ارزیابی اثر خوردگی الاستومرها بر مس
مس به دلیل رسانایی الکتریکی عالی، رسانایی حرارتی، شکل‌پذیری و مقاومت ذاتی در برابر خوردگی در مقایسه با بسیاری از فلزات مانند آهن، بسیار ارزشمند است. با این حال، دچار خوردگی می‌شود. این یک واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی با محیط اطراف خود است و بر ظاهر، عملکرد و گاهی اوقات یکپارچگی ساختاری آن تأثیر می‌گذارد. خوردگی مس معمولاً یک لایه محافظ تشکیل می‌دهد، اما تحت شرایط خاصی می‌تواند مشکلاتی ایجاد کند.
مس در معرض هوا و رطوبت، ابتدا اکسید می‌شود و یک لایه نازک قهوه‌ای مایل به قرمز از اکسید مس تشکیل می‌دهد. با گذشت زمان، به خصوص در فضای باز یا در محیط‌های مرطوب، این لایه از طریق واکنش با دی اکسید کربن، ترکیبات گوگرد، اکسیژن و سایر عناصر جوی به یک لایه پیچیده‌تر و پایدارتر به نام پتینه تبدیل می‌شود. این پتینه بسیار مفید است: به عنوان یک مانع عمل می‌کند، خوردگی بیشتر را به طور قابل توجهی کند می‌کند و از فلز زیرین محافظت می‌کند. در بیشتر شرایط جوی، سرعت خوردگی بسیار پایین می‌ماند و پتینه به جای آسیب رساندن به ماده، دوام آن را افزایش می‌دهد.
اگرچه پتینه در بسیاری از موارد محافظ است، اما خوردگی می‌تواند تحت شرایط خاصی اثرات مضری داشته باشد:
- از بین رفتن مواد و تضعیف سازه: در محیط‌های خورنده (مانند آب‌های اسیدی، خاک‌های با کلرید بالا یا هوای آلوده)، خوردگی می‌تواند به جای همگن بودن، موضعی شود. انواع آن عبارتند از:
- خوردگی حفره‌ای: سوراخ‌های عمیق و موضعی در لوله‌ها که می‌توانند منجر به نشتی‌های سوراخ سوزنی شوند.
- خوردگی فرسایشی: این نوع خوردگی که توسط جریان آب متلاطم با سرعت بالا تشدید می‌شود، لایه‌های محافظ را از بین می‌برد و دیواره‌های لوله را نازک می‌کند.
- خوردگی گالوانیک: وقتی مس با فلزات کم‌ارزش‌تر (مثلاً در سیستم‌های لوله‌کشی مختلط) تماس پیدا می‌کند، به عنوان کاتد عمل می‌کند و خوردگی فلز دیگر را تسریع می‌کند، اما خود مس کمتر آسیب می‌بیند.
- تخریب خواص: خوردگی بیش از حد، استحکام مکانیکی را کاهش می‌دهد، در برخی موارد شکنندگی را افزایش می‌دهد و در صورت تشکیل لایه‌های ضخیم عایق، رسانایی را مختل می‌کند. در کاربردهای الکتریکی یا حرارتی، حتی تغییرات جزئی سطح می‌تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد.
- انتشار مس در آب (سیستم‌های لوله‌کشی): آب خورنده (pH پایین، آب نرم، کلرید/سولفات بالا، آب راکد) مس را از لوله‌ها حل می‌کند و منجر به موارد زیر می‌شود:
- تغییر رنگ آبی-سبز روی وسایل.
- طعم فلزی یا تلخ در آب آشامیدنی.
- سطح بالای مس که ممکن است از دستورالعمل‌های بهداشتی فراتر رود.
- خوردگی زیرسطحی/خاک: در برخی خاک‌ها (سولفات/کلرید بالا، زهکشی ضعیف، رطوبت)، لایه‌های محافظ از بین می‌روند و منجر به فرسایش تسریع‌شده می‌شوند.
- سایر اثرات خاص: در سوخت‌های زیستی یا روغن‌ها، خوردگی مس (که با آزمایش‌های نوار مسی اندازه‌گیری می‌شود) نشان‌دهنده تخریب سوخت است. در تأسیسات ذخیره‌سازی زباله‌های هسته‌ای یا محیط‌های دریایی، یون‌های کلرید می‌توانند حتی در سطوح پایین اکسیژن، سرعت خوردگی را افزایش دهند.
به طور کلی، خوردگی مس معمولاً خود محدودکننده و محافظ است و آن را به یکی از بادوام‌ترین فلزات برای سقف‌سازی، لوله‌کشی و کاربردهای الکتریکی تبدیل می‌کند. مشکلات عمدتاً در شرایط تهاجمی یا راکد ایجاد می‌شوند و در این موارد، اقدامات پیشگیرانه ضروری است (مثلاً تصفیه آب، پوشش‌ها یا انتخاب آلیاژ).
روش‌های مختلفی برای ارزیابی اثر خورندگی الاستومرها - پلیمرهای لاستیکی مانند که معمولاً در واشرها، آب‌بندها یا پوشش‌ها استفاده می‌شوند - بر روی مس استفاده می‌شود.
