؟ المعادن تأكل علم عن تعرف ماذا

المبسط تآكل في

المعادنالمهدي محمد الله عبد /المهندس إعداد

مقدمة مدخال ليكون مبسطة بصورة الكتيب هذا إعداد تم

التآكل. علم بأساسيات للتعريف علي الشديد اإلقبال األخيرة السنوات في لوحظ فقد

الغير الشرائح من العديد قبل من التآكل علوم معرفة لديها يكون آن ترغب التي و التآكل في متخصصة

علومه. و لتأكل با بسيطا لو و إلماما

كذلك و التآكل عن الناتجة المادية الخسائر آدت فقد المستوي علي الصيانة لعمليات الباهضة التكاليف بأسباب لإللمام االتجاه إلى الصناعي و الفردي علي للحفاظ المتاحة الطرق و الخسائر لهذه المؤدية

لتقليل الصناعية أو المنزلية المعدات سالمة و آمناألنفاق. عملية

ليكون المبسطة بصورته الكتيب هذا نخرج آن رائينا لذا و التآكل معرفة في الرغبة له من لكل سهال مدخال

الكتيب هذا يشمل منه, حيث الوقاية طرق و مسبباته و دراسته أهمية مع أساسياته و التآكل بعلم التعريف مباشرة الغير و المباشرة الخسائر و بأنواعه التعريف الحديد معدن علي التركيز تم قد و التآكل عن الناتجة

العملية. حياتنا في استخدامه لعموم نظرا

لبنة المتواضع الجهد هذا يكون آن نأمل البحثية الدراسات و العلوم صرح في صغيرة

المختلفة. علومه و التآكل مجال في

كل التآ علم

أو بيئتها مع لتفاعلها نتيجة للمواد فساد أو هدم هو المعادن تآكل ةالبيئ مع ةوكيميائي كهر أو كيميائية تفاعالت بواسطة المواد هدم

ميكانيكيا. الهدم يكون ما وقليل1 المحيطة

عوامل ثالثة على تتركز دائما التآكل دراسة أهمية: رئيسية

ويشمل :األول العامل االقتصادي العامل وهو الجوهريالمواد . تآكل عملية من الناتجة للخسائر تخفيض

2

للمعدات : الثاني العامل السالمة توفير أو تحسين وهوذلك على واألمثلة عكسية عواقب يسبب قد المعادن تأكل آلن

للمواد األوعية ، الضغوط تأثير تحت الواقعة المعدنية األوعيةوغيرها . المياه وغاليات اإلشعاعي النشاط ذات

المصدر :الثالث العامل ألن المعادن موارد حماية وهووعملية محدود يكون للمعادن تشمل هدرالعالمي المعادن

وتصنيع أيظا" إنتاج عملية في المياه من عالية كميات فقدانالمعادن .

البيئات كل 1 عمليا ، المعادن تآكل في كبير دور تلعب البيئةما ) 1 لحدا أكالة يكون( Corrosiveتكون ذلك على األمثلة وبعض

والمياه المقطرة ،و العذبة والمياه ، والرطوبة الجوي الهواءالمعدنية .

والغازات والبخار ، الصناعية للمدن الجوي الهواء وأغلفةوثاني الهيدروجين كبريتيد ، واألمونيا الكلورين غاز مثل األخرى

لذلك ومثاال المعدنية ،األحماض الوقود وغازات الكبريت أكسيدحامض مثل العضوية واألحماض والكبريتيك الهيدركلوريك حامضو النباتية والزيوت العضوية والمذيبات والفورميك األسيتيك

الغذائية . والمنتجاتالنفطية للدولة اقتصادية خسائر يسبب التآكل تلف األخرى الناحية ومن

كانت سوي بيئية مشاكل غير هذه وكذلك أو مباشرة خسائرمباشرة .

