سایت مرجع دانلود پایان نامه - تحقیق - پروژه

واحد لامرد

گروه شیمی

پایان نامه برای دریافت در جه کارشناسی ارشد “M.Sc. ” رشته شیمی

گرایش: تجزیه

عنوان:

مقایسه کارآیی پوشش‌های کروم و کروم‌ اکسید برای جلوگیری از خوردگی فولاد کورتن در آب دریا

استاد راهنما:

دکتر ابوذر طاهری

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)


فهرست مطالب:
فصل اول-خوردگی و مبانی آن ۱
۱–۱– مقدمه. ۱
۱-۲- تعریف خوردگی ۲
۱-۳- هزینه‌های خوردگی ۳
۱-۴- خسارات ناشی از خوردگی ۴
۱-۴-۱ ظاهر. ۵
۱-۴-۲- مخارج تعمیرات و نگهداری و بهره برداری ۵
۱-۴-۳- تعطیلی کارخانه. ۵
۱-۴-۴- آلوده شدن محصول ۵
۱-۴-۵- نشت یا از بین رفتن محصولات با ارزش ۶
۱-۴-۶- اثرات بر امنیت و قابلیت اعتماد. ۶
۱-۵- انواع خوردگی ۶
۱-۵-۱-خوردگی یکنواخت. ۷
۱-۵-۲-خوردگی گالوانیکی ۷
۱-۵-۳-خوردگی شکافی ۷
۱-۵-۴-جدایش انتخابی ۸
۱-۵-۵-خوردگی بین دانه ای ۸
۱-۵-۶-خوردگی حفره ای ۸
۱-۵-۷-خوردگی فرسایشی ۸
۱-۵-۸-خوردگی تنشی ۹
۱-۶- عوامل مؤثر بر خوردگی ۹
۱-۶-۱جنس فلز. ۹
۱-۶-۱-۱-آلیاژهای اصلی.۱۰
۱-۶-۱-۲ فولاد. ۱۱
۱-۶-۱-۲-۱ فولاد‌های زنگ نزن ۱۱
۱-۶-۱-۲-۲ فولاد‌های کربنی و فولاد‌های با عیار پایین. ۱۳
۱-۶-۱-۳- خوردگی فولاد‌های کربنی در آب دریا ۱۴
۱-۶-۱-۴- فولاد مورد استفاده در این مطالعه ۱۵
۱-۶- ۲- محیط خورنده ۱۶
۱-۶-۲-۱-آب دریا ۱۷
۱-۶-۲-۱-۱-خوردگی در آب دریا با سرعت‌های مختلف و پارامترهای موثر بر آن۱۹
۱-۶-۲-۱-۲- ترکیبات آب دریا ۱۹
۱-۶-۳- انواع آلاینده‌ها ۲۰
فصل دوم-روش‌های پیشگیری از خوردگی و مروری بر کارهای گذشته۲۱
۲-۱- پیشگیری از خوردگی ۲۱
۲-۱-۱- اعمال پوشش ۲۲
۲-۲-آبکاری ۲۳
۲-۲-۱- نگاه کلی ۲۳
۲-۲-۲- اصول آبکاری ۲۳
۲-۲-۳-آبکاری الکتریکی ۲۳
۲-۲-۴- موقعیت‌های استفاده از نانوتکنولوژی صنایع آبکاری. ۲۴
۲-۲-۵-آبکاری با کروم. ۲۵
۲-۳- مقاومت اکسیداسیون ۲۷
۲-۴ – مروری بر کارهای گذشته. ۲۸
فصل سوم- بخش تجربی ۳۳
۳-۱ مقدمه. ۳۳
۳-۲- لوازم و دستگاه‌های مورد نیاز ۳۳
۳-۳- مواد شیمیایی ۳۴
۳-۴ تهیه محلولهای مورد نیاز ۳۵
۳-۴-۱- محلول سود ۱/۰ مولار ۳۵
۳-۴-۲ بافر فسفاتی ۳۵
۳-۴-۳  تهیه محلولهای کروم.۳۵
۳-۴-۴ نمک NaCl  ۵/۳%.
۳-۵-آماده سازی نمونه ی فولاد کورتن ۳۶
۳-۶-چگونگی نشاندن کروم بر روی تیغه فولاد کورتنی ۳۶
