gl/l (1070)

خوردگي فلزات

همه ي ما تاكنون زنگ زدگي آهن كه آن را به رنگ زردي در مي آورد، سبز شدن ظرف مسي و سياه شدن نقره را ديده ايم .همه ي اين ها نمونه هايي از خوردگي هستند. پس بنابر اين خوردگي فلزات عبارت است از: واكنش فلزات با محيط و مواد درون محيط براي تبديل آن فلز به شكل پايدارترش يعني اكسيد يا سولفور يا كربنات.خوردگي معمولا از سطح فلز آغاز شده و تا درون آن نفوذ مي كند كه اين كار تدريجي و پيوسته صورت مي پذيرد.

فلزات يا آلياژها به يكي از چهار شكل زير خورده مي شوند:

1- خوردگي شيميايي: كه بين يك جامد (فلز) و يك مايع يا گاز رخ مي دهد. اگر با گاز خورده شود در اين صورت خوردگي خشك و اگر با مايع خورده شود نوعي از خوردگي اتفاق افتاده است كه جريان الكتريكي نقشي در آن نمي تواند داشته باشد.براي اين نوع خوردگي مثال خيلي كم وجود دارد به گونه اي كه تنها مي توان به خورده شدن فلز توسط جيوه اشاره كرد.

2- خوردگي الكتروشيميايي: اين نوع خوردگي هنگامي ايجاد مي شود كه در فلز يا در جسم، ناهمگني وجود داشته باشد. وجود ناهمگني در فلز سبب ايجاد پيل شده و بين كاتد و آند جريان الكتريكي به وجود آمده و فلز خورده مي شود.چون تمام فلزات همگن نيستند بنابر اين اگر در يك الكاروليت قرار گيرند خورده مي شوند آن هم به شكل الكتروشيميايي .

3- خوردگي بيوشيميايي: كه توسط عوامل زيستي مانند باكتري ها اين نوع خوردگي ايجاد مي شود. مانند خورده شدن لوله هاي نفت در دل زمين به وسيله ي باكتري ها.

4- خوردگي فرسايشي: كه با سايش بين يك ماده ي جامد يا مايع يا حتي گاز با فلز موجب خوردگي فرسايشي مي شود مانند خوردگي لوله هاي آب به وسيله ي عبور آب از درون آن.

عوامل موثر در خوردگي فلزات:

1- درجه ي خلوص فلز : هرچه فلز خالص تر باشد و ناهمگني كم تري داشته باشد ديرتر خورده مي شود.

2- تغييرات فيزيكي و مكانيكي فلز

3- غلظت ماده ي موثر و جنس آن(عامل خورنده)

4- مقدار اكسيژن

محيطPH5-

6- درجه ي حرارت

حفاظت در برابر خوردگي:

براي اين كار ما سه روش پيش رو داريم:

1- ايجاد پوشش و قراردادن ماده اي بين محيط و فلز

2- سلسله اعمالي را كه به آن ها نام اعمال الكتروشيميايي مي دهند روي فلز انجام دهيم تا خوردگي كم يا هيچ گردد.

3- موادي را درون فلز افزايش دهيم تا سرعت خوردگي كم شود كه از اين مواد با عنوان كندكننده هاي خوردگي ياد مي شود.

حفاظت يا ايجاد پوشش: كه در اين روش فلز يا پلاستيك يا رنگي را روي فلز مي كشند تا مانع از خوردگي آن شوند.

حفاظت با رنگ: براي حفاظت از فلز با رنگ به دو نوع رنگ نياز داريم:

1- رنگ آستري

2- رنگ نهايي

رنگ آستري معمولا روغن كتان يا گليسروفتاليك است كه داراي كرومات روي است.

رنگ نهايي كه معمولا براي زيبايي روي رنگ آستري مي كشند، بايد اين نوع رنگ براي اكسيژن هوا غير قابل نفوذ باشد.

حفاظت الكتروشيميايي: در اين روش فلز را به پتانسيلي مي بريم كه در آن پتانسيل شدت واكنش آندي هيچ يا بسيار ناچيز مي شود و عمر قطعه ي مورد نظر طولاني تر مي گردد. براي حفاظت الكتروشيميايي دو نوع حفاظت آندي و كاتدي وجود دارد.

