30 شماره آخر

  • شماره 3927 -
  • ۱۳۹۹ پنج شنبه ۹ بهمن
روزنامه در یک نگاه
امکانات
روزنامه در یک نگاه ورق بزنید دریافت همه صفحات
تبلیغات
روزنامه شرق نارون

«خوردگی» و تبعات صنعتی و اقتصادی آن

بنیامین پیری. کارشناس‌ ارشد خوردگی و حفاظت از مواد

همواره موضوعاتی وجود دارند که اکثر مردم می‌توانند درباره آن اظهار نظر و بحث کنند نظیر سیاست، اقتصاد، ورزش، هنر، تحصیل، آب‌وهوا، بهداشت و سلامت و البته خوردگی. همه ما در زندگی روزمره محصولات زَنگ روی ماشین‌ها، لوله‌ها، سقف و نیمکت‌های پارک را مشاهده کرده‌ایم یا محصولات سبزرنگ خوردگی را روی مجسمه‌های برنزی و سکه‌های قدیمی به‌وفور دیده‌ایم یا در مثالی دیگر همه با تجربه ناخوشایند قطع آب به دلیل سوراخ‌شدن خط لوله آب مواجه شده‌ایم؛ بنابراین شخصی نیست که با این پدیده مخرب فلزات و گاهی نافلزات آشنایی نداشته باشد. اما این تنها یک روی سکه است و روی دیگر فواید پدیده خوردگی و الکتروشیمی است که اغلب عوام از آن بی‌خبرند. امروزه افراد مختلفی به علم خوردگی علاقه‌مند هستند. باستان‌شناسان در برخورد با سکه‌های قدیمی و مصنوعات ساخته‌شده از مس، برنز و آهن، مجسمه‌سازانی که آثار خود را از فلزات مختلف خلق می‌کنند، معمارانی که سازه‌ها و ساختمان‌ها را بنا می‌کنند، پزشکانی که از ایمپلنت‌های فلزی و پروتز با آلیاژهای متفاوت استفاده می‌‌کنند، اشخاصی که با شکایت مشتریان درخصوص خدمات پس از فروش محصولات شرکت‌ها در ارتباط هستند، مهندسان صنعت در طراحی، بهره‌برداری و تعمیرات سیستم‌ها و تجهیزات صنعتی، همه‌وهمه با علم خوردگی سروکار دارند.

