קורוזיה

קורוזית נקיקים

תופעה זו אופיינית למשטחים שבהם אין ערבוב של האלקטרוליט. באזור שבו אין ערבוב של האלקטוליט תהיה ירידה בריכוז החמצן, אשר תגביר את הקורוזיה.

אמצעי הגנה להקטנת קורוזית הנקיקים:

• תכנון הנדסי נכון של הציוד על-מנת למנוע היווצרות נקיקים.

• איטום של חריצים במבנה על-מנת למנוע מלחות ונוזלים להיכנס לתוך הנקיקים.

• בחירת חומרים עמידים בפני קורוזית נקיקים.

קורוזית גימום

זוהי קורוזיה הפוגעת באופן מקומי בפני השטח של המתכת, ואופיינית במיוחד למתכות שבהן שכבת הפסיבציה נפגעת במקומות מסויימים. באותם האזורים ממשיכה להתקדם המסה אנודית של המתכת בעוד שאר פני השטח נשארים פסיביים. הגימום הוא סוג של קורוזיה מקומית חמורה והרסנית המופיעה על-פני השטח של המתכת, האופיינית לשטחים ללא (או כמעט ללא) קורוזיה כללית, והוא נוצר באזורים של המסה אנודית מקומית, כאשר קיים אזור אנודי קטן ביחס לגודל האזור הקתודי (שטח הקתודה).

אמצעי הגנה מפני קורוזית גימום:

• טיב פני שטח חלק למניעת חריצים התחלתיים שמהם יתפתח תא ריכוזים.

• בחישה/ערבוב של התמיסה לצורך השוואת ריכוזים – מניעת התפתחות תא ריכוזים.

• שיפור הנתך או שימוש בנתכים עמידי, לדוגמא: פלב"מ 316 עמיד בפני גימום לעומת פלב"מ 304.

• ציפוי (בידוד) פני השטח למניעת קשר בין המתכת לתמיסה.

• טיפול של פסיבצית פני שטח, הגורם להעשרת פני השטח באלמנטים חסינים לקורוזיה,

• הגנה באמצעות אנודת קורבן בעלת אלקטרו-שליליות גבוהה יותר.

• באמצעות ספק חיצוני לשנות את כיוון הזרם.

קורוזיה בין גרעינית

נגרמת כתוצאה מאי-רציפות במבנה החומר בין הגרעינים השונים. קורוזיה זאת אופיינית לחומרים שעברו ריתוך. אזור הריתוך רגיש במיוחד מפני שנוצר בו שדה מאמצים. קורוזיה בין-גרעינית אופיינית לפלדת אל-חלד אוסטניטת, בה מתרחשת התבדלות של קרביד-הכרום בגבולות הגרעין. התבדלות של קרבידים באזור גבולות הגרעין כתוצאה מתהליך הקרוי סנסיטיזציה (ריגוש) מובילה לקורוזיה בין גרעינית בפלדות אל-חלד.

קורוזית ארוזיה (שחיקה)

גידול בתקיפה של המתכת כתוצאה מתנועות בין נוזל קורוזיבי לבין פני השטח של המתכת.

קורוזית מאמצים

כאשר ישנם מאמצים בערכים נמוכים, אולם בסביבה קורוזיבית, מתקבל כשל הנראה לכאורה ככשל מכני, אך התופעה לא הייתה מתרחשת אלמלא היה מדובר בסביבה אגרסיבית. קורוזיה זו נגרמת כתוצאה משילוב בין מאמץ מסופק לבין סביבה קורוזיבית. המאמצים יכולים להיגרם כתוצאה מהעמסה חיצונית (הפעלת כוחות), או כתוצאה ממאמץ שיורי שנוצר בחלק במהלך הייצור או במהלך טיפול תרמי, וכן כתוצאה משילוב בין שני ההעמסה.

קורוזית התעייפות

מופיעה במתכות כתוצאה משילוב בין מאמץ מחזורי המוביל להתעייפות לבין סביבה קורוזיבית. קורוזית התעייפות מושפעת מאופן ההעמסה ומגורמים סביבתיים ומטלורגיים. במתכות יורד החוזק להתעייפות כתוצאה מהוכחות של סביבות כימיות אגרסיביות. מידת העמידות בקורוזית התעייפות תלויה בסוג המתכת, ונוכחות של סביבה כימית אגרסיבית יכולה להשפיע על הסיכוי להתחלת התקדמות סדק וכן על על קצב הגידול של הסדק. על מנת לשפר את עמידותן של מתכות בפני קורוזית התעייפות מקובל לבצע תהליך מכני של התזת חלקיקי חומר קשיחים אל פני השטח של המתכת ועל-ידי כך הכנסת מאמצי לחיצה בפני השטח (Shot Peening).

