يعتبر اختبار الغمر أحد أكثر الاختبارات فعالية اختبار التآكل طرق لتقييم مقاومة المواد للتآكل تحت تأثير سوائل مُتحكم بها. في هذا الاختبار، تُغمر مكونات العينة في محلول ملحي بتركيز 3%-5% لفترة زمنية محددة، ويُقيّم التأثير. يُجرى التقييم بقياس معدل التآكل، وفقدان الوزن، وخصائص ميكانيكية أخرى للمكونات. يُوفر هذا الاختبار معلومات قيّمة حول مادة الطلاء المستخدمة في تصنيع مكونات صناعات متعددة، مثل السيارات والهندسة والفضاء.
المحتويات
لماذا يتم إجراء اختبار الغمر؟
يتم إجراء اختبار الغمر من أجل:
- تقييم متانة المواد في البيئات السائلة المختلفة.
- التنبؤ بتقييم التآكل على المدى الطويل للتنبؤ بأداء المعادن والسبائك.
- المساعدة في اختيار المواد عن طريق مقارنة مقاومة التآكل.
- تقييم فعالية الطلاءات الواقية والمعالجات في ظل ظروف الغمر.
عملية اختبار الغمر
تحضير المكونات
الخطوة الأولى في إجراء اختبار الغمر هي تحضير العينة أو مكوناتها لجعل النتائج أكثر واقعية. فيما يلي بعض التحضيرات التي تتم:
- عادة يتم أخذ مكونات العينة ذات البعد 2.5 سم × 5 سم × 0.3 سم.
- إذا كان هناك أي نوع من احتمالية الإجهاد الميكانيكي في الظروف الحقيقية، فقد يتم ثني المكونات إلى انحناءات على شكل حرف U، أو حلقات على شكل حرف C، أو قضبان شد.
- للتحقق من الشق، يمكن عمل ثقوب مقاومة للتآكل فيه. ولمحاكاة تآكل الشقوق، يمكن استخدام مُشكِّلات الشقوق، مثل الغسالات أو الحشوات.
تنظيف المكونات قبل الاختبار
بعد تحضير المكونات، تُنظّف جيدًا قبل غمرها في محلول ملحي. هنا، تُنظّف المكونات إما بفرشاة نايلون أو بفركها بمنظف غير مكلور، ثم تُشطف بالماء المقطر. في هذه الخطوة، تُزال أي غبار أو زيت أو أي بقايا أخرى من المكون.
قياسات ما قبل الاختبار
قبل غمر مكونات العينة في المحلول، يتم قياس وزنها وأبعادها، مما يساعد في حساب فقدان الوزن بعد الاختبار.
إجراء اختبار الغمر
الآن، تُعلّق المكونات في المحلول التآكلي دون تلامس بعضها البعض أو مع الحاوية. يُختار محلول الاختبار، والحجم، ودرجة الحرارة، والتحريك بناءً على المعيار الذي يُجرى الاختبار بموجبه. على سبيل المثال، تُلخّص شروط اختبار التآكل بالغمر ASTM G31 هنا:
| معامل | المواصفات |
|---|---|
| تركيبة المحلول | 3.5% NaCl (محاكاة بحرية) أو 1 N HCl (اختبار عدواني) |
| التحكم في درجة الحرارة | 25 ± 2 درجة مئوية (قياسية)؛ حتى 45 درجة مئوية للظروف القاسية |
| الرقم الهيدروجيني للمحلول | سجل الرقم الهيدروجيني الأولي؛ اضبطه باستخدام حمض الهيدروكلوريك أو هيدروكسيد الصوديوم؛ حافظ عليه إذا كان الرقم الهيدروجيني يؤثر على النتائج |
| تهوئة | مهوى - فقاعات الهواء؛ منزوع الهواء - فقاعات النيتروجين أو الأرجون قبل وأثناء الاختبار |
| سرعة الحل | استخدم أنظمة التدفق (على سبيل المثال، المحلول المتحرك، الأسطوانة الدوارة)؛ سجل النوع والحجم |
| مدة الاختبار | عادة من 24 إلى 168 ساعة؛ وهي مدة كافية لقياس التآكل دون تقشير |
فحص ما بعد الاختبار
بعد انتهاء الاختبار، تُخرج المكونات من المحلول، ويُجرى فحص بصري. يُجرى هذا عادةً باستخدام التكبير البصري لتحديد أماكن التآكل أو التنقر أو تآكل الشقوق. قبل أي تنظيف، تُفحص العينات بصريًا، غالبًا باستخدام التكبير البصري، لتحديد مناطق التآكل الموضعي، مثل التنقر أو تآكل الشقوق.