۳-۷-چگونگی تبدیل پوشش کروم به کروم اکسید بر روی تیغه فولاد کورتنی۳۸
۳-۸-چگونگی انجام مطالعات خوردگی به کمک آزمونهای الکتروشیمیایی.۳۹
۳-۸-۱- روند عملی پژوهش ۳۹
۳-۸-۲- بهینه کردن غلظت Cr³⁺ در محلول آبکاری ۴۱
۳-۸-۳- بررسی خوردگی فولاد کورتنی در محیط NaCl 5/3%
۳-۸-۳-۱-  ارزیابی خوردگی فولاد BCS.
۳-۸-۳-۲- ارزیابی خوردگی فولاد کربنی دارای پوشش CS/Cr و CS/Cr₂O₃
۳-۸-۴- بررسی خوردگی فولاد کورتنی در آب دریا.۴۶‌
۳-۸-۴-۱-  ارزیابی خوردگی فولاد BCS.
۳-۸-۴-۲- ارزیابی خوردگی فولاد کربنی دارای پوشش CS/Cr و CS/Cr₂O₃.
نتیجه‌‌گیری ۵۰
منابع ۵۱
چکیده:
در این کار پژوهشی، کارایی پوشش­های آبکاری شده کروم و کروم اکسید بر روی تیغه‌ای از جنس فولاد کربنی نوع کورتن B به­عنوان پوشش­های ضد خوردگی در محیط آب دریای خلیج فارس بررسی و مقایسه شد. برای نشاندن این دو لایه، از روش ترسیب الکتروشیمیایی استفاده شد. مطالعات خوردگی و اندازه ­گیری سرعت خوردگی به روش آزمون پلاریزاسیون خطی و رسم منحنی­های تافل انجام شد. تجزیه و تحلیل نتایج نشان داد که پوشش کروم (ΙΙΙ) اکسید نسبت به کروم، محافظت بیشتری فراهم کرده و سرعت خوردگی را بیشتر کاهش می‌دهد.
فصل اول: خوردگی و مبانی آن
۱-۱- مقدمه
خوردگی[۱] از مهم‌ترین مشکلاتی است که در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی مقابله با آن هزینه
زیادی را به خود اختصاص می‌دهد. خوردگی می‌تواند بر روی عمر تجهیزات، بهره‌برداری از آن‌ها، بازگشت سرمایه، کیفیت محصولات تولیدی و . . . مؤثر باشد.
خوردگی به شکل‌های گوناگون در زندگی روزمره به چشم می‌خورد. نقاط و حفره‌های قرمز مایل به نارنجی در تجهیزات نشتی مخازن آب، آب تیره خروجی از داخل شیرها، همچنین میخ­ها، چنگک‌‌ها، لوله‌‌ها، کانال‌ها، ظروف آشپزخانه و قوطی­های حلبی خورده شده نمونه‌های متداولی از خوردگی هستند. خوردگی با دید غیر تخصصی اغلب بر کهنگی تجهیزات دلالت داشته و قابل چشم پوشی است. در‌صورتی‌که خوردگی بیانگر کاهشی قابل توجه در ارزش یک جسم جامد است که در معرض یک برخورد شیمیایی مستقیم قرار گرفته است.
خوردگی محدود به فلز نبوده بلکه شامل مواد غیر فلزی مانند پلیمرها، مواد نسوز، مواد مرکب و مواد دیگر نیز می‌شود. از نظر ترمودینامیکی خوردگی یک فرآیند خود‌ به ‌خودی است که در جهت کاهش انرژی آزاد[۲]حرکت می­ کند.

