مقدمه

خوردگی واکنش شیمیایی فلز، در این مورد آلومینیوم، با محیط آن است که منجر به زوال خواص فلزات ، (بعنوان مثال آلومینیوم) می‌شود. آلومینیوم یک فلز بسیار واکنش پذیر است، اما همچنین یک فلز منفعل است. این ماهیت متناقض قابل توضیح است زیرا آلومینیوم نوپا با اکسیژن یا آب واکنش نشان می‌دهد و یک اکسید سطحی منسجم ایجاد می‌کند که مانع واکنش بیشتر آلومینیوم با محیط می‌شود.

به عنوان مثال، آلومینیوم پودر شده به عنوان پیشرانه موشکی برای پیشرانه موشک‌های سوخت جامد شاتل فضایی استفاده می‌شود. بعلاوه، واکنش آلومینیوم با آب مقدار بسیار زیادی انرژی آزاد می‌کند:

خوردگی، واکنش آلومینیوم با آب و در نتیجه از بین رفتن خصوصیات آن است. خوردگی، طبق تعریف، یک فرآیند آهسته است که شاید به روزها یا سالها زمان نیاز داشته باشد تا به حد قابل توجهی برسد. آلیاژهای آلومینیوم ممکن است از طریق چندین مسیر مختلف خورده شوند. شناخت مسیر یا اشکال خوردگی آلومینیوم گام مهمی برای تعیین راهکار مناسب برای هر محقق است.

(Atmospheric Corrosion)   خوردگی جوی

خوردگی اتمسفر به عنوان خوردگی یا تخریب مواد در معرض هوا و آلاینده های آن به جای غوطه ور شدن در مایع تعریف می‌شود. این یکی از قدیمی ترین اشکال خوردگی شناخته شده است و گزارش شده است که خرابی ها از نظر هزینه و تناژ بیش از هر محیط دیگری است. بسیاری از نویسندگان، خوردگی جوی را در دسته‌های خشک، مرطوب و خیس طبقه بندی می‌کنند، بنابراین بر مکانیسم‌های مختلف حمله تحت افزایش رطوبت تأکید می‌کنند. خوردگی جو نسبت به فلزات از یک مکان جغرافیایی به مکان دیگر بسیار متفاوت است، به عوامل آب و هوایی مانند جهت باد، تغییرات بارندگی و دما، مقدار و نوع آلاینده‌های شهری و صنعتی و مجاورت با اجسام طبیعی آب بستگی دارد. اگر شرایط آب و هوایی باعث ایجاد تراکم رطوبت مکرر در شکاف‌های مهر و موم‌شده یا کانال‌هایی شود که هیچ‌گونه تخلیه برای زهکشی نداشته باشند، ممکن است تحت تاثیر طراحی سازه نیز باشد.

   خوردگی یکنواخت

خوردگی عمومی یا خوردگی یکنواخت در محلولهایی اتفاق می افتد که PH یا در آن بسیار زیاد یا بسیار کم باشد و یا در پتانسیل های بالا در الکترولیت ها با غلظت کلرید زیاد باشد. در محلول های اسیدی (pH پایین) یا قلیایی (pH بالا) ، اکسید آلومینیوم ناپایدار است و بنابراین محافظ نیست.

   خوردگی گالوانیک

از نظر اقتصادی ، خوردگی گالوانیک بیشترین تعداد مشکلات خوردگی را برای آلیاژهای آلومینیوم ایجاد می‌کند. خوردگی گالوانیک، هم چنین به عنوان خوردگی فلزات مختلف نیز شناخته می‌شود، هنگامی که آلومینیوم به یک فلز نجیب‌تر متصل ‌شود و هر دو در تماس با یک الکترولیت باشند.

   خوردگی شکاف

خوردگی شکاف به وجود شکاف، محیط آب نمک و اکسیژن نیاز دارد (شکل زیر). این شکاف می‌تواند در اثر هم پوشانی دو قسمت یا فاصله بین پیچ و مهره و سازه ایجاد شود. وقتی آلومینیوم با آب شور خیس می‌شود و آب به شکاف وارد می‌شود، در ابتدا اتفاق کمی می‌افتد. با گذشت زمان، به دلیل انحلال و رسوب آلومینیوم، اکسیژن در داخل شکاف مصرف می‌شود.

شکل 1: در صورت از بین رفتن شکاف ، خوردگی شکاف در محیط آب شور و واکنش کاهش اکسیژن در خارج از دهانه شکاف ممکن است رخ دهد. در این شرایط ، محیط شکاف اسیدی‌تر می‌شود و خوردگی با سرعت فزاینده ای اتفاق می افتد.

   خوردگی حفره‌ای

خوردگی آلومینیوم در محدوده منفعل (passsive) موضعی است، که معمولا با تشکیل تصادفی چاله‌ها آشکار می‌شود. اصل پتانسیل حفره‌ای شرایطی را ایجاد می‌کند که تحت آن فلزات در حالت منفعل با حفره خوردگی در معرض خوردگی قرار می‌گیرند.