التنظيف بعد الاختبار
أخيرًا، تُنظَّف المكونات للتحقق بدقة من فقدان الكتلة أثناء الغمر. يُجرى التنظيف وفقًا لمعايير ASTM G1 أو ASTM G31. بعد التنظيف، يُعاد وزن المكونات لحساب إجمالي فقدان الكتلة.
حساب وتقييم معدل التآكل
في الخطوة الأخيرة، يُحسب معدل التآكل بناءً على فقدان الكتلة على مساحة السطح المكشوف ومدة الاختبار. يُعبَّر عن فقدان الكتلة هذا عادةً بالملليمتر/السنة (mpy) أو بالملليمتر/السنة (mm/y). إليك الصيغة المُستخدمة لحساب فقدان الكتلة:
معدل التآكل (mpy) = (534 × W) / (D × A × T)
معدل التآكل (مم/سنة) = (87.6 × عرض) / (عمق × قطر × سمك)
أين:
- K = ثابت لتحويل الوحدات، 534 (mpy)، 87.6 (mm/y)
- W = فقدان وزن العينة (بالملجم)
- أ = مساحة السطح المكشوفة (بالسم²)
- T = الوقت (بالساعات)
- د = الكثافة (جم/سم³)
معايير فشل اختبار الغمر
فيما يلي معايير الفشل الشائعة المستخدمة في اختبار التآكل بالغمر استنادًا إلى إرشادات ASTM G31
معدل التآكل المفرط
إذا تجاوز معدل التآكل المُحتسب الحدود المقبولة للمادة أو التطبيق، يُعتبر الاختبار فاشلاً. تختلف هذه الحدود باختلاف الصناعة وبيئة التشغيل.
هجوم موضعي أو هجوم موضعي
أثناء الفحص البصري، إذا تم الإشارة إلى التآكل الموضعي مثل الحفر أو الشقوق أو الهجوم بين الحبيبات، فإن ذلك يؤدي إلى فشل المكونات.
تدهور المواد أو تلف السطح
يشير أيضًا الخشونة الشديدة في السطح أو تغير اللون أو التشقق أو تقشير الطلاءات إلى الفشل.
فقدان السلامة الميكانيكية
إذا فقد المكون قوته الشد أو صلابته أو ليونته بعد اختبار الغمر، يتم تصنيفه على أنه فشل.
فقدان الكتلة بما يتجاوز التسامح المقبول
في حسابات اختبار الغمر، يُقاس فقدان كتلة أحد المكونات إذا تجاوز الحد المتوقع. كما يُشير ذلك إلى عطل. في حين أن فقدان الكتلة متوقع، فإن انخفاض الوزن بما يتجاوز الحدود المحددة مسبقًا يُشير إلى تآكل مفرط وعطل.
أنواع اختبارات الغمر
اختبار الغمر في الماء
يُستخدم هذا الاختبار لتقييم سلوك التآكل العام في البيئات المائية الطبيعية أو المحاكية. فكيف يُختبر الصدأ في الماء؟ عادةً، في اختبارات الغمر في الماء، تُغمر المكونات في الماء عند درجة حرارة محددة لمدة محددة. تُحدد شروط الغمر في الماء وفقًا لمعايير مثل ISO 21809-1 وISO 21809-3.
اختبار الغمر الكيميائي
يُستخدم اختبار الغمر الكيميائي عادةً لمحاكاة بيئات كيميائية قاسية لدراسة آليات تآكل محددة. في هذا الاختبار، تُغمر المكونات في محاليل كيميائية قاسية، مثل الأحماض والقلويات والملح. يُجرى هذا الاختبار للتحقق من مقاومة المكونات للأحماض والتآكل القلوي والتآكل الناتج عن الأملاح.
اختبار الغمر السريع
يُصمم هذا الاختبار عادةً لتسريع عملية التآكل باستخدام ظروف اختبار أكثر صرامة أو مواد كيميائية. وفي هذه الحالة، تُحافظ درجات الحرارة المرتفعة، أو معدلات تدفق المحلول المتزايدة، أو درجة الحموضة المتغيرة، على النتائج في فترة زمنية قصيرة.
