קורוזיה ושחיקה של מתכות: סיבות ושיטות הגנה

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

השפעות חיצוניות כימיות, מכניות וחשמליות מתרחשות לעתים קרובות בסביבות הפעלה של מוצרי מתכת. כתוצאה מכך, עם תחזוקה לא נכונה של אלמנטים כאלה, כמו גם התעלמות מתקני בטיחות, ייתכנו סיכונים של דפורמציה ונזק למבנים וחלקים. הדבר נובע מתהליכים המתהווים של קורוזיה ושחיקה של מתכות, אשר בטווח הארוך תורמים להרס מוחלט של מבנה המוצר.

למה מופיעה חלודה

בתגובה קורוזיבית, התנאים להרס המבני של מוצרי מתכת נוצרים במגע עם מדיה כימית ואלקטרוכימית. במקרה הראשון, החומר בא במגע עם מוצרי שמן, פחם, מלח ומינרלים אחרים. זרם חשמלי אינו מעורב במקרה זה. אמצעי ההפעלה העיקרי יכול להיות גז יבש או נוזל לא מוליך. לזנים קלים יש את ההשפעה ההרסנית הגדולה ביותר.מוצרי נפט כמו נפט ובנזין. בפרט, גוף מכלית הובלה ימי עשוי להיות מושפע מתרכובות גופרית ושאריות חומציות הקיימות בהרכבן.

בקורוזיה אלקטרוכימית, יש גם השפעה של זרם. הרס מורכב עם שחיקת מתכת ילווה בבלאי מכני. המצב יכול להסתבך בשל העובדה שההשפעות החיצוניות עצמן ייקבעו על פי מאפייני הסביבה הטבעית - למשל, תגובות כימיות עם אלקטרוליטים יכולות להתרחש במי הים. גוף המתכת עצמו הוא חומר הטרוגני במבנה, מה שמוביל לנוכחות של זוגות מיקרוגלוונים. הם, יחד עם חלקי המתכת של המבנה, הם שפועלים כאנודות, ויוצרים תנאים לתהליך הקורוזיה.

סיבות לשחיקה

במונחים כלליים, שחיקה מתייחסת לבלאי מכני, כתוצאה מכך המוצר יכול להשתנות בגודל, צורה, משקל ומאפיינים נוספים. מה הגורם לשחיקת מתכות? תהליכים פיזיקליים של השפעה חיצונית המפחיתים את החוזק של מיקרו-נפחים של שכבת פני השטח של מבנה או חלק נפרד. יתר על כן, התקשורת הפועלת אינה רק גורמים מכניים, כגון מגע ישיר עם חומרים שוחקים קשים.

אלה יכולים להיות חומרים פעילים תרמיים, גזיים וכימיים, והם יכולים לפעול גם באופן עצמאי וגם כתוספתגורם שחיקה. לדוגמה, זרימות גז תורמות לתנועה של חלקיקים מוצקים במעגל לאספקת תערובות עבודה דרך הצינור, שיש לה השפעה הרסנית עקיפה על משטחי מתכת.

שיטות להגנה על מתכות מפני קורוזיה

התרגול מראה ש-80% מהתנאים להגנה על חומרים מפני קורוזיה נקבעים בשלב הכנת המשטח. 20% הנותרים כבר מסופקים במהלך הפעולה. בערך אותו יחס בין היעילות של אמצעי הגנה נצפה בשחיקת מתכות, כאשר נעשה שימוש באמצעים למזעור בלאי של חלקי עבודה.

התחומים העיקריים של הגנה נגד קורוזיה כוללים מבניים, פסיביים ואקטיביים. הגנה מבנית נובעת משימוש בסגסוגות מיוחדות המבוססות על נירוסטה, פלדת קורטן ומתכת לא ברזלית. שיטות אקטיביות כוללות שינוי מבנה החומר בשכבה חשמלית כפולה - שיטה של הגנה אלקטרוכימית. באשר לשיטות פסיביות, הן כרוכות בשימוש בציפויים מיוחדים המונעים היווצרות של אלמנט קורוזיבי.

