संक्षारण को आसपास के माध्यम के साथ रासायनिक, अक्सर विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप किसी सामग्री पर हमले के रूप में परिभाषित किया गया है। इस परिभाषा के अनुसार, संक्षारण शब्द को गैर-धातुओं सहित सभी सामग्रियों पर लागू किया जा सकता है। लेकिन व्यवहार में, संक्षारण शब्द का प्रयोग मुख्यतः धात्विक पदार्थों के संयोजन में किया जाता है।

धातुएँ क्यों संक्षारित होती हैं? सोना, प्लैटिनम और कुछ अन्य धातुओं के अलावा, धातुएँ प्रकृति में अपने शुद्ध रूप में नहीं पाई जाती हैं। वे आम तौर पर अयस्कों में अन्य पदार्थों, जैसे सल्फाइड, ऑक्साइड आदि से रासायनिक रूप से बंधे होते हैं। शुद्ध धातु प्राप्त करने के लिए सल्फाइड, ऑक्साइड आदि से धातु निकालने के लिए ऊर्जा खर्च की जानी चाहिए (उदाहरण के लिए ब्लास्ट फर्नेस में)।

शुद्ध धातुओं में अधिक बंधी हुई ऊर्जा होती है, जो प्रकृति में सल्फाइड या ऑक्साइड के रूप में पाई जाने वाली ऊर्जा की तुलना में उच्च ऊर्जा अवस्था का प्रतिनिधित्व करती है।

चूँकि ब्रह्मांड में सभी पदार्थ अपनी निम्नतम ऊर्जा अवस्था में लौटने का प्रयास करते हैं, शुद्ध धातुएँ भी अपनी निम्नतम ऊर्जा अवस्था में लौटने का प्रयास करती हैं जो कि उनके पास सल्फाइड या ऑक्साइड के रूप में थी। धातुओं को निम्न ऊर्जा स्तर पर वापस लाने का एक तरीका संक्षारण है। धातुओं के संक्षारण के उत्पाद अक्सर सल्फाइड या ऑक्साइड होते हैं।

रासायनिक और विद्युत रासायनिक संक्षारण

रासायनिक संक्षारण को ऑक्सीकरण के रूप में देखा जा सकता है और यह सूखी गैसों की क्रिया से होता है, अक्सर उच्च तापमान पर। दूसरी ओर विद्युत रासायनिक संक्षारण इलेक्ट्रोड प्रतिक्रियाओं द्वारा होता है, अक्सर आर्द्र वातावरण में, यानी गीला संक्षारण।

शुष्क हवा में सभी धातुएँ ऑक्साइड की एक बहुत पतली परत से ढकी होती हैं, जो लगभग 100Å (10-2µm) मोटी होती है। यह परत हवा में ऑक्सीजन के साथ रासायनिक संक्षारण द्वारा निर्मित होती है। बहुत अधिक तापमान पर, हवा में ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया बिना किसी रोक-टोक के जारी रह सकती है और धातु तेजी से ऑक्साइड में परिवर्तित हो जाएगी।

कमरे के तापमान पर परत पतली होने पर प्रतिक्रिया रुक जाती है। ऑक्साइड की ये पतली परतें धातु को निरंतर हमले से बचा सकती हैं, जैसे पानी के घोल में. वास्तव में, यह धातु की सतह पर बनी ऑक्साइड और/या संक्षारण उत्पादों की परतें हैं जो धातु के संक्षारण प्रतिरोध की तुलना में कहीं अधिक हद तक निरंतर हमले से धातु की रक्षा करती हैं।

उदाहरण के लिए, ऑक्साइड की ये परतें पानी में कम या ज्यादा टिकाऊ हो सकती हैं। हम जानते हैं कि सादा कार्बन स्टील स्टेनलेस स्टील की तुलना में पानी में तेजी से संक्षारित होता है। अंतर उनकी क्रमशः ऑक्साइड परतों की संरचना और भेदन क्षमता पर निर्भर करता है। संक्षारण घटना का निम्नलिखित विवरण केवल विद्युत रासायनिक संक्षारण, यानी गीले संक्षारण से निपटेगा।