تاریخچه
در تاریخ باستان مردم پدیده خوردگی را با هفت فلز طلا، نقره، مس، آهن، قلع، سرب و جیوه شناخته‌اند. احتمالا متالورژهای قدیمی از اولین‌هایی بودند که محصولات خوردگی را در زمان تولید و شکل‌دهی فلزات مشاهده کردند، ولی به دلیل کم‌آگاهی از علم شیمی از وصف واکنش رخ‌داده بین محیط و فلز عاجز بودند. قوانین علم شیمی تقریبا از اواخر قرن 18 میلادی به‌صورت دقیق شناخته شدند؛ بنابراین مطالعات خوردگی از حدود 200 سال قبل با شناسایی اصول بنیادین واکنش‌های شیمیایی توسط شیمی‌دان فرانسوی «آنتوان لاوازیه» و شیمی‌دانان پس از وی آغاز شد. کشف بسیاری از مواد شیمیایی در قرون 12 و 13، کشف فلزات جدید در قرون 18 و 19 میلادی و شناخت اصول بنیادین الکتروشیمی در قرن 19 از محرک‌های اصلی مطالعات خوردگی بود. سال 1924 خوردگی در انگلستان به‌عنوان یک علم آموزش داده شد. امروزه به‌خوبی می‌توان در حداقل 300 دانشگاه جهان به مطالعه علم خوردگی پرداخت. پذیرش خوردگی به‌عنوان یک پدیده و یک واکنش شیمیایی با محیط در دهه 1930 آغاز شد. توسعه فرایندهای متنوع در صنایع به‌عنوان یک انگیزه قوی در مطالعات خوردگی ایفای نقش کرد. در 70 سال گذشته کتب بسیاری در زمینه خوردگی به زبان‌های مختلف تألیف و ترجمه شده است. مقالات بی‌شماری ماهانه در ژورنال‌ها و کنفرانس‌های مختلفی در سراسر جهان به نشر می‌رسد. بسیاری از کشورها، سازمان‌ها و انجمن‌هایی را صرفا برای خوردگی ایجاد کرده‌اند. در دهه‌های اخیر انفجار علمی عظیمی در زمینه علم و مهندسی خوردگی و روش‌های کنترل و کاهش اثر آن رخ داد. با این وجود همچنان شاهد خوردگی روزمره در بسیاری از سازه‌ها و تجهیزات پیرامون خود هستیم. بررسی هزینه‌های خوردگی در ایالات متحده، انگلستان، اتحاد جماهیر شوروی سابق، آلمان، سوئد، فنلاند، هند و ژاپن در دهه‌های 1960 و 1970 انجام شد. مطالعات نشان داد هزینه‌های خوردگی از حدود دو تا چهار درصد از تولید ناخالص ملی است که با انجام اقدامات و آموزش‌های جلوگیری از خوردگی می‌توان در حدود 25 درصد آن صرفه‌جویی کرد. مطالعات مشابهی در استرالیا (1983) و کویت (1995) نیز انجام شد. تجزیه‌وتحلیل هزینه در سال 1998 در آمریکا انجام شد. کتب بسیاری در ایالات متحده آمریکا، بریتانیا، اتحاد جماهیر شوروی سابق، آلمان و سوئد بعد از دهه 1960 منتشر شد. حوادث 50 سال گذشته نیاز به تحقیق و تحلیل دقیق‌تر و بیشتر دارد؛ چراکه علم و مهندسی نشان داد گستردگی آن در اعماق زمینه‌های مختلف علم رخنه کرده است.
خوردگی چیست؟
تغییر خاصیت یک ماده بر اثر واکنش با محیط پیرامون آن را خوردگی (Corrosion) می‌گویند و این تعریف هم فلزات و هم غیرفلزت را دربر می‌گیرد. این تغییر در خاصیت ماده معمولا به‌صورت تخریب و زوال است. پدیده خوردگی در ذات جهان نهفته است؛ برای مثال تغییر رنگ و خاصیت برگ درختان در فصل پاییز تعبیر مناسبی برای بیان مفهوم خوردگی محسوب می‌شود. حتما اصطلاح رایج «زنگ‌زدن آهن» را شنیده‌اید. خوردگی آهن و آلیاژهای آن به‌اصطلاح زنگ‌زدن نامیده می‌شود. اگرچه دیگر فلزات نیز هنگام خوردگی به اکسید تبدیل می‌شوند، ولی دیگر واژه زنگ‌زدگی مورد استفاده نیست. پدیده خوردگی در فلزات اهمیت بیشتری دارد؛ چراکه از 118 عنصر شناخته‌شده در حدود 80 مورد آنها را فلزات تشکیل می‌دهند که هرکدام خواص مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی ویژه خود را دارند و میزان و سرعت و رفتار خوردگی آنها نیز در محیط‌ها و شرایط معینی با دیگری متفاوت است. از سوی دیگر، فلزات به‌صورت خالص کاربرد اندکی دارند، بنابراین با ترکیب فلزات با یک یا چند عنصر دیگر، آلیاژها ساخته می‌شوند. در تهیه و ساخت آلیاژها تقریبا نیمی از عناصر فلزی شرکت دارند و تاکنون بیش از 40 هزار نوع آلیاژ توسط بشر ساخته شده است و با گذشت زمان تعداد زیادی نیز به این رقم اضافه می‌شود. فلزات، آلیاژها و نافلزاتی نظیر بتن، سرامیک و برخی پلیمرها که همه در معرض خوردگی می‌توانند قرار گیرند، مصالح اولیه ساخت و تولید 99 درصد از سازه‌های ساخته بشر را تشکیل می‌دهند؛ بنابراین پدیده خوردگی یک رخداد پاندمیک (دنیاگیر) است. خوردگی اغلب فرایندی زیان‌آور است، اما گاهی اوقات مفید واقع می‌شود. تولید انرژی الکتریکی در یک باتری و حفاظت کاتدی سازه‌ها از دستاوردهای علم خوردگی و الکتروشیمی محسوب می‌شوند. دامنه لطف این علم در زندگی بشر قابل ‌توجه است و می‌توان در چندین مقاله و رساله به آن پرداخت، اما تأثیرات مخرب و هزینه‌های به‌بارآمده به‌واسطه این فرایند به‌مراتب بیشتر است، به‌طوری‌که پدیده خوردگی می‌تواند معضلات اقتصادی، جانی و زیست‌محیطی به بار آورد.
خوردگی با هزار چهره
مشکل اساسی در برخورد با پدیده خوردگی، تنوع آن است. دسته‌بندی‌های مختلفی برای خوردگی وجود دارد. انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (ASME) شش دسته‌بندی کلی از انواع خوردگی را چنین مطرح می‌کند: 1- خوردگی یکنواخت، 2- خوردگی موضعی، 3- خوردگی دما بالا، 4- خوردگی‌های به‌همراه عوامل مکانیکی، 
5- ترک‌خوردن ناشی از محیط و 6- خوردگی تحت تأثیر عواملی متالورژیکی (متالورژی= علم فلزشناسی). اما این شش مورد فقط دسته‌بندی‌های کلی محسوب می‌شوند و در محیط‌ها و شرایط مختلف، خوردگی به شکل‌های مختلفی خود را نمایان می‌کند. استاندارد مکانیسم‌های تخریب (API 571) که توسط انجمن نفت آمریکا در این ‌خصوص ارائه شده، به معرفی بیش از 60 نوع مختلف از پدیده خوردگی و تخریب‌های مکانیکی در صنعت پرداخته است. بنابراین بهره‌گیری از متخصصان و مهندسان متالورژی، خوردگی و الکتروشیمی می‌تواند کمک شایانی به کاهش خسارات ناشی از پدیده خوردگی کند. خوردگی یکنواخت که معمول‌ترین و متداول‌ترین نوع خوردگی است، معمولا به‌وسیله یک واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی به‌طور یکنواخت در سرتاسر سطحی که در تماس با محلول خورنده قرار دارد، مشخص می‌شود. فلز، نازک و نازک‌تر شده و نهایتا از بین می‌رود یا تجهیزات مدنظر منهدم می‌شوند، مانند خورده‌شدن یک قطعه فولادی یا روی در داخل یک محلول رقیق که با سرعت یکسانی در تمام نقاط قطعه خورده می‌شود. این نوع خوردگی بالاترین آمار را دارد و عمر تجهیزات خورده‌شده را با قراردادن نمونه‌هایی در داخل محلول خورنده می‌توان تخمین زد. خوردگی گالوانیکی یا دوفلزی یکی‌ دیگر از انواع خوردگی است. هنگامی‌ که دو فلز غیرهمجنس که در تماس الکتریکی با یکدیگر هستند در معرض یک محلول هادی یا خورنده قرار بگیرند، اختلاف پتانسیل بین آن دو باعث برقراری جریان الکترون بین آنها می‌شود. فلزی که مقاومت خوردگی کمتری دارد، آندی شده و خورده می‌شود. فلز مقاوم‌تر از نظر خوردگی کاتدی می‌شود که معمولا خیلی کم خورده شده یا اصلا خورده نمی‌شود. به دلیل وجود جریان‌های الکتریکی بین فلزات غیرهم‌جنس، این