كم عدد أنواع تآكل الألومنيوم الموجودة؟ 

أنواع تآكل الألومنيوم

1 - التآكل في الغلاف الجوي

الشكل الأكثر شيوعاً لتآكل الألمنيوم. يحدث التآكل الجوي للألمنيوم نتيجة التعرض للعناصر الطبيعية. ونظراً لاحتمالية حدوثه في معظم الأماكن، يمثل التآكل الجوي الحصة الأكبر من إجمالي الأضرار التي تلحق بالألمنيوم بسبب جميع أنواع التآكل مجتمعة في العالم.

يمكن تقسيم التآكل في الغلاف الجوي إلى ثلاث فئات فرعية. وهي التآكل الجاف والرطب والرطب، اعتمادًا على مستوى الرطوبة في بيئة الخدمة.

• التآكل الجاف(الرطوبة <30%): تحدث أكسدة كيميائية بطيئة فقط;
• تآكل الترطيب(الرطوبة 30%-60%): التآكل الجلفاني الموضعي الذي يبدأ بطبقة سائلة رقيقة;
• التآكل الجلفاني(الرطوبة > 60%): تسرّع الطبقة السائلة السميكة هجرة الأيونات ويزداد معدل التآكل بشكل كبير.

ونظراً لأن مستويات الرطوبة يمكن أن تختلف بشكل كبير حسب موقعك، فإن بعض المناطق ستتعرض للتآكل أكثر من غيرها.

العوامل البيئية الأخرى التي تؤثر على مدى تآكل الغلاف الجوي هي التغيرات في اتجاه الرياح ودرجة الحرارة وهطول الأمطار. كما يلعب تركيز الملوثات ونوعها في الهواء والقرب من المسطحات المائية الكبيرة دوراً مهماً أيضاً.

2 - التآكل الغلفاني

يؤثر تآكل الاقتران الجلفاني، المعروف أيضاً باسم تآكل المعادن غير المتشابهة، على الألمنيوم عندما يكون الألمنيوم متصلاً فيزيائياً أو عبر إلكتروليت متصل بمعدن ثمين. يمكن أن يكون المعدن النفيس أي معدن له تفاعلية أقل مقارنةً بالألمنيوم.

تعتمد تفاعلية المعدن على موقعه في السلسلة الكهروكيميائية. فإذا كان فلز آخر في السلسلة الكهروكيميائية أبعد من الألومنيوم، فإن شدة التآكل تكون أكبر.

تكون قوة التآكل في أعلى مستوياتها عند التقاطع حيث يلتقي الفلزان، وتقل كلما ابتعدت عن تلك الواجهة.

على سبيل المثال، إذا تلامس الألومنيوم والنحاس الأصفر مع بعضهما البعض أو حتى بالقرب من بعضهما البعض وتم وضعهما في مياه البحر، تتشكل خلية أولية. ثم يتآكل جزء الألومنيوم لأنه يعمل بمثابة الأنود (الطرف الموجب).

وقد يمثل ذلك مشكلة في القوارب حيث قد تكون التجهيزات النحاسية قريبة من تجهيزات الألومنيوم المغمورة في مياه البحر. تتدفق الإلكترونات من الألومنيوم إلى النحاس عبر مياه البحر.

قد يتشكل هذا النوع من الخلايا الأولية عن غير قصد ويسبب تآكل الاقتران الجلفاني في بيئات الخدمة الأخرى. تآكل الاقتران الجلفاني أسرع بكثير من التآكل الجوي العادي.

• فرق الجهد> 0.2 فولتحدث بشكل ملحوظ في ذلك الوقت وكان معدل التآكل مرتبطًا بشكل إيجابي مع نسبة مساحة الكاثود/القطب الموجب;
• السيناريو النموذجي: مكونات الألومنيوم والتجهيزات النحاسية في سفينة تجري من خلال مياه البحر، مع تآكل الألومنيوم كأنود يصل إلى 0.5 مم سنويًا، وهو ما يمثل تحسنًا بمقدار 20 ضعفًا عن الحالة المعزولة;
• استراتيجية الحماية: اعزل المعادن غير المتشابهة بفواصل عازلة أو قم بأكسدة سطح الألومنيوم.

3 - التنقر

التنقر هو ظاهرة تآكل سطحي تتميز بظهور ثقوب صغيرة (حفر) على سطح معدن الألومنيوم. عادةً لا تؤثر هذه الحفر على قوة المنتج. وبدلاً من ذلك، فهي مشكلة جمالية ولكنها قد تؤدي إلى الفشل إذا كان مظهر السطح حرجاً.

