پایان نامه ارشد : مقایسه کارآیی پوشش‌های کروم و کروم‌ اکسید برای جلوگیری از خوردگی فولاد کورتن در آب دریا

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته شیمی 

گرایش : تجزیه

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

دانشگاه آزاد اسلامی
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

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

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 اندازه­گیری 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.

کلید واژه ها: فولاد کورتن، کروم، کروم اکسید، خوردگی، پوشش

فهرست

فصل اول-خوردگی و مبانی آن.. 1

11 مقدمه. 1

1-2- تعريف خوردگي.. 2

1-3- هزينه‌هاي خوردگي.. 3

1-4- خسارات ناشي از خوردگي.. 4

1-4-1 ظاهر. 5

1-4-2- مخارج تعميرات و نگهداري و بهره برداري.. 5

1-4-3- تعطیلی كارخانه. 5

1-4-4- آلوده شدن محصول.. 5

1-4-5- نشت يا از بين رفتن محصولات با ارزش…. 6

1-4-6- اثرات بر امنيت و قابليت اعتماد. 6

1-5- انواع خوردگی.. 6

1-5-1-خوردگی یکنواخت… 7

1-5-2-خوردگی گالوانیکی.. 7

1-5-3-خوردگی شکافی.. 7

1-5-4-جدایش انتخابی.. 8

1-5-5-خوردگی بین دانه ای.. 8

1-5-6-خوردگی حفره ای.. 8

1-5-7-خوردگی فرسایشی.. 8

1-5-8-خوردگی تنشی.. 9

1-6- عوامل مؤثر بر خوردگی.. 9

1-6-1جنس فلز. 9

       1-6-1-1-آلیاژهای اصلی..10

1-6-1-2 فولاد. 11

1-6-1-2-1 فولاد‌هاي زنگ نزن.. 11

1-6-1-2-2 فولاد‌های کربنی و فولاد‌های با عیار پایین.. 13

1-6-1-3- خوردگی فولاد‌های کربنی در آب دریا 14

1-6-1-4- فولاد مورد استفاده در این مطالعه. 15

1-6- 2- محیط خورنده 16

1-6-2-1-آب دريا 17

1-6-2-1-1-خوردگي در آب دريا با سرعت‌هاي مختلف و پارامترهای موثر بر آن.. 19

1-6-2-1-2- تركیبات آب دريا 19

1-6-3- انواع آلاینده‌ها 20

فصل دوم-روش‌های پیشگیری از خوردگی و مروری بر کارهای گذشته. 21

2-1- پیشگیری از خوردگی.. 21

2-1-1- اعمال پوشش…. 22

2-2-آبکاری.. 23

2-2-1- نگاه کلی.. 23

2-2-2- اصول آبکاری.. 23

2-2-3-آبکاری الکتریکی.. 23

2-2-4- موقعیت‌های استفاده از نانوتکنولوژی صنایع آبکاری.. 24

2-2-5-آبکاری با کروم. 25

2-3- مقاومت اكسيداسيون.. 27

2-4 – مروری بر کارهای گذشته. 28

فصل سوم- بخش تجربی.. 33

3-1 مقدمه. 33

3-2- لوازم و دستگاه‌های مورد نیاز 33

3-3- مواد شيميايي.. 34

3-4 تهیه محلولهای مورد نیاز 35

3-4-1- محلول سود 1/0 مولار 35

3-4-2 بافر فسفاتی.. 35

3-4-3  تهیه محلولهای کروم. 35

3-4-4 نمک NaCl  5/3%. 35

3-5-آماده سازی نمونه ی فولاد کورتن.. 36

3-6-چگونگی نشاندن کروم بر روی تیغه فولاد کورتنی.. 36

3-7-چگونگی تبدیل پوشش کروم به کروم اکسید بر روی تیغه فولاد کورتنی.. 38

3-8-چگونگی انجام مطالعات خوردگی به کمک آزمونهای الکتروشیمیایی.. 39

3-8-1- روند عملی پژوهش…. 39

3-8-2- بهینه کردن غلظت Cr3+ در محلول آبکاری 41

       3-8-3- بررسی خوردگی فولاد کورتنی در محیط NaCl 5/3%………42

3-8-3-1-  ارزیابی خوردگی فولاد BCS. 42

3-8-3-2- ارزیابی خوردگی فولاد کربنی دارای پوشش CS/Cr و CS/Cr2O3…. 44

       3-8-4- بررسی خوردگی فولاد کورتنی در آب دریا………46‌

3-8-4-1-  ارزیابی خوردگی فولاد BCS. 47

3-8-4-2- ارزیابی خوردگی فولاد کربنی دارای پوشش CS/Cr و CS/Cr2O3. 48

نتیجه‌‌گیری.. 50

منابع.. 51

1-1-       مقدمه

خوردگی[1] 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[2]حرکت می­کند.

