تآكل

في أي بيئة معينة (أحد الأوساط القياسية هو مياه البحر المهواة بدرجة حرارة الغرفة )، يكون أحد المعادن إما أكثر نبلاً أو أكثر نشاطاً من غيره، بناءً على قوة ارتباط أيوناته بالسطح. يتشارك معدنان متصلان كهربائياً نفس الإلكترونات، لذا فإن "التجاذب" على كل سطح يُشبه التنافس على الإلكترونات الحرة بين المادتين. باستخدام الإلكتروليت كوسط لتدفق الأيونات في نفس الاتجاه، يأخذ المعدن النبيل الإلكترونات من المعدن النشط. يمكن قياس التدفق الكتلي الناتج أو التيار الكهربائي لتحديد تسلسل هرمي للمواد في الوسط المدروس. يُسمى هذا التسلسل الهرمي بالسلسلة الجلفانية ، وهو مفيد في التنبؤ بالتآكل وفهمه.

المواد الأكثر مقاومة للتآكل هي تلك التي يكون التآكل فيها غير مرغوب فيه من الناحية الديناميكية الحرارية . تميل نواتج تآكل الذهب أو البلاتين إلى التحلل تلقائيًا إلى معدن نقي، ولهذا السبب توجد هذه العناصر في صورتها المعدنية على الأرض، ولطالما حظيت بتقدير كبير. أما المعادن الأساسية الأكثر شيوعًا، فلا يمكن حمايتها إلا بوسائل مؤقتة.

تتميز بعض المعادن بديناميكيات تفاعل بطيئة بطبيعتها ، على الرغم من أن تآكلها مُفضل من الناحية الديناميكية الحرارية. ومن هذه المعادن الزنك والمغنيسيوم والكادميوم . ورغم أن تآكل هذه المعادن مستمر، إلا أنه يحدث بمعدل بطيء مقبول. ومن الأمثلة البارزة على ذلك الجرافيت ، الذي يُطلق كميات كبيرة من الطاقة عند أكسدته ، ولكنه يتميز بديناميكيات تفاعل بطيئة للغاية تجعله محصنًا فعليًا ضد التآكل الكهروكيميائي في الظروف العادية.

التخميل هو عملية تكوّن طبقة رقيقة للغاية من نواتج التآكل، تُعرف بالغشاء الخامل، على سطح المعدن، تعمل كحاجز يمنع المزيد من الأكسدة. يختلف التركيب الكيميائي والبنية المجهرية للغشاء الخامل عن المعدن الأساسي. يتراوح سمك الغشاء الخامل عادةً على الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك في حدود 10 نانومترات. يختلف الغشاء الخامل عن طبقات الأكسيد التي تتشكل عند التسخين والتي يتراوح سمكها في نطاق الميكرومترات؛ إذ يستعيد الغشاء الخامل سماكته في حال إزالته أو تلفه، بينما لا تستعيد طبقة الأكسيد سماكتها. يُلاحظ التخميل في البيئات الطبيعية، مثل الهواء والماء والتربة عند درجة حموضة معتدلة، في مواد مثل الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم والسيليكون .

تتحدد عملية التخميل بشكل أساسي بعوامل معدنية وبيئية. يُلخص تأثير الرقم الهيدروجيني باستخدام مخططات بوربيه ، ولكن هناك العديد من العوامل الأخرى المؤثرة. تشمل بعض الظروف التي تُعيق التخميل: ارتفاع الرقم الهيدروجيني للألمنيوم والزنك، وانخفاضه أو وجود أيونات الكلوريد للفولاذ المقاوم للصدأ، وارتفاع درجة الحرارة للتيتانيوم (حيث يذوب الأكسيد في المعدن بدلاً من المحلول الإلكتروليتي)، وأيونات الفلوريد للسيليكون. من ناحية أخرى، قد تؤدي ظروف غير اعتيادية إلى تخميل مواد غير محمية عادةً، كما هو الحال في البيئة القلوية للخرسانة بالنسبة لقضبان التسليح الفولاذية . غالبًا ما يُمكن للتعرض لمعدن سائل مثل الزئبق أو اللحام الساخن أن يُلغي آليات التخميل.

