خوردگی و کنترل خوردگی (مقدمه ای بر علم و مهندسی خوردگی)

فصل اول: تعریف و اهمیت خوردگی

1ـ1 تعریف خوردگی

1ـ2 اهمیت خوردگی

1ـ3 مدیریت ریسک

1ـ4 دلایل خوردگی

فصل دوم: مکانیزم الکتروشیمیایی

2ـ1 پیل خشک و قانون فاراده

2ـ2 تعریف آند و کاتد

2ـ3 انواع پیل­ها

2ـ4 انواع خسارت­های خوردگی

فصل سوم: ترمودینامیک: تمایل خوردگی و پتانسیل الکترود

3ـ1 انرژی آزاد گیبس

3ـ2 اندازه ­گیری EMF پیل

3ـ3 محاسبه ­ی پتانسیل نیم­پیل (معادله­ ی نرنست)

3ـ4 الکترود هیدروژن و مقیاس استاندارد هیدروژن

3ـ5 قرارداد علامت­ها و محاسبه­ی EMF

3ـ6  اندازه­گیری pH

3ـ7 الکترود اکسیژن و پیل­ های اختلاف دمشی

3ـ8 سری ­های EMF و گالوانی

3ـ9 پتانسیل اتصال مایع

3ـ10 الکترودهای مرجع

فصل چهارم: ترمودینامیک: نمودارهای پوربه

4ـ1 مبانی نمودارهای پوربه

4ـ2 نمودار پوربه برای آب

4ـ3 نمودار پوربه برای آهن

4ـ4 نمودار پوربه برای آلومینیوم

4ـ5 نمودار پوربه برای منیزیم

4ـ6 محدودیت­های نمودارهای پوربه

فصل پنجم: سینتیک: پلاریزاسیون و نرخ خوردگی

5ـ1 پلاریزاسیون

5ـ2 پیل پلاریزه شده

5ـ3 چگونگی اندازه­ گیری پلاریزاسیون

5ـ4 علت پدیده­ ی پلاریزاسیون

5ـ5 اضافه ولتاژ هیدروژن

5ـ6 نمودارهای پلاریزاسیون برای فلزات در حال خوردگی

5ـ7 اثر پلاریزاسیون بر نرخ خوردگی

5ـ8 محاسبه­ ی نرخ خوردگی از داده­ های پلاریزاسیون

5ـ9 نسبت سطح آند به کاتد

5ـ10 طیف ­سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)

5ـ11 نظریه­ ی حفاظت کاتدی

فصل ششم: رویینگی

6 ـ1 تعریف

6 ـ2 ویژگی ­های رویینگی و پتانسیل فلید

6 ـ3 رفتار رویین­ کننده ­ها

6 ـ4 حفاظت آندی و فرارویین

6 ـ5 نظریه ­های رویینگی

6 ـ6 پتانسیل بحرانی حفره­ دار شدن

6 ـ7 دمای بحرانی حفره­ دار شدن (CPT)