נזק מימני

הרס של החומר (לרוב מתכות) כתוצאה מחשיפת החומר לסביבות כימיות נוזליות או גזיות, הגורמות לספיחת מימן אל תוך החומר, אשר כתוצאה מכך נגרמת ירידה בתכונות המכניות של החומר. דוגמאות לנזק מימני: היווצרות סדקים פנימיים בבועות או חללים בפלדות, כתוצאה מחדירת מולקולות מימן אל תוך החומר.

פריכות מימנית (Hydrogen embrittlement)

תהליך של ירידת החסינות לשבר ועליית הפריכות (ירידה במשיכות) של המתכת בעקבות נוכחות של מימן בחומר. מימן משפיע על החסינות לשבר של רוב הסגסוגות ההנדסיות. פריכות מימנית יכולה לנבוע מנוכחות מימן בתוך החומר, או כתוצאה מחשיפת החומר לסביבה עשירה במימן. בחומרים מרותכים, תכונות החומר באזור תפר הריתוך ובאזור מושפע החום (HAZ) מושפעות מנוכחות מימן. נוכחות המימן הופכת את החומר לפריך יותר באזורים הללו בהשוואה לאזור מתכת האם.

קורוזיה של נתכי הברזל והפלדות

נתכי הברזל והפלדות השונות הם החומרים הנפוצים ביותר בתעשייה. אחת מהבעיות הבולטות ביותר בעת השימוש בנתכים אילו היא נטיתם לעבור קורוזיה בקלות בסביבות שונות כולל אווירה של אוויר לח. בדרך-כלל משתמשים בחומרים אילו לא בשל עמידותם בקורוזיה, שהיא נמוכה, אלא בשל התכונות המכאניות המצוינות שלהם, ביניהן: חוזק גבוה, משיכות, קלות לייצור ולעיבור, מחיר סביר ועלות ייצור נמוכה.

היסודות המסוגסגים שפלדה מכילה הם גורם מכריע ביכולתה לעמוד בפני קורוזיה. נהוג להעשיר פלדות בחומרים כגון: כרום, סיליקון, טיטניום וניוביום בכדי לשפר את עמידותן בפני קורוזיה. כרום (Cr) משפר בצורה ניכרת את עמידותה של הפלדה בקורוזיה, ובנוסף מעלה את חוזקה. הוספת כרום לפלדה גורמת לפני השטח להיות יפים ועמידים בשחיקה. פלדת אל-חלד או בקיצור פלב"מ (stainless steel), היא פלדה דלת-פחמן המכילה למעלה מ- 10% משקלי כרום. סיליקון (Si) משפר את העמידות של ברזל יציקה בקורוזיה, במקרה כזה על-מנת שהעמידות בקורוזיה תהיה יעילה מוסיפים לנתך מעל 3% משקלי סיליקון, כאשר בפועל מדובר בדרך כלל בתוספת של 14%Si. אולם, הוספת מעל 16% משקלי סיליקון לברזל יציקה (שהוא חומר פריך גם לפני הוספת כמיות גבוהות של סיליקון) תעלה באופן משמעותי את פריכות החומר.

פסיבציה

מצב של אובדן הפעילות הכימית במתכות ונתכים מסוימים בסביבות ספציפיות (התופעה לא קיימת בכל המתכות). בתנאים המסוימים מתנהגות אותן המתכות כאילו היו מתכות אצילות (כדוגמת הכסף והזהב). למרבה המזל, מבחינה הנדסית, התופעה זו מתקיימת ברוב המתכות ההנדסיות הנפוצות, כדוגמת ברזל, ניקל, כרום וטיטניום. הפסיבציה היא למעשה היווצרות של שכבת תחמוצת המגנה על פני-השטח של המתכת מפני קורוזיה, לכן חומרים כדוגמת האלומיניום, נחושת והטיטניום עמידים בפני קורוזיה בסביבות כימיות מסוימות. דיאגראמת פולריזציה אופיינית למערכות עם מעבר אקטיבי-פאסיבי, כלומר שבסביבת תמיסה נוזלית/יונית, כאשר נעלה את הזרם החשמלי יואץ קצב הקורוזיה עד שתווצר שכבת תחמוצת פסיבית, והקורוזיה בשלב זה תופסק או תואט משמעותית. אם נגביר את הזרם החשמלי, נגיע לתחום הטרנס-פאסיבי, בו נפרצת שכבת הפסיבציה והמתכת שוב תעבור קורוזיה, כעת אף בצורה מואצת.