संक्षारण कोशिकाएं

द्रवों में धातुएँ किस प्रकार संक्षारित होती हैं? आइए हम बाईमेटल संक्षारण या गैल्वेनिक संक्षारण नामक संक्षारण घटना का उपयोग करके इसे स्पष्ट करें। बाईमेटल संक्षारण कोशिका उदा. इसमें एक स्टील प्लेट और एक तांबे की प्लेट होती है जो एक दूसरे के साथ विद्युत संपर्क में होती है और एक जलीय घोल (इलेक्ट्रोलाइट) में डूबी होती है।

इलेक्ट्रोलाइट में हवा से घुली हुई ऑक्सीजन और घुला हुआ नमक होता है। यदि स्टील की प्लेट और तांबे की प्लेट के बीच एक लैंप जोड़ दिया जाए तो वह जल उठेगा। यह इंगित करता है कि धातु प्लेटों के बीच विद्युत धारा प्रवाहित हो रही है। तांबा सकारात्मक इलेक्ट्रोड होगा और स्टील नकारात्मक इलेक्ट्रोड होगा।

करंट की प्रेरक शक्ति तांबे और स्टील के बीच विद्युत क्षमता में अंतर है। सर्किट को बंद करना होगा और इसके परिणामस्वरूप स्टील प्लेट से तांबे की प्लेट तक तरल (इलेक्ट्रोलाइट) में प्रवाहित होगा। धारा का प्रवाह स्टील प्लेट से निकलने वाले धनावेशित लौह परमाणुओं (लौह आयनों) द्वारा होता है और स्टील प्लेट संक्षारित हो जाती है।

संक्षारणशील धातु की सतह को एनोड कहा जाता है। तांबे की प्लेट की सतह पर ऑक्सीजन और पानी की खपत होती है और हाइड्रॉक्सिल आयन (OH-), जो नकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं, बनते हैं। नकारात्मक हाइड्रॉक्सिल आयन धनात्मक रूप से आवेशित लौह परमाणुओं को “निष्प्रभावी” कर देते हैं। लौह और हाइड्रॉक्सिल आयन फेरस हाइड्रॉक्साइड (जंग) बनाते हैं।

ऊपर वर्णित संक्षारण कोशिका में तांबा धातु को कैथोड कहा जाता है। दोनों धातु प्लेटों को इलेक्ट्रोड के रूप में जाना जाता है और एनोड और कैथोड की परिभाषा नीचे दी गई है।

एनोड: इलेक्ट्रोड जिससे सकारात्मक धारा इलेक्ट्रोलाइट में प्रवाहित होती है।
कैथोड: इलेक्ट्रोड जिसके माध्यम से सकारात्मक विद्युत धारा एक इलेक्ट्रोलाइट छोड़ती है।

जब सकारात्मक लोहे के परमाणु स्टील प्लेट से समाधान में जाते हैं, तो इलेक्ट्रॉन धातु में रहते हैं और विपरीत दिशा में, सकारात्मक धारा की ओर ले जाए जाते हैं।

द्विधातु कोशिका के निर्माण के लिए आवश्यक शर्तें हैं:

1. इलेक्ट्रोलाइट
2. एनोड
3. कैथोड
4. ऑक्सीकरण माध्यम, जैसे घुलित ऑक्सीजन (O2) या हाइड्रोजन आयन (H+)।

इलेक्ट्रोड क्षमता – गैल्वेनिक श्रृंखला

किसी धातु की इलेक्ट्रोड क्षमता एक निश्चित इलेक्ट्रोलाइट में धातु के घुलने और संक्षारित होने की प्रवृत्ति का संकेत है।

धातु के “बड़प्पन” का भी उल्लेख किया गया है। धातु जितनी अधिक उत्कृष्ट होगी, उसकी क्षमता उतनी ही अधिक होगी, इलेक्ट्रोलाइट में घुलने की उसकी प्रवृत्ति उतनी ही कम होगी।

विभिन्न धातुओं की इलेक्ट्रोड क्षमता को विभिन्न इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए गैल्वेनिक श्रृंखला में एक दूसरे के संबंध में निर्दिष्ट किया जा सकता है।