يحدث التآكل بالتأليب عادةً في المناطق التي تتواجد فيها الأملاح في الغلاف الجوي، حيث أن وجود أنيونات الكلوريد هو المسؤول عن ذلك. كما تتسبب الكبريتات أيضًا في التآكل بالتأليب إلى حد ما. تُلاحظ أسوأ حالات التآكل بالتنقر في وجود الأملاح القلوية والحمضية.

حالة الزناد:

• تركيز أيون الكلوريد (Cl-) > 0.5 مول/لتر;
• وجود شوائب أو عيوب في حدود الحبيبات على السطح;
• جهد السبيكة أعلى من جهد الانهيار المحلي (>0.4 فولت مقابل SCE).
  آلية التمديد:
• يُنتج التحلل المائي لـ Al³⁺ في مسام الحفر حمضًا (درجة الحموضة إلى 2-3) ويشكل التخصيب بالكلور-كلور دورة تحفيزية ذاتية;
• يمكن أن يصل معدل نمو عمق الثقب إلى 0.1 مم/شهر، وغالبًا ما تكون نسبة العمق إلى العرض > 10:1.

ولكي يحدث التنقر، يجب أن تكون إمكانات السبيكة أعلى من إمكانات الإلكتروليت (محلول الملح). ويُعد وجود عيوب سطحية عند حدود الحبيبات وجزيئات الطور الثاني مقدمة للتنقر.

4 - تآكل الشقوق

التآكل الشقوق هو شكل من أشكال عملية التآكل الموضعي في المواد. يمكن أن تؤدي المواد المتداخلة أو أخطاء التصميم غير المقصودة إلى تكوين شقوق. ونتيجة لذلك، يمكن أن يؤدي تجمع مياه البحر في هذه الجيوب إلى تآكل الشقوق.

حتى الفجوة الصغيرة بين البرغي والهيكل كافية لبدء هذا النوع من التآكل. بمرور الوقت، يذوب الألمنيوم الموجود في المادة ويرسب في مياه البحر. ويمتص هذا الألمنيوم الأيوني الأكسجين من الهواء المحيط وأيونات الهيدروكسيد من الإلكتروليت لتكوين هيدروكسيد الألمنيوم.

تشكل المناطق المقيدة هندسيًا (مثل طبقات الشفة وفجوات البرشام) خلايا انسداد بسبب الاختلافات في انتشار الأكسجين:

• المرحلة الأولية:: يكون ذوبان الألومنيوم مدفوعًا بالاختلاف في تركيز الأكسجين داخل الفجوة وخارجها (Al→Al³⁺+3e-);
• فترة التطوير:: يؤدي التحلل المائي لـ Al³⁺ إلى انخفاض في الأس الهيدروجيني وانتقال Cl- إلى التركيز;
• الهضبة:: يحافظ على بيئة مجهرية شديدة التآكل عند الأس الهيدروجيني ≈ 2، مع وجود أكبر خطر عند عرض فجوة يبلغ 0.1-0.5 مم.

في وجود الكلوريدات، يجعل هذا الاختزال للأكسجين الشقوق حمضية، مما يسرع من معدل التآكل.

5 - التآكل بين الخلايا الحبيبية

بالنسبة للألمنيوم، تكون حدود الحبيبات مختلفة كهروكيميائياً مقارنةً بالبنية المجهرية للسبائك. وهذا يؤدي إلى إنشاء جهد كهروكيميائي وتبادل إلكتروني بين الاثنين.

هناك العديد من الاختلافات في التآكل بين الخلايا الحبيبية بناءً على المعالجة الكيميائية الحرارية والبنية المعدنية. في سلاسل مختلفة منالألومنيومكما تم العثور عليه بدرجات متفاوتة. على سبيل المثال، سبائك السلسلة 6xxx غير حساسة نسبيًا لهذا النوع من تآكل الألومنيوم.

يختلف مسار الأنود باختلاف أنظمة السبائك. ففي السلسلة 2xxx يظهر على شكل شريط ضيق على جانبي حدود الحبيبات بينما يظهر في السلسلة 5xxx على شكل مسار مستمر على طول حدود الحبيبات.

تنبع ظاهرة الذوبان التفضيلي على طول حدود الحبيبات من عدم تجانس الأنسجة:

• قسم 2xxx 2xxx:: يؤدي ترسيب CuAl₂ عند حدود الحبيبات إلى منطقة فقيرة بالنحاس (أنود);
• قسم 5xxx:: الديالويــــــة الانتقائية الناجمة عن المرحلة β المستمرة (Mg₂Al₃Al₃);
• الحماية:: تقلل معالجة التقادم T6 من عمق تآكل حدود الحبيبات بمقدار 80%.

