1. korozyonun tanimi ve Önemİ [1–4]simgeirizalp.cbu.edu.tr/muhmlzb/bolum9.pdf1.2.2. guadalajara...
TRANSCRIPT
1
1. KOROZYONUN TANIMI VE ÖNEMİ [1–4]
Teknolojik öneme sahip metallerin, birkaç istisna dışında hemen hemen tümü tabiatta
"bileşik" halinde bulunurlar. Başka bir deyişle metallerin tabiatın etkisine milyonlarca
yıl dayanabilen şekli "bileşik" halidir. Başlıca demir mineralleri; manyetit (Fe3O4),
hematit (Fe2O3), limonit (2Fe2O3. 2H2O), götit (Fe2O3. H2O) ve siderit (FeCO3)’tir.
Doğa da bulunan oksitli alüminyum minerallerinin başlıcaları : - Korundum (Al2O), -
Böhmit–monohidrat (α-Al2O3.H2O), ağırlıkça % 85 alümina içerir, Boksit Madenciliği
- Diasporit – (β-Al2O3 .H2O), böhmit ile aynı kimyasal formüle sahiptir, ancak kristal
yapısı farklıdır. - Gibbsit – trihidrat (α-Al2O3.3H2O), ağırlıkça % 65,4 alümina içerir
Bileşiklerden "metal" veya "alaşımların" üretimi ancak ilave "sermaye-malzeme-enerji
-emek ve bilgi" sarfı ile mümkündür. Üretilen metal ve alaşımların ise tekrar kararlı
halleri olan "bileşik" haline dönme eğilimleri yüksektir. Bunun sonucu olarak metaller
içinde bulundukları ortamın elemanları ile reaksiyona girerek, önce iyonik hale ve
oradan da ortamdaki başka elementlerle birleşerek "bileşik" haline dönmeye
çalışırlar; yani kimyasal değişime uğrarlar ve bozunurlar. Sonuçta metal veya
alaşımın fiziksel, kimyasal, mekanik veya elektriksel özelliği istenmeyen değişikliklere
("zarara") uğrar.
KOROZYON hem metal veya alaşımın bozunma reaksiyonuna, hem de bu
reaksiyonun sebep olduğu zarara verilen addır. Korozyon metalik malzemelerin
içinde bulunduktan ortamla reaksiyona girmeleri sonucu, hariçten enerji vermeye
gerek olmadan, tabii olarak meydana gelen bir olaydır.
İçinde su bulunan ortamlarda meydana gelen korozyona "sulu ortam korozyonu"
denir. Atmosferde, toprak altında, sular içinde veya her tür sulu kimyasal madde
içinde oluşan korozyon buna örnektir. Suyun kararlı olmadığı yüksek sıcaklıklarda,
gazlarla metallerin kimyasal reaksiyonu sonucu oluşan korozyon ise "kuru" veya
"yüksek sıcaklık korozyonu" dur, kazanların alevle veya sıcak gazlarla temas eden
bölgelerinde oluşan korozyon gibi. Bu iki çok önemli korozyon türü yanında "organik
sıvıların" veya "ergimiş metallerin" sebep olduğu korozyonlardan da bahsedilebilir.
Malzeme bilimi açısından, malzemelerin çeşitli ortamlardaki davranışını incelemek
korozyon bilimini doğurmuştur. Bunun yanı sıra malzemelerin kullanımı; malzeme
2
seçimi, ortamın seçimi ve ekonomikliği (korozyon kayıplarının en aza indirilmesi
açısından) korozyon mühendisliğini ön plana çıkarmıştır. Çevrenin korunması ve
kirliliğin azaltılmasının önem kazandığı günümüzde, korozyon bilimi ve
mühendisliğine olan ihtiyaç hızla artma eğilimi göstermektedir.
1.1 KOROZYONUN ÖNEMİ
Korozyon metalik malzemelerin uğradığı bir hasar, bir zarardır. Ekonomik açıdan her
ülkenin büyük kayıplara uğramasına neden olur. Bunun dışında korozyon nedeni ile
uğranılan zararları kısaca şu şekilde özetleyebiliriz: Korozyon her şeyden önce insan
hayatını ve sağlığını zarara sokan bir olaydır. 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 (yorulmalı korozyon, gerilim korozyon çatlaması gibi nedenlerle)
uçağın düşmesine ve can kaybına neden olabilir. Korozyon dünyadaki sınırlı metal
kaynaklarının en önemli israf nedenidir.