حفاظت با كندكننده هاي خوردگي: گندكننده هاي خوردگي به موادي گفته مي شود كه با ايجاد يك لايه بين ماده و فلز مانع از خوردگي مي شوند يا در حد امكان از سرعت خوردگي مي كاهند.

به طور كلي دو نوع كند كننده وجود دارد:

1- آلي

2- غير آلي

كندكننده هاي آلي مانند: آمين ها چرب و مشتقات آن ها، آميدها، الكل ها، تيواوره و تركيبات آلي كه داراي يك يا چند اتصال سه گانه اند.

تيغ خود تراش يا برخي از قطعات يدكي خودروها را براي خورده نشدن در هنگام نقل و انتقال درون پوششي از كاغذ آغشته به روغن قرار مي دهند.

دستگاه اندازه گيري سرعت خوردگي فلزات

دستگاه اندازه گيري سرعت خورده شدن فلزات قابل استفاده براي كليه صنايع و مركز دانشگاهي به همراه حسگر هاي آزمايشگاهي و صنعتي موجود است

براي كاهش سايش و جلوگيري از بروز پديده Scuffing «خراشيدگي سطوح» در كاربردهاي موتوري و صنعتي در شرايط بار بالا از روغن هاي دنده حاوي ادتيو EP استفاده مي شود. اين نوع از روغن هاي جديد دنده، با ادتيوهايي كه داراي گوگرد فعال تركيب شده با فسفر هستند، فرموله مي شوند. اين ادتيو خواصي مانند پايداري حرارتي، ضد خوردگي و قابليت تحمل بار بالا را به روغن مي بخشد. آناليز روغن دنده اي كه حاوي ادتيو EP مناسب در فرمولاسيون خود است، به دليل اطمينان از ميزان مشخص ادتيو موجود و نيز بررسي شرايط جزو فعال به هنگام استفاده، از اهميت بالايي برخوردار است. به طور مشابه در آناليز روغن كاركرده ممكن است ميزان كارآيي ادتيو موجود در روغن، تحت شرايط خاصي بررسي شود تا بين عملكرد فعلي و آنچه كه از آن انتظار مي رود، مقايسه اي به عمل آيد. به اين دليل درك ماهيت شيميايي روغن هاي دنده حاوي EP، موارد كاربرد آنها و ابزارهاي آناليزي مورد استفاده براي تعيين ميزان ادتيو بسيار مهم است. روغن دنده

روغن هاي دنده موارد كاربرد وسيعي دارند. اين روغن ها به منظور كاهش اصطكاك و جلوگيري از سايش طراحي شده اند. در شرايط روانكاري لايه مرزي به عنوان يكي از عوامل انتقال دهنده حرارت در نظر گرفته شده و از خوردگي و زنگ زدگي سطح جلوگيري مي كند. علاوه بر اين روغن هاي دنده حاوي ادتيوهاي ضداكسيداسيون، ضد كف و دموليسفاير هستند. روغن هاي دنده اي كه در وسايل نقليه مورد استفاده قرار مي گيرند علاوه بر ادتيوهاي مذكور حاوي ادتيوهاي بالا برنده شاخص گرانروي هستند كه محدوده دماي عملياتي آنها را وسعت مي بخشند. به طور دقيق تر بيشتر روغن هاي دنده صنعتي، جزو گروه روانكارهاي تك درجه اي «مونوگريد» هستند و ويسكوزيته آنها بر اساس شرايط سيستم تعيين مي شود. اين روغن ها بايد طوري انتخاب شوند تا حتي الامكان از ضربات وارده به دندانه ها و آسيب رساني به آنها جلوگيري كنند. ويسكوزيته نبايد آنقدر بالا انتخاب شود تا خود عامل افزايش گرما و افت نيرو در اثر تلاطم شود. به هنگام انتخاب گريد مناسب براي روغن مي بايست ويسكوزيته روغن در دماي عمليات جعبه دنده در نظر گرفته شود. اين دما شاخص تعيين كننده قابليت روغن براي ايجاد فيلم روانكار است. روغن هاي دنده صنعتي براساس انطباق با شرايط عمليات مجموعه دنده ها فرموله مي شوند: – در شرايط عملياتي سرعت بالا و بار كم در جعبه دنده هاي بسته با روغن هايي كه حاوي بازدارنده هاي اكسيداسيون و زنگ زدگي، ادتيو ضد كف و ضد سايش مي باشند، فرموله مي شوند كه به طور معمول به آنها روغن هاي R&O مي گويند. در شرايط بار متناوب در جعبه دنده هاي بسته (سرعت كم، بار زياد) بار ناگهاني پايداري گرمايي با ادتيوهاي گوگرد فسفر يا مواد مشابه موجود در روغن تامين مي شود كه با ايجاد لايه اي محافظ از خط افتادگي سطوح تماس جلوگيري كرده و در شرايط روانكاري مرزي قابليت تحمل فشارهاي بالا را به روغن مي دهد. روغن دنده همچنين حاوي ادتيو پايين آورنده اصطكاك، تركيبات ضد سايش، غيرفعال كننده هاي فلزي و عوامل معلق كننده است كه به مقدار مناسب در روغن وجود دارند. – دنده هاي «حلزوني باجنس برنز يا استيل» به طور معمول به روغني نياز دارند كه از تركيب روغن پايه با10-3 درصد چربي يا روغن هاي چربي دار سنتزي تشكيل يافته و با ايجاد چسبندگي قابليت حركت صفحات تحت فشار بالا را فراهم مي كند. – چرخ دنده هاي باز به طورمعمول به روغني با ويسكوزيته بالا، قابليت تحمل فشار بالا و ادتيوهاي ضدسايش براي شرايط بار زياد و سرعت پايين نياز دارند. آنها اغلب حاوي عوامل ايجاد چسبندگي بين چرخ دنده و سيال روانكار مي باشند.

