دور البيئة في التصويب: التقييم العملي والتصميم الوقائي

فالكوروزيون عملية كهروكيميائية طبيعية تسبب تدهورا تدريجيا للمواد، ولا سيما المعادن، عندما تتعرض للعوامل البيئية، وتؤثر هذه الظاهرة على الهياكل الأساسية في جميع أنحاء العالم، من الجسور والأنابيب إلى المعدات الصناعية والهياكل البحرية، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية سنويا، ويحد من العوامل البيئية المختلفة التي تؤثر على معدلات التآكل وآلياته، ويضمن للمهندسين والمصممين والمهنيين في الصيانة الذين يسعون إلى حماية الأصول الحيوية ويوسعون نطاق استراتيجياتهم المتعلقة بالتصميم التشغيلي.

فهم الكوروسيون بوصفه عملية بيئية

أما التآكل الجوي فيتمثل في تآكل أو تدهور المعادن المعرضة للهواء وملوثاته، بدلا من السائل، وقد أفيد بأن هذه العملية تفسر حالات فشل أكبر من أي بيئة أخرى وحيدة، وهي عملية تنطوي أساسا على ردود فعل الكهروكيميائية حيث تفقد ذرات المعادن الإلكترونية وتتحول إلى ملوثات تؤدي إلى تدهور مادي، وينجم هذا التآكل عن الهجوم المتزامن على المياه أو الماء.

إن التمزق الجوي هو نوع خاص من التآكل لأن الكهرباء ممثّلة بفيلم رقيق من الرطوبة، الذي لا يتجاوز سميكه بضع مئات من الميكرومترات، وهذه الطبعة الكهروليتية الرقيقة تخلق ظروفاً فريدة حيث يظل التشبع بالأوكسجين عالياً ولا يُعوق الانتشار، مما يسمح بإيقاف ردود الفعل التآكلية بسرعة تحت ظروف مواتية.

وتتوقف شدة ومعدل التآكل على التفاعلات المعقدة بين المتغيرات البيئية المتعددة، وتعقد الآثار التفاعلية بين مختلف العوامل والآليات، وهذا التعقيد يتطلب نهجا منهجيا للتقييم البيئي والتصميم الوقائي لا يراعي العوامل الفردية فحسب بل أيضا آثارها التآزرية على عمليات التآكل.

العوامل البيئية الحرجة التي تؤثر على التصويب

الرطوبة والرطوبة النسبية

والرطوبة النسبية هي أهم عامل بيئي يؤثر على عملية التآكل الجوي، إذ إن وجود الرطوبة على سطح المعادن يخلق الكتروليت اللازم لرد الفعل التآكل الكهروكيميائي، وعندما تتجاوز الرطوبة قيمة حاسمة تعتمد على المتغيرات البيئية الأخرى - التي عادة ما تكون على ترتيب الرطوبة النسبية بنسبة ٧٠ في المائة، فإن فيلماً نقياً من شكل الرطوبة الحالي سيوفر شكلاً غير مرئياً.

وقد أظهرت النتائج زيادة كبيرة في التآكل عندما تجاوزت الرطوبة النسبية 70 في المائة، وقد سبق اعتبار الرطوبة النسبية أحد أهم العوامل البيئية التي تؤثر على التآكل الجوي، وبما أن وجود المياه شرط أساسي للتآكل، فإن هذا ليس مفاجئا، وقد خلصت بعض الدراسات إلى أنه لا يمكن حدوث أي تآكل في الغلاف الجوي تقريبا، عندما تكون الرطوبة النسبية أقل من 70 في المائة، ما لم يكن الملح ملوثا.

غير أن عتبة الرطوبة النسبية الحرجة يمكن أن تخفض بدرجة كبيرة بسبب وجود الملوثات الهيدروجينية على سطح المعادن، وعندما تصبح الأسطح المعدنية ملوثة بأملاح الهيدروجينية يمكن أن تبلل سطحها عند نسبة مئوية أدنى من الهيدروجين، فإن وجود كلوريد المغنزيوم على سطح معدني يمكن أن يجعل سطحاً سطحياً يبدو أنه يتكون من 34 في المائة من الهيدروجينات بينما ينتج الصوديوم

وقد أشارت الدراسات المتعددة إلى أن زيادة الرطوبة النسبية تؤدي إلى زيادة معدل التآكل على سطح نظيف دون أملاح مودعة، وعلى سبيل المثال، فإن تآكل سبائك المغنيسيوم يتسارع بدرجة كبيرة عندما تزداد الرطوبة النسبية من 75 إلى 95 في المائة، وكثيرا ما تتبع العلاقة بين الرطوبة ومعدل التآكل نمطا واسعا، مع زيادات كبيرة في نشاط التآكل كمستويات للرطوبة.

الآثار المزمنة

ويؤدي التدرج دورا هاما في التآكل الجوي بطريقتين: أولا، هناك الزيادة العادية في نشاط التآكل الذي يمكن أن يتضاعف نظريا لكل زيادة في درجة الحرارة، وهذه العلاقة تتبع مبدأ آرهينيوس، حيث تعجل درجات الحرارة المرتفعة بدرجات حرارة عالية بدرجات حرارة من ردود الفعل الكهروكيميائية التي تنطوي على عمليات التآكل.

فالدرجة الحرارة عامل بيئي يؤثر تأثيراً هائلاً على حركية ردود الفعل الكهروكيميائية التي تسبب التآكل، وارتفاع درجة الحرارة، وارتفاع معدل التآكل وفقاً لقانون أرهينيوس، ولكن تقل أيضاً قدرة الغازات على الصمود في المياه السطحية، كما أن انخفاض درجات الحرارة السريعة في البيئات الرطبة يسبب التكث، ويعيد الدورة المتآكلة حتى مع التعرض القصير.

وتخلق تقلبات الحرارة ظروفاً شديدة التآكل، وعندما تزداد درجة الحرارة داخل الهواء في البيئة، فإن ارتفاع درجة الحرارة في هذه المعادن سيحولها إلى مكثفات تحافظ على فيلم رطب على سطحها، مما يزيد فترة الرطبة مقارنة بالفترة التي يمتد فيها الهواء المحيط إلى أدنى من نقطة الصفر، ويمكن أن تظل هياكل المعادن ذات الكتلة الحرارية العالية دون نقطة الانهيار حتى عندما تكون درجات الحرارة المحيطة أقل.

وقد أحدثت درجة حرارة السيكلة تآكلا شديدا في الأجسام المعدنية في المناطق المدارية، وفي مستودعات غير مسخنة، وفي الأدوات المعدنية أو غيرها من الأشياء المخزنة في أكياس بلاستيكية، وبما أن نقطة الغسيل في الغلاف الجوي تشير إلى حالة التوازن في التكدس والتبخر من سطح، فمن المستصوب الحفاظ على درجة الحرارة التي تتراوح بين 10 و 15 درجة مئوية فوق نقطة الارتداد لضمان عدم حدوث أي تلازم سطحي.

الملح والعقيدة

ويقود التآكل في البيئات البحرية في الغلاف الجوي عموماً إلى تربة الأيروسول الملحي البحري، وهذا النوع من الأيروسول لا يمكن أن يقطع أفلاماً سلبية للعديد من نظم السبيكة فحسب، بل أيضاً لأنه شديد الهجائن، حيث يمتد إلى الفترة التي تظل فيها الأسطح المعرضة رطبة ومضادة (أي وقت وجود أجسام بحرية عالية).

يمكن أن تزيد نسبة السلوحة بسبب طبيعة الملح ككهرباء تشجع الأكسدة، جانب رئيسي من التآكل، قد يؤدي إلى وجود المزيد من الماء، وبالتالي إلى زيادة الأكسجين، مرة أخرى يحفز على معدل الأكسدة والتآكل، ووجود أيونيات الكلوريد عدوانية بشكل خاص لأنه يمكن أن يخترق ويكسر أفلام الأكسدة الواقية.

ولكي يتسارع سطح المعادن إلى التآكل، يجب أن يكون السطح المعدني مبللاً، فقد أظهر بريستون وسانيال أن تآكل سطح الحديد تحت ودائع جزيئات ناكل يبدأ في النظر إليه عند 70 في المائة من الهيدروجين، ويتسارع بشكل خاص عند ارتفاع مستوى RH. غير أن إيفانز وتايلور يشيران أيضاً إلى أن جسيمات الملح البحري تسبب التآكل في مستوى منخفض من الجسيمات المغنطة المغنطة، نظراً إلى أن الملح البحري.