Korozyonun doğrudan ve dolaylı olarak yol açtığı ekonomik kayıplar, önemini
belirleyen en önemli göstergedir. Doğrudan kayıpların en önde gelen kaynağı
korozyona karşı verilen savaşta başvurulan önlemlerdir. Korozyona dayançlı
malzemeler, yüzey kaplamaları, etkinliğini azaltmak amacı ile saldırgan ortamlara
yapılan ilaveler ve görevini yapamayacak derecede bozunmuş parçaların yenileri ile
değiştirilmeleri bir anlamda korozyonun fiyatını oluşturmaktadır. Amerika Birleşik
Devletlerinde korozyonun yıllık fiyatı 8 milyar dolar olarak tahmin edilmektedir.
Görevini yapamayacak derecede bozunmuş bir parçanın yenisi ile değiştirilmesi ilgili
tesisin bir süre durdurularak üretimden alıkonmasını gerektirebilir. Korozyon
doğrudan ürün kaybına yol açabildiği gibi (delinmiş depo veya borulardan örneğin
petrol veya su kaybı), ürünü kirleterek kullanılmaz hale de dönüştürülebilir (korozyon
ürünlerinin ana ürüne karışması). Korozyon ürünlerinin yüzeysel yayılımı ısı
geçirgenlik katsayısını önemli ölçüde düşürerek örneğin sıcak su ve buhar hazırlama
tesislerinde verimin düşmesine yol açar. Bu türden kayıplar dolaylı kayıplar olarak
tanımlanırlar.
3
Korozyonun önemini oluşturan bir diğer etmen emniyet faktörüdür. Örneğin,
korozyonun neden olduğu beklenmedik malzeme bozunmaları, yüksek basınçlı
kazan ve benzeri tesislerin patlamasına ve çevreye zarar vermelerine neden olabilir.
İlginç örneklerini günlük yaşamımızda gözleyebileceğimiz bir diğer tehlike de gıda
maddelerinin korozyon ürünleri ile kirlenerek sağlığa zararlı hale gelmeleridir.
Korozyona ilginin bir başka kaynağı, ham madde rezervlerini koruma zorunluğudur.
Gerçekte büyük bir zorlama sonucu oksitlerinden arınarak kazanılan metalleri
(örneğin, demir cevherlerinden ham demir elde etmek için yüksek fırında
gerçekleştirilen olaylar) korozyon yolu ile tekrar haline dönüştürerek kaybetmek, ham
madde rezervlerinin daha kısa sürede tüketilmesi anlamındadır. Özellikle bazı metal
rezervlerinin hızla azalmakta olduğu dikkate alınınca korozyona ilginin zamanla daha
da artmasını beklemek gerekecektir.
Korozyonun yol açtığı kayıplar toplamı endüstriyel gelişmişlik düzeyi ile yakın ilgilidir
ve tahminlere göre gayri safi milli gelirin %1'nden başlayarak %3.5'uğuna kadar
yükselebilir. 1970 yılında yapılan bir çalışma İngiltere’de korozyonun fiyatının bu
ülkenin gayri safi milli gelirinin %3.5'uğu düzeyinde olduğunu göstermektedir.
Gerekli önlemler alınmadığı için her yıl ülkemizde de büyük boyutlarda korozyon
kayıpları meydana gelmektedir. Atmosfer etkisinde kalan taşıt araçları, köprüler,
korkuluklar, direkler, enerji nakil hatları, depolar vb. su ve yeraltına konulmuş olan
boru hatları, tanklar, iskeleler, gemiler, dubalar, baraj kapaklan vb. metalik yapılar
beklenenden daha kısa süreler içerisinde korozyon nedeni ile kullanılmaz hale
gelmektedir. Bütün kayıpların toplam değerinin hesaplanması güç olmakla beraber,
ülkemizde bir yılda meydana gelen korozyon kayıpları yıllık çelik üretimimizin
yaklaşık üçte biri kadar olduğu tahmin edilmektedir. Yani halen faaliyette olan üç
demir ve çelik fabrikasından bir tanesinin tüm üretimi doğrudan korozyon kayıplarını
karşılamakta kullanılmaktadır.
