خوردگی فلزات دانشگاه شریف
دانشگاه صنعتی شریف
دانشکده مهندسی و علم مواد
آزمایشگاه خوردگی و پوشش دادن فلزات
آزمایش دو : میزان خوردگی در یک محلول (Immersion Test)
محمد شریفی
89105274
هدف آزمایش :
بررسی میزان خوردگی در یک محلول و اندازه گیری سرعت خوردگی.
مقدمه :
با توجه به تخصص ها و دیدگاه های مختلف تعاریف مختلفی برای خوردگی ارائه شده است که به طور خلاصه بیان می گردد :
· خوردگی به فساد مواد ( معمولا آهن ) و تغییر خواص آن گفته می شود که در نتیجه واکنش با محیط حاصل می گردد .
· خوردگی اکسیداسیون است .
· خوردگی یک حمله شیمیایی به فلز است .
· خوردگی پدیده ایست الکتریکی ، بعبارت دیگر الکترولیز است .
· خوردگی پدیده ایست الکتروشیمیایی .
· خوردگی عبارت است از تخریب اجسامی که از طریقی، غیر از عمل مکانیکی حاصل می شود .
و تعاریفی دیگر ...
و اما بهترین تعریفی که امروزه مورد قبول همگان است :
خوردگی عملی است شیمیایی یا الکتروشیمیایی که بین فلزات و محیط اطرافشان واقع گشته و موجب فساد و دگرگونی در خواص آنها می شود.
طبق استاندارد ISO – 8044 تعریف بعضی از نظریه های اولیه خوردگی عبارت است از :
برهم کنش فیزیکی و شیمیایی بین فلز و محیط اطراف که نتیجه آن تغییر در خواص فلز است و این اغلب منجر به لطمه به وظیفه فلز، محیط زیست و یا سیستم های فنی که این ها در آن شرکت دارند می شود.
تبصره : این بر همکنش معمولا دارای طبیعت الکتروشیمیایی است.
خوردگی معمولا در هر محیطی صورت می گیرد و بستگی به آن دارد که با چه مصالحی سرو کار داریم. بیش از 57 نوع خوردگی وجود دارد – حتی اجسام غیر فلزی مانند چوب ، پلاستیک ، سرامیک ، لاستیک ، شیشه ، بتن و غیره نیز خورده می شوند - اما خوردگی و فساد غیر فلزات به شکل های دیگری ظاهر می شود.
خوردگی الکتروشیمیایی و شیمیایی
هر چند اغلب فرآیند های خوردگی ماهیت الکتروشیمیایی دارند زیرا شامل یک واکنش اکسایش می باشند .
ولی با وجود این بین موارد زیر تفاوت قائل می شویم.
خوردگی الکتروشیمیایی :
که از طریق یک واکنش الکترودی و معمولا در محیط مرطوب انجام می گیرد. (خوردگی در محلول های آبی، خوردگی اتمسفری در اثر فیلم مرطوب روی سطح فلز و نیز خوردگی در خاک که به کمک رطوبت انجام می گیرد، از این نوع اند.)
خوردگی شیمیایی :
که تحت تاثیر گاز های خشک (مانند اکسایش در دمای بالا) و مایعات آلی بدون آب انجام می گیرد.
زنگ زدگی
به اکسید شدن آهن و آلیاژهایی که با آهن وجود دارد اطلاق می گردد که معمولا در اثر رطوبت یا حتی در هوای خشک نیز حاصل می شود. اصطلاحاتی در این زمینه به کار می روند که از آن جمله اند :
· فیلم : در خوردگی به لایه نازک پوشیده شده بر سطح فلز را که در آنگسترم باشد.
· قشر : به لایه نازک در حد میلیمتری گفته می شود.
· لایه : پوشش ضخیمی که بر روی فلز به وجود می آید و در واقع ضخیمترین پوشش اکسید بر روی فلز محسوب می گردد.
مقیاس اندازه گیری های خوردگی
هنگامی که خوردگی به وقوع می پیوندد وزنی حاصل یا از دست می رود. این وزن در یک واحد سطح و در یک واحد زمانی و اندازه معمولی میلی گرم بر دسی متر مربع در روز است که آنرا با MDD مشخص می کنند. از دست دادن ضخامت فلز را در سال MPY (یک میل در سال) نشان می دهند که مناسب ترین واحد جهت میزان خوردگی در طراحی به شمار می آید ( یک میل برابر یک هزارم اینچ می باشد ) که از فرمول زیر به دست می آید .
