خوردگی و اکسیداسیون داغ

صفحه 1:
استاد مربوطه : جناب دکتر کیانی رشید بزوهشكر: محمدرضا تجرى بهار ۱۴۰۰ 

صفحه 2:
ou فورگی رهای پل پیست 1 علت وقوع فورركى رما بالا مراعل فوروگی وم بالا انوا ‎hia‏ رما بالا آزمون های ‎le Si‏ بل روشهاى مقابله با فورولى را بالا eu 

صفحه 3:
نیاز روزافزون‌به احتراق سوخت‌های فسیلی در تجهیزلتی مانند توربین‌ها و راکتورها باعث شده تا توجه زیادی به موضوع اکسیداسیون و خوردگی آلیاژهای فلزی در دمای بالا شود. سسوخت‌ها معمولا حاوی ناخالعسی‌هایی هستند که در حیین احتراق باعث وقوع نوعی از خوردگی تحت عنوان خوردگی داغ می‌شوند. در ین ارلئه قصد داریم تابا نحوه وقوع لين نوع از خوردگی و روش‌های پیشگیری از آن آشنا شویم. 

صفحه 4:
دگی داغ جست 3 جبه زبان ساده. خوردگی داغ را می‌توان نوعی از خوردگی دانست که دار رسوب نمک‌ها و ترکیبات خورنده مذاب بر سطح آليازهاى فلزى اتفاق مىافتند. اين نوع خوردگسی, یکسی از رین انواع خوردگسی در توربین‌های گازی , موتورهای دیزلی , کوره‌ها و سایر تجهیزلتی است که به صورت مداوم در "مرو #حصولات احتراق سوخت‌های فسیلی یسا مواد مذاب أسيدى قرار دارند. امروزه تحقیقات زیادی در جهت کاهش این نوع خوردگی انجام گرفته و معادلات متعددی در لین زمینه ارلئه شده‌اند, اما با این وجود خوردگی دما بالا سالانه هزینه‌های را بر روی دست صنایع و کارخانجات م ىكذارد. 

صفحه 5:
وقوع خوردگی داغ بر کلی محصولات آلیاژی که در معرض سوخت‌ها و محصولات احتراقی ناشی از آن‌ها. های اسیدی و گازهای داغ مانند گازهای ترش قرار دایند. مستعد وقوع این نوع گی هستند. خوردگی داغ پدیده پیچیده ای است که شامل سولفیداسیون . بداسيون يا هر دو آن می باشد . 

صفحه 6:
از احتراق سوخت‌های فسیلی تولید انرژسی می‌کنند. بهعکورت مداوم در معرض گازهای داغی قرار دارند که سطح آلیاژ فلزی را احاطه می‌کنند. سوخت‌های فسیلی اعلب دارای ناخالصی‌هایی مانند عناصر وانادیم . سدیم . و هستند که در حین احتراق, واکنش داده و به‌صورت ترکیبلتی زود ذوب بر سطح آلیاژ رسوب می‌کنند. خوردگی داغ معمولا با ذوب رسوبات نمکسی 

صفحه 7:
علت وقوع خوردگی داغ بر روی سطح آلیاژهای فلزی معمولا یسک لایه محافظ و چسبنده اکسیدی قرار دارد که لین ترکیبات زود ذوب و نمک‌های ایجادشده به آن‌ها حمله می‌کنند وبا تخریب آن‌هابه سطح فلز نفوذ می‌کنند. نفوذ این ترکیبات ناخالصی به سطح فلز با تخریب شدید آن‌ها همراه خواهد شد. خوردگی دما بالا معمولا زمانی تشدید می‌شود که رسوبات نمکی تشکیل‌شده بر سطح آلیاژ ذوب شوندتا شرلیط برای نفوذ و تخریب مهیاتر باشد. گرچه مواردی هم وجود دارند که تشکیل رسوبات متراکم و جامد می‌توانند سبب خوردگی داغ در آلیاژ شوند. ma, 

صفحه 8:
ت وقوع خوردگی داغ خصوص وقوع لين نوع از خوردگی‌به واسطه رسوب نمک‌ها و ترکیبات ناخالصی. رم است تا به چند سوال مهم پاسخ داده‌شود : نمك راسب شره هه سطهى از آلياز را پوشش می‌رهر؟ Seoul aig FUT plow ‏ضقامت لايه تطّليلشره بر‎ رسوب تا جه ائرازه بر روى سطح سبتركى رار ثقطه زوب رسوب هقرر است و تا جه انرازه هى توائر زوب شور؟ة ‎fea 3 3‏ ۳ 5 نف میزان ترشونرلی سطح آلیاژ با رسوب ایبارشره چقرر است؟ ‎ 

