حماية مهبطية

الحماية المهبطية أو الكاثودية هي طريقة لحماية الهياكل المعدنية الحديدية والأنابيب من التآكل جراء تعرض سطوحها إلى تماس مع التربة أو مع الماء.
تتآكل السطوح الحديدية للهياكل المعدنية والأنابيب والمعدات الحديدية عموما عند تمس سطوحها التربة أو الماء نتيجة لحدوث تفاعلات كيمياوية مصحوبة بسريان الالكترونات (أي سريان للتيار الكهربائي). لذا يمكن القول بأن عملية التآكل هي عملية كهروكيمياوية تؤدي بالنتيجة إلى فقدان أجزاء من معدن الحديد وبالتالي تآكل السطح المعرض للتربة أو الماء أو حتى المعرض للجو الرطب حيث تتكون خلية كلفانية كهربائية.

التآكل مسبباته وأضراره

التآكل CORROSION
يعرف التأكل بعدة أشكال : انحلال المعدن بسبب تفاعله مع الوسط الذي يتعرض له أو فشل المعدن بأي سبب غير السبب الميكانيكي البحت، أو يعرف أحياناً بأنه العملية العكسية لاستخلاص المعدن من خاماته. والتأكل فشل يصيب سطح المعدن ينتج بسبب عوامل كيميائية أو بسبب عوامل كيميائية تساعدها عوامل ميكانيكية متوفرة في الوسط المحيط.
وهناك نوع آخر في الفشل السطحي سببه ميكانيكي بحث يدعى البلى Wear والذي ينتج بسبب الاحتكاك بين سطح المعدن وتحت تأثير الجهود الخارجية.
والأمثلة عديدة على التآكل منها صدأ هيكل السيارة وعلب المواد الغذائية والصفائح والمقاطع الفولاذية وتآكل الأنابيب المدفونة في التربة، وهناك أمثلة أخرى على تآكل أجزاء معدنية عديدة تتعرض إلى أوساط صناعية مثل الأحماض والقواعد والمياه المالحة وما إلى ذلك.
أضرار التآكل:
إن الأضرار التي يسببها الفشل السطحي بسبب التأكل عديدة وجميعها ذات مردود اقتصادي سيء، ومن هذه الاضرار :
1. تغير الابعاد وفقدان الخواص الميكانيكية : يؤدي التأكل إلى فقدان الوزن بسبب انحلال المعدن وبالتالي إلى تغير أبعاده، لذلك تعطى في التصاميم بعض السماحات للتأكل (Corrosion Allowance) عند وجوده بزيادة سُمك المعدن بحيث تكون هذه السماحات أكثر سمكاً في الأوساط ذات معدلات التآكل العالية.ولتغير أبعاد القطعة المعدنية بسبب التآكل تأثيرات سلبية في الخواص الميكانيكية، حيث تقل قابليتها لتحمل الأحمال الخارجية، أي تزداد قابليتهاا للتشويه اللدن (Plastic Deformation) والتشويه المرن Elastic Deformation وانخفاض مقاومة المعدن للكلال (Fatigue Strength) ونشوء التشققات (Cracks) مما يؤدي إلى حصول الكسر السريع (الهش) (Fast Fracture).
2. المظهر : يتأثر مظهر المعدن بدرجة كبيرة عند إصابته بالتآكل حيث يظهر المعدن دائماً بمظهر سيئ. لذا يجب استخدام معادن مقاومة للتآكل الجوي عند الحاجة إلى الحفاض على المظهر الحسن مثل الألمنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ بلاً من الفولاذ الكربوني، يشمل ذلك مواد البناء الظاهرية مثل مقاطع الشبابيك وواجهات الأبنية الخارجية. أما المعادن ذات المقاومة الضعيفة للتآكل فإنها تطلى بأنواع مختلفة لتحسين مظهرها والحد من تآكلها.