          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.

  • تعریف خوردگی

خوردگي را تخريب يا فاسد شدن يك ماده در اثر واكنش با محيطي كه در‌آن قرار دارد تعريف مي‌‌‌كنند. بعضي‌ها اصرار دارند كه اين تعريف بايستي محدود به فلزات باشد، ولي غالباً مهندس خوردگي بايستي براي حل يك مسئله هم فلزات و هم غير فلزات را در نظر بگيرد. مثلاً، تخريب رنگ و لاستيك بوسيله نور خورشيد يا مواد شيميايي، خورده شدن جداره كوره فولاد‌سازي، و خورده‌ شدن يك فلز جامد بوسيله مذاب يك فلز ديگر تماماً خوردگي ناميده مي‌شوند. خوردگي مي‌تواند سريع يا كند صورت گيرد ]1[.

خوردگي فلزات را همانطور كه در شكل 1-1 نشان داده‌ شده ‌است مي‌توان برعكس متالورژي استخراجي[3] در نظرگرفت. در متالورژي استخراجي، هدف عمدتاً بدست آوردن فلز از سنگ معدن و تصفيه يا آلياژ‌سازي آن براي مصارف مختلف مي‌باشد. اكثر سنگ معدن‌هاي آهن حاوي اكسيدهاي آهن هستند و زنگ‌زدن فولاد بوسيله آب و اكسيژن منجر به تشكيل اكسيد آهن هيدراته[4] مي‌گردد. اگر چه اكثر فلزات موقعي كه خورده مي‌شوند تشكيل اكسيدهايشان را مي‌دهند ولي لغت زنگ زدن فقط در مورد آهن و فولاد بكار برده می‌شود.

سنگ آهک
کارخانه ذوب  آهن  احیا ، تصفیه، ریخته گری ، نورد، ساخت

تصفیه

ریخته گری

نورد

ساخت

     ورق
لوله    لوله
بدنه اتومبیل (اتمسفر)
خطوط لوله زیرزمینی
زنگ (اکسید آهن هیدراته)
معدن

شكل 1-1  متالورژي استخراجي و برعكس آن

به طور كلي خوردگي را می‌توان به سه صورت ذيل تعريف نمود:

  • تخريب و انهدام توسط عوامل غير مكانيكي.[5]
  • تخريب و انهدام توسط واكنشهاي شيميايي و الكترو شيميايي فلز و محيط.
  • عكس استخراج.

1-3-     هزينه‌هاي خوردگي

تخمين­ هزينه­هاي سالانه خوردگي در ايالات متحده بين 8 میلیارد دلار تا 126 میلیارد دلار مي‌با‌‌شد] 1[. مهندسان معتقدند كه 30 میلیارد دلار واقعي‌ترين رقم باشد. به هر ترتيب، خوردگي از لحاظ اقتصادی بسیار زیان آور است و براي كاهش‌دادن آن كارهاي زيادي مي‌توان انجام داد. اگر اين نكته را در نظر بگيريم كه هرجا فلز و مواد ديگر مورد استفاده قرار مي‌گيرند خوردگي با درجه و شدت‌هاي متفاوتي واقع مي‌گردد، اين رقم‌هاي بزرگ دلاري چندان غير منتظره نخواهند بود. علاوه بر زیان­های مستقيم خوردگي، هزينه‌هاي غير مستقيم خوردگي حاصل از توقف فرآیند[6] توليد صنايع نفت، گاز و پتروشيمي، پايين آمدن بازده تجهيزات و خارج شدن از شرايط بهره برداري مطابق طراحي، نیز هزينه‌‌هايي است که باید در نظر گرفته شود. عدم توليد در هنگام توقف در يك واحد نفت، گاز و پتروشيمي جهت تعميرات مي‌تواند تا ميليونها دلار در روز زيان وارد سازد. نشتي‌ها در خطوط لوله و مخازن منجر به عدم توليد بهينه مي‌گردد. اين نشتي‌ها مي‌تواند باعث بروز آلودگي آب‌هاي زيرزميني شده و مشكلات زيست محيطي را نيز ايجاد نمايد كه هزينه‌هاي مورد نياز براي حل چنين مشكلاتي سرسام آوراست. در حقيقت اگر خوردگي وجود نداشت اقتصاد جامعه ما به شدت تغيير مي‌كرد. مثلاً اتومبيل‌ها، كشتي‌ها، خطوط لوله‌هاي زيرزميني و وسايل خانگي احتياج به پوشش نداشتند، صنايع فولاد زنگ نزن[7] از بين مي‌رفتند و مس فقط براي مقاصد الكتريكي بكار مي‌رفت. اكثر كارخانجات و محصولاتي كه از فلز پوشش‌دار ساخته مي‌شوند از فولاد يا چدن ساخته مي‌شدند] 1[.