وبالنسبة للبيئات البحرية والساحلية، يتوقع أن تكون الكلوريدات أكثر أهمية لتآكل ثاني أكسيد الكبريت، حيث أنها موجودة في تركيزات أعلى بكثير، وتؤثر المسافة من الساحل تأثيرا كبيرا على معدلات ترسيب الملح، حيث توجد هياكل أقرب إلى المحيط تلوث كلوريد أعلى بكثير، وترتفع معدلات التآكل المقابلة.

الملوثات الجوية

ويؤدي وجود غازات متآكلة مثل ثاني أكسيد الكربون، وثدي أكسيد النيتروز، والكلوريدات، إلى جانب الرطوبة المحيطة، إلى زيادة ضعف المواد الهيكلية ويستلزم نهجا وقائيا يقوم على الرصد المستمر والامتثال التنظيمي، وتخلق الجو الصناعي الذي يحتوي على ثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين ظروفا حمضية تعجل عمليات التآكل بدرجة كبيرة.

ووفقاً للتثبيت ISO 9223:2012، فإن البيئات التي تحتوي على تلوث " متوسط " ثاني أكسيد الكربون تُصنَّف عندما تتراوح تركيزات ثاني أكسيد الكبريت بين 5 ميكروغرام/م3 و30 ميكروغرام/م3، وفوق هذه القيم، فإن خطر التآكل بالنسبة للفلزات المعرَّضة يرتفع بدرجة كبيرة، لا سيما في البيئات الصناعية أو الساحلية التي يوجد فيها وجود متزامن للكلوريدات.

إن فيلم من الفم المشبع بملح البحر أو سلفات الأحماض، وكلوريد الأحماض في الغلاف الجوي الصناعي يوفران كهروليتاً عدوانياً لتعزيز التآكل، وعندما تحتوي أفلام الرطوبة على ملوثات مُحلية، تصبح هيدروليكية عالية السلوك تيسر ردود الفعل الكهروكيميائية السريعة والتدهور المادي المتسارع.

الشتاء والتصويب الجوي

وخلصت إلى أن ' 1` سرعة الرياح، و ' 2` التهطال، و ' 3` الرطوبة النسبية هي أهم المعايير البيئية لمعدل التآكل، كما أظهرت الدراسات الأخيرة أن ظروف الرياح تؤثر تأثيرا كبيرا على الترسب الملحي في البيئات البحرية والساحلية، ومن ثم يمكن استخدام بيانات الرياح لتقدير التآكل، إلى جانب البارامترات الجوية الأخرى مثل درجة الحرارة الجوية والرطوبة النسبية، بدلا من الكلوريد ودرجة ثاني أكسيد الكبريت 9223 المستخدمة في البيزومر.

إن سلوك الجسيمات الهوائية في البيئات الخارجية يمكن فهمه من قبل القوانين التي تغطي تحركاتها وتكوينها وإمساكها، وتعتمد التركيزات على عدة عوامل مثل الزمن والموقع والمصادر المحلية والظروف الجوية وسرعة الرياح والارتفاع، كما توجد دراسات تبين أن الضبط الجوي والرسم وسرعة الرياح ترتبط بها، وهذه الدراسات تنطوي على رياح ملوحة ذات ترابط ممتاز بين معدلات الترسبات في سرعة الريح.

ولا تؤثر أنماط الرياح على ترسيب الملوثات التآكلية فحسب بل أيضا على معدلات جفاف أفلام الرطوبة على سطح المعادن، ويمكن أن تزيد سرعة الرياح المرتفعة معدلات التبخر، مما قد يقلل من وقت الرطب، بل يمكن أن تزيد أيضا من ترسب الجسيمات الملحية والملوثات الأخرى، مما يخلق توازنا معقدا من الآثار المتنافسة.

أساليب التقييم البيئي الشاملة

التصنيف الموحد والتصنيف الناجع

المعيار رقم 9223 هو المرجع الرئيسي الذي يحدد فئات التآكل في الغلاف الجوي (جيم 1 إلى CX) استنادا إلى معدل التآكل الملحوظ في العينات القياسية بعد سنة من التعرض، ويقيّم مزيج العوامل البيئية الرئيسية التي تؤثر على التآكل: درجة الحرارة، الرطوبة النسبية، تلوث ثاني أكسيد الكبريت، والتدهور الجاف للكلوريدات (مختلفة في ملاحي الجو).

ويطبق هذا النظام بتحليل معايير مثل الرطوبة النسبية، والملوحة المنقولة جوا، وتركيز الملوثات (الملوثات العضوية الثابتة، والكلوريدات، إلخ)، ودرجة الحرارة المحيطة، مما يجعل من الممكن تحديد خطر التآكل البيئي وتحديد استراتيجيات حماية محددة وفقا لبيئة التشغيل، وهذا النهج الموحد يوفر إطارا لمقارنة التآكل عبر مختلف المواقع والبيئات.

وللتحقق من هذه الفئات وتأكيدها، ينظم معيار الإيسو 9226 اختبارات ميدانية موحدة، ويفصّل أساليب التعرض وتحليل العينات المعرضة لمختلف البيئات الجوية للحصول على بيانات تجريبية موثوقة، وتشمل اختبارات التعرض الميداني هذه وضع عينات معدنية موحدة في بيئة الاهتمام لفترات طويلة، عادة سنة واحدة، ثم تحليل الضرر الناجم عن التآكل لتحديد فئة التآكل.

اختبارات الكوروسيون

اختبار الكواكب الكوروزيونية هو طريقة واسعة النطاق لتقييم ورصد التآكل في مختلف الصناعات، وهو يشمل تعرض العينات المعدنية الصغيرة، المعروفة باسم قسائم التآكل، لنفس البيئة التي تخضع لها المعدات أو الهيكل الذي يجري رصده، ثم يجري تحليل هذه القسائم لتقييم مدى التآكل، وتوفير بيانات قيمة عن معدلات التآكل، والخصائص، وفعالية تدابير مكافحة التآكل.

ويعد رصد قسيمة الخسارة الحاد أقدم طريقة لتقييم تآكل البيئة على مواد محددة، ويشمل عرض عينة (كروبون) من المواد على البيئة لفترة معينة، وقياس فقدان الوزن الناتج، ويمكن أن تكون القسائم في شكل أقراص أو قضبان أو لوحات أو أي شكل ملائم، وبعد التعرض، تنظف الكمائن وفقا لإجراءات قياسية لتقويم الوزن.

ومن خلال الرصد المنتظم للقسائم التآكل، يمكن للصناعات اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن جداول الصيانة، واختيار المواد، واستراتيجيات التخفيف من التآكل، وضمان سلامة أصولها وطولها في نهاية المطاف، وفي حين أن اختبار القسائم يوفر بيانات متكاملة للتآكل على مدى فترة التعرض، فإنه لا يقدم معلومات آنية عن التغيرات في معدل التآكل أو آثار تغير الظروف البيئية.

تقنيات الاختبار الكيميائي

اختبار التآكل الكيميائي الكهربي هو تقنية تستخدم لتقييم مقاومة التآكل للمعدن أو الطحين بقياس سلوكه الكهروكيميائي في بيئة متآكلة، وهو ينطوي على عرض عينة اختبارية على حل متآكل مع رصد نشاطه الكهروكيميائي، وهو ما يحدث عادة عن طريق وضع العينات في حل وقياس التدفق الكهربائي الحالي والزاوية المحتملة بين المشهد.

ولذلك، فإن التقنيات الكهروكيميائية المستخدمة على نطاق واسع في الاستشعار عن بعد هي: LPR, Potentiodynamic Polarization (PDP), Open Circuit Potential (OCP), Electrochemical Noise (EN) technique, EIS, Harmonic Distortion Analysis (HDA), Potentiometric, Amperometry measurements and so forth.

مقاومة الاستقطاب الخطي

وتقيس مقاومة الاستقطاب الخطي التغيرات الكهروكيميائية على سطح الأصول من خلال تطبيق الفولطية الصغيرة الخاضعة للرقابة (إمكانات الاستنشاق) والحاضر المطلوب للحفاظ على تغير صغير في الفولط (عادة 10 أمتار) يعتمد على مدى التآكل الذي حدث على سطح المعدن، وبقيام هذا الكم، يمكن للمفتشين تقدير معدلات الارتداد الفلزي في السنة الواحدة باستخدام معادلة التافيل).

ويحاول أسلوب الريبة الرد على نطاق مجهري، على خلايا التآكل المجهرية الموجودة داخل المصنع، ويقيّم التدفق الحالي للتآكل بين خلايا النمط والنصف الكاسح، ويُجرى القياس عن طريق تطبيق كمية صغيرة (تخصيص 10-30 متراً) على كهرومغناطيسي متآكل وقياس التدفق الفوري الناتج عن ذلك.