6 ـ 8 رویینگی آلیاژها

6 ـ9 اثر پلاریزاسیون کاتدی و کاتالیزورها

فصل هفتم: آهن و فولاد

7ـ1 مقدمه

7ـ2 محیط­ های آبی

7ـ3 عوامل متالورژیکی

7ـ4 میل­گردهای فولادی داخل بتن

فصل هشتم: اثر تنش

8ـ1 کار سرد

8ـ2 ترک خوردگی تنشی

8 ـ3 مکانیزم ­های ترک خوردگی تنشی فولاد و فلزات دیگر

8ـ4 خسارت هیدروژنی

8ـ5 خسارت تابشی

8ـ6 خوردگی خستگی

8 ـ6 ـ2 راهکارها

8 ـ7 خوردگی فرسایشی

فصل نهم: خوردگی اتمسفری

9ـ1 معرفی

9ـ2 انواع اتمسفر

9ـ3 لایه­ های محصولات خوردگی

9ـ4 عوامل مؤثر بر خوردگی اتمسفر

9ـ5 راهکارها

فصل دهم: خوردگی در خاک

10ـ1 مقدمه

10ـ2 عوامل مؤثر بر خورندگی خاک

10ـ3 اداره آزمون­ های استاندارد

10ـ4 ترک خوردگی تنشی

10ـ5 راهکارها

فصل یازدهم: اکسیداسیون

11ـ1 مقدمه

11ـ2 مراحل اولیه

11ـ3 ترمودینامیک اکسیداسیون: نمودار انرژی آزاد ـ دما

11ـ4 پوسته­ های محافظ و غیرمحافظ

11ـ5  نظریه اکسیداسیون واگنر

11ـ6 خواص اکسید و اکسیداسیون

11ـ7 اثرات گالوانی و الکترولیز اکسیدها

11ـ 8 خوردگی خاکستر داغ

11ـ9 خوردگی داغ

11ـ10 اکسیداسیون مس

11ـ11 اکسیداسیون آهن و آلیاژهای آن

11ـ12 آزمون طول عمر سیم­ های مقاوم به اکسیداسیون

11ـ13 آلیاژهای مقاوم به اکسیداسیون

فصل دوازدهم: خوردگی ناشی از جریان­های سرگردان

12ـ1 مقدمه

12ـ2 منابع جریان­های سرگردان

12ـ3 خسارت کمّی ناشی از جریان­های سرگردان

12ـ4 آشکارسازی جریان­های سرگردان

12ـ5 اندازه­گیری مقاومت خاک

12ـ6 روش­های کاهش خوردگی جریان سرگردان

فصل سیزدهم: حفاظت کاتدی و آندی

13ـ1 مقدمه

13ـ2 تاریخچه­ ی مختصر

13ـ3 روش انجام

13ـ4 استفاده­ی هم­زمان حفاظت کاتدی و پوشش­ها

13ـ5 مقدار جریان مورد نیاز

13ـ6 مواد آند و پشت­بند

13ـ7 معیارهای حفاظت

13ـ8 جنبه­ های اقتصادی حفاظت کاتدی

13ـ9 حفاظت آندی

فصل چهاردهم: پوشش­های فلزی

14ـ1 روش­های پوشش­دهی

14ـ2 طبقه ­بندی پوشش­ها

14ـ3 پوشش­های فلزی خاص

فصل پانزدهم: پوشش­های غیرآلی (معدنی)

15ـ1 لعاب­ های شیشه­ ای

15ـ2 پوشش ­های سیمان پرتلند

15ـ3 پوشش­ های تبدیلی شیمیایی

فصل شانزدهم: پوشش­های آلی

16ـ1 مقدمه

16ـ2 رنگ­ها

16ـ3 شرایط لازم برای حفاظت در برابر خوردگی

16ـ4 آماده ­سازی سطح فلز

16ـ5 اعمال پوشش­های رنگ

16ـ6 خوردگی فیلی­فرم

16ـ7 آسترهای پلاستیکی

فصل هفدهم: بازدارنده ­ها و رویین­ کننده­ ها

17ـ1 مقدمه

17ـ2 رویین­ کننده­ ها

17ـ3 بازدارنده­ های اسیدشویی

17ـ4 ترکیبات برفابی

17ـ5 بازدارنده­ های فاز بخار

فصل هجدهم: عملیات پاک­سازی سیستم­های آب و بخار

18ـ1 هواگیری و غیرفعال کردن

18ـ2 پاک­سازی آب داغ و سرد

18ـ3 عملیات پاک­سازی آب دیگ بخار (بویلر)

فصل نوزدهم: آلیاژسازی برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی، فولادهای زنگ­نزن

