کنترل خوردگی در دستگاه های الکترونیکی

عملکرد نادرست کنترل‌ها و دنده سوئیچینگ منجر به بیش از 50 درصد از کار افتادن سیستم الکتریکی می‌شود و زیان بزرگی به اقتصاد کشورها وارد می‌کند. چگونه این اتفاق می افتد؟ پاسخ خوردگی است. محیط های خشن می توانند باعث تخریب الکتروشیمیایی و حمله شیمیایی به پایانه های سیم فلزی شوند. به طور کلی، خوردگی قطعات حامل جریان و سوئیچینگ و همچنین تجهیزات کنترلی، بر قابلیت اطمینان و عملکرد بدون وقفه انواع قطعات الکتریکی و تأسیسات تولید تأثیر می گذارد.

طراحان تجهیزات و سیستم‌های الکتریکی باید هنگام تجویز مشخصات مواد، طراحی تجهیزات و اعمال  پوشش‌ها، قضاوت صحیحی را اعمال کنند تا تخریب سطوح فلزی در اجزای الکتریکی را به حداقل برسانند. تجربه میدانی، همراه با روش‌های تست تسریع شده، به حفظ یک رویکرد متعادل کمک می‌کند. در اینجا به خوردگی در سیستم های الکتریکی و نحوه جلوگیری از آن می پردازیم.

ماهیت مشکلات خوردگی

مشکلات ناشی از خوردگی کنتاکت های الکتریکی شامل قطع برق ناخواسته و قطع یا وصل نشدن و همچنین اتصال متناوب به دلیل خراب شدن سطوح تماس است.

در برنامه های خودکار، اتصال متناوب غیرقابل قبول است. بنابراین، صنایع باید خطر خوردگی را تجزیه و تحلیل کنند، خواه این خطرات ناشی از رطوبت باشد یا از موادی مانند عوامل واکنشی. صنایع نفت و پتروشیمی باید با مواد خورنده موجود در روغن ها و گازها و احتمالاً محیط دریایی مملو از نمک کنار بیایند، در حالی که نیروگاه های مبتنی بر زغال سنگ و صنایع متالورژی و معدنی، گرد و غبار خورنده در هوا ایجاد می کنند در حالی که تولید فلز داغ شامل گرما است.

ترمینال های سیم برای تجهیزات خودکار

تجهیزات کنترل صنعتی خودکار و نیمه خودکار دارای تعدادی پایانه سیمی هستند که سیستم های ارتباطی، منبع تغذیه و کنترل را به هم متصل می کنند تا عملکرد روان آنها را فراهم کنند. در چنین مواردی، تعداد زیادی سیم فلزی جداگانه به ترمینال های سیمی متصل می‌شوند که توانایی توزیع نیروی الکتریکی را به تجهیزات پردازشی مانند بخاری‌ها و موتورها دارند. بنابراین، اتصال دهنده های الکتریکی که در یک محیط خورنده کار می کنند نیز به خواص مکانیکی نیاز دارند تا مقاومت الکتریکی پایین برای تماس فلز با فلز حفظ شود. فلز باید از خوردگی محافظت شود تا از مقاومت الکتریکی کم، رسانایی بالا و قابلیت های مکانیکی مورد نیاز برای اعمال دقیق نیرو اطمینان حاصل شود .

یک اتصال الکتریکی قابل اعتماد و پایدار دارای پیش نیازهای خاصی است، مانند:

• مقاومت تماس کم
• مقاومت در برابر خوردگی بالا
• پایداری مکانیکی پایدار

مواد شیمیایی خورنده

کنترل‌های خودکار الکتریکی اغلب باید در محیط‌های شیمیایی خورنده که ممکن است حاوی ترکیبات گوگردی و آمونیاک باشد، کار کنند، که شناخته شده است که باعث ایجاد ترک‌خوردگی در برنج و سایر قطعات فلزی الکتریکی می‌شود. مواد شیمیایی در ترکیب هم افزایی، همراه با گرما و رطوبت، باعث خوردگی سریع اکثر فلزات می شوند.

گاز کلر و کلریدها معمولاً در فرآیندهای تولید کاغذ و خمیر کاغذ و همچنین کارخانه های غذا و نوشیدنی وجود دارند. کلرید سدیم در آب دریا و همچنین جو ساحلی وجود دارد. در صنایع غذایی نیز کاربرد دارد. کربنات سدیم در فرآیندهای شیمیایی مانند مواد شوینده، کاغذسازی و فرآیندهای تولید شیشه استفاده می شود. نیترات ها در فرآوری کودها وجود دارند، در حالی که هیپوکلریت سدیم در صنعت نوشیدنی استفاده می شود. دی اکسید گوگرد در حمل و نقل و فرآوری نفت و گاز، سیمان، لاستیک و فرآوری فلزات و همچنین نیروگاه ها و تولید تایر وجود دارد.