זנים של טיפול בחום מתכת

קבוצת שיטות לעיבוד טכנולוגי של חלקי מתכת, המתמקדת גם בשינוי מבני בשכבת פני השטח על מנת להגן מפני נזקי קורוזיה. ניתן להבחין בין הסוגים הבאים של עיבוד כזה:

• חישול. טיפול בחום, בו מחממים את המתכת, ולאחר מכן קירור הדרגתי.
• התקשות. בְּפלדות וסגסוגות שלהן יכולות לשמש כמוצרי יעד. במהלך ההתקשות, המבנה מתגבש מחדש, ולאחר החזקת החומר בטמפרטורה קריטית, מתקרר לאחר מכן. נוצר מבנה שאינו שיווי משקל בחלק שעבר עיבוד כזה, המהווה גורם מגביל בבחירת שיטה זו.
• חופשה. שיטה חלופית לטיפול בחום במתכת ביחס להתקשות, שיכולה לשמש גם כשלב עזר בשינוי המבנה. בכל מקרה, במהלך יישומו מוסרים מתחי פלדה מוגזמים, מה שמוביל לעלייה באיכויות נגד קורוזיה.
• נורמליזציה. עיבוד דומה לחישול. ההבדל הוא שבזמן החישול, הקירור מתבצע בכבשן, בעוד שבזמן הנורמליזציה הוא מתרחש באוויר.

שיטות להגנה על מתכות מפני שחיקה

הכיוון העיקרי בהגנה על חומרים מתכתיים משחיקה הוא פיתוח ציפויים מיוחדים. בפרט, מתכת בצורה של יישום סגסוגת נגד קורוזיה על חומר העבודה מגבירה את האיכויות הכימיות והמכניות של המבנה. כתוצאה מכך, הבלאי מופחת ועיצוב החלק יכול לשמור על הביצועים הקודמים שלו.

ציפויים לא מתכתיים עמידים בפני שחיקה עבור יישומים ספציפיים מפותחים גם הם. לדוגמה, שחיקת מתכות, שנוצרת בתנאים של שפשוף משטחים, נמצאת לעתים קרובות בחלקי רכב. להגנה מסוג זה, נעשה שימוש בתרכובות דמויות יהלומים, קרמיקה ומשולבות עם חוזק וקשיות מוגברים.

תכונותהגנה מפני שחיקת גז

במקרה זה, הדגש אינו על הגנה מכנית של חלקים, אלא על בידוד כימי-פיזי. ניתן להשתמש הן באופני שמירה ואחסון חומרים מיוחדים, כמו גם בחומרי סיכה מיוחדים המונעים שחיקת מתכות. הגנה ומניעת בלאי מסתמכים גם על בידוד תרמי.

בכיוון זה, נעשה שימוש בחומרים כגון כרום טהור ונאיריט של המותג NT. החיסרון של הכרום הוא שהוא מאופיין בחוסר קשיחות ומשיכות. מסיבה זו, הוא משמש לעתים רחוקות כמרכיב של בידוד מבני. באשר לנאיריט, על בסיסו נוצרות תערובות נוזלי גומי, שדרכן נוצרות אטמים מונוליטיים עמידים בפני שחיקה.

שיטת הגנה באמצעות ריסוס תרמי

זוהי טכנולוגיית הגנה רב-תכליתית המתאימה הן למניעת קורוזיה והן לבידוד בלאי מכני. טכניקת היישום שלה טמונה בעובדה שחלקיקי אבץ מוחלים על פני החלק באמצעות סילון גז. בניגוד לשיטות מתכת אחרות, שיטה זו יוצרת שכבת הגנה בעובי של עד עשרות מיקרונים. כך נמנעים תהליכי שחיקה המתרחשים בצמתים של ציוד הנדסי, כמו גם ברשתות תחבורה וצינורות נפט מרכזיים.

מסקנה

תהליכי ההשפעה השלילית על מבני מתכת מאלצים חברות תפעול להוציאסכומים גבוהים לתחזוקתם. יחד עם זאת, אמצעי ההגנה היעילים ביותר, ככלל, יקרים יותר. מצד שני, מחקרים ראשוניים של תנאי השימוש במוצרים לסיכונים של היווצרות חלודה או שחיקת מתכות יכולים למזער עלויות כאלה. העובדה היא שמאפיינים טכניים ומגנים רבים של מבנים קריטיים נקבעים בשלב בחירת הסגסוגת. על ידי סגסוגת והכנסת תוספים משתנים בשלב ייצור החלק, ניתן לספק לו איכויות הגנה אופטימליות.