اختبار التآكل بثاني أكسيد الكبريت

ومن المعروف أن ثاني أكسيد الكبريت عدواني تجاه الفولاذ والسبائك المعدنية الأخرى. على الرغم من أن المركب في شكله النقي لا يتفاعل بقوة مع المعدن، إلا أنه يمكن أن يكون شديد التآكل عند تعرضه للغلاف الجوي. يتشكل حمض الكبريتيك عندما يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الرطوبة (الماء) والأكسجين. هذا المركب الحمضي شديد التآكل ويمكن أن يسبب تدهورًا سريعًا للهياكل الأساسية الفولاذية. تعتبر أيونات الكبريتات المتكونة على سطح طبقة الرطوبة مساهمًا رئيسيًا في تسارع التآكل على الأسطح المعدنية.

ثاني أكسيد الكبريت هو غاز عديم اللون ينتمي إلى عائلة الغازات التي تسمى أكاسيد الكبريت. فهو يتفاعل على سطح مختلف الجزيئات الصلبة المحمولة بالهواء، ويذوب في الماء، ويمكن أن يتأكسد في قطرات الماء في الهواء. يلعب ثاني أكسيد الكبريت، وهو منتج من احتراق الوقود الأحفوري المحتوي على الكبريت، دورًا مهمًا في التآكل الجوي في الأجواء الحضرية والصناعية. يمتص على الأسطح المعدنية، وله قابلية عالية للذوبان في الماء، ويميل إلى تكوين حامض الكبريتيك (المطر الحمضي) في وجود أفلام الرطوبة. تتشكل أيونات الكبريتات في طبقة الرطوبة السطحية نتيجة أكسدة ثاني أكسيد الكبريت، ويعتبر تكوينها هو التأثير الرئيسي لثاني أكسيد الكبريت في تسريع عملية التآكل.

يمكن التعبير عن ثاني أكسيد الكبريت من حيث معدل ترسبه أو تركيزه في الهواء. ويجب إجراء كلا القياسين وفقًا للمعيار "ISO 9225 تآكل المعادن والسبائك - تآكل الأجواء - قياس العوامل البيئية المؤثرة على تآكل الأجواء". أما في المعيار "ISO 9223 تآكل المعادن والسبائك - تآكل الأجواء - التصنيف والتحديد والتقدير"، فإن وحدات قياس فئات ثاني أكسيد الكبريت هي معدلات ترسب الكبريتات بوحدة ملغم/م²/يوم. ويحدد هذا المعيار العوامل الأساسية في تآكل المعادن والسبائك بفعل الغلاف الجوي، وهي: مجموعة درجات الحرارة والرطوبة، وتلوث ثاني أكسيد الكبريت، وملوحة الهواء.

تشمل المصادر الطبيعية لثاني أكسيد الكبريت الانبعاثات الصادرة عن البراكين والمحيطات والتحلل البيولوجي وحرائق الغابات. أهم مصادر ثاني أكسيد الكبريت من صنع الإنسان هي حرق الوقود الأحفوري، والصهر، وإنتاج حامض الكبريتيك، وتحويل لب الخشب إلى ورق، وحرق القمامة، وإنتاج الكبريت العنصري.

يعد حرق الفحم أكبر مصدر من صنع الإنسان لثاني أكسيد الكبريت، حيث يمثل حوالي 50% من الانبعاثات العالمية السنوية، ويمثل حرق النفط حصة تتراوح بين 25% إلى 30%. وفي الغلاف الجوي، يمتزج ثاني أكسيد الكبريت مع بخار الماء لينتج حمض الكبريتيك. يمكن أن تحمل الرياح هذا التلوث الحمضي مئات الأميال ويتراكم على شكل أمطار حمضية.

يشير تآكل ثاني أكسيد الكبريت إلى التآكل الذي يحدث نتيجة تفاعل المعدن مع مركبات الكبريت في بيئات ذات درجة حرارة عالية. ونتيجة لهذا التآكل، يخترق الكبريت عمومًا أقل بقليل من السمك الأصلي وتتشكل طبقة الكبريت على السطح. تسمى هذه العملية عمومًا بالتآكل الكبريتيدي في الأدبيات المتعلقة بالتآكل. يمكن أن يحدث تآكل ثاني أكسيد الكبريت في أي مكان توجد فيه مركبات الكبريت في تيار هيدروكربوني وتتجاوز درجة الحرارة حوالي 230 درجة.

اختبار تآكل ثاني أكسيد الكبريت هو اختبار معملي يتم إجراؤه على السوائل العازلة الكهربائية ويكشف عن وجود الكبريت المسبب للتآكل في العينة. يمكن أن يكون الكبريت المسبب للتآكل على شكل كبريت عنصري أو مركبات كبريتية غير مستقرة حرارياً. يعد الكبريت العنصري ضارًا على الفور للمحول، في حين أن مركبات الكبريت غير المستقرة حرارياً قد تكون ضارة. تسبب هذه الأشكال من الكبريت تآكل المعادن مثل النحاس والفضة.

تجذب مشكلة الكبريت المتآكل الكثير من الاهتمام في الصناعة. عندما يعمل المحول عند درجات حرارة عالية بما فيه الكفاية، تتحول مركبات الكبريت غير المستقرة في الزيت إلى مركبات كبريتية قابلة للتآكل. تهاجم مركبات الكبريت المسببة للتآكل موصل النحاس، مما يتسبب في تكوين كبريتيد النحاس، الذي يذوب بعضه في الزيت. يتمتع كبريتيد النحاس بميل لعزل الورق ويشكل طبقات على الورق وداخله. يخلق كبريتيد النحاس مسارًا موصلًا يؤدي في النهاية إلى الفشل ويؤدي إلى تدهور الخصائص العازلة للورق.

في اختبارات تآكل ثاني أكسيد الكبريت، يتم استخدام "طريقة الاختبار القياسية ASTM D1275-15 للكبريت المسبب للتآكل في سوائل العزل الكهربائي" التي طورتها الجمعية الأمريكية للاختبارات والمواد (ASTM) بشكل عام. تصف هذه المواصفة القياسية طريقة اختبار للكشف عن مركبات الكبريت المسببة للتآكل (سواء العضوية أو غير العضوية) في السوائل العازلة الكهربائية. قد تحتوي السوائل العازلة الجديدة وأثناء الخدمة على كبريت عنصري أو مركبات كبريت، أو كليهما، مما يسبب التآكل في ظل ظروف استخدام معينة. تم تصميم طريقة الاختبار هذه للكشف عن وجود أو ميل إلى تكوين مركبات الكبريت الحرة والكبريت المسببة للتآكل عن طريق ملامسة النحاس أو الفضة لسائل عازل في ظل ظروف محددة.

من بين العديد من دراسات الاختبار والقياس والتحليل والتقييم التي تقدمها للشركات في مختلف القطاعات، توفر منظمتنا أيضًا خدمات اختبار التآكل بثاني أكسيد الكبريت من خلال طاقمها المدرب والخبراء والمعدات التكنولوجية المتقدمة.