خوردگی بین‌دانه‌ای

(تغییرمسیر از خوردگی بین دانه‌ای)

خوردگی بین دانه ای (انگلیسی: (Intergranular corrosion (IGC) که تحت عنوان حمله بین دانه ای (انگلیسی: (intergranular attack (IGA) نیز شناخته می شود ، گونه ای از خوردگی است که مرز کریستالیتهای مواد نسبت به قسمتهای داخلی بیشتر مستعد خوردگی هستند. (رجوع شود به خوردگی خارج دانه ای transgranular corrosion )

نمای میکروسکپی از مقطع صیقلی ماده ای که مورد خوردگی بین دانه ای قرارگرفته.

شرحویرایش

فولاد و آلیاژهای آنویرایش

  این وضعیت می تواند به طریقی دیگر در آلیاژهای مقاوم دربرابر خوردگی نیز رخ دهد ، زمانیکه مرزدانه ها از برخی از مکانیزم های مهار کننده خوردگی مانند کروم تخلیه می شود که تحت عنوان تخریب مرزدانه ها نیز شناخته می شود. در آلیاژهای نیکل و فولاد های ضد زنگ آستینیتی ، که کروم برای مقاوم شدن در برابر خوردگی افزوده میشود ، مکانیزم درگیر ، رسوب کروم کاربید  در مرزدانه هاست که به تشکیل مناطق تخلیه شده از کروم مجاور مرز دانه ها منتج می شود.( به این فرایند حساس سازی می گویند. sensitization ) . حداقل در حدود 12 % کروم  برای اطمینان از انفعال مورد نیاز است ، مکانیزمی که بوسیله آن یک لایه نامرئی فوق العاده نازک ، معروف به لایه غیر فعال، بر روی سطح فولاد ضد زنگ تشکیل می شود. این لایه نازک غیرفعال از فلز در برابر محیط های خورنده محافظت می کند.  ویژگی خودترمیمی لایه نازک غیر فعال فولاد را ضدزنگ می کند. حل شویی انتخابی (Selective leaching ) اغلب شامل مکانیسم های کاهش مرزدانه است.

  این نواحی همچنین نقش زوجهای گالوانیک محلی را نیز دارند، که باعث خوردگی گالوانیک (galvanic corrosion) می شوند. این شرایط زمانی رخ می دهد که ماده تا دمای حدود 700 درجه سلسیوس گرم می شود و تا مدت طولانی در این وضعیت می ماند و اغلب در هنگام جوشکاری یا یک عملیات حرارتی نامناسب اتفاق می افتد. وقتی نواحی ای از این دست مواد  به دلیل جوشکاری نامناسب تشکیل می شوند ، خوردگی حاصل از آن خوردگی جوش ( پوسیدگی جوش) نامیده می شود. فولاد های ضد زنگ می توانند با افزودن تیتانیم ، نیوبیم یا تانتال در برابر این رفتار مقاوم شوند که تشکیل تیتانیم کاربید ، نیوبیم کاربید یا تانتال کاربید ( ترجیحا کروم کاربید ) با کاهش محتوای کربن در صورت جوشکاری وهمچنین در آلیاژ پرکننده کمتر از 0.02%  یا با گرم کردن کل موضع به بیشتر از دمای 1000درجه سلسیوس و آبدهی آن دهد ، که منجر به انحلال کروم کاربید در دانه ها شده و سپس از رسوبدهی و خوردگی آن جلوگیری می کند. راه ممکن دیگر هم به اندازه کافی نازک نگهداشتن قسمت جوشکاری شده است بطوریکه در حین خنک شدن ، فلز خیلی زود گرما از دست بدهد تا کروم کاربید رسوب کند. ASTM A923, ASTM A262 و دیگر تست های مشابه اغلب برای تعیین حساسیت فولاد های ضدزنگ نسبت به خوردگی بین دانه ای استفاده می شود. این آزمایشات نیاز به اچ کردن (etching) با مواد شیمیایی ای دارد که وجود ذرات بین فلزی را نشان می دهد ، گاهی اوقات آزمایشات با آزمون چارپی دهانه ( وی) شکل (Charpy V-Notch) و دیگر تستهای مکانیکی همراه است.