اگرچه خوردگي اجتناب ناپذير است، ولي هزينه آن را به مقدار زيادي مي‌توان كاهش داد. مثلاً يك آند ارزان قيمت منيزيم مي‌تواند عمر تانك آب گرم خانگي را دو برابر كند. شستشوي اتومبيل براي زدودن نمك‌هايي كه براي يخ بندان روي جاده مي‌پاشند مفيد است. انتخاب صحيح مواد و طراحي خوب، هزينه‌هاي خوردگي را كاهش مي‌دهد. يك برنامه صحيح تعميرات و نگهداري وارد صحنه مي‌شود و مي‌تواند موثر باشد و ماموريت اصلي آن مبارزه با خوردگي است.

جدا از مخارج مستقيم دلاري، خوردگي يك مشكل جدي است زيرا بطور روشني باعث تمام شدن منابع طبيعي ما مي‌گردد. مثلاً فولاد از سنگ آهن بدست مي‌آيد و ميزان توليد داخلي سنگ آهن پر‌عيار كه مستقيماً قابل استفاده باشند، به شدت كاهش يافته است. توسعه صنعتي سريع بسياري از كشورها نشان مي‌دهد كه رقابت براي  قيمت منابع فلزي افزايش خواهد يافت.

1-4-      خسارات ناشي از خوردگي

در اين قسمت بعضي اثرات زيان بار خوردگي تشريح خواهد شد  ]2[‌

1-4-1-  ظاهر

سطوح زنگ‌زده خوشايند نيستند. تجهيزات زنگ‌زده يا به شدت خورده شده در يك كارخانه تاثير بدي روي بيننده خواهد گذاشت. به همین دلیل بدنه ماشین‌ها را رنگ کرده و یا در سازه‌هاي خارجي ساختمان‌ها از فولاد زنگ نزن، آلومينيوم، يا مس استفاده مي‌شود.

1-4-2-  مخارج تعميرات و نگهداري و بهره برداري

بازسازی سطوح خورده‌شده و تعمیر آن‌ها بسیار پر هزینه است. به كاربردن مواد مقاوم در برابر خوردگي نیز مخارج زیادی را در بر دارد. بنابراین برای محافظت از این سطوح هزینه هنگفتی صرف می‌شود

1-4-3-  تعطیلی كارخانه

غالباً بخاطر انهدام غير منتظره ناشی از خوردگي، واحدي را متوقف ‌مي‌سازند يا قسمتي از يك سيستم را مي‌خوابانند. و این خود منجر به توقف تولید و یا کند شدن روند آن شده و در برخی موارد افرادی را بیکار می‌کند.

1-4-4-  آلوده شدن محصول

در اكثر موارد قيمت يك محصول در بازار به خلوص و كيفيت آن بستگي دارد. عاري بودن از آلودگي‌هاي جزئي فاكتور حياتي در توليد و حمل و نقل پلاستيك‌‌هاي شفاف، رنگ‌ها، مواد غذايي، داروها و نيمه هادي‌ها[8]ست. در بعضي موارد مقدار كمي خوردگي كه باعث وارد شدن يون‌هاي فلزي به داخل محلول مي‌گردد ممكن است باعث تجزيه كاتاليزوری[9] يك محصول گردد. از جمله اين موارد توليد و انتقال پراكسيد هيدروژن[10] غليظ و يا هيدرازين[11] مي‌باشد. درمواردي كه با آلودگي و تجزيه محصول مواجه هستيم عمر قطعه فاكتور مهمي نخواهد بود با وجود اينكه فولاد معمولي ممكن است سال‌ها دوام بياورد، ولي فلز گرانتري بكار برده مي‌شود تا از آلودگي محصول به محصولات خوردگي ناشي از فولاد معمولي اجتناب گردد.