सूक्ष्म कोशिकाओं में संक्षारण

स्टील-तांबे के उदाहरण से पता चला है कि जब दो अलग-अलग सामग्रियां एक जलीय घोल में जुड़ी होती हैं तो संक्षारण कैसे होता है। किसी एक धातु की सतह पर संक्षारण कैसे होता है? जब किसी धातु की सतह का माइक्रोस्कोप के नीचे अध्ययन किया जाता है, तो यह देखा जाएगा कि यह एक एकल सजातीय धातु नहीं है। सतह पर संरचना और अनाज के आकार में अंतर होता है। रासायनिक संरचना भिन्न हो सकती है और विभिन्न अशुद्धियाँ मौजूद हो सकती हैं। धातुओं का क्षरण
यदि इलेक्ट्रोड क्षमता को एक स्पष्ट रूप से सजातीय सतह पर मापा जाता है, तो यह केवल एक वर्ग मिलीमीटर के अंशों के क्षेत्रों के भीतर काफी भिन्न पाया जाएगा। तो कैथोड और एनोड, संभवतः छोटे लेकिन संक्षारण पैदा करने के लिए पर्याप्त रूप से बड़े, एक ही धातु की सतह पर बनाए जा सकते हैं।

संक्षारण दर को प्रभावित करने वाले पैरामीटर
धातुओं की संक्षारण दर को प्रभावित करने वाले कुछ सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर नीचे दिए गए हैं।

ऑक्सीकरण एजेंट: संक्षारण प्रक्रिया एक एनोडिक प्रतिक्रिया और एक कैथोडिक प्रतिक्रिया पर एक साथ होने पर निर्भर होती है। एनोडिक प्रतिक्रिया के कारण धातु घुल जाती है। कैथोडिक प्रतिक्रिया के लिए एक ऑक्सीकरण एजेंट मौजूद होना चाहिए, और सबसे आम एजेंट घुलनशील ऑक्सीजन या हाइड्रोजन आयन हैं। यदि ऑक्सीकरण एजेंटों की उपलब्धता प्रतिबंधित है, तो संक्षारण प्रक्रिया बाधित हो जाएगी या पूरी तरह से बंद हो जाएगी। हाइड्रोजन सांद्रता को पीएच-मान के रूप में आसानी से मापा जा सकता है। ऑक्सीजन आमतौर पर पानी में मौजूद होती है, लेकिन ऑक्सीजन लेने वाले बैक्टीरिया के कारण सीवेज में नहीं।

इलेक्ट्रोलाइट की विद्युत चालकता: संक्षारण में विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाएं शामिल होती हैं, और इलेक्ट्रोलाइट की विद्युत चालकता में वृद्धि से संक्षारण दर में वृद्धि होगी। समुद्री जल में क्लोराइड की मात्रा तेजी से चालकता बढ़ाती है।

तापमान: तापमान में वृद्धि आम तौर पर संक्षारण दर में वृद्धि का कारण बनेगी। सामान्य नियम यह है कि तापमान में 10°C की वृद्धि से संक्षारण दर दोगुनी हो जाएगी।

एकाग्रता: बढ़ी हुई एकाग्रता आम तौर पर संक्षारण दर को अधिकतम स्तर तक बढ़ाएगी। इससे अधिक सांद्रता उच्च संक्षारण दर नहीं देगी। जैसे लगभग 1500 पीपीएम से ऊपर क्लोराइड सांद्रता संक्षारण दर में वृद्धि नहीं करेगी।

विभिन्न प्रकार के क्षरण
धातुओं पर संक्षारण के विभिन्न रूप और उनकी विशेषताएँ नीचे दी गई हैं।

सामान्य क्षरण

सामान्य क्षरण की विशेषता सतह पर समग्र आक्रमण है। संक्षारण विशिष्ट एनोडिक और कैथोडिक क्षेत्रों के बिना होता है। धातु सामग्री के संक्षारण प्रतिरोध को आइसो-संक्षारण आरेखों में चित्रित किया जा सकता है। वक्र विभिन्न सांद्रता और तापमान पर एक विशिष्ट तरल में 0.1 मिमी/वर्ष की संक्षारण दर दर्शाते हैं। ये आरेख केवल स्थिर स्थितियों में तरल पदार्थों के लिए मान्य हैं। उच्च वेग वाले क्षेत्रों में संक्षारण दर काफी बढ़ जाएगी।