خوردگی حفر‌ه‌ای بسیار شبیه به خوردگی شکاف است. حفره آلیاژهای آلومینیوم در صورتی اتفاق می‌افتد که الکترولیت حاوی سطح کمی آنیون کلرید باشد و آلیاژ در پتانسیلی بالاتر از "پتانسیل حفره" باشد. ایجاد حفره در نقایص سطح آلومینیوم مانند ذرات فاز دوم یا مرز دانه ها آغاز می شود.

   خوردگی رسوب

در طراحی آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم برای مقاومت در برابر خوردگی مطلوب، باید در نظر داشت که یون‌های فلزات مختلف دارای پتانسیل‌های کاهش هستند که خواص کاتدی‌تری نسبت به پتانسیل محلول آلومینیوم دارند و بنابراین می‌توانند توسط آلومینیوم به شکل فلزی کاهش یابند. برای هر معادل شیمیایی (اکی والان) از به اصطلاح یون‌های فلزات سنگین کاهش یافته، معادل شیمیایی آلومینیوم اکسید می‌شود. کاهش تنها مقدار کمی از این یون‌ها می‌تواند منجر به خوردگی شدید موضعی آلومینیوم شود، زیرا فلز موجود در آن‌ها ورق‌هایی به آلومینیوم وارد می‌کند و سلول‌های گالوانیک را تنظیم می‌کند. مهم‌ترین فلزات سنگین عبارتند از مس، سرب، جیوه، نیکل و قلع. اثرات این فلزات بر آلومینیوم بیشترین نگرانی را در محلول‌های اسیدی دارد. در محلول‌های قلیایی، انحلال پذیری بسیار کمتری دارند و بنابراین اثرات بسیار کمتری دارند.

   خوردگی بین دانه‌ای

خوردگی بین دانه‌ای (بین بلوری) حمله انتخابی مرزهای دانه یا مناطق نزدیک به هم است بدون حمله قابل توجه خود دانه ها. خوردگی بین دانه‌ای یک اصطلاح عمومی است که شامل چندین تغییر در ارتباط با ساختارهای مختلف فلزی و تیمارهای حرارتی مکانیکی است. خوردگی بین دانه‌ای به دلیل اختلافات بالقوه بین منطقه مرز دانه و اجسام دانه مجاور ایجاد می‌شود. موقعیت مسیر آندی با سیستم های مختلف آلیاژی متفاوت است. در آلیاژهای سری 2xxx ، یک نوار باریکی در دو طرف مرز است که در مس تخلیه می شود. در آلیاژهای سری 5xxx ، جز اصلی آندی Mg₂Al₃ است که ماده تشکیل دهنده یک مسیر پیوسته در امتداد مرز دانه است. در آلیاژهای سری 7xxx بدون مس، به طور کلی به عنوان عناصر آلی روی و منیزیم در مرز دانه در نظر گرفته می‌شود. آلیاژهای سری 6xxx معمولا در برابر این نوع خوردگی مقاومت می‌کنند، اگرچه در محیط های تهاجمی حمله بین دانه‌ای جزئی مشاهده شده است

   خوردگی لایه برداری

خوردگی لایه برداری شکل خاصی از خوردگی بین دانه‌ای است که هنگامی اتفاق می‌افتد که دانه‌ها بر اثر چرخش و غلتک خوردن زیاد(نورد) بصورت سرد یا گرم صاف و دفرمه می‌شوند و جایی که هیچ تبلور مجددی اتفاق نیفتاده است. لایه برداری برای آلیاژهای سری 2000 (Al-Cu)، 5000 (Al-Mg)، و 7000 (Al-Zn-Mg)، که دارای بارش مرز دانه یا مناطق مرز دانه تخلیه هستند، خاص است.

داروی لایه برداری مانند روش فوق برای خوردگی IG است. برای جلوگیری از لایه برداری آلیاژ 7075-T6، آلیاژ جدیدتر 7150-T77را می‌توان در هر کجا که 7075-T6استفاده شود جایگزین کرد.

   فرسایش - خوردگی

خوردگی و فرسایش آلومینیوم در آب با سرعت بالا اتفاق می‌افتد و شبیه خوردگی ضد جت است. خوردگی و خوردگی آلومینیوم در آب خالص بسیار کند است، اما در pH> 9 تسریع می‌شود، به خصوص با کربنات زیاد و سیلیس زیاد در آب. آلومینیوم بسیار پایدار است، آب خنثی است. اما در آب‌های اسیدی یا قلیایی دچار خوردگی خواهد شد. برای جلوگیری از فرسایش - خوردگی، ممکن است شیمی آب را تغییر دهد یا سرعت آب یا هر دو را کاهش دهد. برای شیمی آب ، PH باید زیر 9 باشد و میزان کربنات و سیلیس باید کاهش یابد.

