آند فداشونده چگونه از سازه های فلزی محافظت میکند؟

خوردگی قطعات فلزی غوطه ور در آب و یا مدفون در خاک موجب ایجاد آسیبهای بسیار خطرناک و پرهزینه خواهد شد. یکی از راههای حفاظت از این ساختارها، استفاده از آندهای فداشونده (sacrificial anodes) می باشد. آند فداشونده خود را با از بین رفتن به جای پروانه ، شاخه پروانه ، موتور یا سایر اجزای فلزی موجود در آب یا خاک، به دلیل فرایند الکتروشیمیایی خوردگی ، قربانی می کند.
آندهای فداشونده قطعات نسبتاً ارزان فلزی هستند. آنها که به عنوان فلزات فعال شناخته می شوند، بطور خاص طراحی شده اند تا به جای قطعات فلزی گران قیمت سازه ها دچار خوردگی شوند. این آندها از فلزاتی که دارای ولتاژ منفی تری نسبت به فلز سازه باشند ساخته می شوند. معمولاً آندهای فداشونده از فلز روی (Zinc) ساخته می شدند ، از این رو به آنها “آندهای روی” نیز می گویند اما برای تولید آن می توان از منیزیم یا آلیاژ مخصوص آلومینیوم نیز استفاده کرد.. هر کدام از این فلزات ویژگیها و کاربردهای متفاوتی دارند. پتانسیل الکتریکی و ظرفیت جریان فلزات آندی دو ویژگی مهم در تعیین نوع و میزان استفاده از آندهای فداشونده هستند. آندهای فداشونده در هر شکل و اندازه ای وجود دارند اما همه آنها مشابه عمل می کنند. آنها بصورت الکتریکی به ساختار فلزی متصل می شوند تا از آن در برابر خوردگی محافظت کنند.

آند فداشونده چگونه عمل می کند؟

اختلاف پتانسیل بین آند فداشونده و سازه تحت حفاظت باعث می شود که در الکترولیت جریانی از سمت آند به سمت کاتد روانه شود. آند و کاتد هر دو باید داخل یک الکترولیت قرار داشته باشند و بین آنها یک اتصال الکتریکی برقرار باشد. آند فداشونده فلزی است که پتانسیل منفی تری نسبت به سازه دارد و قطب منفی یک سلول خوردگی را تشکیل می دهد. قطب مثبت این سلول خوردگی، فلزی (کاتد) است که از آن محافظت می شود. هرچه آب شورتر یا آلوده تر باشد ، آند فداشونده سریعتر فرسایش می یابد.

از آنجایی که جریان خروجی آندهای فداشونده نسبت به آندهای تزریق جریان بسیار کمتر می باشد، بنابراین از این آندها در جاهایی که نیاز به جریان کمی برای حفاظت باشد استفاده میشود. همچنین در جاهایی مانند خطوط لوله زیردریا که دسترسی به برق و تنظیم جریان نداریم، سیستم آندهای فداشونده به کار گرفته می شود.

حفاظت کاتدی (cathodic protection) روشی برای کاهش خوردگی با به حداقل رساندن اختلاف پتانسیل بین آند و کاتد است. این امر با استفاده از ایجاد یک جریان از منبع خارجی بر روی سازه ای که باید از آن محافظت شود (مانند یک خط لوله) حاصل می شود. هنگامی که جریان کافی استفاده شود ، کل ساختار در یک پتانسیل قرار خواهد گرفت. بنابراین ، سایت های آند و کاتد وجود نخواهد داشت. حفاظت کاتدی معمولاً برای محافظت از سازه های بی شماری در برابر خوردگی ، مانند کشتی ها ، شناورهای دریایی ، تجهیزات زیر دریایی ، بندرها ، خطوط لوله و مخازن مورد استفاده قرار می گیرد.
انواع سیستم های حفاظت کاتدی
دو نوع اصلی از سیستم های حفاظت کاتدی وجود دارد: سیستم گالوانیک و سیستم تزریق جریان. توجه داشته باشید که هر دو نوع شامل یک آند (که از آن جریان به داخل الکترولیت هدایت می شود)، یک الکترولیت مداوم از آند به ساختار محافظت شده و یک اتصال فلزی خارجی می باشد.

• سیستم گالوانیک:

سیستم حفاظت کاتدی گالوانیک (galvanic cathodic protection system) از پتانسیل های خوردگی برای فلزات مختلف استفاده می کند. بدون حفاظت کاتدی ، یک ناحیه از ساختار با پتانسیل منفی بیشتری نسبت به نواحی دیگر وجود دارد و خوردگی به وجود می آید. در این حالت اگر یک جسم با پتانسیل منفی بیشتری (مانند آند منیزیم) در مجاورت ساختار تحت حفاظت (مانند خط لوله) قرار گیرد و یک اتصال فلزی ایجاد شود، جسم به آند تبدیل می شود و کل ساختار تبدیل به کاتد می شود.
بنابراین، سیستم حفاظت کاتدی گالوانیک یک سیستم حافظت کاتدی آند فداشونده (Sacrificial anode) نامیده می شود ، زیرا آند برای محافظت از ساختار به صورت قربانی خورده می شود. آندهای فداشونده معمولا از فلزاتی چون منیزیم، روی و آلومینیوم ساخته می شوند.

• سیستم تزریق جریان:

سیستم حفاظت کاتدی تزریق جریان (Impressed current cathodic protection) نوعی از سیستم است که معمولاً در مواردی که الزامات جریان بالا برای محافظت در برابر خوردگی وجود دارد، اعمال می شود. تفاوت اصلی بین سیستم های تزریق جریان و آندهای فداشونده این است که سیستم آندهای فداشونده به تفاوت پتانسیل بین آند و ساختار متکی است ، در حالی که سیستم تزریق جریان از منبع انرژی خارجی برای هدایت جریان استفاده می کند. آندهای تزریق جریان معمولا آندهای چدنی پر سیلیس (آندهای سیلیکونی) یا آندهای اکسید فلزی مختلط (Mixed Metal Oxide anode) هستند.