اصول تست پوشش های محافظ خوردگی

مقدمه:

خوردگی بیش از حد فلزات یا ساختارهای بتنی از طریق تخریب ساختاری، واکنش های شیمیایی و سایش، عملکرد آنها را بدتر می کند و آنها را برای استفاده نامناسب می کند. خرابی سازه ها و تجهیزات ناشی از خوردگی، علاوه بر مسائل ایمنی، هزینه های زیادی را برای تعمیر یا تعویض ایجاد می کند. طبق داده‌های بین سال‌های 2013 و 2015، هزینه‌های جهانی مربوط به خوردگی، سالانه 2.5 تریلیون دلار آمریکا تخمین زده می‌شود که حدود 3.4 درصد از تولید ناخالص داخلی جهان (GDP) را نشان می‌دهد. راه های مختلفی برای کاهش خوردگی و در نتیجه افزایش عمر مفید سازه ها وجود دارد. رایج ترین روش استفاده از پوشش هایی است که که مانعی در برابر فرآیندهای خورنده در محیط های خشن ایجاد می کنند.

با این حال، این نوع حفاظت در طی فرآیندهای فیزیکی- شیمیایی ممکن است بی اثر شود. به عنوان مثال، پرتوهای فرابنفش و مادون قرمز شروع به تغییر خواص پوشش می کنند و آن را مستعد شکست، ترک یا ریزترک می کنند. هنگامی که یک ترک بر روی پوشش ایجاد می شود، مواد خورنده مانند آب و نمک که در محیط وجود دارند، ممکن است از طریق آسیب های ایجاد شده بر روی پوشش نفوذ کنند تا زمانی که به سطح زیرکار برسند. هنگامی که خوردگی در ماده ایجاد شد، پوشش دیگر قادر به محافظت از ناحیه آسیب دیده نخواهد بود. بنابراین انتخاب نوع پوشش بسیار حائز اهمیت میباشد. برای انتخاب مناسب ترین نوع پوشش محافظ باید ارزیابی دقیقی در خصوص میزان پاسخ گویی آن ماده نسبت به شرایط محیط صورت بگیرد. این ارزیابی و تست تحت اصول و قواعد استانداردهای معتبر انجام میشود.

عملیات تست خوردگی پوشش، تقریباً با هر اندازه ای، باید شامل نوعی برنامه آزمایشگاهی هدف دار باشد. این برنامه باید مواد، آماده سازی سطح، کاربرد و روش های بازرسی را ارزیابی و پوشش دهد. در غیاب داده‌های عملکردی میدانی مواد، چنین برنامه‌های آزمایشگاهی، تنها مبنای عینی هستند که بر اساس آن تصمیم‌گیری در رابطه با روند انجام پروژه ها شکل میگیرد.

در صورت امکان، روشهای آزمون استاندارد و ابزارهای ارزیابی ارائه شده توسط NACE International، ASTM، SSPC، و سایر استانداردها باید مورد بررسی و به عنوان یک مبنای معتبر قرار گیرند. تنها از این طریق می توان از صحت نتایج بدست آمده اطمینان حاصل کرد. روند آزمایش که در ادامه به آن اشاره میشود، برای پوشش هایی که در معرض اتمسفر قرار دارند مورد استفاده قرار میگیرد. با این حال، رویکرد کلی برای پوشش های مدفون یا غوطه ور از بسیاری جهات مشابه این آزمون است.

تست آزمایشگاهی

تعداد و انواع آزمایشاتی که می توان در آزمایشگاه انجام داد تقریباً نامحدود است. از آنجایی که آزمایش میدانی پوشش‌ها از نظر زمان، کار و امکانات بسیار پرهزینه است، هدف دائمی فرمول‌سازان، تولیدکنندگان و استفاده‌کنندگان از پوشش‌ها ایجاد آزمایش‌های سریع و هدف دار بوده است. این آزمایش ها ممکن است شامل طیف گسترده ای از روش ها، از تست های نسبتاً ساده تا بسیار پیچیده باشد. آزمایش ها می توانند ویژگی های خاصی از یک سیستم پوشش دهی را بررسی کنند که این موضع بسته به نوع آزمایش تعیین میشود.