نقش روغن دنده EP دار در محافظت از سايش

روغن دنده هاي حاوي ادتيو EP ، داراي ادتيوهايي هستند كه از جوش خوردگي موضعي سطوح فلزي با يكديگر در اثر بار زياد و در شرايط روانكاري لايه مرزي جلوگيري مي كنند. هنگامي كه تماس بين فلز و فلز برقرار مي شود، دماي موضعي بالا مي رود. در اين حالت ادتيو EP با فلز سطح، تركيب شيميايي ايجاد كرده و با ايجاد فيلمي كه به نسبت، مقاوم است از جوش خوردگي بين سطوح ناصاف فلز جلوگيري كرده و مانع ساييده شدن دندانه ها مي شود. (مطابق شكل1)

در كل، ادتيوهاي EP با فلز سطح، پيوندي برقرار مي كند كه اين پيوند به دو صورت فيزيكي و يا شيميايي است. درحالت روانكاري لايه مرزي اين ادتيوها با سطح فلز دندانه ها ( كه در اثر زبري سطوح دماي موضعي آنها بالاتر رفته) پيوند برقرار مي كنند. تركيب ساخته شده حاصل، با فرمول عمومي FeSxPyOz داراي نقطه ذوب اوتكتيك * پايين بوده كه نسبت به خود فلز از نرمي بيشتري برخوردار است. اين لايه به هنگام تماس، از فلز جدا شده و مانع از جوش خوردن سطوح دندانه ها در نقاط تماس مي شود. در گذشته ادتيوهاي EP از پايه هاي سرب، گوگرد فعال و بعدها از تركيبات كلردار تشكيل مي شد. از اواسط دهه1950 ميلادي استفاده از صابون هاي سرب، محدود و به جاي آن ادتيوهاي حاوي روي و فسفر جايگزين شد. ادتيوهاي فعلي حاوي تركيبات گوگرد- فسفر هستند كه در برابر گرما پايدار بوده وموجب خوردگي ساير فلزات غيرآهني و آلياژهاي مسي نمي شوند.