وعلى عكس قسائم التآكل وأجهزة اختبار ER، توفر أدوات إعادة التأهيل الذاتي مقياساً للتآكل الفوري، مما يتيح الكشف السريع عن التغيرات في آليات التحلل، وهو شديد الحساسية للتآكل في المراحل المبكرة أيضاً، لذا فهو كثيراً ما يستخدم في خزانات التخزين، وسفن الضغط، ومنشأات رصد التآكل في الأنابيب، بالإضافة إلى مسح فعالية المعاطف الواقية (مثلاً، الأوكسي، الزنك، أو الألمون).

EIS) Empedance Spectroscopy)

التخريب الكيميائي الكهربي هو تقنية قوية تستخدم لتحديد آلية التآكل الأساسية وتستخدم لتمييز الأفلام الرقيقة وردود الفعل السطحي والأحداث الفيزيائية التي تحدث في واجهة المواد، وينطوي نظام المعلومات البيئية على تطبيق إشارة تيار صغيرة على مجموعة من الترددات وقياس استجابة النظام غير المستقرة.

إن نموذج التخريب الكيميائي الكهربي هو طريقة أخرى تستخدم على نطاق واسع لرصد التآكل، وبتحليل مقاومة الجسم الاختباري للتدفق الكهربائي، يمكنك الحصول على بيانات عالية الجودة عن معدل التآكل في الأصول، وسلامة التصفيق الواقي، وفعالية مختلف نظم التخفيف من التآكل، والتقنية ذات قيمة خاصة لتقييم الأداء المطفى وكشف الضرر المبكر.

وقد مكّن قياس نظام المعلومات الاقتصادية من الكشف المبكر عن تدهور الوضع في الفريق المختلط قبل أي ضرر واضح يتيح المقارنة الكمية بين الاختبارات المعجلة وظروف تدهور الخدمات، وهذه القدرة تجعل نظام المعلومات البيئية أداة أساسية لمراقبة الجودة والرصد الطويل الأجل لنظم التغليف الواقية.

الاستقطاب الاستقطابي

ويمكن أن توفر التجارب المحتملة الدينامية مجموعة متنوعة من البيانات المتعلقة بالحفر، والتآكل الحرقي، وسلوك الارتشاء بالنسبة لمجموعات معينة من العينات/الحل، ومع زيادة الإمكانات، سيبدأ التآكل الحاجز بقيم معينة تعرف باحتمال الانهيار (البرنامج التنفيذي، وهو أدنى احتمال يحدث فيه التقشف).

وبالمثل، يمكن أن تقيس تقنية PDP معدل التآكل باستخدام نفس معادلة حقوق الملكية الفكرية، ومع ذلك، تطبق تقنية PDP التقلبات الفلزية الواسعة النطاق (المتمثلة في " OCP " ) وتعتبر عملية تدميرية، وربما تكون هذه الفئة هي أكثر تقنيات اختبار الاستقطاب المستخدمة لقياس مقاومة التآكل.

محطات الرصد البيئي

وتقيس أجهزة الاستشعار البيئية المتغيرات العامة مثل درجة الحرارة، والرطوبة النسبية، وتركيزات الملوثات، مما يوفر رؤية عالمية للبيئة المقيّمة، وعلى النقيض من ذلك، فإن أجهزة الاستشعار التآكل (فقد الكتلة، المقاومة الكهربائية، أو التقنيات الكهروكيميائية) مصممة لقياس كمية عملية التدهور في مواد محددة، مما يسمح بإجراء تقييم مباشر لمستوى أو معدل الهجوم الجوي على هيكل ما.

وتقدم هذه الورقة دراسة استخدمت فيها أجهزة الاستشعار لقياس معدل التآكل والبارامترات الجوية في وقت واحد مع تسوية 30 دقيقة أو 60 دقيقة، وتسمح بيانات الاستشعار بإجراء دراسات للترابط بين ظروف التآكل والطقس، وقد تم الحصول باستمرار على بيانات الاستشعار خلال سنة واحدة، واستنادا إلى مجموعة البيانات هذه، تم دراسة التأثيرات الوحيدة والتفاعلية للبارامترات الجوية على معدل التآكل والتقدم التآكل.

ويمكن أن تدمج نظم الرصد البيئي الحديثة أنواعا متعددة من أجهزة الاستشعار لتوفير بيانات شاملة عن الوقت الحقيقي عن الظروف التآكلية، وهذه النظم تقيس عادة درجة الحرارة، والرطوبة النسبية، وتركيزات الملوثات، وسرعة الرياح واتجاهها، والارتباط، وغير ذلك من البارامترات ذات الصلة، وتسمح، عند الجمع مع أجهزة الاستشعار التآكل، بتحليل الترابط بين الظروف البيئية ومعدلات التآكل، ودعم استراتيجيات الصيانة التنبؤية، وتحقيق الحد الأمثل لتدابير مكافحة التآكل.

رصد المقاومة الكهربائية

وعادة ما يكون هذا العنصر في شكل سلك أو شريط أو أنبوب، وإذا كان التآكل موحداً تقريباً، فإن تغيير المقاومة يتناسب مع زيادة التآكل، وقد حصلت على تقديرات التآكل الكلي خلال فترة من الزمن من القراءات المتعاقبة، وتتحول صيغة بسيطة إلى معدل تآكل متوسط.

وتُعدّ مسبارات المقاومة الكهربائية متفشية ومكيفة جيداً مع أي بيئة متآكلة، وتُثبت تقنية وحدات خفض الانبعاثات في الممارسة العملية، وهي بسيطة الاستخدام والتفسير، ويسمح رصد الانبعاثات بالرصد الدوري أو المستمر الذي يُنشأ لواحد أو عدة أنواع من المسبارات، وبالتالي يمكن ربط الكوروزون بمتغيرات العمليات، والطريقة هي إحدى أدوات الرصد الرئيسية على الخط المباشر.

والفرق الأساسي بين تقنيات ER وElectrochemical هو أن قياسات ER توفر معلومات عن مجموع الخسائر في المواد، في حين أن التقنيات الكهروكيميائية تعطي معلومات عن الأسعار، وهذا التمييز يجعل من الاختبارات الخاصة بأجهزة خفض الانبعاثات مفيدة بصفة خاصة في تطبيقات الرصد الطويلة الأجل حيث يكون الضرر التراكمي للتآكل هو الشاغل الرئيسي.

اختبار مختبر معجل

والفكرة الأساسية لأسلوب الاختبار هذا هي تقسيم البيئة الفعلية المعقدة إلى عدة طيفات فرعية بيئية نموذجية، مثل طيف رذاذ الملح، وطيف حرارة الدرامب، وطيف الدرع الرطب، وهدر الغاز، وما إلى ذلك، ثم تجمع هذه الأطنان الفرعية البيئية على نحو مناسب لتحفيز الظروف البيئية التي تعاني منها المواد بالفعل، وفي كل من المناطق الفرعية البيئية، تتسارع عملية التآكل بزيادة حجم الفترة الزمنية البيئية.

وينظر اختبار الرذاذ الملحي وفحص حرارة الرطب في آثار التحلل الملحي ودرجة الحرارة والرطوبة على عملية التآكل، ويستخدم اختبار الدراجة الداكنة لتحفيز عملية تكوين الفلم الكهروليت واختفاءه على سطح المعدن بسبب تكديس الرطوبة والتبخر، ويستخدم اختبار تآكل الغاز أساساً لتقييم تأثير ثاني أكسيد الكبريت والنيتروجينات الأخرى.

ويوفر الاختبار المعجل معلومات قيمة عن الأداء المادي وفعالية التغليف في أطر زمنية أقصر بكثير من اختبار التعرض الطبيعي، غير أنه يجب توخي الحذر عند استقراء نتائج الاختبار المعجلة للتنبؤ بالأداء الميداني الطويل الأجل، حيث أن آليات التعجيل قد لا تستنسخ تماما عمليات التآكل الطبيعي، والربط مع بيانات التعرض الميداني أمر أساسي للتحقق من بروتوكولات الاختبار المعجلة.

استراتيجيات التصميم الوقائي لمقاومة الكوروسيون

المواد المختارة والكوروسيون - المناطق المقاومه

إن اختيار المواد المناسبة لظروف بيئية محددة هو خط الدفاع الأول ضد التآكل، إذ أن المعادن والسبائك المختلفة تظهر مستويات مختلفة من المقاومة للتآكل حسب تكوينها وهيكلها الجزئي والعوامل البيئية التي تواجهها، ففهم الترابط بين بيئة الخدمات المقصودة أمر أساسي لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن اختيار المواد.