19ـ1 مقدمه

19ـ2 فولادهای زنگ­نزن

فصل بیستم: مس و آلیاژهای مس

20ـ1 مس

20ـ2 آلیاژهای مس

فصل بیست و یکم: آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم

21ـ1 آلومینیوم

21ـ2 آلیاژهای آلومینیوم

21ـ3 ترک خوردگی تنشی

فصل بیست و دوم: منیزیم و آلیاژهای منیزیم

22ـ1 مقدمه

22ـ2 منیزیم

22ـ3 آلیاژهای منیزیم

22ـ4 خلاصه

فصل بیست و سوم: نیکل و آلیاژهای نیکل

23ـ1 مقدمه

23ـ2 نیکل

فصل بیست و چهارم: کبالت و آلیاژهای کبالت

24ـ1 مقدمه

24ـ2 آلیاژهای کبالت

فصل بیست و پنجم: تیتانیوم

25ـ1 تیتانیوم

25ـ2 آلیاژهای تیتانیوم

25ـ3 خوردگی حفره­ای و شیاری

25ـ4 خوردگی بین دانه­ای و ترک خوردگی تنشی

فصل بیست و ششم: زیرکونیم

26ـ1 زیرکونیم

26ـ2 آلیاژهای زیرکونیم

26ـ3 رفتار در آب داغ و بخار

فصل بیست و هفتم: تانتال

27ـ1 مقدمه

27ـ2 رفتار خوردگی

فصل بیست و هشتم: سرب

28ـ1 مقدمه

28ـ2 رفتار خوردگی سرب و آلیاژهای سرب

28ـ3 خلاصه

فصل بیست و نهم: پیوست

29ـ1 فعالیت و ضریب فعالیت الکترولیت­ های قوی

29ـ2 به دست آوردن معادله­ ی استرن ـ گری برای محاسبه­ ی نرخ خوردگی از...

29ـ3 اقتباس معادله­ ای که شاخص اشباع یک آب خنثی را ارایه می­ دهد

29ـ4 اقتباس تغییر پتانسیل در راستای یک خط لوله­ ی تحت حفاظت کاتدی

29ـ5 اقتباس معادله برای افت پتانسیل در راستای سطح خاک که... 

29ـ6 اقتباس معادله برای تعیین مقاومت خاک از طریق روش چهار الکترود

29ـ7 اقتباس معادله ­ی نشان دهنده­ی کاهش وزن توسط خوردگی سایشی

29ـ8 ضرایب تبدیل

29ـ9 پتانسیل­ های استاندارد

29ـ10 علائم و اختصارات

مقدمه مترجمان

با یک نگاه کوتاه به محیط اطراف، می ‌توان دریافت که یکی از معضلات جهان صنعتی پدیده ­ی خوردگی است. قطعاً همه ­ی ما نیز با سطوح زنگ ­زده­ ی قرمز رنگ سازه ‌ها و تجهیزات فولادی، بدنه ­ی خودرو­ها، ماشین­ آلات، اسکله ­ها و... مواجه شده ­­ایم. رسوبات سبز رنگ حاصل از خوردگی شیرآلات را مشاهده کرده ­ایم. کدر شدن جواهرآلات یا ظروف نقره ­ای را دیده ­ایم. این ­ها همه گواهی بر حضور فرایندهای خوردگی در زندگی روزمره­ ی ما هستند. تاریخ گویای خسارت های سنگین مالی و جانی و گاها جبران ناپذیر ناشی از خوردگی در زندگی ما است. جدا شدن بخشی از بدنه یک هواپیمای بویینک 737 در ارتفاع 24000 پایی در سال 1988، تخریب پلی بر روی رودخانه میسی­ سیپی در سال 2007، انفجار خط لوله گاز در نیومکزیکو در سال 2000، انفجار راکتور اتیلن در امریکا در سال 1989، انفجار و انهدام راکتور در انگلستان در سال 1974، و بالاخره ترک خوردن و تخریب سقف استخر شنا در سوییس در سال 1985 نمونه­ های بارز و روشنی از خسارت های مالی و جانی خوردگی هستند. هر یک از موارد فوق علاوه بر خسارت­ های مالی مستقیم خسارت­ های مالی نامستقیم و تلفات جانی به هم­راه داشته است. بدون شک، پدیده­ ی مخرب خوردگی از ابتدای سروکار داشتن بشر با فلزات وجود داشته است و اجداد ما نیز وقوع خوردگی را در ابزارهای دست‌ ساز خود مشاهده می ­کردند، اما قادر به تجزیه و تحلیل آن  نبوده ­اند، زیرا از علم خوردگی آگاهی نداشته­ اند.

با این که خوردگی علمی ساده به نظر می­ رسد و افراد مختلف در محاورات روزمره نیز با به کار بردن لفظ "زنگ زدن" به صحبت درباره­ ی آن می ­پردازند و نشانه­ های آن را زنگ، ترک، حفره و رسوب می ­دانند، اما در پدیده­ ی خوردگی قوانین پیچیده ­ای حاکم است که برای درک آن ­ها و تجزیه و تحلیل دقیق علل وقوع و روش پیشگیری از آن، تخصص و تبحر در زمینه­ های علمی مختلف از آن جمله: شیمی، الکتروشیمی، شیمی فیزیک، متالورژی، فیزیک، برق، میکروبیولوژی، محیط ‌زیست و حتی اقتصاد برای یک متخصص خوردگی الزامی است.