3. الأضرار الاقتصادية بسبب الإجراءات الوقائية : إن الأضرار الاقتصادية الناتجة عن التأكل عديدة ومهمة، حيث يسبب هذا الفشل في كثير من الأحيان توقف المصانع عن العمل توقف غير مبرمج، وما يوافق ذلك من كلف اقتصادية إضافية غير متوقعة. كذلك فإن محاربة التآكلتيؤدي إلى ارتفاع كلف الصيانة الدورية حيث يتطلب في كثير من الحالات تبديل الجزء المعدني التالف بجزء جديد آخر. وبهذا الخصوص يكون بالإمكان أحياناً توفير بعض المبالغ عند اختيار مادة معدنية ذات مقاومة تآكل أعلى لتصنيع هذا الجزء التالف. وتتوفر العديد من الأمثلة التي تشير إلى أن اختيار مادة عالية التكاليف نسبياً، ولكنها ذات مقاومة جيدة للتأكل من الناحية الاقتصادية أفضل من استخدام مادة معينة أرخص ثمناً ولنها تتعرض للتلف السريع بسبب التأكل، مما يتطلب عندئذ تغييره بصورة دورية وفي كلتا الحالتين يلاحظ بأن التآكل يسبب أضراراً اقتصادية بسبب زيادة التكاليف. كما أن الإجراءات الوقائية للحد من التآكل تدخل ضمن كلف التشغيل والصيانة.
إن التآكل يؤدي أحياناً إلى حدوث فشل غير متوقع في الأجزاء المعدنية في المصنع وهنا تكمن أساساً خطورة مشكلة التآكل، حيث أن حودث الفشل بصورة مفاجئة قد يؤدي إلى حصول أضرار كبيرة أكبر من تلك التي يسببها التآكل المتوقع حصوله. وفي هذا المضمار يجب الوقوف بدقة على معدلات التآكل في الأجزاء المعدنية أثناء سير عملية التصنيع وذلك عن طريق القياسات المستمرة والدورية لمعدلات التآكل والفحص المستمر للقطع المعدنية لإتخاذ الإجراءات الوقائية قبل وصول درجة التآكل إلى الحد الذي يسبب توقف المصنع عن العمل أو التأثير في سير العملية التصنيعية.
4. تلوث المنتجات : إن نواتج التأكل تؤدي إلى تغيير الطبيعة الكيميائية للوسط، أي تلوثه وفي الغالب يكون ذلك غير مرغوب فيه حيث أن المتطلبات التجارية هي الحصول على منتج نقي ذي مواصفات محددة وخالي من التلوث.والأمثلة على ذلك عديدة منها تلوث المنتجات الغذائية المعلبة بسبب حصول درجة بسيطة في التآكل في العلبة التي تحفظ فيها تلك المادة الغذائية. وعلى ضوء ذلك فإن عمر القطعة المعدنية أو الجهاز ليس هو العامل الأساسي في تحديد فترة الفشل، فمثلا من الممكن في بعض الأحوال أن نستخدم لغرض ما الفولاذ الاعتيادي ولفترة زمنية طويلة بدون وصول التأكل إلى درجة كبيرة ومع نجد أن استخدام مواد أعلى كلفة مثل الفولاذ المقاوم للصدأهو الأكثر شيوعاً، ذلك لأن الفولاذ الاعتيادي يلوث المنتوج بعداستخدامه لفترة وجيزة نسبياً بسبب تآكله خلال هذ الفترة حتى ولو بدرجة بسيطة وعندئذ لا يكون صالحاً للاستعمال.
5. فقدان السلامة : يؤدي التآكل أحياناً أو في كثير من الأحيان إلى حصول كوارث إذا لم تتخذ الإجراءات الواقائية الكفيلة بإيقافه أو الحد منه فمثلاً التعامل مع المواد الخطرة مثل الغازات السامة وحامض الهيدروفلوريك والأحماض المركزة مثل حامض الكبريتيك والنيتريك والمواد القابلة اللإشتعال والمواد المشعة والمواد الكيميائية في درجات حرارة عالية وعند ضغط عالي يتطلب استعمال مواد معدنية معينة لا تتأكل بدرجة كبيرة في مثل هذه الظروف. فمثلاً قد يؤدي حصول تأكل إجهادي (Stress Corrosion) في الجدار المعدني الذي يفصل الوقود عن المؤكسدات في الصاروخ إلى الخلط المبكر بين هذين الوسطين وبالتالي إلى خسارة اقتصادية وبشرية، وفي كثير من الأحيان يؤدي حصول تآكل في جزء معدني صغير إلى انهيار أوسقوط منشأ كامل، وقد تسبب نواتج التآكل أحياناً إلى تحول مواد غير مضرة إلى مواد متفجرة.
وفي هذا المجال هناك العديد من اعتبارات السلامة الصحية مثل تلوث ماء الشرب بسبب تآكل الأنابيب أو خزانات المياه. وكذلك يلعب التآكل دوراً مهماً ورئيسياً في اختيار نوع المواد المعدنية التي تصنع منها الأجزاء الصناعية التي تستخدم في جسم الإنسان مثل مفاصل الورك (Hip Joints) والصفائح الطبية وصمامات القلب وغير ذلك.