ويعرض الفولاذ اللاصق مقاومة تآكل ممتازة في بيئات كثيرة بسبب تكوين فيلم سلبي لأوكسيد الكروم على سطحه، كما أن الفولاذ اللاصق الأوستيني (مثل 304 و 316 درجة) يوفر مقاومة عامة جيدة للتآكل، حيث يوفر 316 درجة مقاومة معززة لحفر البقعة والتآكل الفولاذي الناجم عن الكلوريد بسبب محتواها غير المركب.

وتطوّر السكك الحديدية الألومنيوم طبقة من أكسيد الألومنيوم الواقية التي توفر مقاومة للتآكل الطبيعي في العديد من البيئات الجوية، وهناك بعض السبيكات الألومنيوم، ولا سيما في السلسلة 5000 و6000، توفر مقاومة ممتازة للتآكل الجوي وتستخدم على نطاق واسع في التطبيقات البحرية والساحلية، غير أن الألومنيوم عرضة للتآكل الفلزي الجاف عند وجوده بدرجة أكبر.

وتُظهر السبيكات النحاسية والنحاسية، بما في ذلك النحاسات والبرنزي، مقاومة للتآكل الجوي وتطوير طبقات حماية على مر الزمن، وتُستخدم هذه المواد عادة في التطبيقات المعمارية، والمعدات البحرية، والعناصر الكهربائية، وتوفر السواحل القائمة على النيكل مقاومة للتآكل في بيئات شديدة العدوانية، بما فيها تلك التي تحتوي على حمضات، وكلوريد، ودرجات حرارة عالية.

ويحتوي الفولاذ المزروعة على عناصر سبائك مثل النحاس والكروم والنيكل التي تشجع على تكوين طبقة صدئة وقائية مستقرة تحت التعرض الجوي، وهذه الطبعة الصدئة تشكل حاجزاً أمام المزيد من التآكل، وتقضي على الحاجة إلى الرسم في العديد من التطبيقات، ويستخدم الفولاذ الاصطناعي عادة في الجسور والمباني والنواحي الخارجية حيث يظهر ظهوره المتميز.

وبالنسبة لكل طلب، ينبغي أن ينظر اختيار المواد ليس فقط في العلاقة التماثلية العامة للبيئة، بل أيضاً في عوامل محددة مثل التعرض للكلوريدات، والهكتار، ودرجات الحرارة، والإجهاد الميكانيكي، وإمكانية الخلط بين الفلزات المتناثرية، وينبغي أن يشمل تحليل تكاليف دورة الحياة التكاليف الأولية، وحياة الخدمة المتوقعة، ومتطلبات الصيانة، وتكاليف الاستبدال لتحديد أكثر الحلول اقتصاداً.

نظم التكليف الحمائية

وتوفر المعاطف الواقية حاجزا بين الحد الأدنى للمعادن والبيئة التآكلية، مما يحول دون معدلات التآكل أو يقلها بدرجة كبيرة، ويجب اختيار نظم التغليف الفعالة بعناية استنادا إلى المواد الفرعية، والظروف البيئية، وحياة الخدمة المتوقعة، وقيود التطبيقات، وعادة ما توفر نظم المعاطف المتعددة الطوابق حماية أعلى من المعاطف المزودة ببطاقات واحدة.

وتشكل المعاطف العضوية، بما في ذلك الطلاءات والأبوكسينات والبوليوريثان والأكريكات، طبقات حاجز تمنع الأنواع الرطبة والتآكلية من الوصول إلى سطح المعادن، وتوفر الطلاءات البوكسية صمامات ممتازة ومقاومة كيميائية وخواص الحاجز، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الصناعية والبحرية، وتوفر الطوابع البوليثين مقاومة للمركبات واستقرار اللون، مما يوفر الحماية لطبقات التحلل المعماري.

وتوفر المعاطف المعدنية الحماية من الحاجز، وفي بعض الحالات الحماية التضحية للغطاء الفرعي، وتستخدم المعاطف الزنكية (الغالفانية) على نطاق واسع لحماية هياكل الفولاذ، وتوفير الحماية التضحية حيث يربط الزنك بين الكتدر بشكل تفضيلي مع طبقة الفولاذ الفرعية، وتنتج المذيبات ذات الصبغة السميكة والدائمة المحتوية على تركيزات عضوية عالية المدى.

وتوفر طلاءات الألومنيوم التي تطبقها الرش الحراري أو التخصيب بالدباب الساخن مقاومة ممتازة للتأكسدة العالية الحرارة وحماية التآكل الجوي، وتستخدم هذه المعاطف عادة في هياكل الفولاذ المعرضة لدرجات حرارة مرتفعة أو أجواء شديدة التآكل، ويمكن أن تقترن معطفات الألومنيوم العضوية من أجل تعزيز الحماية في البيئات الشديدة.

(ج) معطفات التحويل، مثل الفوسفات والكرومات والبدائل الخالية من الكروم، تعدل كيميائياً سطح المعدن لتحسين رماد الطلاء، وتوفر مقاومة إضافية للتآكل، وتستخدم هذه المعاطف عادةً كعلاجات قبل تطبيق نظم التغليف العضوي، ويخلق تضخيم الألومنيوم طبقة سميكة وشديدة الأكسيد توفر تآكلاً ممتازاً وترتدي المقاومة.

ويجب أن ينظر تصميم نظام التكليف في متطلبات إعداد السطح، وأساليب التطبيق، وظروف معالجة الغلاف، وسماكة الطلاء، والتوافق بين الطبقات، والإعداد السليم للسطح، بما في ذلك التنظيف والإنفجار الحاد، أمر حاسم لتحقيق التطفؤ الجيد والأداء الطويل الأجل، كما أن مراقبة الجودة أثناء التطبيق، بما في ذلك قياسات السميكة وكشف العطلات، تكفل سلامة التغليف.

ويمتد التفتيش والصيانة المنتظمان لنظم التصفيق إلى فترة خدمتها ويمنعان الفشل المبكر، ويبدأ تدوين التحلل عادة في العيوب والحواف ومجالات الضرر الميكانيكي، ويحول إصلاح المناطق المتضررة في الوقت المناسب دون التآكل من انتشار مناطق التغليف بالأجهزة، وينبغي أن تستند برامج التغليف بالنفقة إلى عمليات تفتيش منتظمة وتقييمات للحالات بدلا من فترات زمنية ثابتة.

نظم الحماية الطبية

والحماية من المواد الكيميائية الكاسحة هي تقنية الكهروكيميائية تمنع التآكل بجعل الهيكل المعدني هو قطيع الخلية الكهروكيميائية، ويتم ذلك إما عن طريق ربط الهيكل بمعدن أكثر نشاطا (نظام النصب التضحية) أو عن طريق تطبيق تيارات كهربائية خارجية (نظام كهربائي مكثف) وتُستخدم حماية الكاثودية على نطاق واسع في خطوط الأنابيب المدفونة، وخزانات، والهياكل البحرية، ومصنوعات الخرسانية.

وتستخدم نظم التضحية المعادن أكثر نشاطا من الهيكل الذي يجري حمايته، أو الزنك أو المغنيزيوم أو سبائك الألمنيوم، وتتآكل هذه الأنهار بشكل تفضيلي، وتوفر الإلكترونيات للهيكل المحمي، وتمنع التآكل، وتنظم الأنود التضحية ذاتية التنظيم، ولا تحتاج إلى مصدر خارجي للطاقة، وهي بسيطة نسبيا لتركيب وصيانة خطوط الأنابيب البحرية.

ويعتمد اختيار مواد العقد على مقاومة الكهرباء والناتج الحالي المطلوب، ويوفر الأنودسيوم العالي العجلات ويناسب التربة العالية المقاومة، ويستخدم الأنودزون عادة في المياه البحرية والتربة المنخفضة المقاومة، ويوفر الأنوديوم قدرة عالية على الحركة ويستخدم على نطاق واسع في التطبيقات البحرية.

وتستخدم نظم الحماية الكاسحة الحالية مصدراً للطاقة الخارجية لدفع تيارات الحماية من الأنابيب الخاملة إلى الهيكل الذي يجري حمايته، ويمكن أن تحمي نظم المركز هياكل أكبر وتوفر ناتجاً حالياً قابلاً للتكيف من أجل تهيئة الظروف المتغيرة، وتشمل المواد التي تتضمنها نظم المركز الدولي للحساب الالكتروني للمعادن الحديدي العالي التلقيح، والغرافيت، والأكسيدات المعدنية المختلطة، والتيتانيوم المشبع بالبلاد أو النيوبيوم.