Korozyon sonucu ortaya çıkan fakat metal kaybı gibi açıkça görülmeyen çeşitli
kayıplar da söz konusudur. Bu durumu herhangi bir akışkanı taşıyan bir boru hattının
delinmesi halinde ortaya çıkabilecek sorunlarla açıklamaya çalışalım;
4
• Borunun delinmesinin anlaşılmasına kadar geçen süre içerisinde çevreye
kaçan akışkan kaybı,
• Çevreye yayılan akışkanın oluşturduğu kirlilik veya zararlı etkiler,
• Akışkanın akaryakıt olması halinde yangın tehlikesi,
• Akışkanın şehir suyu olması halinde salgın hastalık tehlikesi,
• Eski borunun yenisi ile değiştirilmesi için harcanan işçilik ve yeni borunun
maliyeti,
• İşletme kesikliğinden doğan zararlar.
1.2. KOROZYON KAZALARI / FELAKETLERİ
1.2.1. Bhopal Felaketi
1984 yılında Hindistan’da gerçekleşen kaza ve
ihmal endüstri tarihinin en büyük olayıdır.
Methly isocyanate (MIC) dolu 40 tonluk tankın
korozyon etkisiyle patlayarak çevreye dağılması
sonucu en az 15.000 kişi ölmüş ve 150.000 –
600.000 kişi sakat kalmıştır. Tanka su eklenmesi
nedeniyle basınç ve sıcaklık çok yükselmiş ve
bunun sonucu paslanmaz çelik tankta çok hızlı bir
şekilde korozyon başlamıştır. Kaza nedeniyle
şirket 470 milyon ABD $ gibi komik bir tazminat
ödemiştir.
http://en.wikipedia.org/wiki/Bhopal_Disaster
5
http://www.bhopal.org/whathappened.html
6
1.2.2. Guadalajara Felaketi (çukurcuk korozyonu)
Meksika ‘da 1992 de yine korozyonun
neden olduğu bir kanalizasyon
patlaması sonucu 215 kişi ölmüş
binlerce kişi yaralanmıştır. Çelik benzin
borusu ve çinko kaplı su borusu
arasında korozyon nedeniyle oluşan tek
bir delikten başlayan benzin sızıntısı
kanalizasyona karışınca patlama
meydana gelmiştir. Hasar 75 milyon
ABD doları tahmin edilmektedir. http://www.corrosion-
doctors.org/Localized/sewer.htm
1.2.3. Aloha Kazası (Crevice-Aralık Korozyonu)
28 Nisan 1988 günü, Aloha Airlines a
bağlı bir BOEING 737 uçağı dünya
uçuş tarihine girmiştir. Hawai’ye uçan
uçak aniden büyük bir patlama
yaşamıştır. Korozyon yüzünden uçağın
yakıt paneli 24000 feet’te
parçalanmıştır. Şans eseri 90 yolcudan
ölen olmamış fakat 60 kişi
yaralanmıştır. Araştırmalar hasarın
yakıt paneli üzerinde korozyonun
hızlandırdığı yorulmadan
kaynaklandığını göstermiştir.
http://www.corrosion-
doctors.org/Aircraft/Aloha.htm
7
2. ELEKTROKİMYASAL KOROZYON
Korozyon sonucu ‘metal veya alaşımın fiziksel, kimyasal, mekanik veya elektriksel
özelliği istenmeyen değişikliklere ("zarara") uğrar.
Doğal sular, içlerinde bulunan çözünmüş iyonlar nedeniyle bir elektrolit rolü oynar.