الاستومرها می‌توانند از طریق شسته شدن ترکیباتی مانند گوگرد، اسیدها، آمین‌ها یا هالوژن‌ها در معرض خوردگی قرار گیرند. این ترکیبات با مس واکنش می‌دهند و اکسیدها، سولفیدها یا سایر محصولات جانبی خورنده را تشکیل می‌دهند. این امر به ویژه در کاربردهایی که الاستومرها با اجزای مسی مانند سیستم‌های خودرو، برق یا لوله‌کشی در تماس هستند، اهمیت دارد. ارزیابی معمولاً شامل آزمایش‌های کنترل‌شده‌ی مواجهه و به دنبال آن ارزیابی کمی یا کیفی است.
رویکردهای اساسی به شرح زیر است:
- آزمایش‌های مواجهه تماسی در محیط‌های کنترل‌شده: این آزمایش‌ها با شبیه‌سازی شرایط دنیای واقعی که الاستومرها در تماس مستقیم با مس هستند، خوردگی را تسریع کرده و نتایج سریع‌تری ارائه می‌دهند. برای آزمایش تسریع‌شده، از محیط‌های خورنده مانند محفظه اسپری نمک (استاندارد ASTM B117) یا محلول 3-5٪ کلرید سدیم برای شبیه‌سازی محیط‌های دریایی یا صنعتی استفاده می‌شود.
ارزیابی به شرح زیر انجام می شود:
- بازرسی چشمی: از یک مقیاس ۵ نقطه‌ای استفاده می‌شود (۰ بدون خوردگی، ۱ بسیار جزئی، مثلاً تغییر رنگ جزئی)، ۲ حفره جزئی، ۳ متوسط، پتینه یا رسوبات قابل مشاهده، ۴ قوی، حفره عمیق، ۵ شدید، آسیب ساختاری).
- اندازه‌گیری وزنی (کاهش وزن): نمونه‌های مس قبل و بعد از قرار گرفتن در معرض خوردگی وزن می‌شوند. محصولات خوردگی با یک اسید ملایم تمیز، خشک و کاهش جرم محاسبه می‌شود. کاهش زیاد نشان دهنده شدت بالای خوردگی است.
- تغییرات ابعادی: ضخامت الاستومر قبل و بعد از آن اندازه‌گیری می‌شود تا تورم یا تغییر شکل بررسی شود. این ممکن است مربوط به نفوذ ترکیبات تهاجمی باشد.
- روش‌های الکتروشیمیایی: این روش‌ها داده‌های کمی در مورد سینتیک خوردگی ارائه می‌دهند و برای ارزیابی‌های دقیق آزمایشگاهی مناسب هستند.
- طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی: مجموعه‌های مس-الاستومر در یک الکترولیت غوطه‌ور می‌شوند. از یک چیدمان سه الکترودی استفاده می‌شود: مس به عنوان الکترود کار، پلاتین به عنوان الکترود شمارنده و نقره/کلرید نقره به عنوان الکترود مرجع. یک ولتاژ AC کوچک در محدوده فرکانس قبل و بعد از قرار گرفتن در معرض تابش اعمال می‌شود. مقاومت پلاریزاسیون کمتر نشان دهنده نرخ خوردگی بالاتر به دلیل اثر الاستومر است.
- قطبش پتانسیلودینامیک: این روشی مشابه طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی است. این آزمایش با و بدون تماس الاستومر انجام می‌شود. چگالی جریان بالاتر به این معنی است که الاستومر سریع‌تر خورده می‌شود. برای آلیاژهای مس، استاندارد ASTM G61 رعایت می‌شود.
- پروب اسکن کلوین: با استفاده از یک ایستگاه کاری الکتروشیمیایی میکروفیلد، سطح مس قبل و بعد از قرار گرفتن در معرض الاستومر اسکن می‌شود. اختلاف پتانسیل ولتا برای نقشه‌برداری از مناطق خوردگی اندازه‌گیری می‌شود.
- آزمایش‌های استاندارد مخصوص الاستومرها روی مس به شرح زیر است:
- VW PV 3976 مقاومت در برابر سایش سطوح براق در فضای داخلی خودرو.
- ASTM E478 روش‌های استاندارد آزمایش برای آنالیز شیمیایی آلیاژهای مس.
- استاندارد ASTM G38 برای آماده‌سازی و استفاده از نمونه‌های آزمایش خوردگی تنشی حلقه C
سال‌هاست که سازمان ما با کادری مجرب و متخصص، نیازهای مشتریان خود را درک کرده، خدمات آزمایش پیشرفته مورد نیاز آنها را ارائه می‌دهد و در ایجاد، پیاده‌سازی و بهبود سیستم‌های مدیریتی یاری می‌رساند. در این چارچوب، ما همچنین خدماتی را برای ارزیابی اثرات خورندگی الاستومرها بر روی مس به مشاغل ارائه می‌دهیم.