نوع خوردگی، خوردگی گالوانیکی یا دوفلزی نامیده می‌شود. سرعت یافتن یا افزایش سرعت خوردگی یا ازبین‌‌رفتن یک فلز بر اثر حرکت نسبی بین یک مایع خورنده و سطح فلز باعث ایجاد خوردگی سایشی می‌شود. معمولا این حرکت خیلی سریع است و اثرات سایش مکانیکی یا ساییده‌شدن وجود دارد. یون‌های فلزی حل‌شده روی سطح فلز بر اثر حرکت روی سطح باقی نمی‌مانند یا محصولات جامد حاصل از خوردگی از سطح فلز به طریق مکانیکی کنده می‌شوند. سایش بین یک ماده جامد یا مایع یا حتی گاز با فلز موجب خوردگی فرسایشی می‌شود؛ مانند خوردگی لوله‌های آب به‌وسیله عبور آب از درون آن. فرسایش تنها محدود به فلزات نیست و با نگاهی به طبیعت مثال‌های زیادی از آن دیده می‌شود. فرسایش سنگ‌های ساحلی یا در معرض رودخانه، فرسایش ناشی از ذرات خاک یا حتی بارندگی، بارز‌ترین مثال‌ها محسوب می‌شوند. به‌عنوان آخرین مثال از انواع خوردگی، باید به خوردگی خستگی اشاره کرد. خوردگی توأم با خستگی عبارت است از تمایل فلز به شکست بر اثر تنش‌های متناوب. خوردگی ناشی از خستگی و تقلیل مقاومت خستگی فلز، بر اثر وجود محیط خورنده ایجاد می‌شود. برای مثال ماده سازنده پروانه‌های توربین هواپیما اگر در برابر خستگی مقاومت نداشته باشد، 
بر اثر تنش متناوب دچار انهدام می‌شود. با‌ توجه‌ به تنوع محیط‌هایی که مواد و تجهیزات در آن قرار می‌گیرند، خوردگی به شکل‌های گوناگونی نیز خود را نشان می‌دهد که توصیف همه آنها در این نوشته نمی‌گنجد.
هزینه جهانی خوردگی
هزینه جهانی خوردگی در سال 2020 مبلغ دو میلیارد و 505 میلیون دلار تخمین زده شد. بر این ‌اساس می‌توان گفت که 3.4 درصد از هزینه تولیدات ناخالص صنایع جهان مربوط به معضلات خوردگی بوده است؛ ضمن اینکه این هزینه‌ها دربرگیرنده صدمات جانی و پیامدهای زیست‌محیطی نیز نیست. هزینه‌های خوردگی به‌صورت مستقیم و غیرمستقیم است. از هزینه‌های مستقیم می‌توان به مواردی چون خرید مواد مقاوم در برابر خوردگی، خرید مواد شیمیایی و بازدارنده‌های خوردگی، استفاده از تکنیک‌های کنترل خوردگی نظیر حفاظت کاتدی و اعمال رنگ، تعویض قطعات تخریب‌شده و... اشاره کرد. هزینه‌های غیرمستقیم خوردگی شامل هزینه‌هایی مثل تعطیلی خط تولید کارخانه‌ها (خاموشی سرویس به دلیل تخریب یا خوردگی در یکی از تجهیزات کلیدی)، آلوده‌شدن سیال درون خطوط لوله انتقال به آثار خوردگی (محصولات اکسیدی)، هدررفت آب، نفت و گاز در سیستم‌های انتقال و... است. سالانه حجم بسیاری از آب به‌خاطر خوردگی خطوط انتقال هدر می‌رود، آن هم در شرایطی که همواره با مشکل کمبود آب مواجه هستیم. محیط‌ زیست هم که گاهی با انفجار یا نشت گسترده نفت از لوله‌ها منجر می‌شود، در امان نیست. فراتر از همه این هزینه‌ها، حوادث و تلفات جانی ناشی از خوردگی در بخش‌های مختلف صنعتی است که زیان آن با هیچ هزینه‌ای قابل جبران نیست. از یک‌سو دوجانبه‌بودن هزینه‌های ناشی از خوردگی و از سوی دیگر عدم توجه فنی و ریشه‌‌ای به معضل خوردگی در بسیاری از موارد مشکلات گسترده‌ای را رقم زده یا خواهد زد. خوردگی با توجه به شرایط موجود، می‌تواند به‌صورت تدریجی یا با پیشروندگی سریع رخ دهد. در جنگ جهانی دوم تعداد قابل توجهی از هواپیماهای جنگنده به دلیل عبور از بالای دریاچه نمک و وقوع نوعی از خوردگی، در کسری از زمان منهدم شدند. حتی اولین سقوط هواپیما (1908 میلادی) که مرگ‌بار هم بوده به‌دلیل یک ترک‌خوردگی در پروانه اتفاق افتاده است. پدیده «تبدیل رفتار نرم به ترد فولاد» که از انواع خوردگی محسوب می‌شود در زمان ساخت تایتانیک و تا چند دهه پس از آن برای مهندسان ناشناخته بود، درحالی‌که امروزه از عوامل غرق‌شدن تایتانیک محسوب می‌شود. متأسفانه پژوهش آماری دقیقی در ایران انجام نشده است و عدد دقیقی از میزان خسارت‌های اقتصادی پدیده خوردگی وجود ندارد. اما براساس آمار جهانی و تخمین انجمن خوردگی ایران، حدود پنج درصد از تولید ناخالص ملی شامل مشکلات ناشی از خوردگی است. به‌عبارت‌دیگر اگر میزان تولید ناخالص ایران را براساس اعلام مراجع رسمی در سال 2020 میلادی رقم 555 هزار میلیون دلار درنظر بگیریم، هزینه‌های خوردگی ایران در سال 2020 حدود 27750 میلیون دلار تخمین زده می‌شود؛ یعنی هر ایرانی در سال 2020 میلادی 347 دلار برای خوردگی هزینه پرداخت کرده است.
نگاهی به آینده
پژوهشگران و مهندسان خوردگی نگران آینده هستند. آیا فکرکردن و یافتن پاسخ سؤالات و پیش‌بینی رفتار محیط پیرامون راهکار بهتری نیست؟ معضلات ناشی از پدیده خوردگی در سه بعد جانی، زیست‌محیطی و اقتصادی پراهمیت هستند. سالانه حجم زیادی از محصولات نفتی و سایر مخرب‌های جدی محیط‌ زیست به دلایلی ازجمله خوردگی خطوط لوله انتقال، تخریب مخزن‌ها و سایر تأسیسات باعث آلودگی می‌شوند. این مهم در کنار چهار عامل مهم دیگر ازجمله عدم تسویه پساب‌های صنعتی، آلودگی‌ها هوا، ورود زباله‌های صنعتی به آب دریا و... می‌تواند به رشد سهمی بحران زیست‌محیطی منجر شود. این چهار مورد عبارت‌اند از:
1- چه کسانی با علم خوردگی سروکار دارند؟ شیمی‌دان‌ها و متالورژیست‌ها. مهندسان برق با حفاظت کاتدی سروکار دارند. مهندسان مکانیک مسئول تصمیم‌گیری درباره مشکلات خوردگی در صنعت هستند. امروزه متخصص خوردگی باید یک فرد با تحصیلات عالی و گسترده باشد و تمامی علوم شیمی، فیزیک، شیمی‌فیزیک، مواد، میکروبیولوژی و روان‌شناسی را بشناسد. ادغام علوم مختلف در خوردگی از یک‌سو و تقسیم خوردگی به بخش‌های مختلف از سوی دیگر، به اهمیت آن افزوده است و آن را به چالشی برای نسل حاضر در برخورد با خوردگی تبدیل کرده است.
2- فاکتور افراد در پدیده خوردگی بسیار مهم است. در 65 تا 85 درصد از موارد خوردگی، افراد مسئول هستند. وظیفه ما آموزش و یادگیری، پیداکردن سریع اطلاعات، فکرکردن به‌صورت یکپارچه و میان‌رشته‌ای و اتصال دانش در رشته‌های مختلف به‌منظور حل مشکلات خوردگی است.
3- علم خوردگی به‌عنوان یک علم برای فلزات شناخته شده و در قرن بیستم به‌خوبی مورد بررسی قرار گرفته است. امروزه با خوردگی تمام مواد ازجمله پلیمرها، سرامیک‌ها و شیشه‌ها، کامپوزیت‌ها، نیمه‌هادی‌ها و مواد زیستی سروکار داریم. بااین‌حال علم خوردگی به دو گروه خوردگی فلزات و خوردگی نافلزات تقسیم شده است.
4- «استیون هاوکینگ» افسانه‌ای می‌گوید: «اگر شما بفهمید در آینده چه اتفاقی خواهد افتاد، می‌توانید آن را تغییر دهید». پیش‌بینی رفتار شیمیایی مواد در بسیاری از موارد غیرممکن است، چراکه اثرات و عوامل غیرقابل‌کنترل بسیاری وجود دارد. در اکثر موارد فقط آزمایش قادر به پاسخ‌‌دادن به سؤالات اصلی است: آیا یک ماده در برابر شرایط داده‌شده مقاومت می‌کند؟ چه مدت؟ در جهت تداوم عمر تجهیزات چه کاری می‌توان انجام داد؟ مطالعات سایر محققان دنیا را بررسی و سپس آزمایش کنید (یکی از مهم‌ترین فعالیت‌های پژوهشگران متالورژی).