सामान्य संक्षारण के विपरीत स्थानीय संक्षारण है जिसे विभिन्न प्रकारों में विभाजित किया गया है जैसे गड्ढा, दरार और अंतरकणीय क्षरण। स्थानीय संक्षारण में, अधिकांश धातु की सतह अप्रभावित रहती है और केवल छोटे क्षेत्र ही अत्यधिक प्रभावित होते हैं। स्थानीय संक्षारण हमलों के लिए अनुमति देने की तुलना में समान संक्षारण की भरपाई करना और डिजाइन में निवारक उपायों को अपनाना बहुत आसान है।

बिजली उत्पन्न करनेवाली जंग

जब दो अलग-अलग धातुएं विद्युत रूप से जुड़ी होती हैं और एक इलेक्ट्रोलाइट (=तरल) के संपर्क में होती हैं, तो वे एक गैल्वेनिक सेल बनाती हैं, जहां अधिक उत्कृष्ट सामग्री कैथोडिक होती है और कम उत्कृष्ट एनोडिक होती है। एनोडिक सामग्री संक्षारणित हो जाएगी। धातुओं की विद्युत क्षमता को विभिन्न जल समाधानों में मापा जा सकता है और गैल्वेनिक श्रृंखला में सूचीबद्ध किया जा सकता है, जैसा कि चित्र में समुद्री जल के लिए है। संक्षारण दर इस पर निर्भर करती है:

कैथोड और एनोड के बीच सतह क्षेत्र का अनुपात (कैथोड क्षेत्र की तुलना में एक बड़ा एनोड क्षेत्र गैल्वेनिक प्रभाव को कम करता है, उदाहरण के लिए कच्चा लोहा पंप पर स्टेनलेस स्टील फास्टनरों)।
संभावित अंतर का परिमाण (स्टेनलेस स्टील के संपर्क में एल्यूमीनियम कांस्य और स्टेनलेस स्टील के संपर्क में कच्चा लोहा की तुलना करें)।
इलेक्ट्रोलाइट (तरल) की चालकता.
खड्ड का क्षरण

पिटिंग जंग के विशिष्ट उदाहरण एल्यूमीनियम और स्टेनलेस स्टील्स पर क्लोराइड युक्त तरल पदार्थों में देखे जा सकते हैं, जैसे समुद्री जल ये सामग्रियां अपनी संक्षारण सुरक्षा के लिए एक पतली सतह ऑक्साइड फिल्म पर निर्भर हैं। यांत्रिक क्षति या ऑक्साइड फिल्म में एक अमानवीय स्थान संक्षारण हमलों के लिए शुरुआती बिंदु हो सकता है। गड्ढे की स्थितियों में ऑक्सीजन की कमी और कम पीएच की विशेषता होती है, जो हमले को तेज करती है और इसे आत्मनिर्भर भी बना सकती है।

हमले के काफी गहराई तक स्थानीयकृत होने के कारण गड्ढों के क्षरण की दर बहुत अधिक हो सकती है। रुके हुए पानी में गड्ढे का क्षरण होने की सबसे अधिक संभावना होती है। AISI 316L (M 0344.2343.02) और AISI 329 (M 0344.2324.02) जैसे स्टेनलेस स्टील समुद्री जल में जंग के प्रति प्रतिरोधी नहीं हैं। अन्य उच्च मिश्र धातु वाले स्टेनलेस स्टील जैसे UNS S31254 को समुद्री जल में प्रतिरोधी माना जाता है।

जंग युक्त दरार

दरार संक्षारण का तंत्र गड्ढों के संक्षारण के समान है। दरार का क्षरण सीमित तरल भरे स्लॉट और दरारों में होता है जहां तरल परिसंचरण को रोका जाता है। एक बार जब संक्षारण प्रकट हो जाता है, तो दरार की स्थितियाँ बदल जाती हैं; जैसे पीएच-मान कम हो जाता है और क्लोराइड सांद्रता बढ़ जाती है। तदनुसार, सीमित तरल की संक्षारकता बढ़ जाएगी। दरार का क्षरण मुख्य रूप से क्लोराइड युक्त तरल पदार्थों में स्टेनलेस स्टील और एल्यूमीनियम पर दिखाई देता है।