گوگرد فعال يا غيرفعال

گوگرد موجود در روانكارها در اشكال مختلف وجود دارد. روغن هاي پايه از مشتقات پالايش شده نفتي حاوي تركيبات آلي گوگرد دار تشكيل يافته اند كه در طي پروسه پالايش در روغن پايه موجود است. به طور دقيق تر روغن پايه هاي هيدروكراك شده به دو صورت وجود دارند. اين روغن ها يا مقدار كمي گوگرد دارند و يا اصلاً گوگرد ندارند كه اين نتيجه عمليات بسيار پيشرفته پالايش در حضور كاتاليت ها مي باشد. به طور مشابه در روغن پايه هاي سنتزي نيز تركيبات گوگردي وجود ندارند. جدول شماره1 بعضي از ادتيوهاي داراي تركيبات گوگردي را كه به صورت هاي مختلف شيميايي قابل شناسايي هستند، نشان مي دهد. گوگرد فعال، توانايي انجام واكنش شيميايي با سطوح فلزي را براي ايجاد سولفيد فلزي دارا است. گوگرد غيرفعال چه در شرايط آزمايشگاهي و چه در شرايط عمليات، قابليت تشكيل سولفيد فلزي را ندارد. تمايل ادتيو گوگرد دار به انجام واكنش با سطح فلزي، به عوامل مختلفي مانند تركيب درصد ادتيو، دماي واكنش و نحوه اكسيداسيون گوگرد در تركيب بستگي دارد. سولفيدها و گوگرد عنصري، حالت هاي احيا شده گوگرد هستند و اگر دما به اندازه كافي بالا باشد مي توانند به راحتي به سولفيدهاي فلزي تبديل شوند. سولفات ها مولكول هاي اكسيد شده گوگردي هستند و تمايل آنها براي تركيب با فلزات و تبديل به سولفيدهاي فلزي كمتر است. انتخاب فعال و يا غيرفعال بودن گوگرد به عواملي از جمله قابليت واكنش پذيري تركيب و شرايط آزمايش مورد استفاده براي طبقه بندي ادتيوها بستگي دارد. روغن هاي معدني گوگرد دار

روغن هاي معدني حاوي گوگرد كه از انحلال گوگردِ عنصري در روغن به وسيله حرارت توليد مي شوند، فعال ترين حالت گوگرد را بوجود مي آورند، زيرا پيوندهاي ضعيفي بين S-S در گوگرد عنصري وجود دارد. گوگرد عنصري به صورت زنجيره هاي8 عنصري و يا به صورت حلقه هاي8 تايي وجود دارد. روغن معدني گوگرددار بلافاصله ميله مسي موجود به كاررفته در آزمايش خوردگي مس بر اساس استاندارد ASTM D-130 را لكه دار مي كند. در اين آزمايش ميله اي مسي در روغن و در دماي100 درجه سانتي گراد به مدت3 ساعت غوطه ور مي شود. لكه دار شدن ميله مسي نشان دهنده انجام واكنش بين فلزات زرد با گوگرد است.

اسيدهاي چرب گوگرد دار

اسيدهاي چرب گوگرد دار در اثر واكنش شيميايي گوگرد و اسيدهاي چرب با زنجيره بلند به وجود مي آيند. اين اسيدهاي چرب در دماي بسيار بالاتري حدود265 درجه سانتي گراد نسبت به گوگرد عنصري تجزيه مي شوند. بنابراين در اين حالت، مدت زماني كه طول مي كشد تا ميله مسي در آزمايش خوردگي مس، لكه دار شود نسبت به حالت قبل بيشتر است. تيوهاي EP گوگرد- فسفر دار و سولفيدهاي معمولي برخي از ادتيوهاي EP گوگرد- فسفردار در دماي275-250 درجه سانتي گراد در اثر حرارت تجزيه مي شوند و مانند حالت قبل مورد آزمايش خوردگي مس قرار مي گيرند. تركيبات گوگردي در روغن هاي پايه معدني (كه در بيشتر مواقع به صورت سولفيد وجود دارند) پايداري شيميايي بيشتري دارند. ادتيوهاي EP و روغن هاي پايه در شرايط انجام تست خوردگي مس غيرفعال هستند اما در شرايط روانكاري مرزي كه دماهاي موضعي بالا است، هم مولكول اسيدهاي چرب گوگرد دار و هم ادتيوهاي EP گوگرد- فسفر دار شكسته شده و به سولفيدهاي فلزي تبديل مي شوند. در اين شرايط هر دو نوع ادتيو به طور معمول فعال است. روغن هاي معدني گوگرد دار و ساير تركيبات بسيار فعال گوگرد در دماهاي پايين تر نسبت به ساير ادتيوهاي گوگرد دار فيلم هاي محافظ فلز بهتري ايجاد مي كنند. اين در حالي است كه اين تركيبات در برابر فلزات و آلياژهاي فلزي خاص مانند فلزات زرد (مس به عنوان يكي از فلزات اصلي موجود در آلياژ وجود دارد) بسيار خورنده هستند.در روغن دنده هاي جديد حاوي ادتيو EP از ادتيوهايي با پايداري دمايي بالاتر استفاده مي شود كه موجب تميزي بيشتر سيستم شده و باعث خوردگي فلزات زرد در شرايط عملياتي جديد نمي شوند. هدف مورد نظر در توليد روغن هاي دنده EP دار با كيفيت بالاتر، بهبود ماهيت شيميايي ادتيوهايي با قابليت تحمل بارهاي بيشتر در شرايط روانكاري مرزي است. هم چنين اين روغن ها سطوح تماس را از سايش محافظت مي كنند. در صورتي اين امر انجام پذير خواهد بود كه ميزان خوردگي در فلزات زرد را به حداقل رسانده و اجزاي فلزي دنده ها را تميز نگاه دارند. آزمايش هاي تعيين كننده ميزان گوگرد فعال موجود در روغن دنده هاي EP دار بيشتر آزمايش هاي آناليز روغن، خواص فيزيكي يا شيميايي و يا خواص كلي روانكار (مانند تركيب درصد عناصر موجود) را اندازه گيري مي كنند. به عنوان مثال شيميدان ها مي توانند از17 روش آزمايش مختلف براساس استاندارد ASTM ميزان كل گوگرد در سوخت يا روانكار را تعيين كنند. اما آزمايش هاي محدودي وجود دارند كه به طور مستقيم مي توان توسط آنها ميزان دقيق ادتيوهاي مشخصي را تعيين و تغييرات آنها نسبت به زمان را بررسي كرد.