تست میدانی یا خدماتی

اگرچه تأخیرهای مربوط به آزمایش میدانی یا خدماتی ممکن است در بسیاری از موارد بسیار طولانی به نظر برسد (ممکن است سالها برای تکمیل یک آزمایش میدانی در مقیاس کامل لازم باشد)، و همینطور زمانی که هزینه های پوشش دهی به صدها هزار و در برخی موارد به میلیون ها دلار می رسد، اما برای اطمینان از عملکرد قطعی پوشش، بسیار مفید است.

در هر کارخانه بزرگ شیمیایی یا صنعتی، خورندگی در یک مکان کارخانه نسبت به مکان های دیگر، ممکن است کم و بیش شدیدتر باشد. بنابراین، قرار گرفتن یک پوشش در معرض مواد خورنده در یک مکان، ممکن است نتایجی را به همراه نداشته باشد که بتوان با اطمینان در همه جای آن کارخانه پیش بینی کرد. علاوه بر این، از آنجایی که برخی از مکان‌ها نسبت به سایرین خورندگی کمتری دارند، ممکن است استفاده از سیستم‌هایی با هزینه زیاد، که در تهاجمی‌ترین مکان‌ها استفاده می‌شوند، نیاز نباشد.

آزمون مه نمکی یا سالت اسپری براساس استاندارد ASTM B-117

یکی از استانداردهای معتبر در حوزه ارزیابی پوشش های محافظ ASTM است که بخش B-117 آن به روش سالت اسپری اشاره میکند. در ادامه روند بررسی آن شرح داده میشود.

این آزمایش یک محیط خورنده کنترل شده را فراهم می کند که برای بدست آوردن نتایج و اطلاعات حاصل از مقاومت پوشش نسبت به خوردگی نسبی برای نمونه هایی از فلزات، استفاده شده است. استناد صددرصد به نتایج این آزمون کارعاقلانه ای نیست چون شرایط واقعی در محیط های خورنده ممکن است تفاوت های زیادی با شرایط آزمایشگاهی داشته باشد. باید توجه داشت که تکرارپذیری نتایج در قرار گرفتن در معرض آزمون سالت اسپری به شدت به نوع نمونه های آزمایش شده و معیارهای ارزیابی انتخاب شده و همچنین کنترل متغیرهای عملیاتی، بستگی دارد. در هر برنامه آزمایشی، باید نمونه های کافی برای ایجاد تغییرپذیری نتایج در نظر گرفته شود. زمانی که نمونه‌های مشابه در اتاق‌های مه مختلف آزمایش می‌شوند، تغییرپذیری مشاهده می‌شود، حتی اگر شرایط آزمایش اسماً مشابه و در محدوده‌های مشخص‌شده در این آزمون باشد.

دستگاه مورد نیاز برای قرار گرفتن در معرض سالت اسپری (مه) شامل یک محفظه مه، یک مخزن محلول نمک، یک منبع هوای فشرده با شرایط مناسب، یک یا چند نازل تمیزه‌کننده تکیه‌گاه‌های نمونه، پیش‌بینی برای گرم کردن محفظه، و وسایل کنترل، میباشد. اندازه و جزئیات ساخت دستگاه اختیاری است، مشروط بر اینکه شرایط به دست آمده مطابق با الزامات این آزمون باشد. باید توجه داشت قطرات محلول که روی سقف یا پوشش محفظه تجمع می‌یابند، نباید روی نمونه‌هایی که در معرض تست قرار می‌گیرند بریزند.