W = کمبود وزن نمونه بر حسب میلی گرم
D = وزن مخصوص فلز
A = سطح کل نمونه بر حسب اینچ مربع
T = زمان آزمایش بر حسب ساعت
واحد های دیگری نیز به کار برده می شوند که به سهولت قابل محاسبه با واحد های دیگر هستند. از جمله :
گرم بر دسی متر مربع در روز – گرم بر سانتی متر مربع در روز – گرم بر اینچ مربع در ساعت – گرم بر متر مربع در ساعت – اینچ در سال (IPY) و میلی متر درسال
چنانچه خوردگی فلز کمتر از IPY 005/0 باشد، آنرا جز فلزات مقاوم می شناسند و اگر مقدار خوردگی بین IPY 05/0 تا IPY 005/0 باشد، جز فلزات معمولی و چنانچه مقدار خوردگی از IPY 005/0 بیشتر باشد، جز دسته فلزات ضعیف در برابر خوردگی محسوب می شود.
مهمترین عواملی که در واکنش های خوردگی دخالت موثر دارند عبارتند از :
درجه حرارت : افزایش درجه حرارت موجب ازدیاد میزان و سرعت خوردگی می شود . حتی زمانیکه درجه حرارت قسمت های مختلف از قطعه معینی متفاوت باشد. عموما آن قسمت که درجه حرارتش بیشتر باشد نسبت به سایر نقاط آندتر می شود .
اختلاف پتانسیل : در حالیکه فلزات غیر هم جنس و متصل به هم در محیط مشترکی قرار گرفته باشند، به علت اختلاف پتانسیل موجود بین الکترود ها (مثلا دو فلز روی و آهن در آب نمک) فلزی که در جدول سری گالوانیکی بالاتر است، آند بوده خورده خواهد شد. و در نتیجه این عمل فلز دیگر را محافظت خواهد نمود.
عملیات حرارتی : در نتیجه اعمال عملیات حرارتی رفتار خوردگی اغلب فلزات و آلیاژها شدیدا متاثر خواهد شد.
شرایط سطحی : شروع و سرعت خوردگی در مورد سطوح صیقلی و تمیز فلزات نسبت به سطوح زبر و خشن و یا سطوحی که دارای فیلم های سطحی بوده و یا دیگر موارد خارجی در آن حضور داشته باشند به شدت تغییر می کند.
سرعت : چون فیلم های اولیه خوردگی به دلیل وجود سائیدگی از بین می رود و سطح فلز لخت و فعال مجددا در معرض خوردگی های بعدی قرار می گیرد از این رو مورد بررسی و توجه می باشد.
تشعشع : در این زمینه تحقیقات کمتری صورت گرفته است اما آزمایشاتی که انجام گرفته روشن نموده که در محیط های حاوی تشعشعات اتمی بر روی فلزات میزان و شدت خوردگی تا حدودی افزایش می یابد.
ناخالصی های محیطی : وجود ناخالصی های مختلف در محیط عامل بسیار مهمی بوده و اثرات گوناگونی بر روی خوردگی می گذارند.
زمان : معمولا پیشرفت خوردگی با زمان افزایش می یابد اما شرایطی وجود دارند که میزان خوردگی نسبت به زمان کاهش می یابد.
تنش : مواد و قطعات در شرایطی که تحت تنش های کششی در معرض محیط های خورنده قرار می گیرند شدیدتر و سریعتر از بین می روند.
فشار : بررسی ها و مطالعات نشان داده که فشار عامل موثری روی واکنش های شیمیایی و اکسیداسیون مواد می باشد.
خواص فلزی : توجه به خواص و مشخصات متالوژی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است . ساختمان بلوری، مرزدانه ها، خواص مکانیکی اختصاصی فلزات و آلیاژها روش های ریخته گری، عملیات حرارتی و ترکیب آلیاژها از عوامل مهم و موثری هستند که مد نظر قرار می گیرند .
سایر عوامل : وجود عوامل مختلف باعث پیچیدگی های زیادی در مطالعات خوردگی می گردند، از جمله :
الف ) وجود اختلاف دمیدگی (هوادهی) در سطوح مجاور با الکترولیت ها که سبب ایجاد مناطق آندی و کاتدی می گردد.
ب ) وجود اختلاف غلظت ( یا اختلاف در PH) در نقاط مختلف از سطح فلزی که در محیط الکترولیت یا خورنده قرار گرفته باشد سبب ایجاد مناطق آندی و کاتدی می شود .
ج ) اثرات بیولوژیکی وجود ماکروارگانیسم ها یا میکرواورگانیسم ها در خوردگی مورد بررسی و آزمایش قرار گرفته و صدمات و خطرات آن ها آشکار شده است.
شرح آزمایش
ابن آزمایش بسیار ساده و البته بسیار دقیق بوده و می بایست شرایطی مورد توجه قرار گیرد از جمله آنکه:
الف)مواد خورنده بایستی به تمام سطوح جسم دسترسی داشته باشند.بنابراین نمونه ها می باید در طول آزمایش در مایع معلق بمانند.