مزايا و معايب آزمايش هاي اندازه گيري گوگرد فعال

اندازه گيري مستقيم ادتيوهاي EP : از روش آزمايش ASTMD 1662 ، به منظور تعيين ميزان گوگرد فعال در يك روانكار «روغن فلزكاري» آزمايش ASTMD 1662 براي تعيين ميزان گوگرد فعال در يك روانكار «روغن فلزكاري» با اندازه گيري گوگرد، قبل و بعد از انجام واكنش گوگرد با مس فلزي كه منجر به حذف گوگرد فعال مي شود، كاربرد دارد.نمونه در دماي150 درجه سانتي گراد در مجاورت پودر مس اضافه قرار مي گيرد، به صورتي كه در روغن نمونه در آزمايش ASTMD 130 هيچ گونه آثار لكه در ميله مسي مشاهده نشود. گوگرد فعال با پودر مس واكنش داده و سولفيد مس توليد مي كند. به طور معمول اين آزمايش در مورد روغن فلز كاري استفاده مي شود

.روشFourier Transform Infrared Spectroscopy) FTIR):

روش طيف سنجي مادون قرمز FTIR روش ابزاري غير مخربي است كه مي توان به كمك آن ميزان اجزاي خاصي در روغن را به طور كمي تعيين كرد. هم چنين با استفاده از اين روش مي توان بين يك روغن نامعلوم و يك محصول مشخص آناليز مقايسه اي انجام داد و يا آلودگي هاي موجود در يك محصول نهايي را تعيين كرد. روش FTIR جايگزين آزمايش هاي گران قيمتي شده كه در آن ميزان رقيق شدن سوخت و اكسيداسيون مواد در روغن تعيين مي شود. اين آزمايش براساس جذب انرژي تابشي به وسيله پيوندهاي شيميايي در طول موج هاي بين2/5 تا17 ميكرون و يا فركانس هاي 4000-450 1/cm انجام مي گيرد. مقدار انرژي تابشي جذب شده به ساختار و پيوندهاي شيميايي موجود در مولكول بستگي دارد. به طور مثال از روش آزمايش FTIR مي توان براي كمك به تشخيص حضور مولكول هاي خاصي مانند ادتيوهاي گوگردي در روغن استفاده كرد و يا مي توان به وسيله آن ميزان افت ادتيوهاي را تشخيص داد. داشتن طيف روغن كارنكرده حاوي ادتيو مورد نظر، اولين قدم در بررسي كاهش ميزان ادتيو به روش FTIR است. تحليل گر در اين روش مي تواند به كمك ساختن محلولي از ادتيو EP در روغن پايه مورد استفاده در محصول نهايي و يا كسب اين اطلاعات از سازنده روانكار، مشخص كند كه كدام يك از فركانس هاي طيف مادون قرمز بايد مورد بررسي قرار گيرد. سپس تحليل گر آزمايش FTIR را روي روغن كاركرده انجام مي دهد. تفاوت بين طيف روغن كاركرده و روغن كارنكرده در ميزان كاهش ادتيو EP است. البته كاهش ميزان ادتيو به تنهايي نمي تواند فاكتوري براي تعيين ميزان كاهش خاصيت EP باشد. به عنوان مثال ممكن است ادتيو EP اوليه با شرايط عمليات (مانند تخريب در اثر گرما، واكنش با اكسيژن هوا و يا ساير اجزاي موجود در روانكار) و با واكنش با سطوح فلزي تغيير كند اما هم چنان خواص EP در روانكار مشاهده شود. تعيين كاهش ادتيو EP با روش FTIR موقعيتي را فراهم مي سازد تا بتوان نسبت به تنظيم تعداد و دوره هاي آناليز روغن و يا انجام آزمايش هاي پرهزينه تر (مانند اسپكتروسكوپي، تابش اتمي و آناليز تعداد ذرات و …) براي تنظيم محدوده مجاز استفاده از روغن دنده و يا تشخيص مشكلات مكانيكي موجود در جعبه دنده و يا سيستم انتقال قدرت اقدام كرد