تطبيقات اختبار الغمر
مكونات إلكترونية
يُستخدم هذا الاختبار لفحص أداء مختلف الأجهزة الكهربائية، مثل الموصلات ولوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) والأغلفة، عند تعرضها للرطوبة. يضمن اختبار الغمر لهذه المكونات استمرار عملها دون أي عطل حتى في الظروف الرطبة أو الملوثة.
الطلاء والطلاءات الواقية
يتم استخدام اختبار الغمر أيضًا لتقييم الطلاء أو الطلاءات السطحية، مثل تصفيح بمعدن النيكل والطلاء بالزنك، ومدى مقاومته للتآكل. ويساعد المهندسين على اختيار الطلاء والمادة المناسبة للمكونات.
مكونات السيارات
يُستخدم اختبار الغمر في مجال السيارات، حيث تكون الأجزاء أكثر عرضة للتعرض لمياه البحر والمواد الكيميائية ودرجات الحرارة المتغيرة. في هذه الحالة، تخضع أجزاء مثل البراغي، وأغطية المحرك، ومكونات الهيكل السفلي لاختبار الغمر. يضمن ذلك مقاومتها للتآكل ومتانتها طوال عمر خدمة السيارة.
مزايا وعيوب اختبار الغمر
مزايا اختبار الغمر
بسيطة وفعّالة من حيث التكلفة
تعتبر إعدادات اختبار الغمر منخفضة التكلفة نسبيًا مقارنة بالطرق الكهروكيميائية، ولكن الاختبارات الدقيقة قد تتطلب حمامات ذات درجة حرارة متحكم فيها أو أنظمة جرعات آلية.
يحاكي الظروف الواقعية
يُعرف اختبار الغمر بقدرته على محاكاة بيئات خدمة حقيقية، مثل البيئات البحرية والصناعية والحمضية. ما يتيح اختبار المواد في ظروف واقعية.
يدعم الطلاء
يُعدّ اختبار الغمر فعالاً للغاية في تقييم أداء الطلاءات الواقية، إذ يُساعد على معرفة مدى كفاءة الطلاء في الظروف القاسية.
ينطبق على جميع الصناعات
يعد اختبار الغمر متعدد الاستخدامات ويُستخدم على نطاق واسع في الصناعات مثل صناعة السيارات والبحرية والإلكترونيات لتقييم المتانة في البيئات السائلة.
حدود اختبار الغمر
يستغرق وقتًا طويلاً للتقييم طويل الأمد
قد يستغرق اختبار الغمر وقتًا طويلاً، خاصةً للمواد المقاومة للتآكل. قد يستغرق من بضع ساعات إلى أسابيع.
يتطلب التنظيف والتحليل بعد الاختبار
في اختبار الغمر، يُجرى التقييم النهائي بقياس فقدان الوزن، مما يتطلب تنظيفًا دقيقًا لمنتجات التآكل دون إزالة المادة الأساسية. قد يزيد هذا من خطر الخطأ إذا لم يُنظف بعناية.
عدم وجود مراقبة في الوقت الحقيقي
على عكس الطرق الكهروكيميائية، لا يسمح اختبار الغمر بالمراقبة المستمرة لسلوك التآكل.
احتمالية تلوث المحلول
في اختبارات الغمر طويلة الأمد، قد تُغيّر أيونات المعادن المذابة التركيب الكيميائي للمحلول. وقد يؤثر ذلك على النتائج ما لم تُستبدل المحاليل أو تُراقَب بانتظام.
اختبار الغمر مقابل اختبار رش الملح
يقارن الجدول التالي الاختلافات بين اختبار الغمر و اختبار رش الملح بالتفصيل.
| البعد | تجربة بخاخ الملح | اختبار الغمر |
|---|---|---|
| تعرض | يعرض الأجزاء لضباب الملح في الهواء | يغمر الأجزاء بالكامل في محلول سائل |
| البيئة المحاكاة | التآكل الجوي (على سبيل المثال، الهواء الساحلي) | تآكل ملامسة السائل (على سبيل المثال، الأجزاء المغمورة) |
| المعيار المشترك | أستم بكسنومكس | ASTM G31 |
| الحل النموذجي | 5% كلوريد الصوديوم المذاب في الضباب | 3-5% محلول كلوريد الصوديوم أو حمض في صورة سائلة |
| أسلوب التطبيق | غرفة جافة مع محلول ملحي مرشوش | خزان مع عينات مغمورة بالكامل |
| الهدف | اختبار سريع للطلاءات أو الدهانات في الهواء | تقييم المواد أو الطلاء في الاستخدام المغمور |