تست خوردگی بین دانه ای (IGC)
خوردگی بین دانه ای چیست؟
خوردگی بین دانه ای (Intergranular Corrosion) یا مرزدانه ای زمانی است که نواحی بین دانه های یک ماده یا به اصطلاح مرزهای بین دانه های کریستالی خورده می شوند و در خود دانه ها خوردگی رخ نمیدهد. یک دیوار آجری را تصور کنید که در آن ملات فرو می ریزد اما آجرها در جای خود می مانند. این کاری است که خوردگی بین دانه ای با فلزات انجام می دهد. این نوع خوردگی می تواند به ویژه در موادی مانند فولادهای زنگ نزن آستنیتی بسیاز زیاد باشد. جایی که مقاومت به خوردگی می تواند با تشکیل کاربیدهای کروم در مرز دانه ها در طول عملیات حرارتی به خطر بیفتد.
چرا خوردگی بین دانه ای اتفاق می افتد؟
عناصر خاصی مانند کروم و نیکل نقش مهمی در میزان حساسیت یک ماده به خوردگی بین دانه ای دارند. به عنوان مثال در فولادهای زنگ نزن آستنیتی، وقتی قطعه تحت دمای بالا قرار میگیرد، عنصر کروم می تواند با کربن ترکیب شود و کاربید کروم تشکیل دهد. این کاربیدها در مرز دانه ها می نشینند و مقدار کروم موجود را برای محافظت از فولاد در برابر خوردگی کاهش می دهند. بدون عنصر کروم کافی، این مناطق در برابر حمله آسیب پذیر می شوند.
خوردگی مرزدانه ای در فولاد زنگ نزن
وجود عناصر دیگر مانند نیکل و مولیبدن نیز می تواند بر مقاومت ماده در برابر خوردگی بین دانه ای تأثیر بگذارد. نیکل می تواند مقاومت کلی در برابر خوردگی را افزایش دهد. در حالی که مولیبدن می تواند مقاومت در برابر خوردگی حفره ای و شکافی را بهبود بخشد، که اشکال دیگر خوردگی موضعی هستند. با این حال، تأثیر متقابل این عناصر در طی فرآیندهایی مانند جوشکاری و عملیات حرارتی گاهی اوقات می تواند شرایط مساعدی را برای خوردگی بین دانه ای ایجاد کند.
استاندارد خوردگی بین دانه ای ASTM A262
متداول ترین استاندارد جهت آزمون خوردگی بین دانه ای فولادهای زنگ نزن آستنیتی (IGC) ASTM A262-15 است. این استاندارد شامل پنج آزمون زیر می شود:
روش A- تست اچ اگزالیک اسید برای طبقه بندی ساختارهای اچ فولادهای زنگ نزن آستنیتی (بخش 4 تا 13)،
روش B- آزمایش فریک سولفات-اسید سولفوریک برای تشخیص حساسیت به خوردگی بین دانه ای در فولادهای زنگ نزن آستنیتی (بخش 14 تا 25)،
روش C- آزمایش اسید نیتریک برای تشخیص حساسیت به خوردگی بین دانه‌ای در فولادهای زنگ نزن آستنیتی (بخش‌های 26 تا 36، شامل)،
روش E- آزمایش مس-سولفات مس-اسید سولفوریک برای تشخیص حساسیت به خوردگی بین دانه ای در فولادهای زنگ نزن آستنیتی (بخش های 37 تا 46)،
روش F- آزمایش مس-سولفات مس-50٪ اسید سولفوریک برای تشخیص حساسیت به خوردگی بین دانه ای در فولادهای زنگ نزن آستنیتی حاوی مولیبدن (بخش های 47 تا 58)
چه فلزاتی تحت تأثیر خوردگی بین دانه ای قرار میگیرند؟
مواد زیادی وجود دارند که در برابر خوردگی بین دانه‌ای حساس هستند و به ترک خوردگی تنشی حساس نیستند. این موضوع در فولاد ضد زنگ، نیکل و آلیاژهای آلومینیوم بسیار رایج است.خوردگی بین دانه ای معمولا در فولادهای زنگ نزن به وفور رخ می‌دهد و در مقابل، در فولادهای کربنی به میزان کم‌تری اتفاق می‌افتد.