خوردگی امروز درواقع همان مرحله کیمیاگری در قرون ‌وسطی است. مجبوریم هرچه بیشتر از روش‌های نانوشیمی استفاده کنیم، از میکروسکوپ‌های اسکنی در محل استفاده کنیم، از میکروسکوپ‌های الکترونی و آنالیزهای مشخصه‌یابی پیشرفته برای آنالیز مواد استفاده کنیم، مکانیک کوانتوم را به‌منظور مطالعه مکانیسم خوردگی در سطح اتمی و مولکولی و برای پیش‌بینی رفتار شیمیایی مواد در شرایط مختلف به کار ببریم. مطمئن نیستیم انسان قادر به ایجاد مدل‌های ساده برای همه فرایندهای خوردگی می‌شود یا قادر به پیش‌بینی آنها به دلیل رفتار نامشخص اتم در شرایط خوردگی خاص است. اما با تلاش و همکاری همه‌جانبه محققان، مهندسان، پرسنل مربوطه، مدیران و سیاست‌مداران ضمن توسعه علم و مهندسی خوردگی و مطالعات موردی بیشتر، به کاهش هزینه‌های جانی، زیست‌محیطی و اقتصادی ناشی از پدیده خوردگی پرداخت.
 

 

ارسال دیدگاه شما

روزنامه شرق
عنوان صفحه‌ها

شماره 4116

تاریخ ۱۴۰۰/۷/۱۹

نور نوشت
کارتون

«خوردگی» و تبعات صنعتی و اقتصادی آن

بنیامین پیری. کارشناس‌ ارشد خوردگی و حفاظت از مواد

همواره موضوعاتی وجود دارند که اکثر مردم می‌توانند درباره آن اظهار نظر و بحث کنند نظیر سیاست، اقتصاد، ورزش، هنر، تحصیل، آب‌وهوا، بهداشت و سلامت و البته خوردگی. همه ما در زندگی روزمره محصولات زَنگ روی ماشین‌ها، لوله‌ها، سقف و نیمکت‌های پارک را مشاهده کرده‌ایم یا محصولات سبزرنگ خوردگی را روی مجسمه‌های برنزی و سکه‌های قدیمی به‌وفور دیده‌ایم یا در مثالی دیگر همه با تجربه ناخوشایند قطع آب به دلیل سوراخ‌شدن خط لوله آب مواجه شده‌ایم؛ بنابراین شخصی نیست که با این پدیده مخرب فلزات و گاهی نافلزات آشنایی نداشته باشد. اما این تنها یک روی سکه است و روی دیگر فواید پدیده خوردگی و الکتروشیمی است که اغلب عوام از آن بی‌خبرند. امروزه افراد مختلفی به علم خوردگی علاقه‌مند هستند. باستان‌شناسان در برخورد با سکه‌های قدیمی و مصنوعات ساخته‌شده از مس، برنز و آهن، مجسمه‌سازانی که آثار خود را از فلزات مختلف خلق می‌کنند، معمارانی که سازه‌ها و ساختمان‌ها را بنا می‌کنند، پزشکانی که از ایمپلنت‌های فلزی و پروتز با آلیاژهای متفاوت استفاده می‌‌کنند، اشخاصی که با شکایت مشتریان درخصوص خدمات پس از فروش محصولات شرکت‌ها در ارتباط هستند، مهندسان صنعت در طراحی، بهره‌برداری و تعمیرات سیستم‌ها و تجهیزات صنعتی، همه‌وهمه با علم خوردگی سروکار دارند.