أظهرت دراسة باستخدام المجهر النفقي الماسح الكهروكيميائي أنه أثناء عملية تخميل الحديد، تنمو طبقة من أكسيد الحديد الثلاثي شبه الموصل من النوع السالب (n-type ) عند السطح البيني مع المعدن، مما يؤدي إلى تراكم حاجز إلكتروني يعيق تدفق الإلكترونات ومنطقة استنزاف إلكتروني تمنع المزيد من تفاعلات الأكسدة. تشير هذه النتائج إلى آلية "التخميل الإلكتروني". ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} كما توفر الخصائص الإلكترونية لطبقة الأكسيد شبه الموصلة هذه تفسيرًا آليًا للتآكل الناتج عن الكلوريد ، الذي يُنشئ حالات سطحية على سطح الأكسيد تؤدي إلى اختراق إلكتروني، واستعادة التيارات الأنودية، وتعطيل آلية التخميل الإلكتروني. ^{[ 8 ]}

قد تؤثر بعض الظروف، مثل انخفاض تركيز الأكسجين أو ارتفاع تركيز أنواع كيميائية مثل الكلوريد التي تتنافس كأنيونات ، على قدرة سبيكة معينة على إعادة تكوين طبقة واقية. في أسوأ الأحوال، ستبقى معظم مساحة السطح محمية، لكن تقلبات موضعية طفيفة ستؤدي إلى تدهور طبقة الأكسيد في نقاط حرجة قليلة. سيتفاقم التآكل في هذه النقاط بشكل كبير، وقد يتسبب في ظهور حفر تآكل من أنواع مختلفة، تبعًا للظروف. ورغم أن حفر التآكل لا تتشكل إلا في ظروف قاسية، إلا أنها قد تستمر في النمو حتى بعد عودة الظروف إلى طبيعتها، نظرًا لنقص الأكسجين داخل الحفرة وانخفاض الرقم الهيدروجيني محليًا إلى مستويات منخفضة جدًا، مما يزيد من معدل التآكل بفعل عملية التحفيز الذاتي. في الحالات القصوى، قد تتسبب الأطراف الحادة لحفر التآكل الطويلة والضيقة جدًا في تركيز الإجهاد لدرجة قد تؤدي إلى تحطم السبائك المتينة؛ إذ يمكن لطبقة رقيقة مثقوبة بثقب صغير غير مرئي أن تخفي حفرة بحجم الإبهام. تُعد هذه المشاكل خطيرة للغاية لصعوبة اكتشافها قبل تعطل جزء أو هيكل ما . لا يزال التآكل النقطي من بين أكثر أشكال التآكل شيوعًا وضررًا في السبائك المعالجة بالتخميل، ^{[ 9 ]} ولكن يمكن منعه عن طريق التحكم في بيئة السبيكة.

يحدث التنقر عندما تتشكل فتحة صغيرة، أو تجويف، في المعدن، عادةً نتيجةً لإزالة طبقة التخميل من منطقة صغيرة. تصبح هذه المنطقة أنودية، بينما يصبح جزء من المعدن المتبقي كاثوديًا، مما يُنتج تفاعلًا جلفانيًا موضعيًا. يتغلغل تدهور هذه المنطقة الصغيرة في المعدن وقد يؤدي إلى تلفه. غالبًا ما يصعب اكتشاف هذا النوع من التآكل لأنه عادةً ما يكون صغيرًا نسبيًا وقد يكون مغطى ومخفيًا بمركبات ناتجة عن التآكل.

قد يُشكّل الفولاذ المقاوم للصدأ تحديات خاصة في مقاومة التآكل، إذ يعتمد سلوكه التخميلي على وجود عنصر رئيسي في السبائك ( الكروم ، بنسبة لا تقل عن 11.5%). ونظرًا لارتفاع درجات حرارة اللحام والمعالجة الحرارية، قد تتشكل كربيدات الكروم على حدود حبيبات سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ. يؤدي هذا التفاعل الكيميائي إلى فقدان الكروم من المادة في المنطقة القريبة من حدود الحبيبات، مما يجعل تلك المناطق أقل مقاومة للتآكل. وينتج عن ذلك تفاعل جلفاني مع السبيكة المجاورة المحمية جيدًا، مما يؤدي إلى "تآكل اللحام" (تآكل حدود الحبيبات في المناطق المتأثرة بالحرارة) في البيئات شديدة التآكل. ويمكن لهذه العملية أن تُقلل بشكل كبير من المتانة الميكانيكية للوصلات الملحومة بمرور الوقت.