مثل التنقر، يبدأ التآكل بين الخلايا الحبيبية بالتنقر. ومع ذلك، فإنه ينتشر بشكل أسرع على طول الحدود الحبيبية الحساسة.

6- التآكل المتشقق

التآكل المتشقق هو نوع محدد من التآكل بين الخلايا الحبيبية الموجود في سبائك الألومنيوم ذات البنية الموجهة الواضحة. ويتضح ذلك بشكل خاص في منتجات الألمنيوم التي تعرضت لعملية الدرفلة على الساخن أو البارد.

يحدث على طول حدود الحبيبات الممدودة في البنية المجهرية. يأتي مصطلح التشظّي من حقيقة أن نواتج التآكل تكون أكبر بكثير وتعطي انطباعًا بالارتفاع عن سطح المادة.

يمتد هذا النوع من تآكل الألومنيوم فوق السطح ويؤدي إلى تراكم الضغوطات أفقياً في المنتج. ويؤدي ذلك بدوره إلى حدوث تآكل أولي على السطح قبل أن ينتقل إلى جسم المنتج. يحدث تفكك شديد وتضعف المادة. وقد يحدث تدهور في السطح مثل التنقر والتشقق والتقرح.

تعتبر سلاسل 2xxx و5xxx و7xxx أكثر عرضة للتآكل التقشري بسبب بنية حبيباتها عالية التوجيه. وهذا يجعل حدود الحبيبات أكثر حساسية للتآكل بين الحبيبات. التآكل الصفحي في الألواح المدرفلة بسبب التنظيم متباين الخواص:

يحاكي الاختبار المعجّل بمحلول EXCO لمدة 48 ساعة مستوى التآكل الطبيعي لمدة 10 سنوات.

يؤدي التمدد الحجمي لنواتج التآكل (زيادة حجم الألومنيوم → الألومنيوم (OH) ₃ بمعامل 6.3) إلى حدوث إجهادات بينية بين الطبقات (>100 ميجا باسكال) في اتجاه الدرفلة المتوازية;

يمكن تعديل القابلية للتآكل التقشري عن طريق إعادة توزيع الرواسب باستخدام طرق المعالجة الحرارية.

7 - التآكل العام

عندما يحدث التآكل بشكل شبه منتظم على سطح منتج الألومنيوم، يكون التآكل منتظمًا أو كليًا.

ويحدث هذا التآكل عندما تتعرض المنتجات بشكل متكرر لوسائط حمضية أو قلوية قوية. وقد يحدث أيضاً في وجود إمكانات كهروكيميائية عالية عندما يكون المنتج في محلول كهربائي. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك صدأ صفائح الألومنيوم في المحاليل الحمضية.

التآكل المنتظم هو نتيجة للحركة المستمرة لمناطق الأنود والكاثود الملامسة للإلكتروليت ويتجلى في صورة هجوم تآكل منتظم على السطح.

كما أن طبقة الأكسيد غير مستقرة في المحاليل ذات الأس الهيدروجيني المرتفع والمنخفض ولا تحمي المعدن الموجود تحتها. تتناقص سماكة المادة وتذوب تمامًا في النهاية.

الهجمات ليست متسقة تمامًا وستكون هناك قمم ووديان. لا توجد مناطق صغيرة من التآكل العميق تكفي لتسمية ذلك مثالاً عاماً للتآكل.

يذوب غشاء التخميل تمامًا في البيئات الحمضية القوية (الرقم الهيدروجيني 9):

• معدل التآكل:: >1.2 مم/سنة عند الأس الهيدروجيني 9;
• يقلل حمض النيتريك المركز (65%) من المعدل إلى 0.001 مم/سنة بسبب التخميل القوي.

8 - التآكل الترسيبي

يحدث تآكل الترسب عندما تترسب معادن غير متشابهة على سطح الألومنيوم مما يؤدي إلى تآكل موضعي شديد.

تخيل أن الماء يتدفق عبر أنبوب نحاسي. بينما يتدفق الماء عبر الأنبوب، يمتص أيونات النحاس. تصبح أيونات النحاس هذه الآن في محلول. عندما يتلامس هذا المحلول مع سطح أو وعاء من الألومنيوم، فإنه يرسب أيونات النحاس هذه عليه.