دوره قرار گرفتن در معرض این آزمون باید مطابق مشخصاتی باشد که مواد یا محصول مورد آزمایش را پوشش می دهد و یا طبق توافق دوجانبه بین خریدار و فروشنده تعیین شده است. همچنین نوع و تعداد نمونه‌های آزمایشی مورد استفاده، و همچنین معیارهای ارزیابی نتایج آزمایش، باید در مشخصات مربوط به ماده یا محصولی که در معرض قرار می‌گیرد، تعریف شود یا بین خریدار و فروشنده توافق شود. نمونه ها باید به طور مناسب تمیز شوند. روش تمیز کردن بسته به ماهیت سطح و آلاینده ها اختیاری میباشد. باید مراقب بود که نمونه ها پس از تمیز کردن با دست زدن بیش از حد یا بی دقتی دوباره آلوده نشوند. موقعیت نمونه ها در محفظه نمک پاش در طول آزمایش باید به گونه ای باشد که شرایط زیر رعایت شود:

• به غیراز مواردی که به طور خاص موقعیت قرارگیریشان مشخص شده باشد، نمونه ها باید بین 15 تا 30 درجه از محور عمودی و ترجیحاً موازی با جهت اصلی جریان مه در داخل محفظه، بر اساس سطح غالب در حال آزمایش، قرارگرفته و یا به صورت معلق دربیایند.
• نمونه ها نباید با یکدیگر یا هر ماده فلزی و یا هر ماده ای که بتواند به عنوان یک مانع عمل کند تماس پیدا کند.
• هر نمونه باید طوری قرار داده شود که به طور کامل در معرض مه باشند.
• محلول نمک از یک نمونه نباید روی هیچ نمونه دیگری چکه کند.

هوای فشرده در محفظه اشباع هوا، قبل از استفاده باید با عبور از فیلترهایی که به خوبی نگهداری می شوند، عاری از چربی، روغن و کثیفی شوند. این هوا باید در فشار کافی در پایه محفظه اشباع هوا نگهداری شود تا فشارهای پیشنهادی جدول 2 در بالای محفظه اشباع هوا برآورده شود.

جدول 2: دستورالعمل دما و فشار پیشنهادی برای بالای محفظه اشباع هوا برای عملکرد آزمایش در 35 درجه سانتیگراد (95 درجه فارنهایت)

ارزیابی شرایط خورنده

به طورکلی روش اشاره شده شامل قرار گرفتن پانل های تست فولادی در معرض شرایط خورندگی و تعیین میزان اتلاف جِرم آنها در یک دوره زمانی مشخص است. این عمل ممکن است ماهانه یا به دفعات بیشتر انجام شود تا از عملکرد ثابت ماده در طول زمان اطمینان حاصل شود. همچنین برای اطمینان از یکسان بودن نتایج حاصل از بررسی شرایط خورندگی، میتوان آزمون را در بین چند محفظه مختلف انجام داد. معمولا پانل های آزمایشی مورد نیاز، در ابعاد 76 در 127 در 0.8 میلی متر (3.0 در 5.0 در 0.0315 اینچ)، از فولاد کربنی نورد سرد صنعتی SAE 1008  (UNS G10080) ساخته میشوند. همانطور که قبل تر اشاره شد، پانل ها باید قبل از آزمایش با چربی زدایی تمیز شوند، به طوری که سطوح عاری از خاک، روغن یا سایر مواد خارجی باشد که می تواند بر نتایج آزمایش تأثیر بگذارد. پس از تمیز کردن، هر پانل باید روی ترازوی تحلیلی با دقت 1.0 میلی گرم وزن شده و جرم آن ها ثبت شود. حداقل دو پانل وزن شده با طول 127 میلی متری (5.0 اینچ) با زاویه 30 درجه از محور عمودی در کابینت قرار داده میشود. به طور کلی پانل ها به مدت 48 تا 168 ساعت در معرض مه نمک قرار میگیرند. در ادامه باید پس از خارج کردن پانل ها از محفظه، هر پانل فوراً با آب لوله کشی جاری شسته شود تا نمک از بین برود. هر پانل به مدت 10 دقیقه در دمای 20 تا 25 درجه سانتیگراد در محلول تازه تهیه شده به شرح زیر، به صورت شیمیایی تمیز میشود:1000 میلی لیتر اسید کلریدریک با 1000 میلی لیتر آب تعریف شده در استاندارد مخلوط شده و 10 گرم هگزامتیلن تترامین اضافه میشود. پس از تمیز کردن، هر پانل باید با آب درجه تعریف شده در استاندارد شسته شده و خشک گردد. بلافاصله پس از خشک شدن، با وزن کردن مجدد نمونه ها و کم کردن جرم آن ها از جرم اولیه، میزان افت جرم و خوردگی تعیین میگردد.

