهمی گردد. این نشتی ها می تواند باعث بروز آلودگی آب های زیرزمینی شده و مشكلات زیست محیطی را نیز ایجاد نماید كه هزینه های مورد نیاز برای حل چنین مشكلاتی سرسام آوراست. در حقیقت اگر خوردگی وجود نداشت اقتصاد جامعه ما به شدت تغییر می كرد. مثلاً اتومبیل ها، كشتی ها، خطوط لوله های زیرزمینی و وسایل خانگی احتیاج به پوشش نداشتند، صنایع فولاد زنگ نزن[2] از بین می رفتند و مس فقط برای مقاصد الكتریكی بكار می رفت. اكثر كارخانجات و محصولاتی كه از فلز پوشش دار ساخته می شوند از فولاد یا چدن ساخته می شدند] 1[.
اگرچه خوردگی اجتناب ناپذیر است، ولی هزینه آن را به مقدار زیادی می توان كاهش داد. مثلاً یك آند ارزان قیمت منیزیم می تواند عمر تانك آب گرم خانگی را دو برابر كند. شستشوی اتومبیل برای زدودن نمك هایی كه برای یخ بندان روی جاده می پاشند مفید است. انتخاب صحیح مواد و طراحی خوب، هزینه های خوردگی را كاهش می دهد. یك برنامه صحیح تعمیرات و نگهداری وارد صحنه می شود و می تواند موثر باشد و ماموریت اصلی آن مبارزه با خوردگی است.
جدا از مخارج مستقیم دلاری، خوردگی یك مشكل جدی است زیرا بطور روشنی باعث تمام شدن منابع طبیعی ما می گردد. مثلاً فولاد از سنگ آهن بدست می آید و میزان تولید داخلی سنگ آهن پر عیار كه مستقیماً قابل استفاده باشند، به شدت كاهش یافته است. توسعه صنعتی سریع بسیاری از كشورها نشان می دهد كه رقابت برای قیمت منابع فلزی افزایش خواهد یافت.
4-1- خسارات ناشی از خوردگی
در این قسمت بعضی اثرات زیان بار خوردگی تشریح خواهد شد:
1-4-1- ظاهر
سطوح زنگ زده خوشایند نیستند. تجهیزات زنگ زده یا به شدت خورده شده در یك كارخانه تاثیر بدی روی بیننده خواهد گذاشت. به همین دلیل بدنه ماشین ها را رنگ کرده و یا در سازه های خارجی ساختمان ها از فولاد زنگ نزن، آلومینیوم، یا مس استفاده می شود.
2-4-1- مخارج تعمیرات و نگهداری و بهره برداری
بازسازی سطوح خورده شده و تعمیر آن ها بسیار پر هزینه است. به كاربردن مواد مقاوم در برابر خوردگی نیز مخارج زیادی را در بر دارد. بنابراین برای محافظت از این سطوح هزینه هنگفتی صرف می شود.
3-4-1- تعطیلی کارخانه
غالباً بخاطر انهدام غیر منتظره ناشی از خوردگی، واحدی را متوقف می سازند یا قسمتی از یك سیستم را می خوابانند. و این خود منجر به توقف تولید و یا کند شدن روند آن شده و در برخی موارد افرادی را بیکار می کند.
4-4-1- آلوده شدن محصول
در اكثر موارد قیمت یك محصول در بازار به خلوص و كیفیت آن بستگی دارد. عاری بودن از آلودگی های جزئی فاكتور حیاتی در تولید و حمل و نقل پلاستیك های شفاف، رنگ ها، مواد غذایی، داروها و نیمه هادی ها[1]ست. در بعضی موارد مقدار كمی خوردگی كه باعث وارد شدن یون های فلزی به داخل محلول می گردد ممكن است باعث تجزیه كاتالیزوری[2] یك محصول گردد. از جمله این موارد تولید و انتقال پراكسید هیدروژن[3] غلیظ و یا هیدرازین[4] می باشد. درمواردی كه با آلودگی و تجزیه محصول مواجه هستیم عمر قطعه فاكتور مهمی نخواهد بود با وجود اینكه فولاد معمولی ممكن است سال ها دوام بیاورد، ولی فلز گرانتری بكار برده می شود تا از آلودگی محصول به محصولات خوردگی ناشی از فولاد معمولی اجتناب گردد.
5-4-1- نشت یا از بین رفتن محصولات با ارزش
نشت جزئی سولفوریك اسید به فاضلاب نگرانی حادی ایجاد نمی كند، زیرا سولفوریك اسید ماده ارزان قیمتی است. اما، نشت یا از بین رفتن ماده ای كه گالنی چند صد دلار ارزش دارد بایستی به سرعت متوقف گردد. نشت جزئی تركیبات یا محلول های اورانیم خطرناك است و می تواند خیلی گران تمام شود. در چنین مواردی استفاده از طراحی مناسب تر و مواد بهتر برای ساخت تجهیزات بخوبی قابل توجیه هستند.
6-4-1- اثرات بر امنیت و قابلیت اعتماد
كاركردن با مواد خطرناك مثل گازهای سمی، كلریدریك اسید، سولفوریك اسید و نیتریك اسید غلیظ، مواد منفجره و قابل اشتعال، مواد رادیواكتیو، و مواد شیمیایی در دماها و فشارهای بالا مستلزم استفاده از نوعی مواد ساختمانی است كه خطر انهدام خوردگی را به حداقل برساند. صرفه جویی در مواد ساختمانی در مواردی كه امنیت به خطر می افتد، مطلوب نیست. ملاحظات بهداشتی نیز می توانند مهم باشد مثل آلودگیآب آشامیدنی، محصولات خوردگی می توانند باعث شوند كه ضد عفونی كردن تجهیزات مشكل تر گردد.
[1] Semi Conductor