ويتطلب تصميم نظم حماية الناقصين النظر بعناية في الهندسة الهيكلية، وحالة الطلاء، ومقاومة التربة والمياه، والتدخل الحالي المضلل، والمتطلبات الحالية، ويشمل التركيب السليم وضعاً مناسباً، ووصلات كهربائية، وكهرباء مرجعية لرصد أداء النظام، ويكفل الرصد والصيانة المنتظمين الحفاظ على معايير الحماية طوال فترة خدمة الهيكل.

وكثيرا ما تقترن الحماية من الطوابع الواقية في نهج تكميلي، ويوفر التصفيق الحماية الأولية للحاجز، بينما تحمي حماية الطلاء المناطق التي تتضرر أو تدهورت فيها المعاطف، ويوسع هذا الجمع إلى حد كبير نطاق الحياة في الهيكل ويخفض تكاليف الصيانة مقارنة بأي من الأسلوبين.

اعتبارات التصميم لمنع الكوروسيون

والتصميم السليم أساسي لمنع التآكل ويمكن أن يقلل بدرجة كبيرة من احتياجات الصيانة ويوسع نطاق الحياة الهيكلية، وينبغي النظر في التصميم لمقاومة التآكل من المراحل الأولى من وضع المشاريع، نظرا لأن قرارات التصميم لها آثار طويلة الأمد على أداء التآكل وتكاليف الصيانة.

وتفادي الشراك الرطبة وضمان الصرف الصحي الكافي يحول دون تراكم المياه الذي يؤدي إلى التبلل المطول والتآكل المتسارع، وينبغي تصميم الهياكل بحيث تُلقي المياه بسرعة وتمنع تجميعها في الحرق والمفاصل والأسطح الأفقية، وينبغي توفير حفر المياه في أجزاء مغلقة لمنع تراكم المياه، كما أن الأسطح المتخلفة والحواف المدورة تعزز سرعة المياه وتخفض وقت الرطب.

ويؤدي الحد من الحرق إلى الحد الأدنى وضمان التهوية الكافية إلى الحد من خطر التآكل الحرقي ويحافظ على مستويات الرطوبة الدنيا، ويؤدي الاختناق بين المكونات المتشابكة إلى تهيئة بيئات ركود حيث تركز الأنواع التآكلية وتنضب الأكسجين، ويفضل أن تكون الألواح المتقطعة أو الصواعق الميكانيكية في البيئات التآكلية، وعندما لا يمكن تجنب الختم المناسب.

فتجنب الانقسامات المجرية بين الفلزات المتفرقة يحول دون التعجيل بتآكل المعدن الأكثر نشاطا، وعندما يجب استخدام الفلزات المتفرقة على اتصال، يمكن أن تقلل عدة استراتيجيات من التآكل الجافاني: فاختيار المعادن القريبة من السلسلة المجرية، وزرع الفلزات المتفاوتة بالغازات غير الموصلية أو المعاطف، وتطبيق معادن أكثر نبيلة لضمان وجود معادن أكثر من غيرها.

ويتيح توفير إمكانية الوصول إلى التفتيش والصيانة الكشف المبكر عن التآكل والإصلاحات في الوقت المناسب وينبغي أن تكون المناطق الحرجة المعرضة للتآكل متاحة بسهولة للتفتيش البصري، وصيانة المعاطف، والاستبدال عند الاقتضاء، وأن تيسر الأفرقة القابلة للسحب، وموانئ التفتيش، والتطهير الملائم أنشطة الصيانة، وينبغي أن ينظر التصميم في الجوانب العملية لتطبيق وصيانة المعاطف الواقية، بما في ذلك الوصول إلى معدات التجهيز السطحي وأدوات تطبيق المعاطف.

إن اختيار الصومعات والمعدات المناسبة أمر هام بالنسبة للدوام الطويل الأجل، وينبغي أن يكون المكثفات من مواد تتوافق مع مع مع المعدن الأساسي وملائمة للظروف البيئية، وأن تستخدم صواعق الصلب اللاصق عادة في البيئات التآكلية، ولكن يجب الحرص على تجنب المغالاة أثناء التركيب، وينبغي أن تكون المعاطف الواقية أو الطلاءات على الصومعات متوافقة مع نظام التصفيق العام.

إن إدراج بدلات التآكل في التصميم يوفر سميك مادي إضافي لاستيعاب التآكل المتوقع على حياة خدمات الهيكل، وهذا النهج يستخدم عادة في خطوط الأنابيب، وسفن الضغط، وخزانات التخزين حيث يتوقع حدوث بعض التآكل، ولكن يجب ألا يمس السلامة الهيكلية أو الاحتواء، وينبغي أن يستند بدل التآكل إلى معدلات التآكل المتوقعة التي تحدد من التجارب أو الاختبارات أو البيانات المنشورة لبيئة مماثلة.

استراتيجيات الرقابة البيئية

ويمكن أن يؤدي التحكم في البيئة المحيطة بالهياكل المعدنية إلى الحد بدرجة كبيرة من معدلات التآكل وتوسيع نطاق الحياة في الخدمة، كما أن الرقابة البيئية فعالة بصفة خاصة بالنسبة للأماكن المغلقة أو شبه المغلقة مثل مرافق التخزين، وأجهزة الإغلاق، والعناصر الهيكلية الداخلية.

وتحافظ مراقبة الرطوبة من خلال إزالة الرضاعة على الرطوبة النسبية دون العتبة الحرجة للتآكل، ويمكن أن تحافظ أجهزة التفكيك أو النظم القائمة على التبريد على مستويات منخفضة من الرطوبة في الأماكن المغلقة، وقد يكون من العملي الحفاظ على درجات الحرارة السطحية في الأماكن الكبيرة أو الهياكل الخارجية، والتحكم في الرطوبة المحلية باستخدام أجهزة التحلل الضوئي أو أكياس اليكسيدية فوق درجة الحرارة.

وتطلق أجهزة التردد على مركبات التحلل المشتعلة التي تُستخدم في أسطح المعادن وتوفر الحماية من التآكل، وهي مفيدة بصفة خاصة لحماية المعدات أثناء التخزين والشحن، وهي متاحة بأشكال مختلفة منها الورق والأفلام والمسحوق والمسببات، وتوفر شركات VCIs الحماية في الأماكن المغلقة دون الحاجة إلى الاتصال المباشر بسطح المعادن.

وتخفض الرقابة على الملوثات في الغلاف الجوي تركيز الأنواع التآكلية في البيئة، ويمكن للمرافق الصناعية أن تطبق ضوابط للانبعاثات للحد من ثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين والغازات التآكل الأخرى، وتزيل نظم التصفية الجوية الجسيمات والهيروسولات التي قد تحتوي على الملوثات التآكلة، وفي المناطق الساحلية، يمكن للحواجز أو الغطاء النباتي أن تقلل من رذاذ الملح على الهياكل.

وتزيل برامج التنظيف والتنظيف الملوثات التآكلية من السطح المعدني قبل أن تسبب ضررا كبيرا، ويصبح غسل المياه العذبة بصورة منتظمة فعالا بصفة خاصة في البيئات البحرية والساحلية التي يشكل فيها الترسيب الملحي شاغلا رئيسيا، وينبغي أن تستند تواتر التنظيف إلى معدل تراكم الملوثات وحساسية المواد للتآكل، ويمكن تنفيذ نظم الغسيل الآلي للهياكل أو المعدات الكبيرة التي تتطلب التنظيف المتكرر.

وتمنع الغلاف الجوي الواقي من استخدام الغازات الخاملة أو الرطوبة الخاضعة للرقابة التآكل في المعدات المغلقة ومرافق التخزين، ويستخدم غطاء النيتروجين عادة في صهاريج التخزين وسفن تجهيزها لاستبعاد الأكسجين والرطوبة، ويحافظ تخزين الغلاف الجوي الخاضع للمراقبة على درجات حرارة معينة وعلى ظروف الرطوبة المثلى للوقاية من التآكل.

إدارة الممرات في بيئات محددة

البيئات البحرية والساحلية

وتشكل البيئات البحرية والساحلية بعض أكثر الظروف عدوانية للهياكل المعدنية بسبب الآثار المشتركة للرطوبة العالية، والرذاذ الملحي، والارتطام المستمر أو المتقطع في مياه البحر، ويمكن أن تكون معدلات التآكل في هذه البيئات أشد من مثيلاتها في الجو الريفي أو الحضري.