פלדת אל-חלד

פלדת אל-חלד היא פלדה העמידה בקורוזיה בסביבה אטמוספרית, אף בטמפרטורות גבוהות. כמו כן היא בעלת תכונות מכניות מצוינות, המאפשרות שימוש נרחב בה בתעשייה. פלדה זו הומצאה בשנת 1913, והיא מכילה בדרך-כלל כ- 18% משקלי כרוםוכן כ-8% משקלי ניקל (Ni). פלדת האל-חלד היא בעלת עמידות טובה בקורוזיה מאחר והיא מתכסה בשכבה צפופה של תחמוצת הכרום (Cr2O3), אשר נוצרת בפני השטח ומונעת מגע של הסגסוגת עם חמצן או מים. עמידות פלדות אל-חלד בקורוזיה אינה תלויה רק בהרכב החומר, אלא גם בטיפולים התרמיים שהחומר עבר וכן מצב פני-השטח והאופן שבו החומר מיוצר.

יתרונות של פלדת האל-חלד: עובי שכבת התחמוצת הוא דק מאד ולכן אינו נראה, ועדין ניתן להבחין בברק המתכתי האופייני למתכות. כאשר המתכת נשרטט, שכבת התחמוצת משקמת את עצמה כתוצאה מנכחות הכרום ותגובתו המהירה עם החמצן שבאויר. פלדת אל-חלד עמידה בקורוזיה בסביבה אטמוספרית, אף בטמפרטורות גבוהות. כמו כן היא בעלת תכונות מכניות מצוינות, המאפשרות שימוש נרחב בה בתעשייה. פלדת אל-חלד ניתנת למיחזור ב־100%, כך שאפשר להגדירה כחומר ידידותי לסביבה. חסרונות: חומר יקר בהשוואה לפלדה פשוטה.

בנוסף לברזל ולכרום, פלדות האל-חלד מכילות פחמן (בדרך-כלל פחות מ-1% משקלי). ככל שיש יותר פחמן בפלדה, כך רצוי להוסיף לה יותר כרום על-מנת לשמור על עמידותה בפני קורוזיה. זאת מאחר והפחמן נוטה לייצר קרבידים עם הכרום, וזה פוגע בעמידות החומר בקורוזיה (במקום שהכרום ייצר על-פני השטח תחמוצת כרום העמידה בקורוזיה, הכרום מגיב עם הפחמן).

שימושי הפלב"ם: כלי מטבח (סירי בישול, מחבתות, סכו"ם וכיורים), כלי עבודה כלי ניתוח, שתלים, ציוד תעשייתי, בנין, ייצור מטבעות, מדליות, ופיסול.

קורוזיה של אלומיניום ונתכיו

אלומיניום היא מתכת בעלת עמידות מצוינת בקורוזיה, בעלת מוליכות חשמלית ותרמית טובות, חוזק גבוה פר משקל (האלומיניום מתכת קלה בהשוואה למתכות אחרות), ויכולת עיצוב ועיבוד טובות (יכולת טובה לעבור דיפורמציה פלסטית). עמידות האלומיניום בקורוזיה נובעת משכבת התחמוצת היציבה והמגנה הנוצרת על-פני השטח של המתכת (Al2O3). תחמוצת זו יציבה בתחום 4<pH<8.5, והיא הנוטה לחדש עצמה במהירות במקרה של פגיעה/שריטה בפני השטח.

היסוד אלומיניום הוא חומר פעיל מאוד מבחינה כימית, שמגיב בקלות עם יסודות אחרים. בעת שאלומיניום טהור נחשף לאוויר הוא מתחמצן במהירות, אך שכבת האלומיניום חמצני הנוצרת נצמדת בצורה חזקה לפני השטח של המתכת, ומגינה עליה מפני המשך תהליך האיכול (קורוזיה) - זאת בשונה מברזל, שהחלודה שלו (ברזל חמצני) מתקלפת, וחושפת בהתמדה ברזל טרי לחמצון.

מאחר ושכבת התחמוצת של האלומיניום יציבה ומגינה עליה מפני קורוזיה, תכונה זאת מנוצלת לציפוי יזוםן של המתכת בתהליך המכונה אנודיזציה. בתהליך האנודיזציה, החפץ מאלומיניום שאמור להתכסות בשכבת ציפוי הוא האנודה של תא אלקטרוליטי. האלומיניום מתחמצן והתחמוצת שוקעת על פני החפץ.

קורוזיה של נחושת ונתכיה

תחמוצת הנחושת, המכונה הפטינה, היא תחמוצת ירוקה, היא תחמוצת יציבה,המכסה את פני השטח של הנחושת ומגינה על הנחושת מפני הרס בקורוזיה. לדוגמה, פסל החירות בארה"ב בנוי משלדת פלדה המצופה בלוחות נחושת. בעבר היה צבעו של פסל החירות גתום מתכתי בוהק,, אך עם השנים אחזה בו ה"ירוקת", וצבע של הפסל, המצופב בשכבה עבה של פטינה, הוא כיום ירוק עמום.