تشكل هذه الأيونات الآن خلية أولية خفية، وإذا كان الأيون منخفضاً في السلسلة الكهروكيميائية أو البروتوسيلية، فإنه سيؤدي إلى تآكل الألومنيوم عن طريق التنقر. وكلما زاد الفرق بين الألومنيوم والأيونات المترسبة المقترنة كهربائيًا، زادت حدة التآكل.

من المعروف أنه حتى محاليل أيونات النحاس بتركيز 1 جزء في المليون تسبب تآكلًا شديدًا لأسطح الألومنيوم.

تُعرف المعادن التي يمكن أن تسبب تآكل رواسب الألمنيوم باسم "المعادن الثقيلة". بعض المعادن الثقيلة المهمة هي النحاس والزئبق والقصدير والنيكل والرصاص.

يذوب غشاء التخميل تمامًا في البيئات الحمضية القوية (الرقم الهيدروجيني 9):

• معدل التآكل:: >1.2 مم/سنة عند الأس الهيدروجيني 9;
• يقلل حمض النيتريك المركز (65%) من المعدل إلى 0.001 مم/سنة بسبب التخميل القوي.

يكون التآكل الناتج عن هذه الطريقة أكثر وضوحًا في المحاليل الحمضية مقارنةً بالمحاليل القلوية. ويرجع ذلك إلى انخفاض قابلية ذوبان هذه الأيونات في المحاليل القلوية.

9 - التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي (SCC)

التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي (يشار إليه هنا باسم SCC) هو شكل من أشكال التآكل بين الخلايا الحبيبية الذي يمكن أن يؤدي إلى فشل كامل لأجزاء الألومنيوم.

يجب توافر ثلاثة شروط لحدوث هذا التآكل. السبائك الحساسة هي أول هذه الشروط. ليست كل سبائك الألومنيوم معرضة بشكل متساوٍ للتآكل الإجهادي. السبائك عالية المردود أكثر عرضة للتشقق الإجهادي التآكلي.

الشرط الثاني هو أن تكون البيئة التي ستستخدم فيها رطبة أو رطبة. الشرط الثالث هو وجود إجهاد شد في المادة. إجهاد الشد هذا هو سبب انتشار الشقوق وانتشارها في المعدن.

لوحة ثلاثية:: السبائك الحساسة (مثل 7075-T6)، إجهاد الشد (> قوة الخضوع 30%)، الوسائط المسببة للتآكل (محلول Cl):

• نوع التصدع:: على طول الحبوب (IGSCC) أو من خلال الحبوب (TGSCC);
• يمكن تخفيض عامل شدة الإجهاد الحرج (KISCC) إلى 30% من القوة التقليدية.

هناك نوعان من عمليات التآكل الإجهادي الحبيبي. النوع الأول هو التشقق الإجهادي الإجهادي بين الحبيبات (IGSCC)، حيث تنتشر التشققات على طول حدود الحبيبات. النوع الثاني هو التشقق الإجهادي عبر الحبيبات (TGSCC)، حيث تنتشر التشققات عبر الحبيبات بدلاً من انتشارها على طول حدود الحبيبات.

10 - تآكل التآكل

يحدث تآكل الألومنيوم بسبب تأثير نفاثات المياه عالية السرعة على جسم الألومنيوم.

هناك عاملان يؤديان إلى تفاقم التآكل والتآكل هما معدل تدفق المياه ودرجة حموضتها. كما أن وجود محتوى الكربونات والسيليكا في الماء يزيد من معدل التآكل.

في الماء النقي، يحدث تآكل الألومنيوم بمعدل بطيء. ومع ذلك، يزداد هذا المعدل عندما يتجاوز الرقم الهيدروجيني 9. وفي المياه الحمضية، يكون التآكل أسرع.

تآزر ديناميكيات الموائع والتآكل الكيميائي:

• سرعة عالية(>5 م/ث) يدمر طبقة التخميل;
• سائل رمليالضرر الناتج عن تفاعل التآكل والتآكل المستحث;
• انهيار الفجوة العصاريةيولد ضغط تصادم > 1 جيجا باسكال مما يؤدي إلى تقشر السطح.

يمكن منع التآكل-التآكل من خلال التحكم في العوامل المذكورة أعلاه. يمكن الحد من التآكل والتعرية بشكل كبير إما عن طريق تقليل سرعة المياه أو الحفاظ على جودة المياه أو كليهما. تحسين جودة المياه يعني الحفاظ على درجة الحموضة قريبة من التعادل (<9) قدر الإمكان وتقليل مستويات السيليكا والكربونات.