صفحه 9:
علّت وقوع خوردگی داغ معموّلا نمک‌های اکسیدی . سولفاتی و کلریدی که دا از | | 9K,SO, .Na,SO, .NaCl . KCl st: 0 از جمله متداول‌ترین نمک‌های مخربی هستند که در بحث خوردگی داغ مطرح می‌شوند. رها یز ورد Mul 9 NajSO, p00 Wy ‏نمک‌های مذاب‎ کربتات ‎Na, CO, wo‏ در توربین‌هاو راكتورها و نمك كلريد سديم ‎NaCl‏ به‌علت فراولنی در آب دربا در کشتی‌ها غالبا باعث ایجاد نوع از خوردگی می: 

صفحه 10:
مراحل خوردگی داغ خوردگی دما بالا عموما در دو مرحله اتفاق می‌افتد: مرحله اول ؛ شروع و جوانه‌زنی که کند و آهسته است. مرحله دوم : کسترش خوردگی که به سرعت اتفاق می‌افتد 

صفحه 11:
مراحل خوردگی داغ |) مرحله شروع و جوانه‌زنی : تلاش برای درهم شکستن پوسته اکسیدی محافظ در این مرحله گازهای داغی که در اشر احتراق ایجاد شده‌اند و حاوی ناخالصی‌هایی هانند ترکیبات سدیم. گوگرد. اکسیژن و هستند. به‌صورت نمک‌هلیی مانند سولفات سدیم بر سطح آلیاژ رسوب می‌کنند. ر طول مراحل نخستین. یک واکنش الکتروشیمیایی برقرار می‌شود که در طی آن مناصر فلزی موجود در آلیاژ الکترون از دست می‌دهند و این الکترون را عناصسر آحباشونده‌ای مانند اکسیژن در رسوب دریافت می‌کنند. در لثر لین تبادلات.یک ‎BAY‏ ‏اکسیدی بین بستر آلیاژ و لایه نمکی رسوب می‌کند که خصوصیاتی مشلبه لایه‌های اکسیدی معمولی دارد. اما در ادامه عناصری مانند گوگردبا نفوذبه آلیاژ و واکنش‌با مناصری مثل نیکل, کروم. آلومینیوم و ... آلیاژ را تهی می‌کنند. بدین ترتیب عناصری که مسئول حفالت از سطح آلیاژ بومند. از ساختار ن خارج می‌شوند و للیه اکسیدی محافظی که چسبنده و متراکم بود. به یک ساختار متخلخل تبدیل می‌شود. 

صفحه 12:
مراحل خوردگی داغ |) مرحله شروع و جوانه‌زنی : تلاش برای درهم شکستن پوسته اکسیدی محافظ زهان اجرای این مراحل متفیر بوده و شروع خوردگی داغ حضور ازهای خورنده |0 الوانداز جند ثانيه تاهزاران ساعت به طول بينجامد. 00و سرعت انجام این مراحل به عوامل زیر بستگی دارد : ۱4 ۲ ففامت لایه راسب شره ‎jt ala‏ ‎v‏ تلیب و سرعت جریا نگا پایان مرحله اول با نفوذ موضعی رسوب مذاب و پخش شدن ‎i‏ ن ور فصل مشترک پوسته اکسیدی -آلیاژ همراه است. ‎ ‎ ‎ 

صفحه 13:
احل خوردگی داغ ۲) مرحله گسترش سریع خوردگی تشسید نفوذ عواسل خورندهبه داخل پوسته اکسیدی محلفظ. سرعت انحلال پوسته افزليش می‌یلبد وبا انحلال ترکیبات جدید در نمک‌های خورنده, قدرت خورندگی آن‌ها بیش‌تر می‌شود. نتیجه لین است که عوامل خورنده‌با عبور از سد لایه محافظ اکسیدی. خود رابه آلیاژمی‌رسانند وبا شدت ن را تخریب می‌کند. به صورتی که آلیاژ بخش مهمی از عناصر ارزشمند خود مانند آلومینیوم و نیکل را در ترکیب‌با لین عناصر از دست می‌دهد و مقاوست آن در دمای بالا از بين می‌رود. 