  نوع مرتبط دیگری از خوردگی بین دانه ای خوردگی نایف لاین ((knifeline attack (KLA) است. خوردگی نایف لاین ، فولاد پایدارشده با نیوبیم را تحت تاثیر قرار می دهد. ( مانند فولاد ضد زنگ 347) . تیتانیم ، نیوبیم و کاربید آنها در فولاد در دماهای بسیار بالا حل می شوند. در برخی روش های خنک سازی ( وابسته به سرعت خنک کنندگی ) ، نیوبیم کاربید رسوب نمیکند و سپس فولاد مثل فولاد پایدار نشده رفتار خواهد کرد و به جای آن  کروم کاربید تشکیل می دهد.  این وضعیت تنها یک ناحیه نازک به عرض چند میلی متر در نزدیکی محل جوش را تحت تأثیر قرار می دهد ، در نتیجه تشخیص آن را دشوار کرده و سرعت خوردگی را افزایش خواهد داد. سازه های ساخته شده از چنین فولادهایی باید تا دمای 1065 درجه سلسیوس گرم شوند (معادل 1950 فارنهایت) تا نهایتا کروم کاربید انحلال یافته و نیوبیم کاربید تشکیل شود. سرعت خنک سازی پس از این عملیات اهمیتی ندارد .[۱]

آلومینیم و آلیاژهای آنویرایش

  آلیاژهای پایه آلومینیم ، اگر لایه هایی از موادی بعنوان آند در بین بلورهای غنی از آلومینیم حضور یابند،  ممکن است به  خوردگی بین دانه ای حساس شوند.  آلیاژهای آلومینیم با مقاومت بالا ، مخصوصا زمانیکه اکسترود ( روزن رانی) شده یا در معرض دماهای بالا در حین عملیات قرار بگیرند می توانند تحت خوردگی پوسته ای ((Exfoliation Corrosion (metallurgy) در جایی که محصولات خوردگی ، بین دانه های صاف و تطویل شده تشکیل می شود و آنها را جدا میکند ، قرار گرفته ، که سبب اثر مدل کشی یا لایه کاری می شود و معمولا از لبه ها تا کل ساختار منتشر می شود.[۲] خوردگی بین دانه ای مخصوصا برای آلیاژهایی که درصد بالای مس دارند نگران کننده است.

  سایر آلیاژها نیز میتوانند تحت لایه لایه شدن قرارگیرند. حساسیت آلیاژ مس نیکل ( Cupronickel ) و میزان نیکل با هم افزایش می یابند. اصطلاح جامع تر برای این کلاس از خوردگی ، خوردگی لایه ای یا پوسته ای است. آلیاژهای آهن زمانیکه حجم اکسید آهن حدود هفت برابر بیشتر از حجم فلز اصلی باشد ، حساس به خوردگی لایه ای هستند که سبب ایجاد تنش های کششی داخلی و پارگی ماده میگردد. آثار مشابه سبب تشکیل لایه هایی در فولاد ضد زنگ ، بواسطه اختلاف انبساط گرمایی بین اکسیدها و فلزات ، می شود.[۳]

  آلیاژهای پایه مس زمانیکه مقدار مس در مرزدانه ها کاهش یافته و تهی میگردد ، حساس می شوند. آلیاژهای ناهمسانگرد (Anisotropic) وقتی در شرایط فشار کاری یا کار سنگین واقع می شوند، سبب ایجاد دانه های بلند و تخت میگردد که مخصوصا مستعد خوردگی بین دانه ای میشوند.[۴]

خوردگی بین دانه ای بوسیله فشارها و تنش های محیطی فعال می گردد که اصطلاحا به آن stress corrosion cracking میگویند. خوردگی بین دانه ای میتواند با متد های فراصوت و جریان گردابی شناسایی شود.

اثر حساس سازیویرایش

  حساس سازی به ته نشینی کاربیدها در مرزدانه های فولاد ضدزنگ یا آلیاژهای آن اشاره دارد که باعث می شود فولاد یا آلیاژ به خوردگی بین دانه ای یا ترک خوردگی بین دانه ای ناشی از تنش مستعد شود. آلیاژهای خاص زمانیکه در معرض دماهایی که به آن دمای حساس کننده می گویند قرار بگیرند بیشتر در معرض خوردگی بین دانه ای هستند. در یک محیط خورنده ، رابط دانه های اینگونه آلیاژهای حساس سازی شده ، بسیار واکنشی گردیده و نتیجتا خوردگی بین دانه ای در آنها اتفاق می افتد. این موضوع با عنوان یک حمله موضعی درون و مجاور مرزدانه ها شناخته می شود که رابطه کمی با خوردگی در خود دانه  ها دارد. آلیاژ متلاشی شده ممکن است مقاومتش را از دست بدهد.

