شرکت مهندسی فران طیف وسیعی از بازدارنده های خوردگی کاتدی و آندی را برای صنایع مختلف، برجهای خنک کننده، بویلرهای صنعتی و صنایع نفت و گاز تأمین می کند. مشاوره در زمینه انتخاب ماده شیمیایی بازدارنده خوردگی مناسب و نحوه تزریق آن به سیال خوردنده از دیگر خدمات شرکت مهندسی فران در زمینه حفاظت از خوردگی است.
بازدارنده های خوردگی کاتدی و آندی ترکیبات شیمیایی هستند که به صورت موثر باعث کاهش یا جلوگیری از بروز خوردگی فلزات در محیط خورنده می شوند. این مواد شیمیایی را به غلظت های پایین در سیستم های خنک کننده، اسید و بخار تزریق کرده و با ایجاد یک فیلم سطحی باعث جلوگیری از بروز خوردگی سطح فلز می شوند. بازدارنده های آلی به واسطه کاهش میزان پلاریزاسیون بر روی سطح فلز و با تشکیل یک فیلم محافظ باعث کنترل سرعت خوردگی می شود. در محلول های اسیدی بازدارنده های خوردگی، دیپلاریزاسیون کاتدی و آندی را کنترل می کنند و در محلول های خنثی عوامل بازدارنده باعث مسدود کردن دیپلاریزاسیون اکسیژن در ناحیه های کاتدی سطح می شود که این مکانیزم بر اساس کاهش انتقال اکسیژن و تشکیل یک فیلم نازک بر روی سطح فلز ایجاد شده است..
مکانیزم بازدارندگی آهن، آلومینیوم و روی در محلول های خنثی با استفاده از بازدارنده های آلی و معدنی بر اساس جذب آنیون بازدارنده بر روی سطح فلز، اتصال منافذ فیلم های اکسیدی منفعل کننده، توانایی بازیابی فیلم های اکسیدی تخریب شده و کاهش انحلال فلز طبقه بندی می شود. بازدارنده های خوردگی در محلول های بازی برای جلوگیری از ایجاد حفره و خوردگی فلزاتی مانند آلومینیوم، روی، مس و آهن که به عنوان اکسید های اتمسفریک شناخته می شوند؛ موثر واقع می شوند.
بازدارنده های خوردگی کاتدی
بازدارنده های کاتدی(رسوب دهنده ها) سرعت خوردگی را با افزایش اختلاف ولتاژ در سطح کاتد به واسطه افزایش مقدار هیدروژن و کاهش اکسیژن، کاهش می دهد؛ و در هنگام بهره گیری از این دسته بازدارنده ها، با شکل گیری رسوبات ضخیم و همچنین با کاهش انتشار پتانسیل خوردگی بر روی سطح فلز از وقوع واکنش کاتدی و ایجاد خوردگی جلوگیری می شود. بازدارنده های کاتدی با مهار قطبش کاتدی باعث کاهش میزان خوردگی سطوح می شود که شکل زیر نشان دهنده ی نمودار های پلاریزاسیون بازدارنده های کاتدی در هنگام وقوع قطبش کاتدی و تاثیر آن در حضور بازدارندهای کاتدی می باشد.
بسته به نوع مکانیزم بازدارندگی، بازدارنده های کاتدی به سم کاتدی، رسوبات کاتدی و جاذب های اکسیژن (Oxygen Scavenger) طبقه بندی می شود؛ و همچنین سم کاتدی باعث کاهش سرعت واکنش تولید هیدروژن به واسطه جذب و یا رسوب(سولفید ها، سلنید ها، بیسموت ها و آنتیموان) بر روی سطح می شود؛ و از زمانیکه این دسته از بازدانده ها جهت مهار هیدروژن در سیستم هایی که در معرض خوردگی هستند مورد استفاده قرار گرفت؛ باعث افزایش چشم گیر حساسیت تماس هیدروژن با سطح فلز شده است.