يُقال إن الفولاذ المقاوم للصدأ "مُحسَّس" إذا تشكلت كربيدات الكروم في بنيته المجهرية. لا تُظهر البنية المجهرية النموذجية للفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 304 المُعالَج حراريًا أي علامات على التحسيس، بينما يُظهر الفولاذ المُحسَّس بشدة وجود رواسب على حدود الحبيبات. الخطوط الداكنة في البنية المجهرية المُحسَّسة هي شبكات من كربيدات الكروم المتشكلة على طول حدود الحبيبات.

يمكن لسبائك خاصة، إما ذات محتوى منخفض من الكربون أو مع إضافة مواد ماصة للكربون مثل التيتانيوم والنيوبيوم (في النوعين 321 و347 على التوالي)، أن تمنع هذا التأثير، ولكن النوع الأخير يتطلب معالجة حرارية خاصة بعد اللحام لمنع ظاهرة مشابهة تُعرف باسم "تآكل خط السكين". وكما يوحي الاسم، يقتصر التآكل على منطقة ضيقة جدًا مجاورة للحام، غالبًا ما لا يتجاوز عرضها بضعة ميكرومترات، مما يجعله أقل وضوحًا.

يُعدّ التآكل الشقوقي شكلاً موضعياً من التآكل يحدث في الأماكن المغلقة (الشقوق)، حيث يكون وصول سائل التشغيل من البيئة محدوداً. ويؤدي تكوّن خلية تهوية تفاضلية إلى التآكل داخل الشقوق. ومن أمثلة الشقوق: الفجوات ومناطق التلامس بين الأجزاء، وتحت الحشيات أو موانع التسرب، وداخل الشقوق والدرزات، والفراغات المليئة بالرواسب، وتحت أكوام الحمأة.

يتأثر تآكل الشقوق بنوع الشق (معدن-معدن، معدن-لا معدن)، وشكله الهندسي (حجمه، ونعومة سطحه)، والعوامل المعدنية والبيئية. ويمكن تقييم قابلية المادة لتآكل الشقوق باستخدام إجراءات معيارية من الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM). وتُستخدم درجة حرارة حرجة لتآكل الشقوق عادةً لتصنيف مقاومة المادة لهذا النوع من التآكل.

في الصناعات الكيميائية ، يُعرف تآكل الأنابيب بفعل الهيدروجين بأنه تآكل يحدث في الأخاديد الناتجة عن تفاعل عامل مُسبب للتآكل مع مكونات الأنبوب المتآكلة _{وفقاعات} غاز الهيدروجين . [ ^{10 ] على} سبيل المثال، عند تدفق حمض الكبريتيك ₍ H₂SO₄ ) عبر أنابيب الصلب، يتفاعل الحديد الموجود في الصلب مع الحمض مُشكلاً طبقة واقية من كبريتات الحديد ( FeSO₄ ) وغاز الهيدروجين ( H₂ _{) .} تحمي طبقة كبريتات الحديد الصلب من المزيد من التفاعل؛ إلا أنه في حال ملامسة فقاعات الهيدروجين لهذه الطبقة، فإنها تُزال. وبالتالي، قد يتشكل أخدود بفعل فقاعة متحركة، مما يُعرّض المزيد من الصلب للحمض، مُسبباً حلقة مفرغة . ويتفاقم التآكل بسبب ميل الفقاعات اللاحقة إلى اتباع المسار نفسه.

عند استخدام معالجات الأسطح للحد من التآكل، يجب توخي الحذر الشديد لضمان تغطية كاملة، دون وجود فجوات أو شقوق أو ثقوب دقيقة. فالعيوب الصغيرة قد تُشكل نقطة ضعف ، تسمح للتآكل بالتغلغل إلى الداخل مُسبباً أضراراً جسيمة حتى مع بقاء الطبقة الخارجية الواقية سليمة ظاهرياً لفترة من الزمن.