Suyla temas eden metal yüzeyindeki bazı bölgeler anot, bazı bölgeler de katot gibi
davranır. Böylece metal yüzeyinde mikro veya makro büyüklükte korozyon hücreleri
oluşabilir. Bu hücrelerin oluşması için metal bileşiminde herhangi bir safsızlık veya
yüzey temizleme işlemlerinden ileri gelen çapak, kabuk veya çatlak bulunması
yeterlidir. Metalden veya elektrolitten kaynaklanan bu heterojen yapı, metal
yüzeyinde bir potansiyel farkının oluşmasını sağlar. Bunun sonucu olarak dış devresi
metalin kendisi olan korozyon hücreleri oluşur. Anot ve katot arasındaki potansiyel
farkı ne derece büyükse korozyon hızı o derece fazla olur. Korozyon hücrelerinin
anot ve katodunda yürüyen reaksiyonlar Şekil - 2.1’ de görülmektedir. Korozyon
sonucu anotta metal çözünerek iyon halinde çözeltiye geçer. Eğer metal demir ise,
anot reaksiyonu şöyledir:
Fe → Fe2+ + 2e- (2.4)
Bu reaksiyon sonucu ortaya çıkan elektronlar metal bünyesi içinden akarak katot
bölgesine gider. Korozyon olayının devamı için, katotta bir indirgeme reaksiyonu
meydana gelerek bu elektronların kullanılması gerekir.
Özet olarak, meydana gelen reaksiyonlar şöyledir:
Anot reaksiyonu : Fe → Fe2+ + 2e-
Katot reaksiyonu : ½O2 + H2O + 2e- → 2OH
8
Toplam reaksiyon : Fe + ½ O2 + H2O → Fe(OH)2
Korozyon sonucu oluşan demir-2 hidroksit ortamda yeterli oksijen bulunması halinde
yeniden oksitlenerek demir-3 hidroksit (pas) haline dönüşür.
2Fe(OH)2 + ½O2 + H2O → 2Fe(OH)3
Şekil - 2.1 Korozyon hücrelerinde anot ve katot reaksiyonları
Yukarıda açıklanmış olduğu üzere, korozyon olaylarında katot reaksiyonu ortamın pH
değeri ve oksijen konsantrasyonuna göre değişik olabilir. Nötral ve çözünmüş
oksijenin bulunduğu ortamlarda katot reaksiyonu (2.3) denklemine göre su içinde
çözünmüş olan oksijenin elektron alarak hidroksil iyonu haline dönüşmesi şeklinde
yürür. Bu durumda katotta oksijenin indirgenmesi sonucu hidroksil iyonları meydana
gelir. Doğal suların pH derecesi genellikle 7 veya daha büyük olduğundan doğal sular
ve zeminler içinde korozyon olayı genellikle bu şekilde yürür (Şekil 2.2).
Metal yüzeyinde koruyucu bir kabuk oluşması pratikte korozyonun önlenmesi
açısından büyük önem taşır. Metal yüzeyinde ince bir kalsiyum karbonat tabakasının
oluşması da korozyon hızını azaltıcı etki yapar. Özellikle soğutma suyu sistemlerinde
kapalı devre çalışan suyun kalsiyum karbonat çökeltebilecek özellikte olması
sağlanarak korozyon hızı azaltılmaya çalışılır.
Anodik ve katodik bölgeler her zaman aynı malzeme üzerinde olmayabilir. Anot ve
katot birbiriyle iletken olarak bağlı olan iki farklı metal üzerinde de bulunabilir. Bu defa
katodik reaksiyon katot üzerinde gelişir ve anot olan malzeme korozyona uğrayarak
çözünmeye başlar (Şekil - 2.3).
9
Şekil - 2.3. Elektrokimyasal hücreler
2.4. KOROZYON HIZININ HESAPLANMASI
a. Akım Yoğunluğu
Tanım olarak, birim anot yüzey alanından geçen akım şiddeti korozyon hızını verir.
Özellikle katodik koruma hesaplarında korozyon hızı birimi olarak anot akım
yoğunluğunun (mA/m2) veya (µA/cm2) olarak kullanılması tercih edilir.
1 mA/cm2 = 10 A/m2 dir.
b. Kütle Kaybı
Endüstride, birim yüzeyden birim zamanda kaybolan madde kütlesi de korozyon hızı
olarak kullanılmaktadır. Bu amaçla en çok kullanılan korozyon birimi, gram/m2.gün
(gmd) ve mg/dm2.gün (mdd) dir. Tanım olarak, 1 gmd, 1 metre kare yüzey alanından
1 günde kaybolan gram madde miktarını ifade eder. 1 mdd ise, 1 desimetre kare
10
yüzey alanından 1 günde kaybolan miligram madde miktarıdır. Bu iki birim aynı ilkeye
dayanır ve birbirine dönüştürülebilir.