تاریخچه
در تاریخ باستان مردم پدیده خوردگی را با هفت فلز طلا، نقره، مس، آهن، قلع، سرب و جیوه شناخته‌اند. احتمالا متالورژهای قدیمی از اولین‌هایی بودند که محصولات خوردگی را در زمان تولید و شکل‌دهی فلزات مشاهده کردند، ولی به دلیل کم‌آگاهی از علم شیمی از وصف واکنش رخ‌داده بین محیط و فلز عاجز بودند. قوانین علم شیمی تقریبا از اواخر قرن 18 میلادی به‌صورت دقیق شناخته شدند؛ بنابراین مطالعات خوردگی از حدود 200 سال قبل با شناسایی اصول بنیادین واکنش‌های شیمیایی توسط شیمی‌دان فرانسوی «آنتوان لاوازیه» و شیمی‌دانان پس از وی آغاز شد. کشف بسیاری از مواد شیمیایی در قرون 12 و 13، کشف فلزات جدید در قرون 18 و 19 میلادی و شناخت اصول بنیادین الکتروشیمی در قرن 19 از محرک‌های اصلی مطالعات خوردگی بود. سال 1924 خوردگی در انگلستان به‌عنوان یک علم آموزش داده شد. امروزه به‌خوبی می‌توان در حداقل 300 دانشگاه جهان به مطالعه علم خوردگی پرداخت. پذیرش خوردگی به‌عنوان یک پدیده و یک واکنش شیمیایی با محیط در دهه 1930 آغاز شد. توسعه فرایندهای متنوع در صنایع به‌عنوان یک انگیزه قوی در مطالعات خوردگی ایفای نقش کرد. در 70 سال گذشته کتب بسیاری در زمینه خوردگی به زبان‌های مختلف تألیف و ترجمه شده است. مقالات بی‌شماری ماهانه در ژورنال‌ها و کنفرانس‌های مختلفی در سراسر جهان به نشر می‌رسد. بسیاری از کشورها، سازمان‌ها و انجمن‌هایی را صرفا برای خوردگی ایجاد کرده‌اند. در دهه‌های اخیر انفجار علمی عظیمی در زمینه علم و مهندسی خوردگی و روش‌های کنترل و کاهش اثر آن رخ داد. با این وجود همچنان شاهد خوردگی روزمره در بسیاری از سازه‌ها و تجهیزات پیرامون خود هستیم. بررسی هزینه‌های خوردگی در ایالات متحده، انگلستان، اتحاد جماهیر شوروی سابق، آلمان، سوئد، فنلاند، هند و ژاپن در دهه‌های 1960 و 1970 انجام شد. مطالعات نشان داد هزینه‌های خوردگی از حدود دو تا چهار درصد از تولید ناخالص ملی است که با انجام اقدامات و آموزش‌های جلوگیری از خوردگی می‌توان در حدود 25 درصد آن صرفه‌جویی کرد. مطالعات مشابهی در استرالیا (1983) و کویت (1995) نیز انجام شد. تجزیه‌وتحلیل هزینه در سال 1998 در آمریکا انجام شد. کتب بسیاری در ایالات متحده آمریکا، بریتانیا، اتحاد جماهیر شوروی سابق، آلمان و سوئد بعد از دهه 1960 منتشر شد. حوادث 50 سال گذشته نیاز به تحقیق و تحلیل دقیق‌تر و بیشتر دارد؛ چراکه علم و مهندسی نشان داد گستردگی آن در اعماق زمینه‌های مختلف علم رخنه کرده است.
خوردگی چیست؟
تغییر خاصیت یک ماده بر اثر واکنش با محیط پیرامون آن را خوردگی (Corrosion) می‌گویند و این تعریف هم فلزات و هم غیرفلزت را دربر می‌گیرد. این تغییر در خاصیت ماده معمولا به‌صورت تخریب و زوال است. پدیده خوردگی در ذات جهان نهفته است؛ برای مثال تغییر رنگ و خاصیت برگ درختان در فصل پاییز تعبیر مناسبی برای بیان مفهوم خوردگی محسوب می‌شود. حتما اصطلاح رایج «زنگ‌زدن آهن» را شنیده‌اید. خوردگی آهن و آلیاژهای آن به‌اصطلاح زنگ‌زدن نامیده می‌شود. اگرچه دیگر فلزات نیز هنگام خوردگی به اکسید تبدیل می‌شوند، ولی دیگر واژه زنگ‌زدگی مورد استفاده نیست. پدیده خوردگی در فلزات اهمیت بیشتری دارد؛ چراکه از 118 عنصر شناخته‌شده در حدود 80 مورد آنها را فلزات تشکیل می‌دهند که هرکدام خواص مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی ویژه خود را دارند و میزان و سرعت و رفتار خوردگی آنها نیز در محیط‌ها و شرایط معینی با دیگری متفاوت است. از سوی دیگر، فلزات به‌صورت خالص کاربرد اندکی دارند، بنابراین با ترکیب فلزات با یک یا چند عنصر دیگر، آلیاژها ساخته می‌شوند. در تهیه و ساخت آلیاژها تقریبا نیمی از عناصر فلزی شرکت دارند و تاکنون بیش از 40 هزار نوع آلیاژ توسط بشر ساخته شده است و با گذشت زمان تعداد زیادی نیز به این رقم اضافه می‌شود. فلزات، آلیاژها و نافلزاتی نظیر بتن، سرامیک و برخی پلیمرها که همه در معرض خوردگی می‌توانند قرار گیرند، مصالح اولیه ساخت و تولید 99 درصد از سازه‌های ساخته بشر را تشکیل می‌دهند؛ بنابراین پدیده خوردگی یک رخداد پاندمیک (دنیاگیر) است. خوردگی اغلب فرایندی زیان‌آور است، اما گاهی اوقات مفید واقع می‌شود. تولید انرژی الکتریکی در یک باتری و حفاظت کاتدی سازه‌ها از دستاوردهای علم خوردگی و الکتروشیمی محسوب می‌شوند. دامنه لطف این علم در زندگی بشر قابل ‌توجه است و می‌توان در چندین مقاله و رساله به آن پرداخت، اما تأثیرات مخرب و هزینه‌های به‌بارآمده به‌واسطه این فرایند به‌مراتب بیشتر است، به‌طوری‌که پدیده خوردگی می‌تواند معضلات اقتصادی، جانی و زیست‌محیطی به بار آورد.