وتعاني الهياكل في منطقة التصادم من أشد التآكل بسبب استمرار دورات التبت والجفاف، وارتفاع مستوى الأكسجين، وتراكم الملح، وينبغي أن يعطي اختيار المواد للتطبيقات البحرية الأولوية للخطوط التي تقاوم التآكل الشديد مثل الفولاذات المجهرية الفوقية، والصلب غير القابل للذوبان، وسمك النيكل النحاس، أو تركيبات البلطين المضغوطة التي تتكون من 300 تطبيقات الحرجة.

والحماية من الطوابع الغذائية ضرورية بالنسبة لأجزاء من الهياكل البحرية المغمورة، وهي تستخدم عادة في هوايات السفن، والمنصات البحرية، والفطائر، وخطوط الأنابيب تحت الماء، وتستخدم الأنابيب التضحيةية للألومنيوم أو الزنك على نطاق واسع في مياه البحر بسبب ناتجها الحالي الجيد وانخفاض تكلفتها نسبيا، وتوفر النظم الحالية المكتظة التي تستخدم أكسيدات متعددة المعادن الحماية للهياكل الكبيرة ويمكن تعديلها لمراعاة الظروف المتغيرة.

ويمكن أن يؤدي التآكل البيولوجي في البيئات البحرية إلى التعجيل بالتآكل من خلال عدة آليات، منها إنشاء خلايا تبدلية، وإنتاج منتجات الأيض التآكل، والأضرار التي تلحق بمعاطف الحماية، وتساعد المعاطف المضادة للحلف على منع النمو البيولوجي على السطح المغمور، وتعد برامج التنظيف والتفتيش المنتظمة أساسية للحفاظ على سلامة التغليف والكشف عن التآكل في المراحل المبكرة.

ويؤثر الفصل من خط الساحل تأثيرا كبيرا على التآكل في الغلاف الجوي، حيث تحدث أشد الظروف حدة في بضع مئات من مترات الساحل، وتشهد الهياكل الموجودة داخل الأراضي معدلات تقل تدريجيا في معدلات ترسيب الملح، وتدني معدلات التآكل المقابلة، ويساعد التقييم الخاص بالمواقع لمعدلات ترسب الكلوريد على تحديد استراتيجيات الحماية الملائمة للهياكل الساحلية.

الغلاف الجوي الصناعي

وكثيرا ما تتضمن البيئات الصناعية تركيزات مرتفعة من ثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين والملوثات الحمضية الأخرى التي تعجل التآكل بدرجة كبيرة، وتخلق مرافق التجهيز الكيميائي والمصافي ومحطات الطاقة وعمليات التصنيع مناطق محلية ذات ترابط عال وتتطلب اهتماما خاصا في اختيار المواد وتدابير الحماية.

كما أن أوكسيدات النيتروجين تشكل كذلك نباتات النيتروز وأحماض النباتية، وتخلق أجساماً شديدة التآكل، كما أن أكسيد النيتروجين في شكل نترووس وحامضات نيتيريك، ويخلق مزيجاً من الملوثات الحمضية ذات الرطوبة العالية بيئات عدوانية تهاجم بسرعة فولاذ الكربون وغيره من المواد الهيكلية المشتركة.

ويجب أن تقاوم نظم التكتل في البيئات الصناعية التآكل الجوي والهجوم الكيميائي من مواد التصنيع، كما أن المعاطف العالية الأداء مثل الفينولكية الوبوكسية، والإسترات الفينية، والمفلورات الفلوروبوليمرات توفر مقاومة كيميائية أعلى، وينبغي أن ينظر اختيار الكيماويات في التعرض الكيميائي المحدد، وظروف الحرارة، والإجهاد الميكانيكي الذي يصادف في الخدمة.

وتكتسي برامج التفتيش والصيانة المنتظمة أهمية حاسمة في البيئات الصناعية حيث يمكن أن تكون معدلات التآكل مرتفعة وعواقب الفشل الشديد، كما أن رصد الكوروزون باستخدام مسبارات المقاومة الكهربائية، ومستشعرات مقاومة الاستقطاب الخطي، أو قسائم التآكل توفر بيانات كمية عن معدلات التآكل وتساعد على تحقيق الحد الأمثل من تدابير مكافحة التآكل.

وتستفيد تدابير مراقبة العمليات التي تقلل من انبعاثات الغازات التآكل من الجودة البيئية ومن التحكم في التآكل، وتخفض أجهزة التكتل والمرشحات وغيرها من تكنولوجيات مراقبة الانبعاثات تركيزات الملوثات في الغلاف الجوي داخل المرافق الصناعية وحولها، وتمنع التهوية السليمة للفضاء المغلقة تراكم الغازات التآكلة وتحافظ على مستويات الرطوبة المنخفضة.

المناخ المداري والمناخ الرطب

وتشكل المناخات المدارية والرطبة ظروفاً صعبة للسيطرة على التآكل بسبب ارتفاع درجات الحرارة باستمرار، وارتفاع الرطوبة النسبية، والهيمنة المتكررة، وهذه الظروف تشجع الرطب المستمر أو شبه المستمر لأسطح المعادن، مما يؤدي إلى معدلات تآكل معجلة مقارنة بالمناخ المعتدل.

وتعجل درجات الحرارة المرتفعة بتكرار حركية التآكل، حيث تضاعف معدلات التآكل تقريباً لكل ارتفاع حرارة كل 10 درجات مئوية، وتخلق مزيجاً من درجات الحرارة العالية والرطوبة العالية ظروفاً عدوانية خاصة، وكثيراً ما يحدث التكثيف الليلي في المناخات الاستوائية، ويحتفظ بأفلام الرطوبة على سطح المعادن حتى خلال فترات دون المطر.

والنمو البيولوجي، بما في ذلك الطحالب والفطري والبكتيريا، شائع في البيئات الاستوائية ويمكن أن يسهم في التآكل من خلال عدة آليات، ويحدث التآكل المؤثر على نحو متناهي الصغر عندما تخلق المستعمرات المجهرية ظروفاً متآكلة محلية تحت الرشائق الأحيائية، ويساعد التنظيف المنتظم لإزالة النمو البيولوجي على منع التكتل المائي المتعدد الأطراف والحفاظ على سلامة المعاطف.

ويجب أن تقاوم نظم التكتل في البيئات المدارية الرطوبة العالية، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية، والنمو البيولوجي، وتوفر المعاطف البوكسية والبوليوريثانية بالمبيدات الأحيائية أداءً جيداً في الظروف المدارية، ويتطلب تطبيق التكافل في المناخات الاستوائية اهتماماً دقيقاً لتهيئة السطح وتهيئة الظروف، حيث يمكن أن يتداخل الرطوبة العالية مع التغاء والعلاج.

فالزراعة والصرف هما أمران هامان بوجه خاص في المناخات المدارية لمنع تراكم المياه والحفاظ على التداول الجوي، وينبغي تهوية الأماكن المغلقة للحد من مستويات الرطوبة ومنع التكثيف، ويجب تصميم نظم الترميم لمعالجة الكثافة المرتفعة في سقوط الأمطار ومنع زراعة المياه.

البيئة الباردة والشمالية

وتشكل البيئات الباردة والقارية تحديات فريدة للتآكل، بما في ذلك التدوير المتجمد، والتشكيل الجليدي، واستخدام أملاح التكديس، وفي حين أن درجات الحرارة المنخفضة تقل عموماً حركية التآكل، فإن عوامل أخرى يمكن أن تؤدي إلى مشاكل كبيرة في المناخات الباردة.

ويتسبب التدوير المتجمد في ضغوط ميكانيكية في المواد والمعاطف، مما يؤدي إلى تفكيكها وتطهيرها، وتتوسع المياه المحصورة في الخرافات عند التجميد، مما يخلق ضغوطا عالية يمكن أن تلحق أضرارا بمعاطف الحماية ومواد التشريح، وينبغي أن يقلل التصميم من الشراك المائية ويكفل الصرف الكافي قبل أن يحدث التجميد.

وتخلق أملاح إزالة الألغام المستخدمة على الطرق والجسور ظروفاً شديدة التآكل بالنسبة للمركبات والهياكل الأساسية، وتعاني الأسطوانات القائمة على الكلوريد من عدوانية خاصة، مما يتسبب في تآكل سريع في تعزيز الفولاذ في التآكل الخرساني والمعجل لمكونات المركبات، ويعتبر غسل الأموال بصورة منتظمة لإزالة الودائع المالحة أمراً أساسياً لمكافحة التآكل في المناطق التي تستخدم فيها أملاح إزالة الأنهار.