Kütle kaybı ile akım yoğunluğu arasındaki bağıntı Faraday Yasası ile ifade edilir. Bu
nedenle aynı akım yoğunluğunda farklı metallerin kütle kayıpları farklı olur.
c. Penetrasyon
Pratikte korozyon hızının derinlik (yani metal kalınlığındaki azalma) olarak ifade
edilmesi büyük kolaylık sağlar. Korozyon hızı olarak genellikle “mm/yıl” birimi
kullanılır. Bunun anlamı, metal yüzeyinden 1 yılda korozyon ile uzaklaşan mm olarak
metal kalınlığıdır. İngiliz ölçü sisteminde penetrasyon değeri ipy (inch per year) veya
mpy (mil per year) cinsinden verilmektedir. Bu birimlerin mm/yıl olarak karşılıkları
şöyledir: 1 ipy = 1000 mpy = 25,4 mm/yıl
3. KOROZYONUN SINIFLANDIRILMASI
Korozyon olayının anlaşılıp koruma yöntemlerinin sistematik hale getirilebilmesi ve
endüstride etkin kullanılabilmesi için korozyon olayının sınıflandırılması olayı önemli
hale gelmektedir. Korozyon sınıflandırılmalarında değişik yaklaşımlar izlenmiştir,
bunlardan bazılarını şu şekilde sıralayabiliriz:
1-Korozyon olayının mekanizmasına göre;
Bu bilimsel bir sıralamadır. Bilimsel açıdan bir metalin ortam etkisi ile bozunması,
a) Elektrokimyasal b) Kimyasal c) Fiziksel
olarak sınıflandırılabilecek reaksiyonlar sonucu oluşur. Genelde bu tip bir
sınıflandırma uygulayıcı açısından fazla yararlı değildir.
2-Görünüşe göre korozyon;
Metal ve alaşımların ortamın etkisi altında uğradıkları değişikliğin fiziksel görünüşü
bize bu olaya neden olan sebepleri açıklayabilecek niteliktedir. Dolayısı ile ortam
veya metal türü ne olursa olsun gözlenen korozyon şekilleri belirli bir sistematik içinde
gruplandırılıp incelenebilir (Şekil 1). Bu tür korozyona neden olan etmenler bilindiği
için de gerekli koruma tedbirleri alınabilir.
11
Şekil1. Görünüşe Göre Korozyonun Sınıflandırılması ve Oluşan Hasarların Fiziksel
Görünüşü [5]
12
4. GÖRÜNÜŞE GÖRE KOROZYON TÜRLERİ
4.1. Tekdüze Korozyon / Homojen Korozyon / Uniform Korozyon
Tekdüze korozyon malzemenin kesitinde homojen bir azalma ile kendini gösterir. Bu
tür korozyona atmosferik ortamda,
redükleyici asitlerde ve korozif sularda
rastlanır. Kesitte homojen bir azalma ile
kendini gösterdiği için korozyon hızının tahmin edilmesi mümkündür.
Normal olarak korozyon olayının bu şekilde yürümesi beklenir. Üniform korozyon
sonucu metal kalınlığı her noktada aynı derecede incelir. Üniform korozyon hızı, birim
zamanda birim yüzey alanına düşen ağırlık kaybı olarak (mg/dm2.gün) veya ortalama
kalınlık azalması (mm/yıl) olarak ifade edilebilir. Korozyon hızının hesaplanmasında
kullanılan bağıntılar, korozyonun üniform şekilde yürüdüğü kabulüne dayandırılır.
Üniform korozyon dışında diğer korozyon çeşitlerinde yüzeyin bazı bölgelerinde
korozyon hızı çok yüksek değerlere ulaşır. Bunun sonucunda o bölgeler beklenenden
çok önce korozyon nedeniyle delinir veya kırılır.
Üniform korozyon bütün yüzeye dağılmış mikro korozyon hücreleri yoluyla
gerçekleşir. Her metal için verilen ortalama korozyon hızı değerleri üniform
korozyonun söz konusu olduğu kabulüne dayanır.
