معرفی رشته مهندسی مواد مقطع کارشناسی ارشد گرایش خوردگی و حفاظت مواد
یک تعریف کلی برای خوردگی، تخریب یا اضمحلال یک ماده در اثر واکنش با محیط اطراف آن است. باور عمومی بر این است که فرآیند خوردگی محدود به فلزات می شود اما این پدیده ممکن است در فلزات و هم در غیرفلزات مانند مواد نسوز، کامپوزیت ها و سایر مواد رخ دهد. به عنوان مثال می توان به از بین رفتن رنگها و تخریب لاستیک توسط نور خورشید، تخریب دیواره کوره فولاد سازی اشاره کرد.
از دیدگاه ترمودینامیکی، خوردگی فرآیندی خود به خودی است که در جهت کاهش انرژی آزاد انجام می شود. به بیان دیگر، فرآیند خوردگی موجب تبدیل مواد از حالت ناپایدار (سطح انرژی زیاد) به حالت پایدار (سطح انرژی کم) می شود. به‌عنوان مثال تبدیل سنگ معدل آهن (اکسید آهن) به آهن و فولاد مستلزم صرف انرژی است. بخشی از این انرژی به گرما تبدیل شده و بخش دیگر در ماده ذخیره و باعث افزایش سطح انرژی آن میشود. خوردگی به عنوان یک فرآیند طبیعی و خود به خود باعث اکسایش آهن (فولاد) و تبدیل آن به اکسید آهن (سنگ معدن آهن) و در نتیجه کاهش سطح انرژی آن می شود.
بر اساس قوانین ترمودینامیک، هیچ عاملی نمیتواند از این فرآیند طبیعی (تخریب خود به خود ماده) کاملاً جلوگیری کند. ولی با استفاده از روش های موجود می توان این فرآیند را به تعویق انداخته و یا اینکه نرخ انجام آن را در حدی کاهش داد که بتوان عملاً ماده مورد نظر را از لحاظ صنعتی مقاوم در برابر خوردگی دانست.
در واقع، نقش مهندس خوردگی آن است که با توجه به محیط و شرایط کاری مورد نظر، ماده ای را انتخاب کند که در برابر خوردگی مقاوم بوده و یا اینکه سرعت خوردگی را در آن ماده تا حد قابل قبولی کاهش دهد.
اهمیت پیشگیری از وقوع خوردگی
پدیده خوردگی یک زیان اقتصادی عظیم برای همه کشورهای صنعتی به شمار می شود. به دلیل گسترش صنایع مختلف و به وجود آمدن محیط های خورنده جدید هزینه تحمیلی ناشی از خوردگی نیز افزایش می یابد. در سال ۲۰۱۶، هزینه های سالانه ناشی از خوردگی در ایالات متحده بیش از ۱/۱ تریلیون دلار برآورده شده است. با وجود اینکه نمی توان پدیده خوردگی را بطور کامل حذف کرد، ولی با استفاده از روش هایی مانند حفاظت کاتدی میتوان سرعت خوردگی را محدود و هزینه های ناشی از آن را به مقدار زیادی کاهش داد. انتخاب مواد اصولی و طراحی مناسب، هزینه های تحمیلی ناشی از خوردگی را به میزان زیادی کاهش می دهند. وظیفه اصلی یک مهندس خوردگی کنترل شرایط در محیط های مختلف برای جلوگیری از وقوع خوردگی بخصوص در قطعات حساس است.
یک پروژه بدون حضور مهندس خوردگی نباید شروع شود چرا که تمام نقشه ها و مواد مورد نظر در پروژه باید از نظر خوردگی به تأیید مهندس خوردگی برسد. همچنین مهندس خوردگی باید جنبه های مکانیک شکست و روشهای بازرسی و بررسیهای غیر مخرب را بداند. خوردگی می تواند بر عمر تجهیزات، بهره برداری از آنها، بازگشت سرمایه، کیفیت محصولات تولید و غیره مؤثر باشد.
از طرف دیگر، خسارت های خوردگی می تواند اثرات مستقیم یا غیرمستقیم داشته باشد. برخی از خسارت های مستقیم خوردگی عبارت اند از تخریب یا انهدام تجهیزات به‌عنوان مثال تخریب پل، انفجار خط لوله گاز، غرق شدن کشتی، تخریب سکوهای نفتی، خوردگی بدنه اتومبیل. در رابطه با خسارتهای غیرمستقیم خوردگی میتوان به آلوده شدن محصولات، هدر رفتن محصولات و همچنین هزینه های تعمیرات و نگهداری از تجهیزات اشاره کرد. علاوه بر خسارتهای مالی هنگفت، خوردگی میتواند باعث خسارت های جانی زیادی نیز شود. از این رو، بازرسی و ردیابی خوردگی و نظارت و کنترل آن امری لازم و ضروری است.
