Numerical and Experimental Investigation of Galvanic Corrosion in Coupled AA7025 and SS304L for Marine Applications
यह अध्ययन विश्लेषणात्मक मॉडलिंग, COMSOL सिमुलेशन और प्रयोगात्मक परीक्षण को संयोजित करता है ताकि यह प्रदर्शित किया जा सके कि AA7025 एल्युमीनियम को SS304L फास्टनर्स के साथ जोड़ना समुद्री वातावरण में क्षरण (corrosion) को महत्वपूर्ण रूप से तेज करता है, जबकि एक Al-5Zn बलिदान एनोड (sacrificial anode) को एक प्रभावी शमन रणनीति के रूप में पहचानता है।
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जहाज निर्माण और समुद्री इंजीनियरिंग की दुनिया में, जहाजों को हल्का और अधिक ईंधन-कुशल बनाने के стрем (प्रयास) ने डिजाइनरों को एल्युमीनियम मिश्र धातुओं की ओर प्रेरित किया है। ये धातुएं ऐसी मजबूती प्रदान करती हैं जो स्टील के बराबर है लेकिन इनका वजन काफी कम होता है, जिससे जहाज के हल (hull) के भारी बोझ को कम करने में ये आदर्श बन जाती हैं। हालांकि, एल्युमीनियम की एक कमजोरी है: यह रासायनिक रूप से सक्रिय है और समुद्र की कठोर, नमकीन परिस्थितियों के संपर्क में आने पर जंग लगने के प्रति संवेदनशील है। एक कार्यात्मक जहाज बनाने के लिए, इंजीनियरों को इन एल्युमीनियम पैनलों को अन्य घटकों से जोड़ना होता है, जिसके लिए अक्सर स्टेनलेस स्टील से बने बोल्ट और फास्टनरों का उपयोग किया जाता है, जिसे इसके अपने संक्षारण प्रतिरोध (corrosion resistance) के लिए चुना जाता है। जब दो अलग-अलग धातुएं समुद्री जल जैसे प्रवाहकीय तरल पदार्थ में एक-दूसरे के संपर्क में आती हैं, तो वे एक छिपी हुई विद्युत बैटरी बना देती हैं। कम प्रतिरोधी धातु, इस मामले में एल्युमीनियम, एक बलिदान देने वाला साथी (sacrificial partner) बन जाती है, जो स्टेनलेस स्टील की अधिक प्रतिरोधी प्रकृति की रक्षा करने के लिए अकेले की तुलना में बहुत तेजी से संक्षारित होती है। यह ठीक कितनी तेजी से होता है, और धातु टूटते समय कैसी दिखती है, इसे समझना यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है कि जहाज समय से पहले संरचनात्मक विफलता का शिकार न हों।
इथियोपियाई डिफेंस यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक सामान्य जोड़ी का अध्ययन करके इस विशिष्ट खतरे को मापने का लक्ष्य रखा: AA7025 एल्युमीनियम मिश्र धातु, जिसका उपयोग अक्सर उच्च-शक्ति वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है, और 304L स्टेनलेस स्टील फास्टनरों का युग्म। वे यह देखना चाहते थे कि यह संयोजन तीन अलग-अलग वातावरणों में कैसा व्यवहार करता है जो वास्तविक दुनिया की स्थितियों की नकल करते हैं: साधारण नल का पानी, समुद्र का अनुकरण करने के लिए बनाया गया एक खारा घोल, और एक शक्तिशाली एसिड घोल जो अम्लीय वर्षा के संक्षारक प्रभावों का प्रतिनिधित्व करता है। एक पूर्ण चित्र प्राप्त करने के लिए, वे केवल एक विधि पर निर्भर नहीं रहे। इसके बजाय, उन्होंने तीस दिनों तक धातु के भौतिक नमूनों को डुबोकर रखा, सामग्री के नुकसान को देखने के लिए उन्हें तौला, और भौतिक क्षति को देखने के लिए शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के नीचे उनकी सतहों का परीक्षण किया। उन्होंने धातुओं के बीच बहने वाली अदृश्य विद्युत धाराओं का अनुकरण करने के लिए विशेष सॉफ्टवेयर का उपयोग करके सेटअप का एक विस्तृत डिजिटल मॉडल भी बनाया, जिससे उन्हें उच्च सटीकता के साथ संक्षारण दरों की भविष्यवाणी करने की अनुमति मिली।
परिणामों से पता चला कि स्टेनलेस स्टील फास्टनर की उपस्थिति ने एल्युमीनियम के क्षय को नाटकीय रूप से तेज कर दिया। नल के पानी में, स्टील के साथ जुड़े होने पर एल्युमीनियम अकेले खड़े होने की तुलना में लगभग पांच गुना तेजी से संक्षारित हुआ। खारे पानी में, दर तीन गुना से अधिक बढ़ गई, और अम्लीय वातावरण में, संक्षारण की गति चार गुना से अधिक बढ़ गई। सबसे गंभीर क्षति एसिड में हुई, जहाँ एल्युमीनियम ने केवल एक महीने में अपनी सतह की कठोरता का दस प्रतिशत से अधिक हिस्सा खो दिया और एक सौ माइक्रोमीटर से अधिक की गहराई तक घुल गया। जब शोधकर्ताओं ने क्षतिग्रस्त सतहों को करीब से देखा, तो उन्होंने पाया कि संक्षारण का प्रकार पूरी तरह से तरल पदार्थ पर निर्भर था। नल के पानी में, सतह पर कैल्शियम कार्बोनेट की एक परत बन गई। खारे पानी में, धातु को गहरे, स्थानीयकृत गड्ढों (pits) का सामना करना पड़ा जो धातु के भीतर सूक्ष्म कणों से शुरू हुए थे। एसिड में, धातु में व्यापक, सामान्य विघटन हुआ जिसने सतह को समान रूप से नष्ट कर दिया।
इस तीव्र गिरावट को संबोधित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने अपनी डिजिटल मॉडलों को सुरक्षा की समस्या की ओर मोड़ा। उन्होंने एक तीसरे धातु, एक 'बलिदान देने वाले एनोड' (sacrificial anode) के समावेश का अनुकरण किया, जिसे एल्युमीनियम संरचना के बजाय खुद संक्षारित होने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उन्होंने अपने सिमुलेशन में यह देखने के लिए तीन अलग-अलग प्रकार के एनोड का परीक्षण किया कि कौन सा सबसे अच्छा बचाव प्रदान करेगा। सिमुलेशन ने दिखाया कि एल्युमीनियम और पांच प्रतिशत जिंक से बनी एक मिश्र धातु सबसे प्रभावी रक्षक थी। यह विशिष्ट एनोड एक मजबूत सुरक्षात्मक धारा उत्पन्न करता है और एल्युमीनियम के विद्युत विभव (electrical potential) को एक ऐसे स्तर पर स्थानांतरित कर देता है जहाँ संक्षारण आसानी से नहीं हो सकता। अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि हालांकि समुद्री वातावरण में एल्युमीनियम और स्टेनलेस स्टील का संयोजन जोखिम भरा है, लेकिन सही बलिदान देने वाले एनोड का उपयोग करके क्षति का सटीक अनुमान लगाया जा सकता है और इसे प्रभावी ढंग से प्रबंधित किया जा सकता है, जो इन महत्वपूर्ण समुद्री संरचनाओं के जीवन को बढ़ाने का एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है।
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