Korozyon Btn metaller tabiatta bulunduklar mineral hline dnme
Korozyon Ø Ø Ø Bütün metaller, tabiatta bulundukları mineral hâline dönüşme eğilimindedir. Tabiatta bulunan mineraller, söz konusu metalin en düşük enerji taşıyan bileşiği, yani en kararlı hâlidir. Bu mineraller, özel metalürjik metotlarla ve enerji harcanarak metal haline getirilir. Ancak metallerin çoğu element halinde kararlı değildir. Uygun bir ortam bulması halinde üzerinde taşıdığı enerjiyi geri vererek kendiliğinden doğada bulunduğu eski bileşik haline dönmeye çalışır. Metallerin korozyonu sonucunda önemli sorunlar ortaya çıkmaktadır. Korozyon metalden imal edilen birçok malzemenin ekonomik ömrünü azaltmakta ve önemli kayıplara sebebiyet vermektedir. Günümüzde bütün metal endüstrilerinde olduğu gibi çelik tekne yapımında da korozyonun önemli derecede olumsuz etkisi görülmektedir.
Ø Ø Ø Korozyonun en fazla görüldüğü malzeme türü, elektrokimyasal reaksiyonlara eğilimlerinin yüksek olmasından dolayı metallerdir. Metallerin korozyonunda oksijenin yanı sıra birçok yan etken de mevcuttur. Halk arasında demirin korozyonuna paslanma denir. Pas, Fe(OH)2 formüllü bir korozyon ürünüdür. Metallerin korozyonları içerisinde en önemli ve tehlikeli boyutta olanı, demirin korozyonudur. Üretim kolaylığı ve düşük maliyet birçok yerde çelik ve demir kullanımını yaygınlaştırmıştır. Özellikle boru hatları ve tankların metal yüzeyleri, korozyona karşı koruma amaçlı kaplanmaktadır. Ancak, bu metalin herhangi bir noktasında oluşabilecek muhtemel tahribat neticesinde belli noktadan başlayarak çok hızlı şekilde korozyon mekanizması çalışmaya başlar.
Korozyonun Olumsuz Etkileri v v Bilindiği gibi bakırın korozyon ürünlerinin insan sağlığı için çok zararlı olması nedeni ile bakır kaplar yüzyıllarca kalayla kaplanarak kullanılmışlardır. Uçaklarda bazı önemli parçaların korozyon nedeni ile kırılması (korozyonlu yorulma, gerilimli korozyon çatlaması gibi nedenlerle ) uçağın düşmesine neden olabilir. Korozyon dünyadaki sınırlı metal kaynaklarının en önemli israf nedenidir. Her yıl üretilen metalik malzemelerin yıl sonuna yaklaşık 1/3’ ü korozyon nedeni ile kullanılmaz hale gelir.
v v Korozyon nedeni ile “malzeme” kaybı yanında “sermaye emek - enerji ve bilgi” de kaybolur. Korozyon ortamı kirletir ve ayrıca kirli ortam metal korozyonunu hızlandırır. Metal kaybı yeni metal üretimini ve dolayısı ile ilave çevre kirlenmesine neden olarak atmosferin ve suyun kirliliğini artırır. Kirli ortamda ise metaller daha hızla korozyona uğrarlar.