ويجب أن تحافظ نظم التكتل في المناخات الباردة على المرونة عند درجات حرارة منخفضة من أجل استيعاب التوسع الحراري والانكماش دون التفكك، وتوفر المعاطف التي تصاغ للمرونة المنخفضة الحرارة أداء جيدا، كما أن الإعداد السطحي وتطبيق الطلاء في الطقس البارد يتطلبان إجراءات خاصة وقد يتطلبان الكشف عن الضغائن المسخنة لتحقيق العلاج المناسب.

ويجب أن تشكل نظم الحماية الضاربة في المناخات الباردة زيادة مقاومة التربة عند درجات حرارة منخفضة واحتمال تجميد الكهروليت، وقد تتطلب النظم الحالية المكتظة ارتفاعاً في فولتات للتغلب على زيادة المقاومة، وينبغي أن تستخدم نظم الأنود التضحية الأنابيب المغنزية التي توفر قدرة كافية على الحركة في التربة المتجمدة ذات المقاومة العالية.

تحليل تكاليف دورة الحياة

فالكوروسيون يفرض تكاليف اقتصادية هائلة على المجتمع من خلال الخسائر المادية، ونفقات الصيانة، وتأخر الإنتاج، واستبدال المعدات والهياكل الأساسية قبل الأوان، وتشير التقديرات إلى أن تكاليف التآكل تصل إلى عدة في المائة من الناتج المحلي الإجمالي في الدول الصناعية، غير أن الدراسات أظهرت أنه يمكن تجنب جزء كبير من هذه التكاليف من خلال التطبيق السليم لتكنولوجيات مكافحة التآكل القائمة وأفضل الممارسات.

ويوفر تحليل تكاليف دورة الحياة إطارا لتقييم بدائل مكافحة التآكل بالنظر في جميع التكاليف على مدى العمر المتوقع للخدمة في هيكل أو عنصر ما، ويسلم هذا النهج بأن تكاليف المواد الأولية والحماية هي عنصر واحد فقط من مجموع تكاليف الملكية، وأن نفقات الصيانة وتكاليف التفتيش وخسائر الإنتاج أثناء الإصلاح وتكاليف الاستبدال النهائية كثيرا ما تتجاوز التكاليف الأولية للهياكل التي لا تتوفر فيها حماية كافية للتآكل.

وتشمل التكاليف الأولية اختيار المواد، وإعداد السطح، وضمادات الحماية، ونظم حماية الطاعون، وغيرها من تدابير مراقبة التآكل التي نفذت أثناء التشييد أو التصنيع، وفي حين أن المواد المقاومة للتآكل ونظم التصفيف ذات الأداء العالي تكلف عادة أكثر من الفولاذ الأساسي للكربون الذي لا يوفر سوى الحد الأدنى من الحماية، فإن هذه التكاليف الأولية المرتفعة كثيرا ما تبررها انخفاض احتياجات الصيانة وطول مدة الخدمة.

وتشمل تكاليف الصيانة عمليات التفتيش المنتظمة، وإصلاح المعاطف، واستبدال الأشعار، وغيرها من الأنشطة اللازمة للحفاظ على حماية التآكل طوال فترة الخدمة، وتحتاج الهياكل التي لا تتوفر فيها الحماية الأولية الكافية إلى صيانة أكثر تواتراً واتساعاً، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف التراكمية، وتؤثر إمكانية الوصول إلى الصيانة تأثيراً كبيراً، حيث تتطلب المناطق التي يصعب الوصول إليها معدات وإجراءات متخصصة تزيد من النفقات.

وتشمل تكاليف الفشل التكاليف المباشرة للإصلاحات أو الاستبدال، فضلا عن التكاليف غير المباشرة مثل خسائر الإنتاج، والتنظيف البيئي، والمسؤولية، وعواقب السلامة المحتملة، وقد تؤدي حالات الفشل الكارثية الناجمة عن التآكل إلى تكاليف تتجاوز كثيرا قيمة العنصر الفاشل نفسه، وينبغي أن ينظر تقييم المخاطر في احتمال حدوث الإخفاقات المتصلة بالتآكل وفي العواقب المحتملة لها.

وتؤثر معدلات الفرز والقيمة الزمنية للمال تأثيرا كبيرا على حسابات تكاليف دورة الحياة، ويجب خصم التكاليف المقبلة إلى القيمة الحالية للمقارنة المجدية للبدائل، ويساعد تحليل الحساسية على تحديد الافتراضات التي تؤثر بشدة على المقارنة الاقتصادية، وحيثما تكون المعلومات الإضافية ذات قيمة أكبر.

ويؤدي عدم اليقين في التنبؤات المتعلقة بحياة الخدمات، ومعدلات التآكل، والتكاليف المستقبلية إلى تعقيد التحليل الاقتصادي، وتساعد الافتراضات المحافظة وعوامل السلامة على فهم عدم اليقين، ولكن قد تؤدي إلى تجاوز في التصميم في بعض الحالات، ويمكن للنهج التساهلية التي تنظر صراحة في توزيعات عدم اليقين أن توفر تقييمات اقتصادية أكثر دقة.

وقد تؤثر العوامل غير الاقتصادية، بما في ذلك السلامة، والآثار البيئية، والاعتبارات الجمالية، على القرارات التي تتجاوز مجرد تحقيق الاستخدام الأمثل اقتصاديا، وقد تُلزم المتطلبات التنظيمية مستويات معينة من الحماية بصرف النظر عن الاعتبارات الاقتصادية، وتُفضى أهداف الاستدامة بصورة متزايدة الحلول التي تقلل من استهلاك الموارد والآثار البيئية على مدى دورة الحياة الكاملة.

التكنولوجيات الناشئة والاتجاهات المستقبلية

وتهيئ التطورات في علوم المواد وتكنولوجيا الاستشعار وتحليل البيانات فرصا جديدة لتحسين مراقبة التآكل وإدارته، وتجرى حاليا عمليات التصفيق الذكية التي توفر قدرات على التعافي الذاتي أو تبين الضرر الناجم عن تغيرات الألوان، وتبدأ في رؤية التطبيق التجاري، وتحتوي هذه المعاطف على عوامل معالجة مصغرة تفرج عنها عندما تتضرر، وتصلح تلقائيا عيوب صغيرة قبل أن يبدأ التآكل.

ويمكِّن علم النانوات من تطوير مواد التغليف المتقدمة ذات خصائص الحاجز الأعلى، وتعزيز الشد، والقدرات المتعددة الوظائف، ويمكن أن تؤدي مضافات الجسيمات النانوية إلى تحسين الممتلكات الميكانيكية، ومقاومة المركبات، وحماية نظم التغليف التقليدية من التآكل، وتظهر المعاطف المعززة في غرافين ونانووب الكربون وعداً بخصائص الحاجز الاستثنائية ودوامها.

وتتيح شبكات الاستشعار اللاسلكية اللاسلكية الرصد المستمر لظروف التآكل والبيئة عبر الهياكل الكبيرة والأصول الموزعة، ويمكن للمستشعرات التي تعمل بالبطارية أو التي تستهلك الطاقة أن تعمل لسنوات دون صيانة، وتوفر بيانات آنية عن معدلات التآكل، وحالة الطلاء، والبارامترات البيئية، ويتيح التكامل مع منابر البيانات القائمة على الغيوم وجود تحليلات متقدمة واستراتيجيات لصيانة التنبؤ.

ويجري تطبيق التعلم من الآلات والاستخبارات الاصطناعية على التنبؤ بالارتقاءات وإدارتها، ويمكن للنظم الجيرية التي تم تدريبها على البيانات التاريخية أن تحدد الأنماط وتتوقع سلوك التآكل في المستقبل على نحو أكثر دقة من النماذج التجريبية التقليدية، ويمكن لنظم الرؤية الحاسوبية أن تكتشف وتقيس بصورة تلقائية الضرر اللاحق الناجم عن صور التفتيش، مما يقلل الوقت والخبرة اللازمين لتقييم الأوضاع.

فالصناعة المضافة )الطباعة )٣ دال( تتيح إنتاج كميات من الجيولوجيا المعقدة على النحو الأمثل لمقاومة التآكل وتصنيع المكونات من السواحل المتقدمة المقاومة للتآكل التي يصعب تجهيزها باستخدام الأساليب التقليدية، ويمكن أن توفر المواد التي يتم تصنيفها حسب الأصول الوظيفية والتي تختلف عن تركيبتها من خلال السميك مقاومة للتآكل على السطح مع الحفاظ على القوة والقوى في الداخل.

إن تحسين قدرات النماذج التي تجمع بين ديناميات السوائل الحاسوبية، وعمليات المحاكاة الكهروكيميائية، وتحليل الإجهاد الميكانيكي، يتيحان التنبؤ بمزيد من الدقة بسلوك التآكل في الجيولوجيا المعقدة وظروف التشغيل، وتدعم هذه الأدوات التصميم الأمثل لمقاومة التآكل وتساعد على تحديد المجالات الحرجة التي تتطلب حماية معززة.

وتحظى تكنولوجيات التحكم في التآكل المستدام باهتمام متزايد، حيث تضيق الأنظمة البيئية وتصبح الاستدامة أولوية، إذ أن تطوير نظم التغليف الملائمة للبيئة، وتصفيات التحويل الخالية من الكرومات، ومثبطات التآكل الأحيائي تعالج الشواغل البيئية مع الحفاظ على حماية فعالة للتآكل، وتساعد منهجيات تقييم دورة الحياة على تقييم الآثار البيئية الكاملة لبدائل مكافحة التآكل.

أفضل الممارسات لبرامج مكافحة الكوروسيون

وتتطلب المراقبة الفعالة للتآكل نهجا منهجيا يدمج التصميم، واختيار المواد، وتدابير الحماية، والرصد، والصيانة في برنامج شامل، وتتابع المنظمات التي تدير التآكل بنجاح أفضل الممارسات المتبعة باستمرار، وتحسن برامجها باستمرار استنادا إلى الخبرة والتكنولوجيات الجديدة.

ويضمن وضع سياسات وإجراءات واضحة لإدارة التآكل التطبيق المتسق لمبادئ مراقبة التآكل في المنظمة، وتوفر المعايير الكتابية لاختيار المواد، ومواصفات المعاطف، وإجراءات التفتيش، وممارسات الصيانة التوجيه للموظفين، وكفالة استخلاص الدروس المستفادة وتطبيقها على المشاريع المقبلة.

ويعد تدريب وتعليم الموظفين المشاركين في التصميم والتشييد والتشغيل والصيانة أمرا أساسيا من أجل مراقبة التآكل بصورة فعالة، ويقوم المهندسون والمفتشون وتقنيون الصيانة والمشغلون بدور هام في منع التآكل وإدارته، وتبقي برامج التدريب المنتظمة الموظفين على حالها مع أفضل الممارسات والتكنولوجيات الجديدة.

وتدعم الوثائق وحفظ السجلات إدارة التآكل الفعال بتوفير بيانات تاريخية عن معدلات التآكل، والأداء المغطى بالأدوية، وأنشطة الصيانة، والتكاليف، وتسترشد هذه المعلومات بالقرارات المقبلة وتتيح التحسين المستمر لاستراتيجيات مراقبة التآكل.

ويحسن التعاون بين أصحاب المصلحة، بمن فيهم الملاك والمصممون والمتعاقدون والمتطوّرون ووكالات التفتيش، نتائج مراقبة التآكل، ويكفل إشراك المتخصصين في التآكل في مرحلة مبكرة في تخطيط المشاريع معالجة الاعتبارات التآكلية على النحو المناسب في التصميم، ويحول الإبلاغ الواضح عن الاحتياجات والتوقعات دون حدوث سوء فهم يمكن أن يعرّض حماية التآكل للخطر.

وتتحقق إجراءات ضمان الجودة ومراقبة الجودة من تنفيذ تدابير الرقابة التآكل تنفيذاً سليماً، فالتفتيش والاختبار أثناء إعداد السطح، وتطبيق التصفيف، والبناء يكفل الامتثال للمواصفات، ويوفر التفتيش المستقل للأطراف الثالثة ضماناً إضافياً لجودة التطبيقات الحرجة.

وتستفيد عمليات التحسين المستمرة من التغذية المرتدة من الرصد والتفتيش والتحقيقات الفشلية في تنقيح استراتيجيات مراقبة التآكل، ويحدد تحليل الأسباب الجذرية لإخفاقات التآكل المسائل العامة التي يمكن معالجتها من خلال التغييرات في التصميم أو تحسين المواد أو تدابير الحماية المعززة، ويحدد تحديد المعايير في أفضل الممارسات في مجال الصناعة الفرص المتاحة للتحسين.

ويكفل التكامل مع نظم إدارة الأصول تخطيط أنشطة مراقبة التآكل على النحو السليم، ووضع ميزانياتها وتنفيذها كجزء من الاستراتيجيات العامة لإدارة الأصول، وتعطي النُهج القائمة على المخاطر الأولوية للموارد التي تتجه نحو الأصول والمواقع التي يشكل فيها التآكل أكبر المخاطر التي تهدد السلامة أو العمليات أو الأداء المالي.

خاتمة

ودور البيئة في التآكل أساسي ومتعدد الجوانب، ويشمل تفاعلات معقدة بين الرطوبة ودرجة الحرارة والملوحة والملوثات الجوية وغيرها من العوامل، ويعتبر فهم هذه التأثيرات البيئية أمرا أساسيا في مراقبة التآكل الفعالة وتصميم الحماية، ويوفر التقييم البيئي الشامل باستخدام الأساليب الموحدة، وتقنيات رصد التآكل، واختبار التعرض الميداني الأساس لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن اختيار المواد وتدابير الحماية.

ويمكن لاستراتيجيات التصميم الحمائي، بما في ذلك اختيار المواد المناسبة، ونظم التصفيف ذات الأداء العالي، والحماية من الطرود، والضوابط البيئية أن توسع إلى حد كبير نطاق خدمة الهياكل المعدنية وأن تقلل من التكاليف المتصلة بالتآكل، وأن تحدد الاعتبارات التي تقلل من شراك الرطوبة إلى أدنى حد، وتتجنب الانقلابات المجرية، وتوفر إمكانية الوصول إلى الصيانة تسهم في مقاومة التآكل الطويلة الأجل، ويبين تحليل تكلفة دورة الحياة أن الاستثمارات في حماية التآكل توفر عادة عائدات ممتازة من خلال خفض تكاليف الصيانة.

وتهيئ التكنولوجيات الناشئة، بما في ذلك المعاطف الذكية وشبكات الاستشعار اللاسلكية والمحللين المتقدمين، فرصا جديدة لتحسين إدارة التآكل، وتستثمر المنظمات التي تعتمد برامج منهجية لمراقبة التآكل في تدريب الموظفين، وتحسن باستمرار ممارساتها القائمة على الخبرة والتكنولوجيات الجديدة، وتحقق نتائج أفضل في حماية أصولها من الأضرار التآكلية.

ومع تطور عصر الهياكل الأساسية والتحديات البيئية، لا تزال أهمية الرقابة الفعالة على التآكل تتزايد، وبتطبيق المبادئ والممارسات التي نوقشت في هذه المادة، يمكن للمهندسين والمصممين ومديري الأصول اتخاذ قرارات مستنيرة تحمي الهياكل الأساسية الحيوية، وتضمن السلامة والموثوقية، وتعظيم استخدام الموارد على امتداد دورة الحياة الكاملة للهياكل والمكونات المعدنية.

الموارد الإضافية

وبالنسبة للمهنيين الذين يسعون إلى تعميق معرفتهم بالترابط والتصميم الوقائي، هناك موارد عديدة متاحة، إذ توفر منظمات مهنية مثل المنظمة الدولية للكيمياء والأخلاقيات (التي أصبحت الآن جزءا من رابطة حماية المواد وأدائها) ولجنة السلامة الاجتماعية: جمعية التكتل الواقية منشورات تقنية ودورات تدريبية وبرامج لإصدار الشهادات، وتوفر معايير الصناعة، بما فيها المعيار الدولي للتوحيد القياسي رقم 9223، ومعايير اختبار التكافل في النظام الآلي للمواصف، توجيهات مفصلة بشأن أساليب التقييم والحماية.

وتُجري المؤسسات الأكاديمية ومنظمات البحوث بحوثاً جارية بشأن آليات التآكل وتكنولوجيات الحماية واستراتيجيات الإدارة، وتنشر المجلات التقنية آخر النتائج ودراسات الحالات التي تُعزز الميدان، وتيسر الموارد على الإنترنت، بما في ذلك الشبكات الإلكترونية، والمقالات التقنية، ومنتديات المناقشة تبادل المعارف بين المهنيين العاملين في مجال التآكل في جميع أنحاء العالم.

لمزيد من المعلومات عن اختبار التآكل والرصد، زيارة ASTM International] للمعايير الشاملة وأساليب الاختبار