المباشرة الخسائر :أو التركيبات استبدال تكاليف على تشمل المباشرة الخسائر

واألسطح األنابيب وخطوط التكثيف أنابيب مثل المتآكلة القطعغيرها . و المعدنية

استخدام تكاليف وكذلك العمل تنجز التي العمالة تشمل كذلككموانع الكيميائية والمواد المعدنية والسبائك للتآكل مقاومة معادن

التآكل .النفطية المنشآت في التآكل تكلفة أن تشير األولية والدراسات

عن تقل ال الجماهيرية في . 500,000,000 والصناعية ل العام د فيالمشعل ) (. مجلة

3

مباشرة الغير الخسائر :غير مشاكل تسبب األحيان بعض في تلفها أو المعادن انهيار

ومن و متوقعة لتفاديها أو فيها للتحكم مالية تكلفة تحتاج التيكاآلتي : مباشرة الغير الخسائر ذلك على األمثلة

المفاجئ توقفال :توقف تسبب أن يمكن المحطات في متوقعة الغير المعادن انهيار

للمحطة اقاف مفاجئ يتطلب وفي مما العطل لتصليح المحطةباإلضافة المتآكل الجزء ستكون اإلجمالية التكلفة الحالة هذه

المفقود . اإلنتاج لتكلفة

اإلنتاج فقد :المياه أو والغاز الخام الزيت إنتاج يحدث ال من فقدان أن و ممكن

عملية يستمر تتم حتى متآكل أنبوب خالل األنبوبإصالح منالغاز المتآكل تسرب المبني و أساسيات في يدخل أن ممكن

انفجار . في مسببا

اإلنتاج تلوث :مباشرة عالقة في تكون لإلنتاج الحاالت معظم في التجارية القيمة

.درجة مع وجودته نقاوتهأيونات بدخول تسمح التي التآكل منتجات من صغيرة كميات وأي

تغير أو تحلل تسبب أن الممكن من ، المحلول إلى المعدناإلنتاج . في كيميائي

السالمة على التأثيرات :السامة الغازات مثل الخطرة المواد مع والتعامل النقل عملية

إلى تحتاج اإلشعاعي النشاط ذات والمواد القوية واألحماضإنشائية مواد (استخدام مصفح) من معدن التقليل أو للتخفيض

المتآكل . المعدن تلف

المتآكل : المظهر األسطح ةالمعدات أو اإلنتاج محطات في 1 جداالمشاهد . على 1 سيئا 1 انطباعا تترك سوف المعدنية

واختيار لذلك السيارات طالء على تصرف مالية مبالغ هناكلألسطح الستخدامها واأللمونيوم الفوالذ مثل الثمن الغالية المعادن

المباني . في الحواجز تغليف و الخارجية

المعادن تآكل أساسيات :

4

مقاو متضمنة عوامل عدة على يعتمد التركيبية المواد متهاختياركما ل العوامل أهم من تعتبر التآكل ،ومقاومة 1 سابقا ذكرنا كما لتآكل

اآلتي : الرسم في موضح هو

. هندسية مواد أي اختيار في تؤثر العوامل هي هذه

(1) رقم شكل

عدة على تعتمد مادة ألي الكيميائية المقاومة أو التآكلية المقاومة. ملاعو مجاالت عدة في عرفةللم تحتاج وشاملة كاملة دراسة تكون إنها

: اآلتي ) (2 رقم الشكل في موضح هو كما علمية

5

التكلفة

القوة

ةيقابلالتصنيع

وفرةالمواد

مقاومةالتآكل

المواد

المظهر

كهرةوكيميائي

التعدين

العوامل أهم من والكهروكيميائية الحرارية الديناميكا. التآكل طبيعة لفهم

: مثال11 سألنا إذا ؟ نظام ألي يحدث التآكل : هل سؤاالللنظام الحرارية الديناميكية على يعتمد : يكون الجواب

االتزان ، القطبي الجهد ،فرق الكهروكيميائي التوازن ) دراسة(. الكيميائي

وإذا ، للتآكل ميول له النظام كان : إذا سيكون الثاني السؤال ؟ تآكله سرعة معدل ستكون فكم, ذلك كان

اإللكترونات انتقال حركية معدل على يعتمد: يكون الجواب vvم التآكل تفاعل معدل حركية دراسة) vحvك طريق عن فيها مwت

(. النظامللتآكل الكهروكيميائي المفهوم :