Tanım Korozyon, metal veya alaşımların içinde bulundukları ortam nedeni ile, özünde elektrokimyasal bir tepkime sonucu, yüzeylerinden başlayarak aşınmasına, faz değiştirmesine yada özelliklerini yitirmesine denir. Çoğu kez korozyon ile karıştırılan erozyon ise, malzemenin sürtünme, ezilme, öğütme, sıkışma gibi mekanik etkenler nedeni ile özünde fiziksel bir olay sonucu aşınma ufalanmasına denir. Korozyonun oluşmasını sağlayan tepkimeye göre, iki temel türü vardır. 1. Elektrokimyasal korozyon 2. Kimyasal korozyon
Korozyon Reaksiyonları Ø Ø Ø Korozyon sırasında anodik (elektron veren-yükseltgenme) reaksiyonlar ile katodik (elektron alan-indirgenme) reaksiyonları birlikte oluşur. Metalinin bulunduğu ortamdaki anodik ve katodik reaksiyonlar aşağıdaki gibidir: Anodik Reaksiyon: Metalik iletkenden iyonik iletkene olan pozitif yük transferini gerçekleştiren elektron reaksiyonudur. Anodik reaksiyon daima bir oksitlenme reaksiyonudur. Me → Me+ + e-
Ø Ø n n Katodik Reaksiyon: Metalden elektrolite negatif yükün transfer olduğu elektrot reaksiyonudur. Katodik reaksiyon daima indirgenme reaksiyonudur Elektrot Reaksiyonu: Elektrolit ve metal ara yüzeyinde yük transferine neden olan kimyasal reaksiyondur. Elektrolit: Elektrik akımını ileten iyonları içeren çözelti veya rutubetli malzemelerdir. Anodik Reaksiyon: Fe 0 → Fe+2 + 2 e – (İyonlaşma) Katodik reaksiyon : ½ O 2 + H 2 O + 2 e – → 2(OH)– 2 H+ + 2 e → H 2 (Asitli Ortamda) Toplam Reaksiyon: Fe 0 + ½ O 2 + H 2 O → Fe(OH)2 (Pas)
Korozyon Hızı Metallerin korozyon hızları prensip olarak iki ayrı şekilde ifade edilir: n Birim zamanda, birim yüzeyde meydana gelen kütle kaybı. Korozyon sonucu metal yüzeyinin 1 m 2 sinde 1 günde meydana gelen ağırlık kaybı, g/m 2 gün n Birim zamanda metal yüzeyinde meydana gelen kalınlık azalması. Korozyon sonucu metal kalınlığında bir yılda meydana gelen azalma, mm/yıl. n Korozyon Akım Yoğunluğu: Metal yüzeyinin 1 cm 2 deki anodik akım yoğunluğu , μA/cm 2
Korozyona Etki Eden Faktörler n n Ortamın Etkisi: Metallerin korozyona uğrama hızı büyük ölçüde bulunduğu ortamla ilgilidir. Ortamdaki nem miktarı, asitlik–baziklik durumu, havanın, oksijeninin veya suyun ortam tarafından geçirilebilme yeteneği, kaçak akımlar ve çeşitli bakteriler korozyonu başlatıcı ve hızlandırıcı etken olarak karşımıza çıkar. Sıcaklığın Etkisi: Ortam sıcaklığının artması iyon hareketini artırarak korozyon hızını artırır. Ortam sıcaklığı -50 ile +500 C arasında değişen toprak 00 C derecede donar ve iyon hareket hızı minimuma düşer. Sıcaklığın artmasının oksijen konsantrasyonunu düşürücü etkisi de vardır. Ancak bu etki iyon hareketinin artmasından kaynaklanan reaksiyonların yanında oldukça zayıf kalmaktadır.
n n Malzeme Seçimini Etkisi: Korozyona sebep olan etkenlerden biri de birbiriyle potansiyel farkı bulunan metallerin bir arada kullanılmasıdır. Bu durum korozyonu başlatıcı ve hızlandırıcı bir etkendir. Örneğin, çok düşülen bir hata olarak çelik sacdan yapılan panoların üzerine konulan paslanmaz çelik cıvata ve contalar bulundukları bölgede galvanik korozyona sebep olmaktadır. Bu tip durumlarda ana yüzeye cıvatalar ya da contalar plastik ile izole edilmelidir. Taneler Arası Özellik Farkları: Metallerin tane boyutları arasındaki farklar ve iki tanedeki farklı konsantrasyonlar neticesinde iki tanenin sınırı, korozyon başlangıcı için uygun bir ortam oluşturur.
n n n Sistem Dizaynı: Korozif malzemelerin depolandığı sistemlerde korozif ortamın (su vb. ) birikmesini önlemeye yönelik tasarımlar uygulanmalıdır. Ayrıca arasında sıvı birikintisine neden olabilecek çok ince aralıklardan kaçınılmadır. Sistemin Bulunduğu Ortamın Oksijen Konsantrasyonu: Toprak ve su içerisinde çözünmüş oksijen konsantrasyonu her yerde aynı olmayabilir. Farklı havalandırma koşullarındaki sistemlerde yana duran sistem bir bölgede anot iken hemen yanındaki bölgede katot görevi görerek elektrokimyasal korozyona sebep olabilir. Zemin Elektriksel Özgül Direncinin Etkisi: Düşük elektriksel özgül dirençli bölgelerde iletkenliğin yüksek olması iyonik ortamın daha aktif olmasına sebep olmaktadır. Bundan dolayı korozyon mekanizması daha hızlı gelişir.