1-4-5-  نشت يا از بين رفتن محصولات با ارزش

نشت جزئي سولفوريك‌اسید به فاضلاب نگراني حادي ايجاد نمي‌كند، زيرا سولفوريك‌اسید ماده ارزان قيمتي است. اما، نشت يا از بين رفتن ماده‌اي كه گالني چند صد دلار ارزش دارد بايستي به سرعت متوقف گردد. نشت جزئي تركيبات يا محلول‌هاي اورانيم خطرناك است و مي‌تواند خيلي گران تمام شود. در چنين مواردي استفاده از طراحي مناسب‌تر و مواد بهتر براي ساخت تجهيزات بخوبي قابل توجيه هستند.

1-4-6-  اثرات بر امنيت و قابليت اعتماد

كاركردن با مواد خطرناك مثل گازهاي سمي، كلريدريك‌اسید،‌ سولفوريك‌اسید و نيتريك‌اسید غليظ، مواد منفجره و قابل اشتعال، مواد راديواكتيو، و مواد شيميايي در دماها و فشارهاي بالا مستلزم استفاده از نوعي مواد ساختماني است كه خطر انهدام خوردگي را به حداقل برساند. صرفه‌جويي در مواد ساختماني در مواردي كه امنيت به خطر مي‌افتد، مطلوب نيست. ملاحظات بهداشتي نيز مي‌توانند مهم باشد مثل آلودگي آب آشاميدني، محصولات خوردگي مي‌توانند باعث شوند كه ضد عفوني كردن تجهيزات مشكل‌تر گردد.

  • انواع خوردگی

دسته‌بندي­هاي مختلفي مي‌توان براي انواع خوردگي داشت، يك نوع دسته‌بندي براي اساس ظاهر خوردگي مي‌باشد كه براي تشخيص شكل ظاهري خوردگي، گاهي اوقات چشم غيرمسلح كافي مي‌باشد و گاهي اوقات نياز به بزرگنمايي‌هاي بالاتری مي‌باشد، بر اساس شكل ظاهري، خوردگي‌ را مي‌توان به هشت نوع تقسيم‌بندي كرد  ]2S/Cr2O3……….[.

1-5-1- خوردگی یکنواخت[12]

در این نوع خوردگی لایه‌های سطحی فلز مورد حمله قرار گرفته و اثرات خوردگی در تمام سطح مشاهده شده و کاهش ضخامت در این نقاط تقریبا یکسان می‌باشد. به طور مثال زنگ زدگی معمولی آهن و کدر شدن نقره و تیرگی نیکل از این نوع خوردگی می‌باشند.

این نوع خوردگی معمول­ترین نوع خوردگی است. عمر تجهیزاتی که متحمل این نوع خوردگی می‌شوند، را می‌توان با آزمایش‌های ساده­ای همچون کوپن گذاری و اندازه­گیری میزان کاهش وزن تخمین زد ]2S/Cr2O3…..[.

1-5-2- خوردگی گالوانیکی[13]

این نوع خوردگی وقتی رخ می‌دهد که دو فلز یا آلیاژ متفاوت (یا دو ماده متفاوت دیگر همانند آلیاژ کربن و فلز) درحضور یک محیط خورنده با یکدیگر تماس پیدا کنند. درمنطقه تماس، فرآیند الکتروشیمیایی به وقوع می‌پیوندد که در آن ماده‌ای به عنوان کاتد عمل کرده و ماده‌ی دیگر آند می‌شود. در این فرآیند کاتد در برابر اکسید شدن محافظت شده و آند اکسید می‌شود ]2S/Cr2O3….[.

1-5-3- خوردگی شکافی[14]

این خوردگی وقتی رخ می‌دهد که یک عامل خورنده در فاصله باریک بین دو جز گیر کند. با پیشرفت واکنش، غلظت عامل خورنده افزایش می‌یابد بنابراین واکنش با نرخ فزاینده‌ای پیشروی می‌کند ]2S/Cr2O3……….[.

تعداد صفحه :63

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --