ayr malzeme tr iin metal seramik ve polimer

• Üç ayrı malzeme türü için (metal, seramik ve polimer) bozunma mekanizması birbirlerinden farklıdır. Metallerde ya çözünme (korozyon) ya metal olmayan tufal ya da film (oksidasyon) oluşumu ile fiziki malzeme kaybı yaşanır. • Seramik malzemeler, çoğunlukla korozyon olarak da adlandırılan, genellikle yüksek sıcaklıklarda veya daha çok şiddetli ortamlarda meydana gelen bozunmalara karşı oldukça dayanıklıdır. Polimerler için, korozyon mekanizmaları ve sonuçları metal ve seramiklere göre daha farklıdır ve çoğunlukla bozunma terimi kullanılır.

• Korozyon, genel olarak bir metalin istenmeyen ve tahrip edici bir reaksiyona (çözünmeye) maruz kalması olarak tanımlanır. Bu, elektrokimyasal bir reaksiyondur ve genellikle yüzeyden başlar. • Korozyonun yol açtığı sonuçlar herkes tarafından bilinecek kadar yaygındır. Otomotiv gövde panellerinin (sacının), radyatörün ve egzozun paslanması bilinen örnekler arasındadır.

• Oksidasyon reaksiyonunda, metal atomları karakteristik olarak ya elektron kaybederler ya da elektron verirler.

• Oksidasyonun yer aldığı tarafa anot denir ve oluşan oksidasyon, bazen de anodik reaksiyon olarak da anılır. • Oksidasyon sonucu, her bir metal atomundan açığa çıkan (üretilen) elektronlar diğer bir kimyasal maddeye transfer edilmesine ve onun bir parçası olmasına ise indirgenme (redüksiyon) reaksiyonu denir.

• İndirgemenin oluştuğu yere (malzemeye) katot denir.

• Sıvı çözeltilerin konsantrasyonu çoğunlukla molarite terimi ile açıklanır. • Elektrolit bir sıvı içinde elektriksel olarak birleştirilmiş iki metalden birisi anot konumunda olup, korozyona uğrar, diğeri ise katot olarak davranır.

• Metalik malzemelerin diğer metallerle bir çift oluşturacak şekilde, kendi iyonlarından oluşan bir çözelti içinde oksidasyona uğrama eğilimi dikkate alınarak bir sıralama yapılabilir. Buradaki yarı-hücre, yukarıda tanımlanan yarıhücreye benzediğinden [yani iyonları 1 M çözeltiye daldırılmış saf bir metal elektrot olduğundan] buna standart yarı-hücre adı verilmiştir.

• Elektromotor kuvveti (emk) serisi (Tablo 17. 1), standart hidrojen elektrotu çifti tarafından, çeşitli metaller için standart yarıhücrelerin ölçülen gerilimlerinin sıralanmasıyla oluşturulmuştur.

• Tablo 17. 1’deki veriler oldukça ideal koşullar için elde edilmiş olsa da bunların kullanımı kısıtlıdır. Bununla birlikte bu tablo, metallerin birbirlerine göre reaktiflik derecesini göstermektedir. Daha gerçekçi ve pratik bir sıralama ise Tablo 17. 2’deki galvanik serilerde sağlanır.

• Kimyasal reaksiyonun bir sonucu olan korozyon hızı veya malzeme kaybı hızı, önemli bir korozyon parametresidir. Bu olay, korozyon ilerleme hızı (KİH) veya birim zaman başına malzemede kalınlık kaybı olarak ifade edilir. Aşağıdaki formülle hesaplanabilir:

• Her bir elektrot geriliminin denge değerinden uzaklaşması olayına polarizasyon denir ve bu uzaklaşma değerinin büyüklüğü normalde η sembolü ile temsil edilir ve buna aşırı gerilim adı verilir. Aşırı gerilim, denge gerilimine göre artı veya eksi volt cinsinden (veya milivolt) ifade edilir.

• Tüm elektrokimyasal reaksiyonlar, metal elektrot ve elektrolit çözeltisi arasındaki ara yüzeyde seri olarak meydana gelen bir dizi adımlardan oluşur. Aktivasyon polarizasyonu, reaksiyon serisi içindeki reaksiyon adımlarından en yavaş hızda oluşan reaksiyonun hızıyla ortaya çıkan ve kontrol edilen durumu ifade eder.

• Konsantrasyon polarizasyonu çözeltide reaksiyon hızının yayınma ile sınırlı olması durumunda ortaya çıkar.