ساخت ترمینال

به منظور برآورده ساختن الزامات برای عملکرد الکتریکی و مکانیکی سیستم ها، ترمینال های سیمی به عنوان پایانه های پیچی یا ترمینال های گیره فنری ساخته می شوند. در سیستم گیره، گیره ها و پیچ ها از برنج با آبکاری نیکل یا فولاد  با روکش کرومات روی ساخته می شوند .

مس با آبکاری قلع به طور کلی به عنوان فرول های هادی و به عنوان هادی و هادی میله ای شکل استفاده می شود. گاهی اوقات از میله های نیکل اندود نیز به عنوان هادی در اتصالات استفاده می شود. از آنجایی که ترمینال ها در معرض لرزش، شوک مکانیکی و گرمای چرخه ای، همراه با یک محیط بالقوه خورنده قرار می گیرند، طراحی گیره باید با حفظ نیروی گیره اندازه گیری شده، اتصال هوادار را تضمین کند. یک ترمینال پیچ ممکن است از آرایش ضد لرزش و خود قفل برای جلوگیری از شل شدن تدریجی استفاده کند. استفاده از گشتاور سفت کننده صحیح به کاهش خوردگی خراش مفصل کمک می کند.

پوشش های محافظ

علاوه بر فولاد ضد زنگ ، هر فلز دیگری که در پایانه های سیم کشی برق استفاده می شود، نیاز به  پوشش های محافظ  دارد. این پوشش ها به عنوان پوشش های مانع و پوشش های قربانی طبقه بندی می شونداگر پوشش ها در حین کار معمولی مصرف شوند، پوشش از نوع قربانی است. خوردگی می تواند زمانی آغاز شود که پوشش قربانی به طور کامل برداشته شود و فلز زیرلایه کاملاً در معرض یک محیط خورنده قرار گیرد.  پوشش روی روی فولاد( گالوانیزه )  یک نمونه معمولی از پوشش قربانی است.

پوشش های محافظ اعمال شده به عنوان یک مانع، یک مهر و موم فیزیکی برای بستر فلزی ایجاد می کند و از حمله الکتروشیمیایی و شیمیایی جلوگیری می کند. این پوشش در طی فرآیندهای خورنده مصرف نمی شود، اما ممکن است به دلیل  تخلخل،ساییدگی مکانیکی یا فرآیند پوشش معیوب شکست بخورد .

مواد مورد استفاده به عنوان پوشش مانع عبارتند از:

• کرومات ها به عنوان  غیرفعال کننده، با روی به عنوان آغازگر
• روکش های اضافی روی یک لایه کرومات
• آبکاری قلع روی مس، عمدتاً برای هدایت اعمال می شود
• برنج با روکش نیکل

فولاد فلزی به عنوان گیره در پایانه های پیچ

فولاد کربن متوسط ​​معمولاً برای پایانه های پیچی با لایه روی و یک لایه کرومات، همراه با روکش اضافی اضافی ترجیح داده می شود . هنگامی که لایه روی در اثر عوامل محیطی شروع به خوردگی می کند، پودر سفید رنگی روی سطح تولید می شود. هنگامی که روی به طور کامل مصرف می شود، لایه قرمز رنگی که روی سطح ایجاد می شود نشان دهنده خوردگی فولاد است. بنابراین، یک لایه ضخیم‌تر از روی می‌تواند عمر این جزء را طولانی‌تر کند.

از آنجایی که روی در سری گالوانیکی نجیب کمتری نسبت به فولاد دارد، خوردگی روی در اکثر موارد کند است. یک لایه کرومات اضافی با یک پوشش مانع بالای اضافی، عمر سیستم محافظ را بیشتر افزایش می دهد. پوشش‌های آلیاژ روی مانند روی کبالت، روی نیکل، قلع روی و روی آهن به طور گسترده برای محافظت در برابر خوردگی استفاده می‌شوند. نیکل روی سه برابر بیشتر از یک لایه روی خالص با ضخامت متناظر هنگامی که بستر در معرض آب نمک و سایر مواد خورنده قرار می‌گیرد، مقاومت به خوردگی ایجاد می‌کند.