ب)نمونه ها بایستی از لحاظ الکتریکی ایزوله باشند.
ابتدا نمونه ها را با سمباده تمیز می کنیم (دو نمونه از هز آلیاژ پولیش هم می شوند) تا اکسید های سطحی کاملا از بین بروند.
اندازه گیری های وزن و ابعاد را انجام می دهیم و سپس توسط قالب های پلاستیکی درون محلول خورنده (HCl 15%) می کنیم.
پس از مدت مشخص(96 و 144 ساعت) نمونه ها را خارج نموده و با برس ظریفی تمیز می کنیم و در محلول شستشوی مخصوص هر آلیاژ شستشو می دهیم، تا مواد اکسیدی زائل گردند. سپس آن ها را با آب و استون می شوییم.
نمونه ها را دوباره وزن می کنیم.
تحلیل نتایج و خواسته های آزمایش
|
brass |
|
||||||||
|
نمونه |
W1 |
L |
D |
W2 |
W(gr) |
T(h) |
A(cm^2) |
A(inch^2) |
Mpy |
|
1 |
15.2241 |
2.38 |
0.98 |
15.2219 |
0.0022 |
144 |
8.831564 |
1.368892 |
0.405429 |
|
2 |
15.2255 |
2.3 |
1 |
15.2229 |
0.0026 |
144 |
8.792 |
1.36276 |
0.481299 |
|
3 |
16.1741 |
2.5 |
1 |
16.1714 |
0.0027 |
96 |
9.42 |
1.4601 |
0.699735 |
|
4 |
15.4435 |
2.38 |
1 |
15.4421 |
0.0014 |
96 |
9.0432 |
1.401696 |
0.377944 |
|
5 |
15.9707 |
2.48 |
1 |
15.9694 |
0.0013 |
96 |
9.3572 |
1.450366 |
0.339171 |
|
6 |
16.6281 |
2.5 |
1 |
16.626 |
0.0021 |
96 |
9.42 |
1.4601 |
0.544239 |
|
steel |
|
||||||||
|
1 |
12.1815 |
2 |
1 |
12.1529 |
0.0286 |
96 |
7.85 |
1.21675 |
16.76255 |
|
2 |
12.1984 |
2 |
1 |
12.1618 |
0.0366 |
96 |
7.85 |
1.21675 |
21.45138 |
|
3 |
12.3628 |
1.97 |
1 |
12.2903 |
0.0725 |
96 |
7.7558 |
1.202149 |
43.00858 |
|
4 |
12.3272 |
1.98 |
1 |
12.3268 |
0.0004 |
96 |
7.7872 |
1.207016 |
0.236332 |
|
5 |
12.2636 |
2 |
1 |
12.2102 |
0.0534 |
144 |
7.85 |
1.21675 |
20.86527 |
|
6 |
11.1414 |
2.02 |
0.96 |
11.0541 |
0.0873 |
144 |
7.536 |
1.16808 |
35.5325 |
همان طور که در مقدمه گفتیم از رابطه ی Mpy میزان خوردگی هر یک از نمونه ها را حساب نموده ایم.
وقتی سطحی زبرتر است به نوعی میزان تماسش با الکترولیت بیشتر بوده و این سبب افزایش نرخ خوردگی با افزایش زبری سطح می گردد و بالعکس با افزایش صافی، در اثر پولیش خوردگی کاهش می یابد.
|
تصویر 1- نمونه های برنجی زیر میکروسکوپ نوری. همانطور که مشاهده می شود، ردیف دوم که نمونه ها پولیش شده اند خوردگی کمتر است. |
|
تصویر 2- نمونه های فولادی زیر میکروسکوپ نوری. همانطور که مشاهده می شود، ردیف دوم که نمونه ها پولیش شده اند، خوردگی کمتر است. |
همانطور که مشاهده می شود خوردگی در نمونه های برنجی در اثر هیدرو کلریک بسیار بیشتر است و شیار های به وجود آمده موید این مطلب می باشد. در ضمن به دلایل گفته شده در مقدمه نمونه هاب پولیش شده کمتر دچار خوردگی شده اند.
منابع
1- پوشش دادن فلزات، دکتر قربانی.
2- مهندسی سطح، فانتانو.
شهرستان
ارسال رایگان آینه شمعدان لوستر مجسمه های برنجی تولیدی شریف ذوب به سراسرکشور
گناباد تبریز ارومیه زنجان بندرعباس انزلی
شهر بعدی شهر شماست کارآفرین شهر خود باشید.
ریخته گری شریف ذوب
telegram.me/sharifzob
ریخته گری شریف ذوب
تولید و پخش قطعات لوستر و آینه شمعدان به سراسر کشور
تلگرام شریف ذوب
sharifzob را در تلگرام دنبال نمایید.