خوردگی با هزار چهره
مشکل اساسی در برخورد با پدیده خوردگی، تنوع آن است. دسته‌بندی‌های مختلفی برای خوردگی وجود دارد. انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (ASME) شش دسته‌بندی کلی از انواع خوردگی را چنین مطرح می‌کند: 1- خوردگی یکنواخت، 2- خوردگی موضعی، 3- خوردگی دما بالا، 4- خوردگی‌های به‌همراه عوامل مکانیکی، 
5- ترک‌خوردن ناشی از محیط و 6- خوردگی تحت تأثیر عواملی متالورژیکی (متالورژی= علم فلزشناسی). اما این شش مورد فقط دسته‌بندی‌های کلی محسوب می‌شوند و در محیط‌ها و شرایط مختلف، خوردگی به شکل‌های مختلفی خود را نمایان می‌کند. استاندارد مکانیسم‌های تخریب (API 571) که توسط انجمن نفت آمریکا در این ‌خصوص ارائه شده، به معرفی بیش از 60 نوع مختلف از پدیده خوردگی و تخریب‌های مکانیکی در صنعت پرداخته است. بنابراین بهره‌گیری از متخصصان و مهندسان متالورژی، خوردگی و الکتروشیمی می‌تواند کمک شایانی به کاهش خسارات ناشی از پدیده خوردگی کند. خوردگی یکنواخت که معمول‌ترین و متداول‌ترین نوع خوردگی است، معمولا به‌وسیله یک واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی به‌طور یکنواخت در سرتاسر سطحی که در تماس با محلول خورنده قرار دارد، مشخص می‌شود. فلز، نازک و نازک‌تر شده و نهایتا از بین می‌رود یا تجهیزات مدنظر منهدم می‌شوند، مانند خورده‌شدن یک قطعه فولادی یا روی در داخل یک محلول رقیق که با سرعت یکسانی در تمام نقاط قطعه خورده می‌شود. این نوع خوردگی بالاترین آمار را دارد و عمر تجهیزات خورده‌شده را با قراردادن نمونه‌هایی در داخل محلول خورنده می‌توان تخمین زد. خوردگی گالوانیکی یا دوفلزی یکی‌ دیگر از انواع خوردگی است. هنگامی‌ که دو فلز غیرهمجنس که در تماس الکتریکی با یکدیگر هستند در معرض یک محلول هادی یا خورنده قرار بگیرند، اختلاف پتانسیل بین آن دو باعث برقراری جریان الکترون بین آنها می‌شود. فلزی که مقاومت خوردگی کمتری دارد، آندی شده و خورده می‌شود. فلز مقاوم‌تر از نظر خوردگی کاتدی می‌شود که معمولا خیلی کم خورده شده یا اصلا خورده نمی‌شود. به دلیل وجود جریان‌های الکتریکی بین فلزات غیرهم‌جنس، این نوع خوردگی، خوردگی گالوانیکی یا دوفلزی نامیده می‌شود. سرعت یافتن یا افزایش سرعت خوردگی یا ازبین‌‌رفتن یک فلز بر اثر حرکت نسبی بین یک مایع خورنده و سطح فلز باعث ایجاد خوردگی سایشی می‌شود. معمولا این حرکت خیلی سریع است و اثرات سایش مکانیکی یا ساییده‌شدن وجود دارد. یون‌های فلزی حل‌شده روی سطح فلز بر اثر حرکت روی سطح باقی نمی‌مانند یا محصولات جامد حاصل از خوردگی از سطح فلز به طریق مکانیکی کنده می‌شوند. سایش بین یک ماده جامد یا مایع یا حتی گاز با فلز موجب خوردگی فرسایشی می‌شود؛ مانند خوردگی لوله‌های آب به‌وسیله عبور آب از درون آن. فرسایش تنها محدود به فلزات نیست و با نگاهی به طبیعت مثال‌های زیادی از آن دیده می‌شود. فرسایش سنگ‌های ساحلی یا در معرض رودخانه، فرسایش ناشی از ذرات خاک یا حتی بارندگی، بارز‌ترین مثال‌ها محسوب می‌شوند. به‌عنوان آخرین مثال از انواع خوردگی، باید به خوردگی خستگی اشاره کرد. خوردگی توأم با خستگی عبارت است از تمایل فلز به شکست بر اثر تنش‌های متناوب. خوردگی ناشی از خستگی و تقلیل مقاومت خستگی فلز، بر اثر وجود محیط خورنده ایجاد می‌شود. برای مثال ماده سازنده پروانه‌های توربین هواپیما اگر در برابر خستگی مقاومت نداشته باشد، 
بر اثر تنش متناوب دچار انهدام می‌شود. با‌ توجه‌ به تنوع محیط‌هایی که مواد و تجهیزات در آن قرار می‌گیرند، خوردگی به شکل‌های گوناگونی نیز خود را نشان می‌دهد که توصیف همه آنها در این نوشته نمی‌گنجد.
هزینه جهانی خوردگی
هزینه جهانی خوردگی در سال 2020 مبلغ دو میلیارد و 505 میلیون دلار تخمین زده شد. بر این ‌اساس می‌توان گفت که 3.4 درصد از هزینه تولیدات ناخالص صنایع جهان مربوط به معضلات خوردگی بوده است؛ ضمن اینکه این هزینه‌ها دربرگیرنده صدمات جانی و پیامدهای زیست‌محیطی نیز نیست. هزینه‌های خوردگی به‌صورت مستقیم و غیرمستقیم است. از هزینه‌های مستقیم می‌توان به مواردی چون خرید مواد مقاوم در برابر خوردگی، خرید مواد شیمیایی و بازدارنده‌های خوردگی، استفاده از تکنیک‌های کنترل خوردگی نظیر حفاظت کاتدی و اعمال رنگ، تعویض قطعات تخریب‌شده و... اشاره کرد. هزینه‌های غیرمستقیم خوردگی شامل هزینه‌هایی مثل تعطیلی خط تولید کارخانه‌ها (خاموشی سرویس به دلیل تخریب یا