الطلاءات المطبقة

تُعدّ عمليات الطلاء والدهان وتطبيق المينا من أكثر طرق معالجة التآكل شيوعًا . تعمل هذه الطرق على توفير حاجز من مادة مقاومة للتآكل بين البيئة المُسببة للتآكل والمادة الهيكلية. وبغض النظر عن الجوانب التجميلية والتصنيعية، قد يكون هناك تنازلات بين المرونة الميكانيكية ومقاومة الاحتكاك ودرجات الحرارة العالية. عادةً ما تفشل عمليات الطلاء في أجزاء صغيرة فقط، ولكن إذا كان الطلاء أكثر نبلاً من المادة الأساسية (على سبيل المثال، الكروم على الفولاذ)، فإن التفاعل الكهروكيميائي سيؤدي إلى تآكل أي منطقة مكشوفة بسرعة أكبر بكثير من تآكل سطح غير مطلي. لهذا السبب، يُنصح غالبًا بالطلاء بمعادن نشطة مثل الزنك أو الكادميوم . إذا لم يكن طلاء الزنك سميكًا بما فيه الكفاية، سرعان ما يصبح السطح قبيحًا مع ظهور الصدأ بشكل واضح. يرتبط العمر التصميمي ارتباطًا مباشرًا بسماكة طبقة الطلاء المعدني.

يُفضّل استخدام الدهان بالرول أو الفرشاة للمساحات الضيقة، بينما يُعدّ الرشّ خيارًا أفضل للمساحات الأكبر كالأسطح الفولاذية والواجهات البحرية. توفر طلاءات البولي يوريثان المرنة ، مثل دوراباك-إم 26، طبقة عازلة مقاومة للتآكل مع غشاء متين للغاية ومقاوم للانزلاق. تتميز الطلاءات بسهولة تطبيقها وسرعة جفافها، مع العلم أن درجة الحرارة والرطوبة قد تؤثران على مدة الجفاف.

الأنودة

تخضع سبائك الألومنيوم عادةً لمعالجة سطحية. تُضبط الظروف الكهروكيميائية في المحلول بدقة لتكوين مسامات منتظمة، بعرض عدة نانومترات ، في طبقة أكسيد المعدن. تسمح هذه المسامات للأكسيد بالنمو بسماكة أكبر بكثير مما تسمح به ظروف التخميل. في نهاية المعالجة، تُترك المسامات لتنغلق، مُشكّلةً طبقة سطحية أكثر صلابة من المعتاد. في حال خدش هذه الطبقة، تتولى عمليات التخميل الطبيعية حماية المنطقة المتضررة.

تتميز عملية الأنودة بمقاومتها العالية للعوامل الجوية والتآكل، لذا فهي شائعة الاستخدام في واجهات المباني وغيرها من المناطق التي تتعرض أسطحها باستمرار للعوامل الجوية. ورغم هذه المقاومة، إلا أنها تتطلب تنظيفًا دوريًا. فإذا تُركت دون تنظيف، ستظهر بقع على حواف الألواح بشكل طبيعي. الأنودة هي عملية تحويل المصعد إلى مهبط عن طريق ملامسته بمصعد أكثر نشاطًا.

تُعدّ القوالب ذات النفاذية المُتحكَّم بها (CPF) طريقةً لمنع تآكل حديد التسليح من خلال تعزيز متانة الغطاء الخرساني أثناء صبّه. وقد استُخدمت هذه القوالب في بيئاتٍ مختلفةٍ لمكافحة آثار الكربنة والكلوريدات والصقيع والتآكل.

الحماية الكاثودية هي تقنية للتحكم في تآكل سطح المعدن بجعله مهبطًا في خلية كهروكيميائية . تُستخدم أنظمة الحماية الكاثودية بشكل شائع لحماية خطوط أنابيب وخزانات الصلب، وأرصفة الموانئ ، والسفن، ومنصات النفط البحرية .

حماية الأنود التضحية

لتحقيق فعالية الحماية الكاثودية، يتم استقطاب جهد سطح الفولاذ (دفعه) نحو قيم سالبة أكثر حتى يصبح جهد السطح موحدًا. عند توحيد الجهد، تتوقف قوة دافعة تفاعل التآكل. في أنظمة الحماية الكاثودية الجلفانية، يتآكل قطب الأنود تحت تأثير الفولاذ، ويجب استبداله في النهاية. ينتج الاستقطاب عن تدفق التيار من الأنود إلى الكاثود، مدفوعًا بفرق الجهد بين قطبي الأنود والكاثود. أكثر مواد الأنود التضحية شيوعًا هي الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم وسبائكها. يتميز الألومنيوم بأعلى سعة، بينما يتميز المغنيسيوم بأعلى جهد تشغيل، ولذلك يُستخدم في التطبيقات ذات المقاومة العالية. أما الزنك فهو متعدد الاستخدامات وأساس الجلفنة.