קורוזיה של טיטניום ונתכיו

טיטניום היא מתכת בעלת עמידות מצוינת מבחינה סביבתית (בשיתוך), כולל עמידות בתרכובות כלור ותמיסות מלח שונות. הטיטניום הינו חומר עמיד גם בטמפרטורות גבוהות. בזכות העמידותו בסביבת מי ים, הטיטניום משמש בתור חומר גלם לפרופלורים בסירות וספינות. טיטניום הינה מתכת מאוד פעילה, בזכות זאת היא מייצרת על-פני השטח תחמוצת עמידה ויציבה, הנוטה לשחזר את עצמה באופן מיידי במקרה של שחיקה והרס. בזכות תחמוצת זאת מתכת הטיטניום הינה בעלת עמידות מצוינת בסביבות קורוזיביות, כולל עמידות בחומצות. עמידות תחמוצת הטיטניום בשיתוך עולה בהרבה על זו של פלדת האל-חלד, כולל בסביבות בהן הפלדה נוטה לעבור קורוזית גימום ונקיקים. אם זאת, בטמפרטורות גבוהות החסינות הטיטניום בפני קורוזית נקיקים וגימום יורדת משמעותית.

הגנה קתודית

זוהי השיטה הנפוצה ביותר לשם הגנה על מתכות מפני קורוזיה בסביבה אלקטרו-כימית. הגנה קתודית מושגת על-ידי כך שמספקים חשמלי זרם ישר למבנה המתכתי, כך שמשנים את הפוטנציאל ממתח קורוזיה לפוטנציאל הגנה החסין מפני קורוזיה. ניתן לבצע הגנה קתודית באמצעות ספק חיצוני, על ידי כל שמשנים את כיוון התגובה האלקטרוכימית, ובכך הופכים את האנודה לקתודה. רוב המתכות בסביבה מימית/נוזלית בעלת pH נייטרלי יכולות להיות מוגנות באמצעות הגנה קתודית. ניתן לבצע הגנה קתודית באמצעות אנודת הקרבה או על-ידי כך שמשנים את כיוון תנועת האלקטרונים באמצעות זרם חיצוני (כיווניות המעגל החשמלי מתהפכת). הגנה קתודית באמצעות אנודת הקרבה של אבץמשמשת להגנה על ספינות העשויות מפלדה. מגננים על גוף הספינה העשוי מפלדה באמצעות חיבור גוש אבץ לספינה, האבץ "נאכל" ומקריב את עצמו כעת במקום הפלדה.

הגנה אנודית

במתכות החשופות לסביבה אלקלית או סביבה חומצית חזקה, כאשר המתכת מתנהגת באופן אקטיבי-פסיבי, ניתן לספק הגנה אנודית על-מנת לשלוט בתהליך הקורוזיה. ניתן להזיז את פוטנציאל המתכת מהאזור האקטיבילתחום הפאסיבי על-ידי כך שנספק זרם חשמלי ישר. יתרונות ההגנה האנודית: 1. מתאימה לשימוש בסביבות מאוד אגרסיביות. 2. ניתן בקלות לשלוט על התהליך. 3. זול לתפעל. חסרונות ומגבלות ההגנה האנודית: 1. מתאים רק למתכות בעלות התנהגות אקטיבית-פאסיבית (תחום פסיבציה). 2. מחיר גבוה של ציוד גבוה.

קורוזיה מיקרו-ביולוגית (MIC)

קורוזיה המתרחשת בסביבות מימיות, עקב נוכחות של חידקים, הנפוצים במערכות נוזליות. זוהי תופעה של אובדן חומר בהשפעת אורגניזמים ביולוגים (חידקים, פטריות וכו'). אורגניזמים (יצורים) ביולוגים הנמצאים בנוזל הם בעלי פוטנציאל להגדיל או להקטין את מעבר החמצן לפני השטח, ולכן היצורים הללו יכולים להגדיל או להקטין את קצב תהליכי קורוזיה בחומר. רוב הקורוזיה המיקרו-ביולוגית היא מקומית מאחר ורוב היצורים הללו (חיידקים, פיטריות וכו') אינם יוצרים רצף כללי על-פני השטח של המתכת (הם גדלים במושבות באזורים מסוימים על-פני המתכת). קורוזיה מיקרו-ביולוגית היא תופעה נפוצה בתעשייה עקב נוכחות של חיידקים, תוספים מזינים לחיידקים ותוצרים קורוזיביים (כימיקלים אגרסיבים). קורוזיה מיקרו-ביולוגית בקטריילית - השפעה של פיטריות ומיקרובים שונים שמשחררים חומרים חומציים מאוד וגורמים לקורוזיה. בעיה שקיימת גם בבטון.