گرایش خوردگی و حفاظت از مواد در مقطع کارشناسی ارشد
گرایش خوردگی و حفاظت از مواد از زیرشاخه های رشته مهندسی مواد به حساب می آید که در مقطع کارشناسی ارشد در این رشته ارائه می شود؛ اما در برخی از دانشگاه های دنیا به دلیل ارتباط نزدیکی که به علم شیمی دارد به‌عنوان زیرشاخه مهندسی شیمی نیز دسته بندی شده است. خوردگی پدیده ای است که از سطح ماده ای که در معرض محیط خورنده قرار گرفته شروع می شود، به همین دلیل مهندسی خوردگی و مهندسی سطح موارد مشترکی با یکدیگر دارند اما به هیچ عنوان این دو تخصص را نباید با یکدیگر اشتباه گرفت. مهندسی سطح شامل کاربرد فنّاوری‌های سنتی یا نوین عملیات حرارتی یا دیگر عملیات سطحی نظیر انواع روشهای پوشش دهی بر روی مواد و قطعات حساس مهندسی به‌منظور دستیابی به یک ماده مرکب با خواصی است که در هیچ یک از مواد تشکیل دهنده مغز یا سطح قطعه به‌تنهایی وجود ندارد. در صورتی که مهندسی خوردگی یک تخصص برای به کارگیری علم، دانش و قوانین فیزیکی به منظور طراحی و اجرای روش هایی برای مدیریت یک پدیده طبیعی به نام خوردگی است.
بطور کلی خوردگی در تمام صنایع پدیده شایعی است. هیچ ماده صنعتی وجود ندارد که بطور کامل از آسیب خوردگی در امان باشد. به همین دلیل فارغ‌التحصیلان این رشته می توانند در صنایع مختلفی مانند صنایع هوایی، دریایی شامل اسکله ها و بنادر، صنعت کشتی سازی، نیروگاه های هستهای و نیروگاه های سیکل ترکیبی، صنایع پتروشیمی، چاه های استخراج و خطوط انتقال نفت و گاز مشغول به کار شوند.
زمینه های فعالیت متخصصان گرایش خوردگی به پنج گروه کلی زیر تقسیم بندی می گردد:
- بهبود ترکیب شیمیایی آلیاژها در جهت بهبود مقاومت به خوردگی
- بازرسی و پایش سیستم های در معرض خوردگی مانند خطوط انتقال نفت و گاز
- مطالعه و استفاده ممانعت کننده ها به منظور کاهش سرعت خوردگی در محیط های مختلف
- طراحی و اجرا سیستمهای حفاظت کاتدی و آندی در سازه های صنعتی
- کاربرد پوششهای محافظ مختلف مانند آبکاری، رنگ
شرکت های بزرگ نفتی اهداف خوبی برای اشتغال مهندسان خوردگی در سراسر دنیا هستند چرا که اکثر تجهیزات نفت و گاز به شدت تحت تأثیر پدیده خوردگی قرار می گیرند. به همین جهت مناطق نفت خیز کشور بیشترین تجمع مهندسان گرایش خوردگی را دارند. شرکت های فعال در منطقه اقتصادی پارس جنوبی به طور گسترده از وجود مهندسان خوردگی استفاده می کنند.
سرفصل دروس و سنوات تحصیلی
تعداد سنوات این گرایش دو سال بوده و طبق مشخصات کلی، برنامه و سرفصل دروس دوره کارشناسی ارشد مهندسی مواد ، دانشجویان این گرایش در مقطع کارشناسی ارشد دروس زیر را باید پشت سر بگذارند:
– ترمودینامیک پیشرفته مواد
– جنبه های مکانیکی خوردگی
– خطاهای اندازه گیری در تحقیق مواد
– خوردگی پیشرفته
– روشهای پیشرفتته مطالعه مواد و آزمایشگاه
– آزمایشگاه خوردگی
-رنگ و پوششهای تبدیلی
-ممانعت کننده های خوردگی
-الکتروشیمی پیشرفته
-حفاظت کاتدی و آندی
-اکسیداسیون و خوردگی داغ
-سینتیک پیشرفته
-خوردگی در محیطهای طبیعی
-مهندسی سطح پیشرفته
تعداد واحدهای درسی این دوره ۳۲ واحد بوده که از این میان ۱۴ واحد دروس اجباری، ۱۰ واحد دروس اختیاری، ۶ واحد پایان نامه و ۲ واحد سمینار هستند. دروس خواص مکانیکی ۲، ریاضیات مهندسی، انتخاب مواد فلزی، انتقال مطالب علمی و فنی و مواد پیشرفته از دروس جبرانی این گرایش هستند.