التربة مالمسة ) في اإللكتروليتية المحاليل في المعادن تآكل1 ( تكون المياه أو الرطبة . وكيميائي كهر تفاعل أساسا ) المصاعد( التي مصعديه مساحات يشمل عادة التآكلي التفاعل

المهبطية والمساحات ،التآكل يحدث و المعدن سطح ينحل عندها1 االختزال فعل يحدث ) المهابط( حيث في التآكل يحصل ال وعادتا

. المنطقة هذه في المهبط إلي المصعد من يمر الخلية في الكهربائي والتيار

. المعادن في المصعد إلى المهبط ومن وليتيراأللكت المحلول تقاس البيئة مع المعادن تفاعل تشمل كيميائي تفاعل عملية وأي ( وقيمة)G∆بالرمز) لها ويرمز المتغيرة الحرة الطاقة طريق عن

G ∆الكيميائية العمليات في للتفاعل ميول األفضل هي ( السالبة : اآلتية المعادالت في موضح هو كما

)i( MG+H2O)1(=1/2O2)g( MG)OH(2)s( G=-142.600 cal.

6

الكيميائية الخواص والفيزيائية

الديناميكاالحرارية

مقاومةللتآكل

CU+H2O)1(=1/2O2)g( CU)OH(2)s( G=-28.600 cal. )ii(

AU+3/2H2O)1(=3/2O2)g( AU)OH(2)s( G= +15.700cal. )iii(

المائية البيئة في للتآكل عالي ميول ( له∆ G) لنا توضح∆ G وقيم المعادلة في الذهب و النحاس يليه و أكسجين علي المحتوية. للتآكل عالي ميول كيمتل ال األخيرة الدافعة القوة بمصطلح عنه يعبر أن يمكن للتآكل المعادن وميول

. التآكل لخاليا الكهربية: بوحدات تقاس اإللكترون طاقة أن حيث

VOLTS * COULOMBS )Joules(

الكهربية الدافعة القوةE. M.Fو بالجول ∆ Gبين والعالقة:كاألتي بالفولت

∆G = - n F E: حيث

n : التفاعل في الموجودة اإللكترونات عدد أو رقم F: )ك( كولومبوس (96,500) الفارادي

الحديد تآكل:

المستخدم الحديد تآكل عملية هو الرئيسي اهتمامنا أن حيثالبيئة في الموجودة والمصانع المحطات من العديد في كمعدن

الكهروكيميائية) ( التآكل وتفاعالت التربة و الماء و الرطوبة معكاألتي : ستكون للحديد

ووضعناها الحديد من قطعة أخذنا علي محلول فيإذا يحتويالموجب يميل ( , H+ ) الهيدروجين سوف الحديد أن نجد

الهيدروجين غاز و المحلول إلي علي ( H ²)للذهاب يترسب سوفالحديد تعرف, سطح المعدن سطح علي تفاعالت حدوث

المصعد و المهبط علي بتفاعالت تكتب قد التفاعالت هذه معظم والتالي : الشكل

Fe++ + H2 + 2 H Fe+

كاألتي منفصلين تفاعلين إلي ينقسم قد التفاعل وهذا:

7

للمهابط بالنسبة :

Fe+++2e Fe + 2H+

للمصاعد بالنسبة :

H2 2H+ + 2e

إلي المهبط من المعادن في تنتقل اإللكترونات و المصعد من مباشرة يمر الكهربائي التيار بينما المصعد

المهبط إلي

H+ H+ Fe ++

المعدن سطح (3) رقم شكل

االلكتروليتي / المحلول البيئة

e- e -

الحديد معدن تأكسد هو المصعدي ،التفاعل التآكل عمليات جميع في عادة

إلكترونات . 1 معطيا أليوناته المعدن

مثال : M Mn++ ne

الستهالك مهبطي تفاعل سيكون هناك أخري ناحية من

االختزال . تفاعل عملية في المعدن بواسطة المنتجة اإللكتروناتهي المعادن لتأكل المتكررة و 1 شيوعا المهبطية التفاعالت وأكثر

للهيدروجين . المنتجة التفاعالت

H2 2e- + 2H+

( : حامض ) األكسجين اختزال

2H2O 4e- + 4H+ O2+

( :قاعدي) األكسجين اختزال

8

4OH- 4e- + H2O 2 O2+

( اإللكترون )إنتاج المعادن انحالل: المصعد عملية

(اإللكترون )استهالك. اإللكترون انتقال: المهبط عمليةالموصلية المعدن في اإللكترون حركة( .)