Metallerin Standart Yükseltgenme Gerilimleri Elektrokimyasal korrozyonun oluşum nedenlerinden biri de yükseltgenme gerilimleri farklı iki metal ya da noktaların varlığıdır. Olayda, yükseltgenme gerilimi fazla olan bölgeler anod, yükseltgenme gerilimi az olan bölgeler katot görevini üstlenirler. 25°C sıcaklık bir 1 atm. basınçta 1 M H+ iyonları derişiminde hidrojenin yükseltgenme gerilimi 0, 00 volt varsayılarak metallerin karşılaştırmalı biçimde bulunan yükseltgenme gerilimleri, elektriksel gerilim birimi olan volt ile ölçülür. Metallerin standart yükseltgenme gerilimleri Tablo 1’ de verilmiştir.
Korozyon Tipleri 1. Homojen (Uniform) Korozyon Metal yüzeyinde eşdeğer şiddette oluşan korozyon türüdür. Korozyon sonucu metal kalınlığı her noktada aynı miktarda azalır. Atmosfer ortamında ve herhangi bir dış etkenden etkilenmeyen tamamı aynı cins malzemeden üretilmiş olan metaller homojen korozyona uğrar. 2. Galvanik Korozyon Farklı potansiyele sahip iki malzemenin bir arada kullanılmasından ya da zemin yapısının farklılığından kaynaklanan korozyon cinsidir. Farklı malzeme kullanımından kaynaklanan korozyon, farklı potansiyelde iki metal birbiriyle temas halinde iken aralarında bir galvanik pil oluştururlar ve aktif olan metal anot, soy metal ise katot görevi görerek aktif metalde korozyona sebep olur.
Ø Dış devreden bir elektrik akımı iletkeni ile bağlantılı birbirine değmeyen iki metalin oluşturduğu galvanik çift: Böyle bir olayda oluşan galvanik çiftte, standart yükseltgenme gerilimi daha yüksek olan metal anot işlevini üstlenerek korozyona uğrar.
Ø Bir elektrolit içinde bulunan yabancı metal içeren bir metalin oluşturduğu galvanik çift: Böyle bir konumda, iki olasılık söz konusudur. Birinci olasılık, yabancı metalin standart yükseltgenme gerilimini ana metalden daha yüksek olmasıdır. Bu durumda anot işlevini üstlenecek yabancı metal, tükeninceye kadar korozyona uğrar. Ana metal ise, katot işlevini üstleneceğinden korunacaktır. İkinci olasılık, yabancı metalin standart yükseltgenme geriliminin tüm metalden daha düşük olmasıdır. Bu durumda ana metal anot işlevini üstleneceğinden, sürekli olarak korozyona uğrayacaktır.
3. Çatlak Korozyonu Metal yüzeyinde bulunan bir çatlak içinde veya dar bir aralıkta oluşan korozyon çeşididir. Bu korozyonun temel nedeni, çatlak içi ile çevre elektrolit arasında oksijen konsantrasyonu veya metal iyonu konsantrasyonunun farklı oluşudur. Çatlağın dış kısımları katot olacağından bu bölgede korozyon görülmez. 4. Oyuklanma Korozyonun çok dar bölgeler üzerinde yoğunlaşması sonucu derin ve dar oyuklar şeklinde meydana gelen korozyona oyuklanma korozyonu denir. Bu çukurların derinliği, yaklaşık olarak çapı büyüklüğündedir. Çukurların ağız bölgeleri genellikle korozyon ürünleri ile doludur. Metal yüzeyinde karıncalanma görünümünde, tehlikeli bir bölgesel hasardır. Korozyonun sebep olduğu malzeme kaybı diğer homojen korozyonlara göre çok az olmasına rağmen parçalar kısa zamanda delinerek kullanılmaz hale gelir.