در ادامه به بررسی مختصر ارزیابی عملکرد حفاظتی در برابر خوردگی پوشش‌های کامپوزیت پلیمری جدید بر روی فولاد کربنی در محیط اسیدی با روش‌های رسوب الکتریکی میپردازیم.

در یک بررسی تحقیقاتی، الکتروپلیمریزاسیون پلیمرهای رسانا بر روی ناحیه فعال فلزات و آلیاژهای آن موضوع تحقیق بوده است که عمدتاً با هدف بررسی حفاظت ضد خوردگی پوشش‌های پلیمری مرکب انجام گرفته است. عملکرد این پوشش‌های محافظ، که مانعی برای سطح هدف ایجاد می‌کنند، می‌تواند تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار گیرد: نوع پلیمر رسانا، روش الکتروپلیمریزاسیون مورد استفاده در سطح الکترود، و نوع محیط تهاجمی. به طور کلی استفاده از مکانیسم پلیمریزاسیون الکتروشیمیایی، پوشش‌های نانوساختار، اعمال پوشش‌های آلی یا معدنی و حفاظت کاتدی و آندی روش‌هایی برای کاهش خوردگی در مواد فلزی هستند.

از آنجایی که خوردگی یک عامل اساسی در آسیب سازه های صنعتی است، تعداد زیادی آزمایش برای یافتن تکنیک هایی برای کاهش خوردگی و هزینه های ناش از آن انجام شده است. در این تحقیق از روش رسوب الکترونی برای سنتز پلیمر کامپوزیتی جدید (NMPY-TRX100/NNDEA) به عنوان پوشش روی الکترود فولاد کربنی نوع OL 37 برای محافظت در برابر خوردگی استفاده شد. سورفکتانت Triton-X100، یک یون ناخالصی که در طول فرآیند الکتروپلیمریزاسیون استفاده می‌شود، با ممانعت از نفوذ یون‌های خورنده، تأثیر قابل‌توجهی بر محافظت در برابر خوردگی این کامپوزیت داشت. این عملیات به مدت 20 و 30 دقیقه انجام شد.

شرکت آبادگران با ارائه راهکارها و محصولات گوناگون در راستای مرتفع کردن مشکلات ناشی از خوردگی سطوح در محیط های خورنده اقدام کرده است. یکی از محصولات باکیفیت این شرکت ملات چند منظوره مقاوم شیمیایی ABAGARD CR-300 میباشد. ABAGARD CR-300یک ملات مقاوم شیمیایی بر پایه اپوکسی پلی آمین اصلاح شده می­باشد. این مخلوط دو جزیی و تیکسوتروپیک به گونه­ای طراحی شده است که ساختار پلیمری آن پس از اتمام مراحل واکنش و سخت شدن، به حالت پایدار رسیده و خواص شیمیایی، مکانیکی و حرارتی بالای خود را حفظ می­نماید.

مراجع:

1. Evaluation of Corrosion Protection of Self-Healing Coatings Containing Tung and Copaiba Oil Microcapsules.
2. Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus.
3. Evaluation of Corrosion Protection Performance of New Polymer Composite Coatings on Carbon Steel in Acid Medium by Electrodeposition Methods.
4. Evaluation Techniques for the Corrosion Resistance of SelfHealing Coatings.
5. Corrosion of Linings and Coatings: Cathodic and Inhibitor Protection and Corrosion Monitoring.
6. Standard Test Method for Conducting Cyclic Potentiodynamic Polarization, Measurements to Determine the Corrosion Susceptibility of Small Implant Devices.