(. اإللكترونية )الموصلية المحلول في األيون حركة

التآكل وأشكال أنواع :

( Uniform attack corrosion:) المنتظم التآكل

كيميائي بتفاعل يتميز عادة وهو للتآكل 1 شيوعا األكثر الشكل وهووكيميائي أو األسطح كهر فوق بانتظام التآكل علي يعمل أنه حيث

كبيرة . مساحة ويغطي العريضةيمكن المنتظم منه والتآكل بواسطة :الحد منعه أو

المناسبة المواد اختيار كيميائية مانعة مواد مهبطيه حماية

( Galvanic corrosion) :الجلفاني التآكل

في موضوعان بينهما الجهد فرق اختالف مع معدنين وجود عندإلكترون ينتج الجهد فرق في االختالف وهذا موصل يتدفق محلول

بينهما .واألقل ) ( المصعد يكون مقاومة األقل 1 نشاطا األكثر المعدن

. ) المهبط) يكون مقاومة األكثر 1 نشاطا

( Pitting corrosion:) يالنقر التآكل

.و المعدن في ثقوب عنه ينتج الذي هو

9

( Erosion corrosion:)ياالنجراف تآكلال

الحركة زيادة بسبب المنتظم التآكل معدل في الزيادة وهو. المعدن وسطح األكال السائل بين النسبية

( Stress corrosion :)جهادي أال التآكل

األكالة والبيئة للمركب الساكنة الحركية القوة لتأثير نتيجة يحدث. بالمعدن المحيطة

Microbial(:) الحية الكائنات ) الميكروبي التآكل

corrosion )

مباشرة غير أو مباشرة تحدث الحالة هذه في المعدن تآكل عمليةالحية الكائنات لنشاط مثل الدقيقة نتيجة البيئة في الموجودة

الطبيعي النفط و البحار ومياه الطبيعية والمياه وأفضل التربةذلك ) علي . (sulfur-oxidizing bacteriaمثال

( Underground or soil corrosion:) التربة تحت التآكل

مغمور معدن ألي التآكل ظروف األرض أن علي تحت يختلفالتربة لحجم بالنسبة وكثيرة واسعة معدالت

: للتربة التآكلية العوامل أهم ومن

حمضياتها . التهوية درجة. األمالح ونسبة الرطوبة درجة .اإللكترونية الموصلية.العضوية والميكروبات البكتيريا نسبة .التربة حبيبات حجم.

عملية هي التربة تآكل أن الواضح وكيميائية ومن . كهر

التآكل في التحكم (: Corrosion Control)

أن مع فقط مثالية ظروف تحت بالكامل تجنبه يمكن التآكل ضرربعيد حد إلي التآكل تقليل يمكن و مستحيل الظروف هذه تطبيق

تحتها يحدث التي والظروف 1 جدا عديدة التآكل أنواع ألن 1 ونظرا

10

من خليط أو طرق عدة المدهش من وليس للغاية متغيرة التآكل ) + بمث ) وتستخدم الكاثود حماية الطالء مشاكل االطرق مع لية

التآكل .

األكثر الطرق � : التآكل في للتحكم شيوعا

مناسب تصميم بواسطة الحماية :1 أكالة بيئة ألي للمواد المناسب االختيار استشارة و جزئيا

الوسائل أحسن من هي و التصميم فترة خالل ، التآكل مهندسالتآكل. تمنع حتى و للتحكم

: المثال سبيل علي محلول وجود في متشابه غير معدن التصاق 1في أكال تجنب مثال

أنابيب وجود في للمياه المزودة المجلفنة الحديد خزانات نظامالزنك و النحاس بين سيحدث التجلفن التفاعل آلن نحاسية