صفحه 14:
مراحل خوردگی داغ ۲) مرحله گسترش سریع خوردگی #مولا نمک‌هلیی که باعث خوردگی داغ می‌شوند. از دو جزء اسیدی و بازی تشکیل شده‌اند. برای مثال نمک ,2,50 از یک جز بازی ۱۵,0 لبا بون‌های 60۶ ویک جزء اسیدی ‎SO,‏ تشکیل شده‌است. eta ag S05? = 50, +80, +0 در صورتی که پوسته محلفظبا جزء بازی نمک یعنی 212,0 واکنش دهد. به‌صورت عوامل آبینی در نمک حل می‌شود. در لین حللت گفته می‌شود که پوسته محلفظ به‌صورت بازی در فیک حل شده‌است. ‎Ni + Na,0 = 2Na* + NiO}‏ ‎MO- = 0 + M03‏ Pes] 

صفحه 15:
مراحل خوردگی داغ |) مرحله گسترش سریع خوردگی در صورتی که پوسته با جزء اسیدی نمک یعنی ,560 وارد واکنش شود, به‌صورت عوامل کاتیینی در نمک حل می‌شود. در لین حللت گفته می‌شود که پوسته محافظ به‌صورت اسیدی در نمک حل شده‌است. ) ۱۱۱۵ ۱۹۵ 10 - ۸2 ۱ 0۶ خوردگی داغ توسط نمک‌های مذاب در درجه حرارت‌های بالاتر از نقطه جوش یا پایین‌تر از درجه حرارت لیکوئیدوس نسک اتفاق نمی‌افتد. بلکه معمولا در حد فاصل بین این دو دمابه حداکثر می‌رسد. وقوع لین نوع خوردگی تا حد زیادی به ترکیب شیمیایی نسک. اجزای تشکیل‌دهنده گازهای داغ و هم‌چنین ترکیب شیمیایی آلیاژ — كم 

صفحه 16:
مراحل خوردگی داغ ۴ مرحله گسترش سریع خوردگی لین که للیه اکسیدی به‌صورت اسیدیا بازی در نمک خورنده مذاب حل شود. بستگی به میزان بون اکسیژن موجود در نسک دارد. اگر غلظت یون اکسیژن در نمک زیاد چاشد. اکسید به‌صورت بازی و در صورتی که غلظت یون اکسیژن کم باشد. به‌صورت [ژسیدی در نمك حل می‌شود. Na,SO, 02 —NiO + 07 = NiOZ- ىزاب ‏حل شدن‎ .= حل شدن اسیدی 02 +۱0 ونير ۳ ‏حل شدن بازی و اسیدی اکسید نیکل در نمک مذاب خورنده‎ ma, 

صفحه 17:
انواع خوردگی داغ صورت کلی. خوردگی دما بالا را می‌توان به دو نوع تقسیم کرد : خوردگی داغ دمای بالا یا نوع اول (11136 خوردگی داغ دما پایین یا نوع دوم (17116 

صفحه 18:
انواع خوردگی داغ تفاوت این دو نوع خوردگی داغ در محدوده دمایبی است که اتفاق می‌افتند. اما لله تشلبه آن‌ها در لین است که هر دو جربان نمک‌های مذاب پوسته اکسیدی محافظى راكه بر روی سوپر آلیاژ ایجاد شده بود. مى شكنند و از لين طرییق موجب خوردگی در آلیاژ می‌شوند. محدوده دمایی خوردگی داغ نوع اول و دوم دما (درجه سانتی کراد) ma, 

صفحه 19:
انواع خوردگی داغ خوردگی نوع اول يا دما ‎(THC) Yb‏ ن نوع خوردگی در محدوده دماییی ۸۰۰ تا ‎٩۰۰‏ درجه سانتی‌گرادبه وقوع می‌پیوندد. رین عامل لین نوع از خوردگی را می‌توان به نمک‌های مذاب ,۱۷2,500 نسبت داد با تشکیل بر روی سطح آلیاژه سبب تخریب آن می‌شوند. واکنش زیر نحوه تشکیل اء + هلا در رماع قلق ‎Na + S(fuel) > Na,SO,‏ ضور سديم كلريد مى تولند به وجود مقادير بسیار کسی آب شور در سوخت مایح یا آب دربا نسبت داده‌شود. ۳ 

صفحه 20:
انواع خوردگی داغ خوردكى نوع اول يا دما بالا (511110) در نتيجه جدا شدن سديم . كلر در سيستم باقى مىملند كهبا نفوذبه مرزدانههاى آلياز فلزى. سبب خوردكى مرزدانهاى كن مىشود. كوكرد نيز علاوه بر واکنش‌با سدیم و تشکیل نمک.به داخل پوشش آلیاژ نفوذ کرده و در ترکیب‌با عناصری مانند کروم» نیکل. تیتانیوم. آلومینیوم و ... تر کیبات سولفیدی تشکیل می‌دهد و باعث تهی شدن پوشش از لین عناصر می‌شود. لین عمل ادامه پیدا می‌کند تابا تخریب للیه اکسیدی. ترکیبات خورنده‌به داخل آلیاژنفوذ کنند. از آن پس اکسیداسیون و خوردگی داغ‌با شدت زیادی ادامه پیدا می‌کند. 