رسوبات کاتدی
رسوبات کاتدی با افزایش میزان رسوب در ترکیبات نامحلول باعث افزایش تاثیر پذیری ناحیه های کاتدی سطوح می شود. اغلب بازدارنده های رسوبات کاتدی شامل CaCO3، MgCO3 و یا سولفات روی رسوب می کند مورد استفاده قرار می گیرد؛ همچنین قابل ذکر است که کارایی این بازدارنده ها تنها با تنظیم میزان PH قابل کنترل است. کربنات کلسیم (سنگ آهک) به صورت بیکربنات های کلسیم داخل آب حل می شود و با کنترل دقیق PH فیلم های نرم و سخت از کربنات کلسیم تشکیل می شود همچنین پس از تشکیل رسوب میزان PH باید به دقت کنترل شود تا از انحلال فیلم ایجاد شده در PH های پایین جلوگیری شود. اما در حضور اکسیژن یون های هیدروکسید بر اساس واکنش بیان شده تشکیل می شود؛ و همچنین یون هیدروکسید تشکیل شده میزان سرعت ته نشینی کلسیم کربنات را طبق واکنش زیر بهبود می بخشد.
پلی فسفات ها جز بازدارنده های کاتدی موثر می باشد که در سیستم های خنک کننده از نوع هوادهی، مورد استفاده قرار می گیرد؛ همچنین این گونه از بازدارنده های کاتدی را با عنوان فسفات های پلیمری یا تغلیظ شده معرفی می شود. پلی فسفات ها به هنگام پیوند با یون های کلسیم، ذرات کلوییدی با بار مثبت را تشکیل می دهد و به صورت یک فیلم محافظ بر روی سطح کاتد مطابق با شکل زیر نقش خود را ایفا می کند. از معایب این بازدارنده ها هیدرولیز پیوند اکسیژن و فسفر، و در نتیجه ارتوفسفات که نوعی بازدارنده با عملکرد ضعیف تر جهت مقابله با خوردگی سطوح می باشد ایجاد می شود.
جاذب های اکسیژن
آخرین بخش از بازدارنده های کاتدی، جاذب های اکسیژن نام دارد که شامل سولفیت ها و هیدرازین است. این دسته از بازدارنده ها با مهار واکنش کاتدیک اکسیژن، میزان سرعت خوردگی را در سطوح تشکیل شده از جنس استیل، مس و چدن که در صنایع پالایش نفت و تولید بخار مورد استفاده قرار می گیرد را کاهش می دهد. این بازدارنده ها به واسطه واکنش با اکسیژن و تولید آب و نمک باعث کاهش غلظت اکسیژن محلول می شود. جاذب های اکسیژنی که غالبا در آب مورد استفاده قرار می گیرد شامل دی اکسید گوگرد و سولفیت سدیم است؛ همچنین از کبالت و یا منگنز جهت سرعت بخشیدن به واکنش بین اکسیژن و سولفیت ها در دمای پایین به کار گرفته می شود.
هیدرازین، سدیم سولفیت و آمونیوم سولفیت به عنوان عوامل بسیار موثر و کارامد در بویلر های بخار آب تحت عنوان جاذب های اکسیژن مورد استفاده قرار می گیرد. هیدرازین در دمای بالای بخار دچار تجزیه شده و باعث تولید آمونیاک و یا نیتروژن می شود. از آن جا که هیدرازین سرطان زا می باشد عوامل جدیدی از دسته scavengers شامل ایزو آسکوربات آمونیوم و کربوهیدرازید هیدروکینون پیشنهاد شده است. سیلیکات و فسفات ها از جمله بازدارنده های رسوب دهنده با ایجاد یک فیلم محافظ بر روی سطح فلز می باشد و همچنین با ترکیب اثرات قطبی سازی آندی و کاتدی باعث کاهش میزان سرعت خوردگی فلز می شود. و با افزایش ولتاژ باعث کاهش میزان اکسیژن و تولید هیدروژن شده و در محلول های خنثی این دسته از بازدارنده ها در حضور اکسیژن باعث غیر فعال کردن سطح استیل به عنوان بازدارنده های آندی می شود.
بازدارنده های خوردگی آندی
بازدارنده های آندی قطبش بخش آند را تا دستیابی به ایمنی سطح آلیاژ و فلز از ایجاد خوردگی افزایش می‌دهد؛ همچنین این دسته از بازدارنده ها به دلیل کاهش شدید میزان جریان خوردگی با عنوان بازدارنده های منفعل (passivating inhibitors) معرفی می شود؛ شکل های ارائه شده نشان دهنده میزان تأثیرات قطبش و اثر انفعال بازدارنده های آندی می باشد؛ و قابل ذکر است که بازدارنده های آندی از جمله عوامل اکسید کننده بسیار قدرتمند است که باعث انتقال پتانسیل خوردگی فلز به یک حالت پایدار، و ایجاد یک سطح غیر فعال کننده بر روی سطوح می باشد.