• Normalde aktif olarak davranan bazı metal ve alaşımlar, belirli çevre koşulları altında kimyasal reaktifliklerini kaybederek, son derece inert (soy) hale dönüşürler. Pasiflik olarak adlandırılan bu olay krom, demir, nikel, titanyum ve bunlara ait alaşımların birçoğunda gözlenir.

• Korozyon ortamındaki malzemeyle doğrudan temas halinde bulunan akışkanın hızı, sıcaklığı ve bileşimi gibi değişkenler, malzemenin korozyon özellikleri üzerinde belirgin bir etkiye sahiptir.

• Homojen korozyon elektro-kimyasal korozyonun bir çeşidi olup, bu reaksiyon veya etki malzeme yüzeyini eşit yoğunlukta (üniform olarak) etkiler ve geride genellikle tufal (oksit tabakası) ya da birikinti bırakır.

• Bileşimleri farklı iki metal veya alaşım elektriksel olarak birleştirilir ve bir elektrolit (çözelti) etkisinde kalırsa galvanik korozyon oluşur.

• Elektrokimyasal korozyon, ayrıca bir elektrolit çözeltisindeki çözünmüş gaz veya iyon konsantrasyonundaki farklılıklar sonucunda ve bazen de aynı metalin farklı bölgeleri arasında meydana gelebilir. Oluşan bu tür bir konsantrasyon hücresinde korozyon, konsantrasyonun yerel olarak en düşük olduğu bölgede meydana gelir. Bu tür korozyonun iyi bir örneği; aralıklarda, oyuk ve girintilerde veya kir bulunan yüzeylerin altında ya da korozyon ürünleriyle birlikte bulunan hareketsiz çözeltilerde, çözünmüş oksijenin bölgesel olarak daha az bulunduğu veya hiç bulunmadığı yerlerde meydana gelen korozyondur. Korozyonun tercihen meydana geldiği bu yerlerdeki korozyona aralık korozyonu adı verilir.

• Oyuklanma korozyonu, çok küçük oyuk ve çukurların oluştuğu, yerel korozyon etkisiyle oluşan diğer bir korozyon türüdür. Bu yüzey oluşumları normalde, yataydaki yüzeylerin üst kısmından düşey yönde, metal yüzeyinden içeri doğru ilerleyerek gerçekleşir. Oldukça sinsi (işaret vermeden) bir şekilde gelişen bu korozyon, çoğunlukla çok küçük bir malzeme kaybıyla, malzeme hasarı oluşana kadar tespit edilemez.

• Adından da anlaşılacağı gibi, taneler arası korozyon bazı alaşımlar ve özel ortamlarda kendini gösteren, tercihen tane sınırlarında meydana gelen bir korozyon türüdür.

• Taneler arası korozyon, özellikle paslanmaz çeliklerin kaynağında, kaynak bozunması adı verilen ciddi bir probleme yol açar. Şekil 17. 19’da bu tür taneler arası korozyon gösterilmiştir.

• Katı çözelti oluşturan alaşımlarda görülen tercihli çözünme korozyonu, korozyon süreçlerinin bir sonucu olarak, alaşımdaki bir elementin veya bileşiğinin tercihen alaşımdan uzaklaştırılması (çözünerek azalması) durumudur. Bunun en yaygın örneği, pirinç alaşımındaki çinkonun alaşımdaki miktarının azalmasıdır (çinkosuzlaşma).

• Erozyon–korozyonu akışkan hareketinin bir sonucu olarak, kimyasal etki ile mekanik aşınma veya yıpranmanın birlikte etkimesiyle meydana gelir. Hemen hemen tüm metal alaşımları, bir şekilde erozyon korozyonuna karşı duyarlıdır. Özellikle de yüzeyinde koruyucu bir film oluşturan alaşımlar için bu olay, oldukça zararlıdır.

• Bazen gerilmeli korozyon çatlaması olarak da anılan gerilmeli korozyon, korozif ortam ve çekme gerilmesinin her ikisinin de birlikte etkimesi sonucu oluşur. Çatlak oluşumunun söz konusu olduğu bu korozyon türü için her iki etkinin bulunması gerekir.

• Çeşitli metal alaşımlarında, özellikle bazı çeliklerde, hidrojen (H) atomlarının malzemenin içine nüfuz etmesiyle malzemenin süneklik ve çekme dayanımında önemli ölçüde azalma meydana gelir. Bu olaya uygun bir tanımlama olarak, hidrojen gevrekliği adı verilmiştir; bazen de hidrojen kaynaklı çatlama ve hidrojen gerilmesi çatlaması terimleri de kullanılır.

• Başlıca korozif ortamlar: atmosfer, sulu çözeltiler, toprak, asitler, bazlar, inorganik çözücüler, ergimiş tuzlar, sıvı metaller ve nihai olarak da insan vücududur.