مهندسی خوردگی کاربرد دانش و فن یا هنر جلوگیری یا کنترل خسارت ناشی از خوردگی به روش اقتصادی و مطمئن می‌باشد. برای اینکه مهندس خوردگی به خوبی از عهده وظایف خود برآید بایستی با اصول و عملیات مبارزه با آن، خواص شیمیایی، متالورژیکی، فیزیکی و مکانیکی مواد، آزمایش‌های خوردگی، ماهیت محیط‌های خورنده، قیمت مواد اولیه و . . . آشنا باشد. همچنین در حل مسئله خوردگی بایستی روشی را انتخاب نماید که بیشترین بهره را در بر داشته باشد.
۲-۱- تعریف خوردگی
خوردگی را تخریب یا فاسد شدن یک ماده در اثر واکنش با محیطی که در‌آن قرار دارد تعریف می‌‌‌کنند. بعضی‌ها اصرار دارند که این تعریف بایستی محدود به فلزات باشد، ولی غالباً مهندس خوردگی بایستی برای حل یک مسئله هم فلزات و هم غیر فلزات را در نظر بگیرد. مثلاً، تخریب رنگ و لاستیک بوسیله نور خورشید یا مواد شیمیایی، خورده شدن جداره کوره فولاد‌سازی، و خورده‌ شدن یک فلز جامد بوسیله مذاب یک فلز دیگر تماماً خوردگی نامیده می‌شوند. خوردگی می‌تواند سریع یا کند صورت گیرد ]۱[.
خوردگی فلزات را همانطور که در شکل ۱-۱ نشان داده‌ شده ‌است می‌توان برعکس متالورژی استخراجی[۱] در نظرگرفت. در متالورژی استخراجی، هدف عمدتاً بدست آوردن فلز از سنگ معدن و تصفیه یا آلیاژ‌سازی آن برای مصارف مختلف می‌باشد. اکثر سنگ معدن‌های آهن حاوی اکسیدهای آهن هستند و زنگ‌زدن فولاد بوسیله آب و اکسیژن منجر به تشکیل اکسید آهن هیدراته[۲] می‌گردد. اگر چه اکثر فلزات موقعی که خورده می‌شوند تشکیل اکسیدهایشان را می‌دهند ولی لغت زنگ زدن فقط در مورد آهن و فولاد بکار برده می‌شود.
به طور کلی خوردگی را می‌توان به سه صورت ذیل تعریف نمود:
۱- تخریب و انهدام توسط عوامل غیر مکانیکی.
۲- تخریب و انهدام توسط واکنشهای شیمیایی و الکترو شیمیایی فلز و محیط.
۳- عکس استخراج.
۳-۱- هزینه های خوردگی
تخمین­ هزینه­ های سالانه خوردگی در ایالات متحده بین ۸ میلیارد دلار تا ۱۲۶ میلیارد دلار می‌با‌‌شد] ۱[. مهندسان معتقدند که ۳۰ میلیارد دلار واقعی‌ترین رقم باشد. به هر ترتیب، خوردگی از لحاظ اقتصادی بسیار زیان آور است و برای کاهش‌دادن آن کارهای زیادی می‌توان انجام داد. اگر این نکته را در نظر بگیریم که هرجا فلز و مواد دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند خوردگی با درجه و شدت‌های متفاوتی واقع می‌گردد، این رقم‌های بزرگ دلاری چندان غیر منتظره نخواهند بود. علاوه بر زیان­های مستقیم خوردگی، هزینه‌های غیر مستقیم خوردگی حاصل از توقف فرآیند[۱] تولید صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، پایین آمدن بازده تجهیزات و خارج شدن از شرایط بهره برداری مطابق طراحی، نیز هزینه‌‌هایی است که باید در نظر گرفته شود. عدم تولید در هنگام توقف در یک واحد نفت، گاز و پتروشیمی جهت تعمیرات می‌تواند تا میلیونها دلار در روز زیان وارد سازد. نشتی‌ها در خطوط لوله و مخازن منجر به عدم تولید بهینه می‌گردد. این نشتی‌ها می‌تواند باعث بروز آلودگی آب‌های زیرزمینی شده و مشکلات زیست محیطی را نیز ایجاد نماید که هزینه‌های مورد نیاز برای حل چنین مشکلاتی سرسام آوراست. در حقیقت اگر خوردگی وجود نداشت اقتصاد جامعه ما به شدت تغییر می‌کرد. مثلاً اتومبیل‌ها، کشتی‌ها، خطوط لوله‌های زیرزمینی و وسایل خانگی احتیاج به پوشش نداشتند، صنایع فولاد زنگ نزن[۲] از بین می‌رفتند و مس فقط برای مقاصد الکتریکی بکار می‌رفت. اکثر کارخانجات و محصولاتی که از فلز پوشش‌دار ساخته می‌شوند از فولاد یا چدن ساخته می‌شدند] ۱[.