ونتوری متر چیست؟
Venturi meter
Introduction
A Venturi meter is basically a type of flow meter with a specially designed tube, used to measure the flow velocity of liquids especially highly viscous liquids. It is one of the most accurate means of measuring the flow. Just like Electromagnetic Flow meter it has no pressure drop (head loss) hence is very useful in places where pressure drop should be minimal and where a greater emphasis is laid on the highest accuracy achievable.
Principle:
When a fluid, whose flowrate is to be determined, is passed through a Venturi meter, there is a drop in the pressure between the Inlet section and Cylindrical Throat of Venturi meter. The drop in pressure can be measured using a differential pressure measuring instrument. Since this differential pressure is in direct proportion to the flowrate as per the Bernoulli's Equation hence the differential pressure instrument can be configured to display flowrate instead of showing differential pressure.
Construction:
Inlet Section
A linearly extending section of the same diameter as the inlet pipe for an end connection for an incoming flow connection. Here we measure the inlet pressure of the fluid / steam / gas.
Cylindrical Throat
In this section the flow velocity and pressure is constant. Here we measure the value of pressure P2 and thus can find out the differential pressure with respect to the Inlet section pressure P1.
Outlet Section
A linearly extending section similar to the Inlet section. Here also the diameter is the same as that of the outlet pipe for an end connection for an outgoing flow.
Converging section
This section converts the Pressure head of the liquid into a Velocity head. The cross section of the fluid /steam / gas decreases and the velocity increases with a loss of pressure head. The angle of convergence designed in general is usually 19-23 degrees.
Diverging recovery section
Here we convert the velocity head to pressure head. The velocity decreases and the decreased velocity head is recovered as pressure head. The cone of the diverging recovery section is usually designed at an angle of 5-15 degrees. Sections 1 & 2 of the Venturi meter, are provided with an opening for attaching a differential pressure sensor (u-tube manometer, differential pressure indicator(
Material of construction:
The Venturi meter tubes in general are made of cast iron, steel for higher lines sizes. For smaller line sizes they are made of glass, acrylic, rulon etc.
Shape & size of Venturi meter:
Venturi meters are built in different forms depending upon the application specific requirement, as mentioned below:
• Extended-form or the traditional Venturi meter.
• Condensed-form where the outlet cone is shortened to save space.
• An eccentric form, where the bottom walls of each of said sections are in alignment and present a smooth straight surface to the liquid, hence reducing chances of deposition.
• The Rectangular form used in air ventilation ducts.
Operation of Venturi meter:
• The fluid flows inside the Inlet section of the Venturi meter having a pressure P1.
• As the fluid proceeds further into the Converging section, its pressure reduces gradually and it finally reaches a value of P2 at the end of the Converging section and enter the Cylindrical section.
• The differential pressure sensor connected between the Inlet and the Cylindrical Throat section of the Venturi meter displays the difference in pressure (P1-P2). This difference in pressure is in direct proportion to the flow rate of the liquid flowing through the Venturi meter.
• Further the fluid passed through the Diverging recovery cone section and the velocity reduces thereby it regains its pressures. Designing a lesser angle of the Diverging recovery section, helps more in regaining the kinetic energy of the liquid.
Specifications of Venturi meter:
• Line Size: 100 mm to 800 mm
• Accuracy: +/-0.25% to +/-3.0%.
• Flow coefficient value: 0.98 for all ratios of diameter
• Beta ratios: 0.3 and 0.75.
Application of Venturi meter:
• It is used where high pressure recovery is required.
• Can be used for measuring flow rates of water, gases, suspended solids, slurries and dirty liquids.
• Can be used to measure high flow rates in pipes having diameters in a few meters.
Advantages of Venturi meter:
• The Venturi tubes can be used to handle fluids that contain slurries / sludges (for example: Sugar CaneMill) , because these Venturi tubes contain no sharp corners and do not project into the fluid stream.
• Negligible possibility of clogging with deposits or sludge.
• A higher Coefficient of discharge obtainable.
• Operational response can be designed with perfection.
• Installation direction possibilities: Vertical / Horizontal / Inclined.
Limitations of Venturi meter:
• Venturi meters are expensive
• Cannot be used in space constrained application because of their significant size.
• Flow straighteners are required at the inlet and the outlet to attain streamline flow thereby increasing
• the cost and space for installation further.
• Minimum line size for Installation of Venturi meter is limited to 1/2" (0.5 inch).
References
1. Lipták, Béla G. Instrument Engineers' Handbook: Process measurement and analysis. Taylor & Francis, Inc.
pp. 381 (Chapter 2. 29). ISBN 9780849310836.
2. "The Venturi effect". Wolfram Demonstrations Project. Retrieved 20091103.
3. Herschel, Clemens. (1898). Measuring Water. Providence, RI:Builders Iron Foundry.