4.2. Bölgesel Korozyon
Bölgesel korozyon türleri tekdüze korozyondan farklı olarak homojen olarak
gelişmezler ve yöresel olarak gelişerek malzemede çukur, oyuk, çatlak gibi hasarlara
yol açarlar. Bu nedenle kontrol altına alınmaları, tekdüze korozyona oranla çok daha
zordur. Bölgesel korozyon türleri aşağıda sıralanmıştır.
13
a) Çukur Korozyonu (Pitting)
Metal yüzeyinin bazı noktalarında çukur
oluşturarak meydana gelen korozyon türüdür. Bu
tip korozyon olayında anot ve katot bölgeleri
birbirinden kesin şekilde ayrılmıştır. Anot,
yüzeyin herhangi bir noktasında açılan çukurun içindeki dar bir bölge, katot ise
çukurun çevresindeki çok geniş bir alandır. Korozyon sonucu çukur gittikçe
büyüyerek metalin o noktadan kısa sürede delinmesine neden olur. Bu nedenle
genellikle borularda, tanklarda ve akış hızının azaldığı durgun çözeltiler içinde
kendini gösteren çukur tipi korozyon çok tehlikeli bir korozyon türü olarak kabul edilir.
Çukurlaşma olayında meydana gelen kimyasal reaksiyonlar oldukça çeşitlidir. Ancak
klorür iyonunun bulunduğu ortamlarda prensip oldukça
basittir. Çelik yüzeyinde uygun bir bölgede, pasif tabaka
klorür iyonlarına karşı daha korunmasızdır ve
elektrokimyasal potansiyel farkı klorür iyonlarına ortam
hazırlar. Bu bölgede metal yüzeyinde çok küçük bir bölgede
anot oluşarak korozyon olayı başlar. Çoğu zaman anot
bölgesinde oluşan çukurlar gözle görülemeyecek kadar küçüktür. Çukurların içi
genellikle korozyon ürünleri ile doludur. Bu nedenle çukur sayısını ve derinliğini
belirlemek son derece güçtür.
Çukurcukların çapı, derinliği ve sıklığı malzeme ve ortama bağlı olarak değişir. Tespiti
güç olduğundan, en korkulan korozyon türlerinin başında gelir.
Küçük anot- büyük katot ikilisi korozyonunun hızlı gelişmesine neden olur.
Anot büyük bir alanda gerçekleşen katodik reaksiyonlara cevap verebilmek için, hızla
çözünür.
14
b - Galvanik Korozyon
İki farklı metalin bağlantısından ileri gelen bir korozyon çeşididir.
Bu tip korozyona olayına sıkça rastlanır. Metallerden daha soy
olanı katot, daha aktif olanı ise anot olur. Böylece bir korozyon
hücresi meydana gelir (Şekil – 4.3). Böyle bir hücrede yalnız
anot olan metal korozyona uğrar. Galvanik seride daha yukarıda
olan metaller daha aktif metal olarak aşağıda bulunan metaller
ile temas halinde anot olur. Pratikte galvanik korozyondan
korunmak için öncelikle galvanik seride birbirinden uzakta olan
metallerin temasından kaçınılır.
Şekil – 4.3 Galvanik korozyonun oluşumu
Tablo. Standart Elektromotor Kuvvet Serisi (Galvanik Seri)
Metaller
Reaksiyonlar
Standart elektrot potansiyeli (redüksiyon)
Lityum Li+1 +e- Li -3,03 Volt
Potasyum K+1 +e- K -2,925 Volt
Sodyum Na+1 +e- Na -2,713 Volt
Magnezyum Mg+2 +2e- Mg -2,371 Volt
Alüminyum Al+3 +3e- Al -1,66 Volt
Çinko Zn+2 +2e- Zn -0,763 Volt
Krom Cr+2 +2e- Cr -0,74 Volt
Demir Fe+2 +2e- Fe -0,44 Volt
Kadmiyum Cd+2 +2e- Cd -0,402 Volt
Nikel Ni+2 +2e- Ni -0,23 Volt
Kalay Sn+2 +2e- Sn -0,14 Volt
Kurşun Pb+2 +2e- Pb -0,126 Volt
Hidrojen 2H+1 +2e- H2 0 Volt
Bakır Cu+2 +2e- Cu +0,33 Volt
Cıva Hg+2 +2e- Hg +0,792 Volt
Gümüş Ag+1 +e- Ag +0,799 Volt
Platin Pt+3 +3e- Pt +1,2 Volt
Altın Au+3 +3e- Au +1,45 Volt
15
Galvanik bir hücrede korozyon hızı, esas olarak yürütücü kuvvet olan anot ve katot
arasındaki potansiyel farkı ile çevre elektrolitin iletkenliğine bağlıdır. Bunun dışında
katot/anot yüzey alanı oranı da pratikte büyük önem taşır. Bu oranın büyük olması,
yani büyük bir katot yüzeyine karşı anot yüzey alanının küçük olması, anot akım
yoğunluğunun artmasına ve dar bir bölgede şiddetli korozyon oluşmasına neden olur.