 
میکروساختار حساس سازی نشده
 
میکروساختار به شدت حساس شده

  تصاویر، میکرو ساختار یک فولاد ضد زنگ 304 نرمال شده (حساس سازی نشده) معمولی  و یک نمونه بسیار حساس شده را نشان می دهند. نمونه ها پیش از تصویر برداری ، صیقلی و اچ زده ، شده اند. نواحی حساس سازی شده بصورت خط های تیره و طویلی که مایع اچ باعث خوردگی در آنها شده را نشان داده شده اند. خطوط تیره شامل کاربید ها و محصولات خوردگی هستند.خوردگی بین دانه ای بطور کلی بدلیل تفکیک ناخالصی ها در مرزدانه یا بخاطر غنی سازی یا تخلیه یکی از عناصر آلیاژی در مرزدانه ها ، شناخته می شود. . بنابراین در آلیاژهای خاص آلومینیوم نشان داده شده است که مقدار کمی آهن در مرز دانه ها تفکیک شده و باعث خوردگی بین دانه ای می شود. همچنین نشان داده شده است که نوعی روی (Zinc) که دارای مقدار بیشتری برنج (Brass) در معرض خوردگی بیشتری است. آلیاژهای با مقاومت بالای آلومینیم مانند آلیاژهای از نوع دورالومین ((Duralumin-type alloys (Al-Cu) که برای مقاوم سازی به فازهای رسوبی وابسته اند، در نتیجه حساس سازی در دمای 120 درجه سلسیوس در برابر خوردگی بین دانه ای مستعد تر می شوند. آلیاژهای غنی از نیکل مانند اینکونل 600 (Inconel) و اینکولوی 800 (Incoloy) هم این حساسیت و استعداد را نشان می دهند. آلیاژ های روی ریخته گری شده تحت فشار که دارای آلومینیم هستند به خاطر وجود بخار در محیط های ساحلی و دریایی دچار خوردگی بین دانه ای می شوند.

  فولاد های کروم-منگنز و کروم-منگنز-نیکل ( Cr-Mn & Cr-Mn-Ni Steels) در نتیجه حساس سازی شدن در دمای بین 420 تا 850 درجه سلسیوس نیز مستعد خوردگی بین دانه ای هستند. فولاد ضد زنگ آستنیت هم زمانیکه در دمای بین 520 تا 800 درجه سلسیوس گرما داده شود ، تخلیه کروم در ناحیه مرزدانه ها اتفاق افتاده و به خوردگی حساس می شود. اینگونه حساس سازی ها در  فولاد ضدزنگ آستنیت به راحتی میتواند به خاطر برخی الزامات سرویس های گرمایی مانند مولد بخار یا حتی جوشکاری مجدد یک ساختار شکل گرفته اتفاق بیفتد.

روش های کنترلویرایش

  روش های بسیاری برای کنترل و یا به حداقل رساندن خوردگی بین دانه ای در آلیاژهای حساس و مستعد، مورد استفاده قرار گرفته اند . به ویژه برای فولاد ضد زنگ آستنیت. برای مثال ، یک محلول در دمای بالا برای عملیات حرارتی ، که معمولا محلول تابکاری  ، فرونشاندن تابکاری و یا فرونشاندن محلولی عنوان می شود ، مورد استفاده قرارگرفته اند. آلیاژ تا دمای حدود 1060 تا 1120 درجه سلسیوس گرما داده می شود و سپس آبداده میشود. این روش به طور کلی برای عملیات در مجموعه های بزرگ مناسب نیست. و همچنین در جاهایی که برای تعمیر یا چسباندن قطعات دیگر،  جوشکاری انجام شده  بی تاثیر است.

  تکنیک کنترلی دیگری که برای پیشگیری از خوردگی بین دانه ای استفاده شده اند شامل تشکیل دهندگان قوی کاربیدها یا عناصر تثبیت کننده هستند. مانند نیوبیم یا تیتانیوم در فولاد ضدزنگ. اینگونه عناصر دارای میل بیشتری به کربن نسبت به کروم هستند. تشکیل کاربید با این عناصر باعث کاهش کربن موجود در آلیاژ برای تشکیل کاربیدهای کروم می شود. مثل یک فولاد ضد زنگ تثبیت شده آستنیتی کروم-نیکل-مس حاوی تیتانیوم  که در U.S. Pat. No. 3,562,781 موجود است. فولاد ضدزنگ ممکن است در ابتدا در مقدار کربن ، به کمتر از 0.03 درصد نیز برسد که این کمبود کربن برای تشکیل کربید فراهم شده. این تکنیک ها بسیار گران هستند و تا اندازه ای موثرند. فولاد ها با درصد کمتر کربن در دمای بالا اغلب مقاومت کمتری از خود نشان می دهند.

همچنینویرایش

شکست مرزدانه ای (intergranular fracture)

جستارهای وابستهویرایش

منابعویرایش

  1. ASTM A923 Intergranular Corrosion Testing of Duplex Stainless Steel
  2. ASTM A262 Intergranular Corrosion Testing of Stainless Steels
  3. http://www.corrosion-doctors.org/

Mars G. Fontana, Corrosion Engineering, McGraw-Hill, 1987.

  1. «1».
  2. [corrosion-doctors.org/Forms-exfoliation/exfoliation.htm «2»] مقدار |نشانی= را بررسی کنید (کمک).
  3. «3».
  4. «4».