خوردگی در یکی از تجهیزات کلیدی)، آلوده‌شدن سیال درون خطوط لوله انتقال به آثار خوردگی (محصولات اکسیدی)، هدررفت آب، نفت و گاز در سیستم‌های انتقال و... است. سالانه حجم بسیاری از آب به‌خاطر خوردگی خطوط انتقال هدر می‌رود، آن هم در شرایطی که همواره با مشکل کمبود آب مواجه هستیم. محیط‌ زیست هم که گاهی با انفجار یا نشت گسترده نفت از لوله‌ها منجر می‌شود، در امان نیست. فراتر از همه این هزینه‌ها، حوادث و تلفات جانی ناشی از خوردگی در بخش‌های مختلف صنعتی است که زیان آن با هیچ هزینه‌ای قابل جبران نیست. از یک‌سو دوجانبه‌بودن هزینه‌های ناشی از خوردگی و از سوی دیگر عدم توجه فنی و ریشه‌‌ای به معضل خوردگی در بسیاری از موارد مشکلات گسترده‌ای را رقم زده یا خواهد زد. خوردگی با توجه به شرایط موجود، می‌تواند به‌صورت تدریجی یا با پیشروندگی سریع رخ دهد. در جنگ جهانی دوم تعداد قابل توجهی از هواپیماهای جنگنده به دلیل عبور از بالای دریاچه نمک و وقوع نوعی از خوردگی، در کسری از زمان منهدم شدند. حتی اولین سقوط هواپیما (1908 میلادی) که مرگ‌بار هم بوده به‌دلیل یک ترک‌خوردگی در پروانه اتفاق افتاده است. پدیده «تبدیل رفتار نرم به ترد فولاد» که از انواع خوردگی محسوب می‌شود در زمان ساخت تایتانیک و تا چند دهه پس از آن برای مهندسان ناشناخته بود، درحالی‌که امروزه از عوامل غرق‌شدن تایتانیک محسوب می‌شود. متأسفانه پژوهش آماری دقیقی در ایران انجام نشده است و عدد دقیقی از میزان خسارت‌های اقتصادی پدیده خوردگی وجود ندارد. اما براساس آمار جهانی و تخمین انجمن خوردگی ایران، حدود پنج درصد از تولید ناخالص ملی شامل مشکلات ناشی از خوردگی است. به‌عبارت‌دیگر اگر میزان تولید ناخالص ایران را براساس اعلام مراجع رسمی در سال 2020 میلادی رقم 555 هزار میلیون دلار درنظر بگیریم، هزینه‌های خوردگی ایران در سال 2020 حدود 27750 میلیون دلار تخمین زده می‌شود؛ یعنی هر ایرانی در سال 2020 میلادی 347 دلار برای خوردگی هزینه پرداخت کرده است.
نگاهی به آینده
پژوهشگران و مهندسان خوردگی نگران آینده هستند. آیا فکرکردن و یافتن پاسخ سؤالات و پیش‌بینی رفتار محیط پیرامون راهکار بهتری نیست؟ معضلات ناشی از پدیده خوردگی در سه بعد جانی، زیست‌محیطی و اقتصادی پراهمیت هستند. سالانه حجم زیادی از محصولات نفتی و سایر مخرب‌های جدی محیط‌ زیست به دلایلی ازجمله خوردگی خطوط لوله انتقال، تخریب مخزن‌ها و سایر تأسیسات باعث آلودگی می‌شوند. این مهم در کنار چهار عامل مهم دیگر ازجمله عدم تسویه پساب‌های صنعتی، آلودگی‌ها هوا، ورود زباله‌های صنعتی به آب دریا و... می‌تواند به رشد سهمی بحران زیست‌محیطی منجر شود. این چهار مورد عبارت‌اند از:
1- چه کسانی با علم خوردگی سروکار دارند؟ شیمی‌دان‌ها و متالورژیست‌ها. مهندسان برق با حفاظت کاتدی سروکار دارند. مهندسان مکانیک مسئول تصمیم‌گیری درباره مشکلات خوردگی در صنعت هستند. امروزه متخصص خوردگی باید یک فرد با تحصیلات عالی و گسترده باشد و تمامی علوم شیمی، فیزیک، شیمی‌فیزیک، مواد، میکروبیولوژی و روان‌شناسی را بشناسد. ادغام علوم مختلف در خوردگی از یک‌سو و تقسیم خوردگی به بخش‌های مختلف از سوی دیگر، به اهمیت آن افزوده است و آن را به چالشی برای نسل حاضر در برخورد با خوردگی تبدیل کرده است.
2- فاکتور افراد در پدیده خوردگی بسیار مهم است. در 65 تا 85 درصد از موارد خوردگی، افراد مسئول هستند. وظیفه ما آموزش و یادگیری، پیداکردن سریع اطلاعات، فکرکردن به‌صورت یکپارچه و میان‌رشته‌ای و اتصال دانش در رشته‌های مختلف به‌منظور حل مشکلات خوردگی است.
3- علم خوردگی به‌عنوان یک علم برای فلزات شناخته شده و در قرن بیستم به‌خوبی مورد بررسی قرار گرفته است. امروزه با خوردگی تمام مواد ازجمله پلیمرها، سرامیک‌ها و شیشه‌ها، کامپوزیت‌ها، نیمه‌هادی‌ها و مواد زیستی سروکار داریم. بااین‌حال علم خوردگی به دو گروه خوردگی فلزات و خوردگی نافلزات تقسیم شده است.
4- «استیون هاوکینگ» افسانه‌ای می‌گوید: «اگر شما بفهمید در آینده چه اتفاقی خواهد افتاد، می‌توانید آن را تغییر دهید». پیش‌بینی رفتار شیمیایی مواد در بسیاری از موارد غیرممکن است، چراکه اثرات و عوامل غیرقابل‌کنترل بسیاری وجود دارد. در اکثر موارد فقط آزمایش قادر به پاسخ‌‌دادن به سؤالات اصلی است: آیا یک ماده در برابر شرایط داده‌شده مقاومت می‌کند؟ چه مدت؟ در جهت تداوم عمر تجهیزات چه کاری می‌توان انجام داد؟ مطالعات سایر محققان دنیا را بررسی و سپس آزمایش کنید (یکی از مهم‌ترین فعالیت‌های پژوهشگران متالورژی).