• İnhibitörler (engelleyiciler), ortama nispeten düşük konsantrasyonlarda eklendiğinde, korozyon etkisini azaltan maddelerdir. Doğal olarak kullanılacak olan inhibitörün türü, alaşıma ve korozif ortama bağlıdır. • İnhibitörler, normalde otomobil radyatörü ve buhar kazanları gibi kapalı sistemlerde kullanılır.

• Korozyonu önlemede en etkili araçlardan biri katodik korumadır. Katodik koruma, daha önce de belirtildiği gibi, sekiz farklı korozyon türü için kullanılabilir ve bazı durumlarda bu yöntemle korozyon tamamen durdurabilir. Burada tekrarlanacağı gibi, bir M metalinin oksidasyonu veya korozyonu, genel olarak aşağıda verilen reaksiyonla oluşur:

• Bir diğer katodik koruma tekniği ise korunacak olan metalin, söz konusu ortamda kendisinden daha aktif davranan başka bir metale, galvanik çift oluşturmak üzere elektriksel olarak bağlanarak korozyondan korunmasıdır. Burada anot konumundaki ikinci metal oksidasyona uğrar ve elektron vererek birinci metali korozyona karşı korur. Oksitlenen (korozyona uğrayan) metale kurban anot adı verilir.

• Oksidasyon hızı (yani film kalınlığının artış hızı) ve oksidasyon sonucu metalin daha fazla oksitlenmesini engelleyen oksit filmi oluşturma eğilimi, oksit ve metalin bağıl hacimleriyle ilgilidir. Bu hacimlerin oranı, Pilling–Bedworth oranı olarak adlandırılan şu ifadeyle tespit edilir:

• Seramik malzemeler, metal ve metal dışı elementler arasında yer alan bileşiklerdir ve hali hazırda korozyona uğramış olarak düşünülebilir. Bu nedenle, özellikle oda sıcaklığında hemen tüm ortamlarda korozyona karşı son derece yüksek dirence sahiptirler. Seramik malzemelerin korozyonu, daha önce de belirtildiği gibi, metallerde gözlenen elektrokimyasal süreçlerin aksine genellikle basit bir kimyasal çözünmeden ibarettir.

• Polimerler de çevresel etkileşimler sonucu bozunmaya (ayrışmaya) uğrarlar. İstenmeyen etkileşimler neticesinde ortaya çıkan olay, bozunma olarak nitelendirilmekle birlikte temel oluşum süreçleri korozyonunkine benzemediği için korozyondan farklıdır.

• Polimerler ayrılma olarak adlandırılan molekül zincir bağlarının kopması ya da bölünmesiyle de bozunabilir. Bu olay, zincir bölüm noktalarında parçalara ayrılma ve molekül ağırlığında azalmaya neden olur. • Bağ kopması olayı, malzemenin radyasyon veya ısıya maruz kalması ve kimyasal reaksiyona uğraması sonucunda oluşabilir.

• Günümüzde kullanılan polimerlerin radyasyon sonucu hasara uğramasında en büyük pay, UV radyasyonu aittir. Çoğu polimer film uzun süre radyasyona maruz kalması sonrasında, gevrek hale gelir, rengi değişir (solar) ve dahası bünyesinde çatlak ve kırılmalar meydana gelir. Örneğin, kamp çadırlarının kolayca yırtılması, arabaların ön panellerinde çatlakların oluşması ve plastik pencerelerde rengin matlaşarak parlaklığını yitirmesi bu nedenledir.

• Polimerlerde bağ zinciri ayrılması, kimyasal reaksiyon sonucu oksijen, ozon ve diğer maddelerin neden olduğu veya hızlandırdığı bir olaydır. Bu etki, özellikle ana omurgayı oluşturan molekül zincirleri boyunca iki kat karbon atomlarıyla bağlı, ozon gazına (O 3) ve atmosferik kirleticilere maruz kalan vulkanize kauçuklarda sıkça görülür. Böyle bir ayrılma reaksiyonu aşağıda verilmiştir.

• Isıl bozunma, yüksek sıcaklıklarda bazı polimerlerin moleküler zincirlerinin kimyasal reaksiyonların bir sonucu olarak gaz türleri üreterek ayrışması manasına gelir. Bu reaksiyonlar malzemenin ağırlık kaybı göstermesiyle kendini gösterir ve bir polimerin ısıl kararlılığı, ayrışmaya karşı olan direnci ile ölçülür.

• Bu koşullar altında bozunma, güneşten gelen ultraviyole radyasyon tarafından başlatılan ve esas olarak oksidasyon sonucu gerçekleşen ayrışmanın bir sonucudur.