قوانین حاکم بر شیمی مواد در اواسط قرن هجدهم میلادی کشف شد و علم خوردگی برای اولین بار در سال 1924 به عنوان درس دانشگاهی در دانشگاه­های انگلستان تدریس شد. در حال حاضر این رشته در بیش از 300 دانشگاه در جهان تدریس می­شود که در پی آن کتاب‌های متفاوتی نوشته و چاپ شده ­اند. علاوه بر آن، هر ساله همایش ­های متعددی در این زمینه برگزار و مجلات فراوانی در جهان چاپ می ­شوند. با این حال هنوز هم کاهش خوردگی و هزینه‌ های ناشی از آن از جمله نیاز­های مبرم صنایع کوچک و بزرگ است که خود نشان ­دهنده ­ی اهمیت روزافزون خوردگی و لزوم شناخت دقیق تر و بیش­ تر آن است.

کتاب­ های منتشر شده در زمینه خوردگی بسیار متعدد و متنوع ­اند. علاوه بر بحث ­های عمومی در زمینه خوردگی، هر یک از این کتاب­ها، بستگی به سلیقه و تخصص نویسنده، در زمینه ­های خاصی متمرکز است. به عنوان نمونه برخی از این کتاب­ها خوردگی را عمدتاً از دیدگاه واکنش­ های شیمیایی- الکتروشیمیایی و برخی دیگر آن را از نگاه مهندسی مواد ارزیابی کرده ­اند. به نظر

اینجانبان متمایز بودن یک کتاب خوردگی به کاربرد آن­، جامع بودن آن­ و سطح علمی آن بستگی دارد. هدف از ترجمه این کتاب، تهیه­ ی یک کتاب جامع در زمینه­ی خوردگی با اطلاعات کافی برای استفاده­ی دانشجویان و علاقه­ مندان به علم خوردگی بوده است که از عبارت­ های کیفی در آن پرهیز شود و با عبارت­ های کمی و ارایه ­ی معادلات و واکنش ­های مربوطه به کمی شدن این علم کمک کرده باشد. با مقایسه ی کتاب ­های مختلف با ویرایش ­های جدید، کتاب خوردگی و کنترل خوردگی نوشته پرفسور هربرت اولیگ گزینه­ ی مناسبی است که علاوه بر ویژگی­های یاد شده با داشتن مسایل متعدد در پایان هر فصل، دانشجویان را در مشارکت در آموزش تشویق می ­کند. هم چنین با داشتن فصل­ های اختصاصی برای فلزات پرکاربردی مانند مس، تیتانیوم، منیزیم و آلومینیوم، بررسی رفتار این فلزات در محیط­ های مختلف را به طور جامع بحث کرده است. این خصوصیات و هم ­چنین جداول موجود در کتاب و پیوست ­ها، مهندسان و متخصصان خوردگی را نیز از استفاده­ ی کتاب­ های متعدد دیگر خوردگی تا حدودی بی ­نیاز می­ کند.

وجود مراجع متعدد جدید در ویرایش پیش­ رو، به‌ روز بودن کتاب خوردگی و کنترل خوردگی نوشته پروفسور هربرت اولیگ را تأیید می ­کند. فهرستی از این مراجع در انتهای هر فصل آمده است و اکثر آن­ ها مربوط به سال 2000 به بعد هستند.

در پایان خدای منان را برای لطف و عنایت سرشارش شاکر و سپاسگزاریم. لازم است از تمام کسانی که در تهیه و چاپ این کتاب ما را یاری کرده ­اند، به ویژه مدیریت محترم نشر ارکان­ دانش جناب آقای مهندس محمد ترابیان و پرسنل محترم انتشارات از جمله سرکار خانم نسرین مختاری مدیر داخلی انتشارات، سرکارخانم فاطمه چلمقانی که زحمت تایپ و صفحه ­آرایی کتاب را بر عهده داشتند و سرکار خانم نفیسه اورک ­شیرانی به خاطر طراحی روی جلد کتاب تشکر و قدردانی شود.

امید است این کتاب مفید واقع شود و رضایتمندی علاقمندان به علم و مهندسی خوردگی را فراهم نماید. با تشکر از نظرات و پیشنهادات سازنده شما خوانندگان محترم که با ارایه نقطه نظرات سازنده خود ما را در تهیه ­ی ویرایش بعدی این کتاب یاری خواهید کرد.

تابستان 1395

دکتر محمد علی گلعذار

مهندس حمید رضا ریاضی

مهندس داود قربانی