خوردگی بین دانه ای در آلومینیوم
فولاد زنگ نزن آستنیتی با گریدهای 304 و 316، آلیاژهای نیکل-مس، زمانی که در معرض انواع خاصی از محلول‌های اسید هیدروفلوئوریک و اسید کرومیک قرار گیرند، احتمال خوردگی بین دانه ای در آنها افزایش می‌یابد. در آلیاژهای نیکل-مولیبدن در معرض هیدروکلریک گرم و اسید سولفوریک، احتمال بروز این خوردگی وجود دارد. علت رخ دادن این حمله در مناطق کناری مرزدانه‌ها، رسوب مواد غنی از مولیبدن می‌باشد. در آلیاژهای آلومینیومی مانند گرید های 2000 و 7000 رسوب فاز CuAl2 در مرز دانه‌ها متعاقبا به‌عنوان کاتد عمل کرده و منجر به افزایش سرعت تخلیه مناطق مجاور مرزدانه می‌شود. آلیاژهای نیکل کروم نیز مانند آلیاژ 600 مستعد خوردگی بین دانه‌ای هستند.
مکانیزیم خوردگی مرزدانه ای
این نوع خوردگی ناشی از محل های انرژی بالا و ساختار های کریستالی که مرزدانه ها هستند، رسوب مرز دانه، به ویژه کاربیدهای کروم در فولادهای زنگ نزن، یک مکانیزم شناخته شده و پذیرفته شده برای خوردگی بین دانه ای است. رسوب کاربیدهای کروم عنصر آلیاژی کروم را از در امتداد مرز دانه مصرف می‌کند و این باعث می‌شود که منطقه نسبت به دانه‌های بی‌تأثیر آندی باشد. منطقه خالی از کروم تحت تنش کششی به مسیر ترجیحی برای حمله خوردگی یا انتشار ترک تبدیل می شود. جداسازی بین فلزات در مرزهای دانه در آلیاژهای آلومینیوم نیز باعث خوردگی بین دانه ای می شود.
روش های تست خوردگی مرزدانه ای
برای بررسی حساسیت به خوردگی مرزدانه ای در یک متریال، از چندین روش آزمایش استفاده می شود. تست خوردگی مرزدانه ای دارای 4 روش مختلف A، B، C، E و می توانند پاسخگو متریال های مختلف در این زمینه باشد.
دو تست رایج عبارتند از:
تست Huey: این آزمایش شامل جوشاندن مواد در اسید نیتریک و اندازه گیری مقدار مواد از دست رفته است. تست Huey به ویژه برای تشخیص حساسیت مفید است، شرایطی که در آن مواد به دلیل تشکیل کاربیدهای کروم در برابر خوردگی بین دانه‌ای حساس‌تر می‌شوند.
تست Strauss: این آزمایش از ترکیب اسید سولفوریک و سولفات مس برای بررسی علائم حمله بین دانه ای استفاده می کند. تست Strauss اغلب برای فولادهای زنگ نزن آستنیتی استفاده می شود و به شناسایی موادی که ممکن است تحت شرایط خاص از خوردگی بین دانه ای رنج ببرند کمک می کند.
روش‌های کنترل یا جلوگیری از خوردگی مرزدانه ای
از خوردگی بین دانه ای می توان از طریق موارد زیر جلوگیری کرد:
روش‌های مختلفی برای کنترل یا به حداقل رساندن خوردگی بین دانه‌ای در آلیاژهای حساس و مستعد، به ویژه فولاد ضدزنگ، به کار برده می‌شود. به عنوان مثال چندین روش برای کنترل یا به حداقل رساندن خوردگی بین دانه ای آلیاژهای حساس، به ویژه فولادهای زنگ نزن آستنیتی استفاده شده است. به عنوان مثال، عملیات حرارتی آنیل با دمای بالا، که معمولاً آنیل کردن یا حل کردن محلول نامیده می شود، استفاده شده است.
استفاده از فولادهای ضد زنگ با درجه کربن کم (مثلاً 304L، 316L) استفاده از گریدهای عملیات شده با عناصر آلیاژی مانند تیتانیوم (مثلاً نوع 321) یا نیوبیم (مثلاً نوع 347). عناصر تیتانیوم و نیوبیم کاربیدسازهای قوی هستند. آنها با کربن واکنش می دهند و کاربیدهای مربوطه را تشکیل می دهند و در نتیجه از فقر کروم جلوگیری می کنند. همچنین پس از جوشکاری، می توان مقاطع جوشکاری را تحت عملیات حرارتی قرار داد.