   ترک خوردگی استرس ( SCC )

ترک خوردگی استرس (SCC) عامل تخریب آلیاژهای آلومینیوم است. به سه حالت همزمان نیاز دارد، اول آلیاژ حساس ، دوم محیط مرطوب یا آب و سوم تنش کششی که ترک را باز کرده و انتشار را امکان پذیر می‌کند SCC می‌تواند در دو حالت ایجاد شود، ترک خوردگی تنش بین دانه‌ای (IGSCC) که رایج‌ترین شکل است یا (SCC transgranular (TGSCC)) درIGSCC ، ترک، مرزهای دانه را دنبال می‌کند. در ترک خوردگی تنش خارج دانه‌ای (TGSCC)ترک‌ها دانه‌ها را می‌برند و از مرز دانه‌ها غافل می‌شوند روند عمومی استفاده از آلیاژهای با مقاومت بالاتر در سال 1950 با استفاده از آلیاژ 7178-T651 در بوئینگ 707 به اوج خود رسید، سپس صنعت به استفاده از آلیاژهای با مقاومت کمتر تغییر یافت. قدرت تسلیم پوست بال بالایی تا سطح بوئینگ 777 در دهه 1990 از سطح 1950 فراتر نرفت. دلیل انتخاب آلیاژهای با مقاومت کم برای بوئینگ 747 و L-1011 این بود که طراحان هواپیما آلیاژی را با مقاومت SCC بهتر انتخاب کردند تا مقاومت تسلیم بالاتر.

   خستگی خوردگی

خستگی ناشی از خوردگی می‌تواند زمانی اتفاق بیفتد که یک ساختار آلومینیوم بارها و بارها در سطح تنش کم در یک محیط خورنده تحت فشار قرار گیرد. ترک خستگی می تواند تحت تأثیر فشار باز شونده و محیط ایجاد و گسترش یابد. خطوط مشابه ممکن است گاهی اوقات در نمونه های فرسایش خورنده دیده شود ، اما اغلب خوردگی شکاف بعدی در ترک خستگی باریک آنها را حل می کند. مقاومت در برابر خستگی آلیاژهای آلومینیوم در محیط‌های خورنده مانند آب دریا و سایر محلول‌های نمکی نسبت به هوا کمتر است، به ویژه هنگامی که با آزمایش طولانی مدت با تنش کم ارزیابی شود. مانند SCC آلیاژهای آلومینیوم، خستگی خوردگی نیاز به وجود آب دارد. بر خلاف SCC ، با این وجود، خستگی ناشی از خوردگی به طور قابل ملاحظه‌ای جهت آزمایش قرار نمی‌گیرد، زیرا شکستگی ناشی از این نوع حمله عمدتا از نوع خارج دانه است.

   خوردگی  ورقه‌ای  ( Filiform )

خوردگی فیلی فرم (که به آن خوردگی رشته‌مانند نیز گفته می‌شود) یک مشکل آرایشی برای آلومینیوم رنگ شده است. سوراخ سوراخ ها یا نقص در رنگ ناشی از خراش یا ضرب سنگ می‌تواند محل شروع خوردگی با حفره‌های آب نمک باشد. خوردگی فیلی فرم برای شروع به کلرید و برای انتشار مسیر به رطوبت و کلرید زیاد احتیاج دارد. انتشار به محل و نحوه استفاده از آلیاژ بستگی دارد. رشته باید توسط کلریدها شروع شود و سپس با مکانیزمی شبیه به خوردگی شکاف پیش می‌رود. سر اسیدی، کلرید زیاد و گاز از بین می رود و محل آندی است. اکسیژن و بخار آب از طریق دم فیلی فرم منتشر شده و واکنش کاتدی را به حرکت در می‌آورند. با آب بندی نقص با رنگ یا موم و پایین نگه داشتن رطوبت نسبی، می‌توان از خوردگی ورقه ای جلوگیری کرد.

   خوردگی ناشی از میکروب شناسی

خوردگی ناشی از میکروبیولوژیک (MIC) در شرایط خورنده‌ای ایجاد می‌شود که توسط ارگانیسم‌های بیولوژیکی ایجاد یا تشدید می‌شود. یک مورد کلاسیک MIC رشد قارچ در رابط آب/ سوخت در مخازن سوخت هواپیماهای آلومینیومی است. این قارچ سوخت اکتان بالا را مصرف می‌کند و اسید آزاد می‌کند که به مخزن سوخت آلومینیوم حمله کرده و آن را سوراخ می‌کند و باعث نشت می‌شود. راه حل این مشکل کنترل کیفیت سوخت و جلوگیری از ورود یا ماندن آب در مخازن سوخت است. اگر کنترل کیفیت سوخت عملی نباشد، بعضا قارچ کش به سوخت هواپیما اضافه می‌شود.

 منبع : واحد تحقیق و توسعه شرکت پویا شیمی شکوفا