خوردگی امروز درواقع همان مرحله کیمیاگری در قرون ‌وسطی است. مجبوریم هرچه بیشتر از روش‌های نانوشیمی استفاده کنیم، از میکروسکوپ‌های اسکنی در محل استفاده کنیم، از میکروسکوپ‌های الکترونی و آنالیزهای مشخصه‌یابی پیشرفته برای آنالیز مواد استفاده کنیم، مکانیک کوانتوم را به‌منظور مطالعه مکانیسم خوردگی در سطح اتمی و مولکولی و برای پیش‌بینی رفتار شیمیایی مواد در شرایط مختلف به کار ببریم. مطمئن نیستیم انسان قادر به ایجاد مدل‌های ساده برای همه فرایندهای خوردگی می‌شود یا قادر به پیش‌بینی آنها به دلیل رفتار نامشخص اتم در شرایط خوردگی خاص است. اما با تلاش و همکاری همه‌جانبه محققان، مهندسان، پرسنل مربوطه، مدیران و سیاست‌مداران ضمن توسعه علم و مهندسی خوردگی و مطالعات موردی بیشتر، به کاهش هزینه‌های جانی، زیست‌محیطی و اقتصادی ناشی از پدیده خوردگی پرداخت.
 

 

ارسال دیدگاه شما