صفحه 21:
خوردگی نوع اول یا دما بالا ‎(HTHC)‏ "۲ خوردگی داغ نوع اول با تشکیل ذرات سولفیدی و هم جد مرزدانه‌ای همراه است. نشانه‌هایی از خوردگی ا 3 ۲ ۱ خوردگی داغ نوع دوم به صورت حفرات ریز در سطح قطعه نمایان می‌شود. 

صفحه 22:
ma, انواع خوردگی داغ خوردکی نوع دوم یا دما پاین(17176) خوردگی نوع دوم معمولا در محدوده دملیی ۶۵۰ تا ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد اتفاق می‌افتد. در لین روش, معمولا نمک مذاب لایه‌های اکسیدی محافظ را در هم می‌شکند و در ساختار نهلیی مناطق تهی از عناصر آلیاژی به چشم می‌خورد. اما پرخلاف حللت قبل معمولا نشانه‌ای از حضور ذرات سولفیدی یا خوردگی مرزدانه‌ای مشاهده نمی‌شود. بلکه لین نوع از خوردگی خود را به‌صورت حفرات ریز نمایان هی کند. برای این‌که خوردگی داغ نوع دوم اتفاق بیفتد بلید فشار جزئی گاز داغ ,90 در محیط بالا باشد. 

صفحه 23:
انواع خوردگی داغ خوردگی نوع دوم یا دما پایین(1136:) حفرات ریز ناشی از خوردگی پوشش بر روي سطح آلیاژ نمونه‌ای از خوردگی داغ نوع دوم در تجهیزات با دمای بالا در یک کشتی که در اثر رسوب ais ‏نمک‌های درایی رخ‎ ma, كم 

صفحه 24:
آزمون خوردگی دمای بالا تاکنون روش های گوناگونی جهت بررسی خوردگی داغ استفاده شده است . آزمون غوطه وری ( بیته ای ) که اولین روش بررسی آزمایشگاهی محسوب می شود . برای شبیه سازی محیط توربین گازی معتبر نیست . روش پوشش نمک برای مطالعه مکانیزم های خوردگی در تحقیقات دانشگاهی بسیار متداول است . تولید کنندگان موتور های احتراق جهت تعیین نسبی عملکرد آلیاژ سیستم آزمون شبه کوره رابه کار عی بندند . در لین سیستم از سوخت همراه‌با هوای اضافی برای تولید گازهای احتراق همراه‌با تزرییق پیوسته محلول سنتز شده آب دربا استفاده می شود . ma, [eal 2s] 

صفحه 25:
روش‌های مقابله با خوردگی دما بالا روش‌های زیادی وجود داند که‌با اجرای مجموعه آن‌ها می‌توان مقاومت آلیاژ فلزی را در برابر خوردگی دما بالا افزلیش داده و خسارت‌های ناشی از آن را به حدلقل رسان مهم‌ترین لین روش‌ها می‌توان به کاهش ناخالصی‌های موجود در سوخت ۰ ساخت آلیاژهای #ناوم در برابر اين نوع از خوردگی و پوشش‌دهی سطح قطعه اشاره کرد. بوششهاى سد حرارتی ((11860) عد‌وهناده) عمتصدظ معط از از جمله "#تداول تریین پوشش‌هلیی هستند که برای بالا بردن مقاومت به خوردگی داغ قطعات آلیایی و ‎ape‏ پره‌های توربین گازی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این پوشش‌ها آ#رامیکی هستند وبه عنوان یک سد حرایتی برای جلوگیری از افزلیش دمای زیرلایه اعمل می‌کنند. زیرکونیا پایدار شده‌با ایتریا (۷52) یکی از پرکاربردترین سرامیک‌ها در 

صفحه 26:


صفحه 27:
منابع ‎N. Birks, G. H. Meier, F. S. Pettit, Introduction to the high‏ .1 temperature oxidation of metals, Cambridge University Press, 2006 2.M. G. Fontana, N. D. Greene, Corrosion engineering, McGraw-hill, 2018 3. Hot Corrosion of Metals and Alloys , Fred Pettit , University of Pittsburgh, 2011 کتاب اصول و مبانی خوردگی دمای بالای فلزات - دکتر کیانی رشید و دکتر پور علی ۴۰ ~ 

صفحه 28: