التآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية

يُعدّ التآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية آليةً للتآكل تحدث عند ملامسة التوربينات الغازية ، ومحركات الديزل ، والأفران ، أو غيرها من الآلات، للغاز الساخن المحتوي على ملوثات معينة. يحتوي الوقود أحيانًا على مركبات الفاناديوم أو الكبريتات، التي قد تُشكّل مركبات ذات نقطة انصهار منخفضة أثناء الاحتراق. تُعدّ هذه الأملاح السائلة المنصهرة شديدة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك الأخرى المقاومة عادةً للتآكل في درجات الحرارة العالية. تشمل أنواع التآكل الأخرى في درجات الحرارة العالية الأكسدة في درجات الحرارة العالية ، ^{والكبرتة} ، والتكربن . تُستخدم عادةً نماذج ^{ديل -} غروف لنمذجة الأكسدة في درجات الحرارة العالية وأنواع التآكل الأخرى، وذلك لمراعاة ديناميكيات الانتشار والتفاعل.

يُفرّق عمومًا بين نوعين من التآكل الساخن الناجم عن الكبريتات : النوع الأول يحدث فوق نقطة انصهار كبريتات الصوديوم ، بينما يحدث النوع الثاني تحت نقطة انصهار كبريتات الصوديوم ولكن في وجود كميات صغيرة من _SO3 . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

في النوع الأول، تذوب طبقة الأكسيد الواقية بفعل الملح المنصهر. ينطلق الكبريت من الملح وينتشر في الركيزة المعدنية، مكونًا كبريتيدات الألومنيوم أو الكروم ذات اللون الرمادي أو الأزرق. بعد إزالة طبقة الملح، ومع احتجاز الألومنيوم أو الكروم، لا يستطيع الفولاذ إعادة بناء طبقة أكسيد واقية جديدة. تتكون كبريتات القلويات من ثالث أكسيد الكبريت ومركبات تحتوي على الصوديوم. ولأن تكوين الفانادات هو المفضل، فإن الكبريتات لا تتكون إلا إذا كانت كمية المعادن القلوية أعلى من كمية الفاناديوم المقابلة. ^{[ 3 ]}

وقد لوحظ نفس النوع من الهجوم بالنسبة لكبريتات البوتاسيوم وكبريتات المغنيسيوم .

يوجد الفاناديوم في البترول ، وخاصةً في كندا وغرب الولايات المتحدة وفنزويلا ومنطقة الكاريبي، وغالبًا ما يرتبط بالبورفيرين في مركبات عضوية فلزية. ^{[ 4 ]} تتركز هذه المركبات في الأجزاء ذات درجة الغليان الأعلى، والتي تُشكل بدورها أساس زيوت الوقود الثقيلة المتبقية . كما توجد بقايا الصوديوم، بشكل أساسي من كلوريد الصوديوم ومواد معالجة الزيوت المستهلكة، في هذا الجزء من البترول. يؤدي احتراق أي كمية تزيد عن 100 جزء في المليون من الصوديوم والفاناديوم إلى إنتاج رماد قادر على التسبب في تآكل رماد الوقود . ^{[ 4 ]}

تحتوي معظم أنواع الوقود على آثار ضئيلة من الفاناديوم . يتأكسد الفاناديوم إلى فانادات مختلفة . يمكن للفانادات المنصهرة، الموجودة على شكل رواسب على المعدن، أن تُزيل طبقات الأكسيد وطبقات التخميل . علاوة على ذلك، يُسرّع وجود الفاناديوم انتشار الأكسجين عبر طبقة الملح المنصهر إلى الركيزة المعدنية. يمكن أن توجد الفانادات في صورة شبه موصلة أو أيونية، حيث تتميز الصورة شبه الموصلة بقدرة تآكل أعلى بكثير لأن الأكسجين يُنقل عبر فراغات الأكسجين . في المقابل، تنقل الصورة الأيونية الأكسجين عن طريق انتشار الفانادات بأكملها، وهي عملية أبطأ بكثير. الصورة شبه الموصلة غنية بخامس أكسيد الفاناديوم. ^{[ 3 ] [ 5 ]}

عند درجات الحرارة المرتفعة أو عند انخفاض نسبة الأكسجين، تتشكل أكاسيد مقاومة للحرارة ، مثل ثاني أكسيد الفاناديوم وثالث أكسيد الفاناديوم . هذه الأشكال المختزلة من الفاناديوم لا تُسهم في التآكل. مع ذلك، في الظروف الأكثر شيوعًا للاحتراق، يتشكل خامس أكسيد الفاناديوم . ويتشكل مع أكسيد الصوديوم _، الفانادات بنسب تركيبية مختلفة. تتميز الفانادات ذات التركيب التقريبي Na₂O.₆V₂O₅ _بأعلى معدلات التآكل عند درجات حرارة تتراوح بين 593 و816 درجة مئوية؛ عند درجات الحرارة المنخفضة ، تكون الفانادات في حالة صلبة، وعند درجات الحرارة _{المرتفعة} ، تُسهم الفانادات ذات النسبة الأعلى من الفاناديوم بشكل أكبر في ارتفاع معدلات التآكل. ^{[ 5 ] [ 3 ]}  

تعتمد قابلية ذوبان أكاسيد طبقة التخميل في الفانادات _{المنصهرة} على تركيب طبقة الأكسيد. يذوب أكسيد الحديد الثلاثي بسهولة في الفانادات التي تتراوح تركيبتها بين _{Na₂O.₆V₂O₅} و 6Na₂O.₆V₂O₅ _{، عند} درجات حرارة أقل من 705 درجة مئوية ، بكميات تصل إلى كتلة الفانادات. هذا النطاق التركيبي شائع في الرماد، مما يزيد المشكلة تعقيدًا. أما _{أكسيد الكروم} الثلاثي ، وأكسيد النيكل الثنائي ، وأكسيد الكوبالت الثنائي ، فهي أقل قابلية للذوبان في الفانادات؛ إذ تحولها إلى الشكل الأيوني الأقل تآكلًا، وتتميز فاناداتها بالتصاقها الشديد، ومقاومتها للحرارة، وعملها كحاجز للأكسجين. ^{[ 5 ] [ 3 ]} 

يمكن تقليل معدل التآكل الناتج عن الفانادات عن طريق تقليل كمية الهواء الزائد المتاح للاحتراق لتشكيل الأكاسيد المقاومة للحرارة بشكل تفضيلي، أو باستخدام الطلاءات المقاومة للحرارة على الأسطح المكشوفة، أو باستخدام سبائك عالية الكروم، مثل 50% نيكل/50% كروم أو 40% نيكل/60% كروم. ^{[ 6 ]}

يؤدي وجود الصوديوم بنسبة 1:3 إلى أدنى درجة انصهار، ويجب تجنبه.  قد تتسبب درجة الانصهار هذه، البالغة 535 درجة مئوية، في مشاكل في الأجزاء الساخنة من المحرك، مثل رؤوس المكابس ومقاعد الصمامات والشواحن التوربينية . ^{[ 5 ] [ 3 ]}

يمكن للرصاص أن يُشكّل خبثًا منخفض الانصهار قادرًا على صهر طبقات الأكسيد الواقية. ^{[ 7 ] [ 8 ]} يُعرف الرصاص غالبًا بتسببه في تشقق التآكل الإجهادي في المواد الشائعة المعرضة للرصاص المنصهر. وقد عُرفت قابلية الرصاص للتشقق منذ فترة، حيث أن معظم سبائك الحديد، بما في ذلك تلك المستخدمة في حاويات الصلب وأوعية أحواض الرصاص المنصهر، عادةً ما تفشل بسبب التشقق. ^{[ 9 ]}

يمكن أن يتسبب الرصاص أيضًا في تقصف المعدن السائل ، وهو كسر هش سريع تحت تأثير إجهاد الشد حيث يتغلغل الرصاص السائل في حدود الحبيبات . كما يتسبب الرصاص في "هشاشة ساخنة" في الفولاذ المقاوم للصدأ ، مما يؤدي إلى فقدان الليونة عند درجات الحرارة العالية نتيجة لانفصال الرصاص عند حدود الحبيبات. بالإضافة إلى ذلك، في بيئات المفاعلات النووية، يمكن أن تتركز شوائب الرصاص في أنابيب مولد البخار، مما يرتبط بتشقق التآكل الإجهادي، والذي يتفاقم بشكل خاص في الظروف الكاوية.

• الأكسدة الداخلية
• نموذج ديل غروف
• الأكسدة الحرارية
• التدرج (علم المعادن)
• هندسة التآكل

• معلومات عن التآكل الساخن