كهربائي) ( تيار .محدث

المعدن خصائص تحسين :تقلل التي الخواص تغير تسبب المعدن في مقاومة من الشوائب

للمعدن . التآكلللمعادن التآكل مقاومة و المتانة و القوة من كال في الزيادة

ويستحسن مالئمة .تصفحهمالتجارية عناصر بواسطة

المهبطية الحماية :دفع بواسطة المعادن تآكل من تقليل أو لمنع طريقة وهيحمايته . المراد للمعدن التركيبية البيئة في إلكترونات

تفاعالت تحدث بينما المصعد في فقط المتآكلة الخاليا جميع وفيتنح ال التي المادة أي المهبط في المحلول لمختلفة في

في غمرت للمعدن التركيبية أو البنية وإذا التآكل من والمحميةمن التيار يسحب السطح يجعل مما المهبط يكون الماءبإحدى عليها الحصول ممكن المهبطية الحماية و اإللكترون

الطريقتين :

للمصعد الجلفنة نظام باستخدام:

11

نشط امع تستخدم م ةدن مساعد صاعأو ,د 1 ة موصلة كهربياحمايته المراد المصعد الجهد فرق اختالف. للمعدن بين

إليها المعدنية والتركيبية أشير في كما النسبي السلسلة بموقعهافي , الكهروكيميائية الكهربائي تسبب التيار في شحنة )+(تدفق

السطح المحلول يكون وبهذا المعدن بنية تركيب إلى المصعد منالمهبط . يصبح أو بالكامل

الحماية مصاعد تربط كهربائية أسالكباألنبوب

: التيار دفع نظام كهربائي مصدر مع مجلفن غير المصعد عن عبارة هو

(D.C) مستمر التيار يدفع لكي المصعد من

. المهبط إلى

: لتيارا دفع بواسطة المهبطية الحماية أساسيات

12

حماية مصاعداألنبوب قرب

مدفون أنبوب األرض تحت

)+( من تيار األنبوب إلى المصعد

) رقم شكل4)

- + كهربائي محول كهربائي تيار مصعد

خزان

(5) رقم شكل

الكيميائية الموانع استخدام :

في تضاف عندما كمادة يعرف أن يمكن للتآكل الكيميائي مانعأكالة لبيئة صغيرة حيث كميات معدل اف تكون مائية من تقلل عليا

للمعدن . التآكلتذوب التي أو عضوية غير أو عضوية مواد تكون الكيميائية الموانع

سوى حماية طبقة تكوين على القدرة وله األكال الوسط فيالمهبط . أو المصعد عند كانت

أو : ) مصعديه كيميائية موانع ، فوسفات كرومات، مثلأوكسجين كمية على محتوية االنتقالية للعناصر أخرى أيونات

13

مستو ي

األرض

جدار ( مكونه المعدن سطح على تمتص المركبات هذه عاليةالتآكل . معدل يقلل وبها حاجز أو واقي

مركبات) : مهبطيه كيميائية موانع ، األمينات ذلك على مثالعند( Hetrocyclicالنتروجين ) االمتصاص على قادرة تكون

وتقلل المعدن المهبطي .سطح التفاعل

� : مثاال 2H + 2e- H2

الواقية األغلفة استخدام : ( Protective coatings )

من 1 تقريبا عملية اقدم تكون منع في 1 شيوعا األكثر الطرقالتآكل .

البيئة من تحته الذي المعدن 1 عازال المغلف أو المغطاة السطحغير أو الطالء مثل عضوية أغلفة تكون الواقية األغلفة ، األكالة

المعدنية . األغلفة مثل عضوية

التآكل عملية مراقبة : ( Corrosion monitoring )

في التآك��ل عملية لمراقبة المتوفرة التقنيات يلخص اآلتي الشكل. التشغيل تحت المحطات

14

الهيدروجين بروب الكشفالنظري

السمك قياسات

( 6) رقم شكل

15

فقدان كوبونمراقبة ثقوبالوزن

المقاومة بروبالكهربائية جهد فرق قياسات

المعدات

معدل مراقبةالتآكل

قياسات االستقطاب

الخطي