یک لایه مانع از کرومات شش ظرفیتی در بالای روی یا آلیاژهای روی به بهبود حفاظت در برابر خوردگی کمک می کند، اما اکنون به دلیل نگرانی های زیست محیطی ، این ماده با کرومات سه ظرفیتی جایگزین شده است . کرومات سه ظرفیتی به روکش های خاصی نیاز دارد تا به اندازه کرومات شش ظرفیتی موثر باشد که دارای برخی خواص خود ترمیمی است. سیلیکات های خاصی به عنوان لایه رویی بالای کرومات های سه ظرفیتی استفاده می شوند. این روکش‌ها در برابر آب و مواد شیمیایی واکنش‌دهنده مقاوم هستند. با این حال، رسانایی پوشش‌های بالایی باید بررسی شود که روکش‌ها روی سطوح رسانا استفاده می‌شوند، زیرا در برخی از پایانه‌ها هادی حامل جریان مستقیماً روی میله جریان ترمینال بسته می‌شود. آب بندی پوشش روی گیره یا نوار جریان نباید روی رسانایی اتصال تأثیر بگذارد.

برخی از مواد آب بندی با قابلیت های خود ترمیمی فرموله شده اند . تکنیک‌های نانوکامپوزیت نیز فرمول‌های آبکاری را ارائه می‌کنند که می‌تواند جایگزین کرومات‌های شش ظرفیتی به عنوان محلول پوششی برای محافظت در برابر خوردگی شود.

مزیت فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ یک لایه اکسید غیرفعال با رطوبت تولید می کند که توسط کروم موجود در فولاد حفظ می شود. این فیلم به دلیل غیر متخلخل و خود ترمیم شونده به عنوان موثرترین گزینه در نظر گرفته می شود. فولاد ضد زنگ ماده انتخابی برای محیط های خورنده برای نوع جابجایی عایق و همچنین انواع گیره فنری پایانه های سیم است.

با این حال، تحت تنش های مکانیکی بالا و دماهای بین 150 درجه فارنهایت تا 170 درجه فارنهایت (66 درجه سانتیگراد تا 77 درجه سانتیگراد)، فولاد ضد زنگ گریدهای خاص ممکن است شکست بخورد، به ویژه به دلیل ترک خوردگی تنش در محیط های اسیدی معمولی، مانند کلرید. محیط ها حساسیت به حمله خورنده نیز به دلیل آلاینده های آهنی روی سطح فولاد ضد زنگ که در طول ماشین کاری به دست می آید افزایش می یابد. آلاینده ها با فرآیند غیرفعال سازی حذف می شوند.

برنج با آبکاری نیکل

برنج به عنوان آلیاژی از مس، زمانی که در معرض مواد اسیدی مانند کلریدها و ترکیبات نیتروژن قرار گیرد، مستعد خوردگی است. ترک خوردگی تنشی می تواند به دلیل یک محیط شیمیایی و تنش های مکانیکی بالا رخ دهد. اما مس مزایایی نیز دارد، از جمله هدایت الکتریکی بالا و هزینه کلی پایین.

آبکاری نیکل برای محافظت از برنج در برابر خوردگی استفاده می شود. فرآیند آبکاری مستعد نقص‌هایی مانند سوراخ‌ها و منافذ است که باعث می‌شود مواد بسیار خورنده در شرایط خاص به بستر مسی دسترسی پیدا کنند. نیکل همچنین برای افرادی که در معرض آن هستند یک خطر برای سلامتی محسوب می شود. نیکل حتی از نظر سازمان های نظارتی اروپایی به عنوان یک ماده نگران کننده در نظر گرفته می شود .

هادی ها و میله های جریان مس با آبکاری قلع

مس در درجه اول به دلیل قابلیت حمل جریان بسیار بالا و این واقعیت که به دلیل مقاومت گرمای زیادی تولید نمی کند، انتخاب می شود. واکنش های الکتروشیمیایی با اکسیژن و رطوبت باعث تشکیل اکسید مس و همچنین کلریدها، سولفیدها و سایر ترکیبات بسته به آلاینده های شیمیایی می شود. اکسیدها و سایر ترکیبات رسانای ضعیف الکتریسیته هستند. در نتیجه مقاومت الکتریکی و گرما را افزایش می دهند و اتصال نمی یابند یا باعث سوسو زدن می شوند. پوشش های محافظ نوع سد اغلب به شکل آبکاری قلع روی میله ها، پایانه ها و سیم های فعلی روی مس اعمال می شود. قلع قادر است در برابر تشکیل ترکیبات و اکسیدهای گوگرد محافظت کند.

ادامه در پست بعدی...