अंतर कणीय क्षरण

किसी धातु के अंदर अनाज की सीमाओं के बीच अंतरकणीय क्षरण होता है। इस प्रकार का संक्षारण स्टेनलेस स्टील्स के लिए जाना जाता है जो 500 और 800 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर अत्यधिक समय तक भिगोए जाते हैं। इस तापमान पर क्रोमियम अनाज की सीमाओं पर कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करेगा और कार्बाइड बनाएगा। इससे अनाज की सीमाओं के तत्काल आसपास क्रोमियम की कमी हो जाती है। यदि क्रोमियम की मात्रा 12% से कम हो जाती है, तो संक्षारण आसानी से शुरू हो सकता है।

तनाव क्षरण

संक्षारण आंतरिक या लागू तन्य तनाव और स्थानीय संक्षारण हमले का एक संयुक्त प्रभाव है। उदाहरण के लिए स्टील शीट के ठंडे काम के दौरान या सीधे लगाए गए भार के परिणामस्वरूप तन्य तनाव उत्पन्न होता है। तनाव संक्षारण आम तौर पर क्लोराइड युक्त तरल पदार्थ के संपर्क में ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील से जुड़ा होता है। हालाँकि, +60 डिग्री सेल्सियस से नीचे दरारें पड़ने की संभावना नहीं है। कार्बन और कम मिश्र धातु वाले स्टील उच्च सांद्रता और तापमान पर कास्टिक सोडा समाधान में तनाव क्रैकिंग के अधीन हो सकते हैं। तनाव क्षरण से बचने के लिए, तन्य तनाव को हटाया जाना चाहिए, उदाहरण के लिए ठंडे काम या वेल्डिंग के बाद गर्मी उपचार द्वारा। प्रतिरोधी सामग्री के चयन से तनाव क्षरण से भी बचा जा सकता है।

कटाव संक्षारण

क्षरण संक्षारण इलेक्ट्रोकेमिकल संक्षारण (यानी सामान्य संक्षारण) और उच्च गति वाले तरल पदार्थ की क्रिया का एक संयोजन है, जो संक्षारण उत्पाद को नष्ट कर देता है। कटाव संक्षारण द्वारा निर्मित गड्ढों में आमतौर पर संक्षारणित सामग्री से मुक्त चमकदार सतह होती है। हमले आम तौर पर अशांत प्रवाह वाले क्षेत्रों में स्थानीय होते हैं और गैस के बुलबुले और ठोस कणों द्वारा बढ़ावा दिए जाते हैं।

गुहिकायन क्षरण

गुहिकायन क्षरण उन क्षेत्रों में प्रकट होता है जहां कम दबाव के कारण वाष्प के बुलबुले बनते हैं। जब बुलबुले किसी सतह पर फूटते हैं तो सुरक्षात्मक ऑक्साइड नष्ट हो जाता है और नष्ट हो जाता है और उसके बाद फिर से निर्मित हो जाता है। प्रक्रिया दोहराई जाती है और सतह पर गुहिकायन क्षरण के विशिष्ट गहरे छिद्र बन जाते हैं। इसे आमतौर पर इम्पेलर्स और प्रोपेलर्स के पिछले किनारे पर देखा जा सकता है।

चयनात्मक क्षरण

चयनात्मक क्षरण उन धातुओं में होता है जिनमें मिश्रधातु तत्व समान रूप से वितरित नहीं होते हैं। इस प्रकार के क्षरण के विशिष्ट उदाहरण हैं:

पीतल का डीज़िनसिफिकेशन, जिससे जस्ता घुल जाता है और एक छिद्रपूर्ण तांबे की सामग्री छोड़ देता है।
कच्चे लोहे का ग्रेफाइटीकरण, जिससे लोहा घुल जाता है और अपने पीछे कम यांत्रिक शक्ति वाले ग्रेफाइट का एक नेटवर्क छोड़ जाता है।