اگرچه خوردگی اجتناب ناپذیر است، ولی هزینه آن را به مقدار زیادی می‌توان کاهش داد. مثلاً یک آند ارزان قیمت منیزیم می‌تواند عمر تانک آب گرم خانگی را دو برابر کند. شستشوی اتومبیل برای زدودن نمک‌هایی که برای یخ بندان روی جاده می‌پاشند مفید است. انتخاب صحیح مواد و طراحی خوب، هزینه‌های خوردگی را کاهش می‌دهد. یک برنامه صحیح تعمیرات و نگهداری وارد صحنه می‌شود و می‌تواند موثر باشد و ماموریت اصلی آن مبارزه با خوردگی است.
جدا از مخارج مستقیم دلاری، خوردگی یک مشکل جدی است زیرا بطور روشنی باعث تمام شدن منابع طبیعی ما می‌گردد. مثلاً فولاد از سنگ آهن بدست می‌آید و میزان تولید داخلی سنگ آهن پر‌عیار که مستقیماً قابل استفاده باشند، به شدت کاهش یافته است. توسعه صنعتی سریع بسیاری از کشورها نشان می‌دهد که رقابت برای  قیمت منابع فلزی افزایش خواهد یافت.
۴-۱- خسارات ناشی از خوردگی
در این قسمت بعضی اثرات زیان بار خوردگی تشریح خواهد شد:
۱-۴-۱- ظاهر
سطوح زنگ‌زده خوشایند نیستند. تجهیزات زنگ‌زده یا به شدت خورده شده در یک کارخانه تاثیر بدی روی بیننده خواهد گذاشت. به همین دلیل بدنه ماشین‌ها را رنگ کرده و یا در سازه‌های خارجی ساختمان‌ها از فولاد زنگ نزن، آلومینیوم، یا مس استفاده می‌شود.
۲-۴-۱- مخارج تعمیرات و نگهداری و بهره برداری
بازسازی سطوح خورده‌شده
و تعمیر آن‌ها بسیار پر هزینه است. به کاربردن مواد مقاوم در برابر خوردگی نیز مخارج زیادی را در بر دارد. بنابراین برای محافظت از این سطوح هزینه هنگفتی صرف می‌شود.
۳-۴-۱- تعطیلی کارخانه
غالباً بخاطر انهدام غیر منتظره ناشی از خوردگی، واحدی را متوقف ‌می‌سازند یا قسمتی از یک سیستم را می‌خوابانند. و این خود منجر به توقف تولید و یا کند شدن روند آن شده و در برخی موارد افرادی را بیکار می‌کند.
۴-۴-۱- آلوده شدن محصول
در اکثر موارد قیمت یک محصول در بازار به خلوص و کیفیت آن بستگی دارد. عاری بودن از آلودگی‌های جزئی فاکتور حیاتی در تولید و حمل و نقل پلاستیک‌‌های شفاف، رنگ‌ها، مواد غذایی، داروها و نیمه هادی‌ها[۱]ست. در بعضی موارد مقدار کمی خوردگی که باعث وارد شدن یون‌های فلزی به داخل محلول می‌گردد ممکن است باعث تجزیه کاتالیزوری[۲] یک محصول گردد. از جمله این موارد تولید و انتقال پراکسید هیدروژن[۳] غلیظ و یا هیدرازین[۴] می‌باشد. درمواردی که با آلودگی و تجزیه محصول مواجه هستیم عمر قطعه فاکتور مهمی نخواهد بود با وجود اینکه فولاد معمولی ممکن است سال‌ها دوام بیاورد، ولی فلز گرانتری بکار برده می‌شود تا از آلودگی محصول به محصولات خوردگی ناشی از فولاد معمولی اجتناب گردد.
۵-۴-۱- نشت یا از بین رفتن محصولات با ارزش
نشت جزئی سولفوریک‌اسید به فاضلاب نگرانی حادی ایجاد نمی‌کند، زیرا سولفوریک‌اسید ماده ارزان قیمتی است. اما، نشت یا از بین رفتن ماده‌ای که گالنی چند صد دلار ارزش دارد بایستی به سرعت متوقف گردد. نشت جزئی ترکیبات یا محلول‌های اورانیم خطرناک است و می‌تواند خیلی گران تمام شود. در چنین مواردی استفاده از طراحی مناسب‌تر و مواد بهتر برای ساخت تجهیزات بخوبی قابل توجیه هستند.
۶-۴-۱- اثرات بر امنیت و قابلیت اعتماد
کارکردن با مواد خطرناک مثل گازهای سمی، کلریدریک‌اسید،‌ سولفوریک‌اسید و نیتریک‌اسید غلیظ، مواد منفجره و قابل اشتعال، مواد رادیواکتیو، و مواد شیمیایی در دماها و فشارهای بالا مستلزم استفاده از نوعی مواد ساختمانی است که خطر انهدام خوردگی را به حداقل برساند. صرفه‌جویی در مواد ساختمانی در مواردی که امنیت به خطر می‌افتد، مطلوب نیست. ملاحظات بهداشتی نیز می‌توانند مهم باشد مثل آلودگی آب آشامیدنی، محصولات خوردگی می‌توانند باعث شوند که ضد عفونی کردن تجهیزات مشکل‌تر گردد.
[۱] Semi Conductor
[۲] Catalytic Decomposition
[۳] Hydrogen Proxide
[۴] Hydrazine
[۱] Process