تُصاحب الأنودات التضحية عدد من المشاكل. من بينها، من منظور بيئي، إطلاق الزنك والمغنيسيوم والألومنيوم والمعادن الثقيلة مثل الكادميوم في البيئة، بما في ذلك مياه البحر. ومن منظور عملي، تُعتبر أنظمة الأنودات التضحية أقل دقة من أنظمة الحماية الكاثودية الحديثة، مثل أنظمة الحماية الكاثودية بالتيار المفروض (ICCP). ويجب فحص قدرتها على توفير الحماية المطلوبة بانتظام عن طريق الفحص تحت الماء بواسطة الغواصين. علاوة على ذلك، ونظرًا لأن عمرها الافتراضي محدود، يجب استبدال الأنودات التضحية بانتظام مع مرور الوقت. ^{[ 14 ]}

تُطبّق الحماية الأنودية تيارًا أنوديًا على الهيكل المراد حمايته (عكس الحماية الكاثودية). وهي مناسبة للمعادن التي تُظهر حالة خمول (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ) وتيار خمول منخفض نسبيًا ضمن نطاق واسع من الجهود. تُستخدم هذه الطريقة في البيئات العدائية، مثل محاليل حمض الكبريتيك. الحماية الأنودية هي طريقة كهروكيميائية لحماية المعادن من التآكل عن طريق الحفاظ على المعدن في حالة خمول.

يُوصَف تكوّن طبقة الأكسيد بنموذج ديل-غروف ، الذي يُستخدم للتنبؤ بتكوّن طبقة الأكسيد والتحكم فيه في مختلف الحالات. يُعدّ اختبار فقدان الوزن اختبارًا بسيطًا لقياس التآكل. ^{[ 15 ]} تتضمن هذه الطريقة تعريض قطعة نظيفة موزونة من المعدن أو السبيكة لبيئة التآكل لفترة زمنية محددة، ثم تنظيفها لإزالة نواتج التآكل، ووزن القطعة لتحديد مقدار فقدان الوزن. يُحسب معدل التآكل ( R ) على النحو التالي:

${\displaystyle R={\frac {kW}{\rho At}}}$

حيث k ثابت، و W هو فقدان وزن المعدن في الوقت t ، و A هي مساحة سطح المعدن المعرض، و ρ هي كثافة المعدن (بوحدة جم/سم ³ ).

ومن التعبيرات الشائعة الأخرى لمعدل التآكل عمق الاختراق وتغير الخواص الميكانيكية.

يتضمن تحلل البوليمر عدة عمليات فيزيائية وكيميائية معقدة وغير مفهومة جيدًا في كثير من الأحيان. وتختلف هذه العمليات اختلافًا كبيرًا عن العمليات الأخرى المذكورة هنا، ولذا يُستخدم مصطلح "التآكل" لوصفها بشكل مجازي. نظرًا لوزنها الجزيئي الكبير، لا يمكن اكتساب سوى القليل من الإنتروبيا عند مزج كتلة معينة من البوليمر مع مادة أخرى، مما يجعل ذوبانها صعبًا للغاية. ورغم أن الذوبان يمثل مشكلة في بعض تطبيقات البوليمر، إلا أنه من السهل نسبيًا تصميم حلول لمواجهته.

تُعدّ مشكلة "الانتفاخ" أكثر شيوعًا وذات صلة، حيث تتغلغل الجزيئات الصغيرة في البنية، مما يقلل من قوتها وصلابتها ويؤدي إلى تغير في حجمها. في المقابل، تُنتفخ العديد من البوليمرات (وخاصة الفينيل المرن) عمدًا باستخدام الملدنات ، التي قد تتسرب من البنية، مما يُسبب الهشاشة أو غيرها من التغيرات غير المرغوب فيها.