. اندازه گيري ادتيوهاي EP به روش غيرمستقيم

آزمايش خوردگي مس: آزمايش خوردگي مس كه براساس روش استاندارد ASTMD-130 صورت مي گيرد روش كيفي براي اندازه گيري ميزان خوردگي فلز توسط روانكار است. در اين روش اگر اپراتور مطمئن باشد كه مواد ديگري غير از گوگرد فعال كه قابليت خورندگي فلز مس را دارا هستند، در روانكار وجود ندارند، مي تواند ميزان حضور گوگرد فعال را اثبات كند. دانستن اين نكته مهم است كه هيچ ارتباطي بين مثبت بودن واكنش در آزمايش خوردگي مس و ميزان تاثير ادتيو EP روي روغن دنده وجود ندارد.

آزمايش پايداري حرارتي: آزمايش پايداري حرارتي كه شيوه جديد آزمايش پايداري حرارتي انجام شده توسط شركت Cinciati Milacron “Cinciati Milacron Thermal Stability Test-A” است برخلاف روش آزمايش ASTM D-130 ميزان خوردگي را به صورت كمي نشان مي دهد. در اين شيوه، روغن مورد نظر را كه ميله هاي آهني و مسي در آن وجود دارد تا دماي135 درجه سانتي گراد و به مدت168 ساعت گرم مي كنند. در پايان آزمايش ظاهر ميله ها از نظر تغيير رنگ مورد بررسي قرار مي گيرد. علاوه بر اين، تغيير در ويسكوزيته روغن، ميزان لجن تشكيل شده در روغن و كاهش وزن ميله مسي تعيين مي شود. پروسه مورد نظر بيشتر براي تشريح ميزان خوردگي روغن دنده EP دار كارنكرده مفيدتر است.

آزمايش هاي سايش و اصطكاك: آزمايش هاي اصطكاك و سايش كه برخي از آنها در جدول2 آورده شده اند، بيشتر در مورد بررسي EP موجود در روغن كارنكرده و عملكرد مواد ضدسايش استفاده مي شود. اين آزمايش ها وقت گير و پرهزينه بوده و در آناليز هاي معمولي روغن مورد استفاده قرار نمي گيرد. اما در مورد بررسي ميزان EP و خواص ضد سايش روغن كاركرده در شرايط بحراني، براي تخمين ارتباط بين درصد ادتيو EP در روغن كاركرده و خواص ديگر روغن و همچنين آلاينده هايي كه در سيستم افزايش مي يابند، مفيد است. Melting point eutectic * : نقطه ذوب تعادلي، دمايي است كه در آن دو ماده كه با يكديگر محلولي ايجاد مي كنند از فاز جامد به مايع تبديل مي شوند.

منابع

1 – اصفهان.تجربيات بدست آمده در شركت پالايش نفت

2- سايت دانشنامه رشد

3- سايت اينترنتي گوگل

---