11 - إجهاد التآكل

ومن المعروف جيداً أن الكلال يمكن أن يؤدي إلى فشل المنتج بالكامل إذا تُرك دون مراقبة. وفي حالة الألومنيوم، يمكن أن يعمل التشقق الناتج عن الكلل كنقطة بداية للتآكل الناجم عن التنقر.

يحدث إجهاد التآكل عندما يتعرض الألمنيوم بشكل متكرر لإجهادات منخفضة على مدى فترة زمنية طويلة. في البيئات المسببة للتآكل مثل مياه البحر والمحاليل المالحة، من المرجح أن يحدث بدء التشقق والتمدد.

الحد التآزري من حد الإعياء بالتناوب بين الأحمال والوسائط المسببة للتآكل:

• 3.5% من محلول كلوريد الصوديوم NaCl، ينخفض عمر إجهاد سبيكة الألومنيوم 2024-T3 إلى 10% في بيئة جافة;
• يتم تنظيم معدل امتداد الشقوق بواسطة ΔK (سعة عامل شدة الإجهاد) والتردد (العتبة الحرجة 10 هرتز).

لا يمكن أن يستمر إجهاد التآكل إذا لم يكن الماء موجودًا في الغلاف الجوي. كما أنه مستقل إلى حد كبير عن اتجاه الإجهاد، حيث أن انتشار التصدع يكون في المقام الأول من خلال البلورة. وبالتالي، على عكس حالة التكلس البسيط، لا يؤثر الإجهاد على انتشاره.

12 - التآكل الخيطي

يبدأ التآكل الخيطي أو التآكل الدودي على شكل تنقر. يبدأ عند نقطة تقشر الطلاء عن سطح الألمنيوم. قد يكون السبب هو خدش أو تآكل على السطح يكشف السطح المعدني تحته.

في ظل وجود أنيونات الكلوريد والرطوبة العالية، يمكن أن يحدث التآكل الخيطي وينتشر بسهولة. على الرغم من أنه يبدأ كتنقر في المياه المالحة، إلا أنه ينتشر كتآكل شقوق.

رأس دودة الأرض حمضي ويحتوي على نسبة عالية من الكلوريد. يمتص الأكسجين ويعمل كأنود. أما النصف الثاني من مسار الدودة فيعمل ككاثود ويستتبع ذلك تفاعل.

تآكل ذاتي الدفع يتكون في عيوب الطلاء:

• وتشكل المنطقة الحمضية في الرأس (الأس الهيدروجيني ≈ 1-2) والمنطقة القلوية في الذيل (الأس الهيدروجيني ≈ 10-12) تدرجًا كهروكيميائيًا;
• معدل التمدد 0.1-0.5 مم/يومياً، مسار يتحكم فيه نسج المصفوفة.

يمكن الوقاية من التآكل الخيطي عن طريق الحفاظ على السطح غير تالف وسد جميع الفجوات الصغيرة بالطلاء أو الشمع. إذا كان ذلك ممكناً، يجب تقليل الرطوبة النسبية للبيئة.

13 - التآكل الميكروبيولوجي(MIC)

التآكل المستحث ميكروبيولوجيًا أو MIC هو التآكل الناجم عن الكائنات الحية الدقيقة/الفطريات. هذا النوع من التآكل شائع في خزانات الوقود وزيت التشحيم.

يمكن أن تزدهر الكائنات الدقيقة والفطريات في وجود الماء في الزيت. بعض هذه الكائنات الحية قادرة على استهلاك الزيت وإفراز الأحماض التي يمكن أن تسبب تآكل حاويات الألومنيوم المستخدمة في التخزين.

يمكن أن يتسبب هذا الحمض في حدوث تنقر في حاويات الألومنيوم ويؤدي في النهاية إلى حدوث تسريبات.

الناجم عن الأيض الميكروبي مثل البكتيريا المختزلة للكبريتات (SRB):

• تنتج البيئة اللاهوائية H₂S لتدمير طبقة التخميل;
• تشكل الأغشية الحيوية الرقيقة خلايا تركيز الأكسجين;
• إن منطقة فصل طور الماء في نظام الوقود هي منطقة عالية الحدوث تتطلب تصريفًا منتظمًا وإضافة مبيد حيوي.

ولمنع ذلك، يجب تنقية الزيت قدر الإمكان لإزالة الماء. ومن الضروري أيضًا التصريف المنتظم من الخزان بعد التنقية. إذا لم يكن من الممكن تحسين جودة الوقود، يمكن منع الإنبات باستخدام المبيدات الحيوية.