مع ذلك، يُعدّ انخفاض طول سلسلة البوليمر الشكل الأكثر شيوعًا للتدهور. وتُعدّ آليات تكسير سلاسل البوليمر مألوفة لدى علماء الأحياء نظرًا لتأثيرها على الحمض النووي (DNA) ، وتشمل: الإشعاع المؤين (وخاصةً الأشعة فوق البنفسجية)، والجذور الحرة، والمؤكسدات مثل الأكسجين والأوزون والكلور . ويُعدّ تكسير الأوزون مشكلة معروفة تُصيب المطاط الطبيعي ، على سبيل المثال . ويمكن للمضافات البلاستيكية أن تُبطئ هذه العملية بفعالية كبيرة، وقد تكون بسيطة كصبغة ماصة للأشعة فوق البنفسجية (مثل ثاني أكسيد التيتانيوم أو الكربون الأسود ). وغالبًا ما لا تحتوي أكياس التسوق البلاستيكية على هذه المضافات، ما يُسهّل تحلّلها إلى جزيئات دقيقة جدًا من النفايات .

يتميز الزجاج بمقاومته العالية للتآكل. وبسبب مقاومته العالية للماء، يُستخدم غالبًا كمادة تغليف أساسية في صناعة الأدوية، حيث تُحفظ معظم الأدوية في محاليل مائية. ^{[ 19 ]} إضافةً إلى مقاومته للماء، يتميز الزجاج أيضًا بمتانته عند تعرضه لبعض السوائل أو الغازات الكيميائية القوية.

مرض الزجاج هو تآكل زجاج السيليكات في المحاليل المائية . ويخضع لآليتين: الترشيح المتحكم فيه بالانتشار ( تبادل الأيونات) والتحلل المائي لشبكة الزجاج. ^{[ 20 ]} تعتمد كلتا الآليتين بشدة على درجة حموضة المحلول الملامس: ينخفض ​​معدل تبادل الأيونات مع انخفاض درجة الحموضة بمقدار 0.5 ^، بينما يزداد معدل التحلل المائي مع انخفاض درجة الحموضة بمقدار ^0.5 . ^{[ 21 ]}

رياضياً، تتميز معدلات تآكل الزجاج بمعدلات التآكل المعيارية للعناصر NR _i (جم/سم ² · يوم) والتي يتم تحديدها كنسبة الكمية الإجمالية للأنواع المنطلقة في الماء M _i (جم) إلى مساحة سطح التلامس مع الماء S (سم ² )، ووقت التلامس t (أيام)، ومحتوى الكسر الوزني للعنصر في الزجاج f _i :

${\displaystyle \mathrm {NR} _{i}={\frac {M_{i}}{Sf_{i}t}}}$.

معدل التآكل الكلي هو مجموع مساهمات آليتي التآكل (الترشيح + الذوبان): NR _i =NR x _i +NR h . يُعد الترشيح المُتحكم فيه بالانتشار (تبادل الأيونات) سمة مميزة للمرحلة الأولية من التآكل، ويتضمن استبدال أيونات القلويات في الزجاج بأيون الهيدرونيوم (H3O ₊ ) من المحلول. يؤدي ذلك إلى استنزاف انتقائي للأيونات في الطبقات القريبة من سطح الزجاج، مما يُعطي معدل تآكل يتناسب عكسيًا مع الجذر التربيعي لزمن التعرض. يُعطى معدل الترشيح المُتحكم فيه بالانتشار المُعَيَّر للكاتيونات من الزجاج (جم/سم² ^· يوم) بالمعادلة التالية ^:

${\displaystyle \mathrm {NR} x_{i}=2\rho {\sqrt {\frac {D_{i}}{\pi t}}}}$،

حيث t هو الوقت، _و Di هو معامل الانتشار الفعال للكاتيون _i (سم ² / يوم)، والذي يعتمد على درجة حموضة الماء الملامس كما هو _{Di = Di 0} · 10 _–pH ، و ^ρ هي كثافة الزجاج (جم/سم ³ ).

يُعد انحلال الشبكة الزجاجية سمة مميزة للمراحل اللاحقة من التآكل، ويتسبب في إطلاق متجانس للأيونات في المحلول المائي بمعدل مستقل عن الزمن في المحاليل المخففة (جم/سم² ^· يوم):

${\displaystyle \mathrm {NR} h=\rho r_{h}}$،

حيث يمثل r_{_h} معدل التحلل المائي (الذوبان) الثابت للزجاج (سم/يوم). في الأنظمة المغلقة، يؤدي استهلاك البروتونات من الطور المائي إلى زيادة الرقم الهيدروجيني (pH) ويسبب انتقالًا سريعًا إلى التحلل المائي. ^{[ 22 ]} ومع ذلك، فإن زيادة تشبع المحلول بالسيليكا يعيق التحلل المائي ويؤدي إلى عودة الزجاج إلى تبادل أيوني؛ على سبيل المثال، نظام التآكل المتحكم فيه بالانتشار.