5. Taneler Arası Korozyon Metal atomlar daima geometrik bir düzen içinde kristalleşir. İki veya daha fazla metalden oluşan homojen yapıdaki alaşımlar da belli bir düzen içinde kristalleşir. Bunlara katı çözelti denilebilir. Heterojen yapıdaki alaşımlarda ise iki veya daha fazla katı fazlı karışım söz konusudur. Böyle bir alaşımda kristaller homojen bir yapıda değildir. Taneler arası korozyon, taneler arası sınır çizgisinde meydana gelir. Bu bölgede metallerden biri diğerine göre daha düşük konsantrasyonda bulunur. Bu nedenle sınır çizgileri korozyon için uygun bir ortam oluşturur. Paslanmaz çelikte kaynak yapılan bölgede bu tip taneler arası korozyon meydana gelir. 6. Tabakalaşma Korozyonu Taneler arası korozyon, hadde yüzeyine paralel olarak gerçekleşirse buna tabakalaşma korozyonu denir. Alüminyum ve alaşımlarında görülen bu tür korozyonda hasar, haddeleme yönünde uzamış tane sınırından meydana gelir. Korozyona uğramış metal tabakalar birbirinden ayrılır ve oluşan korozyon ürünleri malzemenin tabakalar halinde birbirinden ayrılmasına sebep olur.
7. Seçimli Korozyon Bir alaşım içinde bulunan metallerden birinin diğerinden önce korozyona uğramış hâlidir. % 70 Cu + % 30 Zn’den oluşan pirinç içinde bulunan Zn kolayca korozyona uğrayabilir. . 8 Erozyon Korozyonu Özellikle boru sistemlerinde ve limanlarda çok rastlanan bu tür korozyonda metal ile korozif ortam arasındaki bağıl hareket nedeniyle metalin aşınma hızı artar. Metal yüzeyinde delikler, oluklar ve hendekler oluşur. Su içinde hareket halindeki birçok yapıda kendini gösterir.
9. Biyolojik Korozyon Bazı topraklarda metali kimyasal ya da elektrokimyasal olarak etkileyen bakteri ve mikroplar bulunabilir. Bu durum dökme demirde fark edilen ve genellikle grafitlenme olayı ile açıklanan hızlı korozyonun da başlıca sebeplerindendir. Bakteriler içerisinde en tehlikeli olanı sülfat indirgeyen bakterilerdir. Bu bakteriler, topraktaki sülfatları indirgeyerek demir alaşımlarını çok çabuk etkilediği bilinen H 2 S serbest hale geçirirler. 10. Kaçak Akım Korozyonu Toprak zemin içerisinde tren, tramvay ve metro gibi raylı taşıtların kaçak akımı yer altı borularında çok şiddetli ve hızlı korozyona sebep olur. Hattın her noktasında toprağa doğru bir akım oluşur. 11. Kaplama Bozukluğu Korozyonu Kaplama yapılmış bir metalin potansiyeli ile kaplamasız metalin potansiyeli birbirinden farklıdır. İşçilik hataları nedeniyle kaplamanın bazı bölgelerinin bozulması veya delinmesi halinde bu bölgeler anot olacaktır ve korozyona uğrayacaktır.
12. Gerilim Korozyonu Çekme gerilmesine maruz ve saldırgan bir ortamda bulunan korozyona duyarlı malzemelerden ortaya çıkar. Çekme gerilmesine dik bölgesel çatlakların oluşumu ile malzeme hasara uğrar. 13. Kavitasyon Korozyonu Kavitasyon korozyonu hızlı akan sıvıların malzeme yüzeyine yakın bölümlerinde oluşan alçak basınç kabarcıklarının büyümesi ve patlaması ile meydana gelir. Oluşan şok dalgalar, yüzeye çarparak malzeme yüzeyini örten tabakayı tahrip eder. Açığa çıkan metal çözünerek korozyona uğrar. Bu tür korozyona uğrayan yüzeylerin görünümü kaba ve deliklidir, oyuklar sıktır. Yüzeyde petek görünümü oluşur.
14. Aralık Korozyonu Perçin, cıvata, conta gibi altı örtülü yüzeylerde ve aralıklarda meydana gelen önemli bir korozyondur. Bu tür korozyonunun meydana gelmesi için aralık, çözeltinin girebileceği kadar geniş, aynı zamanda çözeltinin çıkamayacağı kadar olmalıdır. Aralık içinde bulunan sözü geçen çözelti doygun olduğu için gerekli oksijen kısa zamanda tükenir. Böylece aralığın içi ve dışı arasında oksijen iyonu konsantrasyonu farkı, aralık korozyonuna sebep olur.
- Slides: 32