الزامات بازدارنده های خوردگی آندی
معمولاً بازدارنده های آندی را به عنوان مواد ضد خوردگی خطرناک معرفی می کنند؛ زیرا که میزان غلظت ناکافی از بازدارنده ها باعث وقوع خوردگی های شدید حفره مانند بر روی سطوح می شود. از اینرو پایش مستمر بازدارنده خوردنگی از طریق تزریق دقیق مواد شیمیایی بسیار حایز اهمیت است. دو نوع از بازدارنده های منفعل که جهت جلوگیری از ایجاد خوردگی مورد استفاده قرار می گیرد شامل آنیون‌های اکسید کننده و غیر اکسید کننده می باشد؛ آنیون های غیر اکسید کننده در حضور اکسیژن باعث غیر فعال شدن سطح فلز در برابر خوردگی، و تنگستات، مولیبدات و فسفات نمونه ای از ترکیبات این دسته می‌باشد. بازدارنده های غیر اکسید کننده آلی شامل سدیم بنزوئیک اسید، سدیم سینامات و پلی فسفات است که این ترکیبات باعث قطبش نواحی تأثیر پذیر در سیستم های خوردگی می شود و این کار با افزایش میزان جذب اکسیژن بهبود بخشیده می شود.
آنیون های اکسید کننده در عدم حضور اکسیژن و همچنین با تمایل آن ها به کاهش میزان پذیرش الکترون از سطح فلز سبب غیر فعال شدن آن می شود؛ و کرومات، نیتریت و نیترات نمونه هایی از این دسته می باشد. میزان غلظت بحرانی بازدارنده با کاهش دما و یا افزایش غلظت کلرید و اکسیژن، افزایش می باید. هر نمونه از بازدارنده آندی منفعل، قابلیت پذیرش مقدار مشخصی از کلر و سولفات را دارا می باشد و با افزایش بیش از حد مقدار مقرر شده باعث از بین رفتن آن ها می شود همچنین یک رابطه خطی (log Cinh = nlog Ccl + const) بین لگاریتم غلظت کرومات لازم جهت انفعال فلز و لگاریتم غلظت یون های مهاجم (کلر) وجود دارد. شکل زیر نشان دهنده غلظت کرومات مورد نیاز جهت منفعل کردن غلظت آهن و کلر است.
پتانسیل خوردگی
در شکل ارائه شده نقاط A-B-C-D نشان دهنده پتانسیل خوردگی می باشد. در نقطه A منحنی پلاریزاسون کاتد با منحنی آند را در ناحیه فعال تقاطع دارد و در نتیجه در این حالت فلز انحلال پیدا می کند. در نقطه A غلظت بازدارنده پایین تر از مقدار بحرانی می باشد و با چگالی جریان بحرانی تا شروع انفعال آن مطابقت دارد. نقطه B در ناحیه فعال_غیر فعال است که در این قسمت عملکرد انفعال، پایدار نمی باشد.
و با پتانسیل خوردگی موجود در این ناحیه باعث انتقال آن به یکی از نواحی فعال و یا غیر فعال شود و در این حالت ممکن است دچار افزایش میزان خوردگی و ایجاد حفره شویم؛ نقطه C در ناحیه غیر فعال واقع شده است و با انفعال ناقص مشخص شده است. نقطه D در ناحیه غیر فعال، با جریان خوردگی برابر با چگالی جریان منفعل قرار گرفته است. در این حالت پتانسیل خوردگی با جریان خوردگی پایدار برابر می باشد و همچنین غلظت بازدارنده بالاتر از مقدار بحرانی است که محافظت آندی پایدار از سیستم رخ می دهد.
برای مشاوره در زمینه انتخاب و تأمین مواد بازدارنده خوردگی با کارشناسان ما در شرکت مهندسی فران تماس بگیرید.
Prepared by:Seyed Ahmad Mohamadi