في الظروف الطبيعية المعتادة، تكون معدلات التآكل المعيارية للزجاج السيليكاتي منخفضة للغاية، وتتراوح بين 10⁻⁷ ^و10⁻⁵ غ /(سم² ^{· يوم )} . وتجعل متانة الزجاج السيليكاتي العالية جدًا في الماء منه مناسبًا لتثبيت النفايات الخطرة والنووية.

اختبارات تآكل الزجاج

توجد العديد من الإجراءات الموحدة لقياس تآكل الزجاج (المعروف أيضًا باسم المتانة الكيميائية ) في البيئات المحايدة والقاعدية والحمضية، في ظل ظروف بيئية محاكاة، وفي سوائل الجسم المحاكاة، وفي درجات حرارة وضغط مرتفعين، ^{[ 24 ]} وفي ظل ظروف أخرى.

يصف الإجراء القياسي ISO 719 ^{[ 25 ]} اختبار استخلاص المركبات القاعدية الذائبة في الماء في ظروف متعادلة: يُحفظ 2 غرام من الزجاج، بحجم جسيمات يتراوح بين 300 و500 ميكرومتر، لمدة 60 دقيقة في 50 مل من الماء منزوع الأيونات من الدرجة الثانية عند 98  درجة مئوية؛ ثم يُعاير 25 مل من المحلول الناتج باستخدام محلول حمض الهيدروكلوريك  بتركيز 0.01 مول/لتر . يُحدد حجم حمض الهيدروكلوريك اللازم للمعادلة وفقًا للجدول أدناه.

كمية حمض الهيدروكلوريك بتركيز 0.01 مولار اللازمة لمعادلة الأكاسيد القاعدية المستخلصة، مل	مكافئ Na2O المستخلص ، ميكروغرام	فئة التحلل المائي
< 0.1	< 31	1
0.1-0.2	31-62	2
0.2-0.85	62-264	3
0.85-2.0	264-620	4
2.0-3.5	620-1085	5
> 3.5	> 1085	> 5

الاختبار المعياري ISO 719 غير مناسب للزجاج ذي المكونات القلوية الضعيفة أو غير القابلة للاستخلاص، ولكنه لا يزال يتأثر بالماء؛ على سبيل المثال، زجاج الكوارتز ، أو _{زجاج B2O3} أو _{زجاج P2O5} .

تُصنف النظارات العادية إلى الفئات التالية:

• الزجاج المائي من الفئة الأولى (النوع الأول): تُعرف هذه الفئة أيضًا بالزجاج المحايد، وتشمل زجاج البوروسيليكات (مثل دوران ، بايركس ، فيولاكس). يحتوي زجاج هذه الفئة على كميات أساسية من أكاسيد البورون ، وأكاسيد الألومنيوم ، وأكاسيد المعادن القلوية الترابية . يتميز الزجاج المحايد، بفضل تركيبه، بمقاومة عالية للصدمات الحرارية وأعلى مقاومة للتحلل المائي. كما يُظهر مقاومة كيميائية عالية تجاه المحاليل الحمضية والمحايدة، نظرًا لانخفاض محتواه من القلويات مقارنةً بالمحاليل القلوية.
• الفئة الثانية المقاومة للتحلل المائي (النوع الثاني): تحتوي هذه الفئة عادةً على زجاج سيليكات الصوديوم ذي مقاومة عالية للتحلل المائي بفضل معالجة سطحه. زجاج سيليكات الصوديوم هو نوع من زجاج السيليكات، يحتوي على أكاسيد الفلزات القلوية والقلوية الترابية ، ويتكون أساسًا من أكسيد الصوديوم وأكسيد الكالسيوم .
• الفئة الثالثة المقاومة للتحلل المائي (النوع الثالث): عادةً ما يحتوي الزجاج من الفئة الثالثة المقاومة للتحلل المائي على زجاج سيليكات الصوديوم، ويتميز بمقاومة متوسطة للتحلل المائي أقل بمرتين من زجاج النوع الأول. يجب التمييز بين الفئة الحمضية DIN 12116 والفئة القلوية DIN 52322 (ISO 695) والفئة المقاومة للتحلل المائي DIN 12111 (ISO 719).