Anodun büyük, buna karşılık katodun küçük olması halinde, korozyon geniş bir yüzey
alanına yayılması nedeniyle etkisiz kalır. Küçük katot-büyük anot halinde eğer
elektrolitin iletkenliği yüksek ise, galvanik hücreden oluşan korozyon akımı geniş bir
alanda kendini gösterir. İletkenliğin düşük olması halinde, iki metalin temas ettiği
bölgede dar bir alanda şiddetli olarak ortaya çıkar. Bunun tipik örneği, çelik plakaya
yapılmış bakır perçin (küçük katot-büyük anot) ile, bakır plaka üzerine yapılmış çelik
perçinde (büyük katot-küçük anot) görülür (Şekil – 4.4)
Şekil – 4.4. Galvanik korozyonda katot/anot yüzey alanları oranının etkisi
(A) Küçük katot - büyük anot (elektrolit iletkenliği yüksek)
(B) Küçük katot - büyük anot (elektrolit iletkenliği düşük)
(C) Büyük katot - küçük anot (elektrolit iletkenliği yüksek)
(A)ve (C) de perçinler iletkenliği yüksek deniz suyu içine daldırılmıştır. Bu durumda
büyük bir katot bölgesinin etkisi ile çelik perçinler (C) de olduğu gibi çok kısa sürede
tam olarak korozyona uğrar. Oysa, (A) da olduğu gibi katot/anot yüzey alanı oranının
küçük olması halinde korozyon olayı etkisini kaybeder. Eğer (B) de olduğu gibi söz
konusu sistem iletkenliği düşük bir ortamda bulunuyor ise, yalnızca katot bölgesi
yakınlarında şiddetli korozyon olayı görülür.
16
Pratikte galvanik korozyona karşı şu önlemler alınabilir:
- Galvanik seride birbirinden uzak olan metallerin teması önlenmelidir.
- Eğer bu iki metalin bir arada kullanılması zorunlu ise, büyük katot-küçük
anot yüzeyinden kaçınılmalıdır.
- İki metalin teması izole flanşlarla elektriksel olarak yalıtılmalıdır.
c) Aralık (Çatlak) Korozyonu
Aralık korozyonu, birbiri ile iyi örtüşmeyen iki
yüzey arasında kalan aralıkta bölgesel
oksijen farklılaşması nedeni ile gözlenir.
Conta altlarında çok sık rastlanır. Her türlü
malzemede gelişebilir.
Metal yüzeyinde bulunan çatlak, aralık veya cep gibi çözeltinin durgun halde kaldığı
bölgelerde metal yüzeyine oksijen transferi güçleşir. Bunun sonucu olarak bu bölgeler
anot, çatlağın çevresindeki metal yüzeyleri de katot olur.
Çatlak korozyonu yalnız metal yüzeyinde bulunan bir çatlakta değil, metal olmayan
bir malzeme ile metal yüzeyi arasında da meydana gelebilir. Örneğin boruların izole
flanş ile birbirine bağlandığı noktalarda, flanş ile çelik arasında çatlak korozyonu
oluşabilir. Korozyonun en etkili olduğu yer, çatlağın katot bölgesine yakın olan ağız
kısmıdır. Milimetrenin binde biri kadar küçük bir çatlak bile, korozyonun başlaması
için yeterlidir. 2-3 mm büyüklüğündeki aralıklarda da hareketsiz ve düşük oksijenli bir
bölge oluşacağından bu büyüklükteki bölgelerde de çatlak korozyonu söz konusu
olabilir.
Çatlak korozyonuna karşı pratik olarak aşağıdaki önlemler alınabilir:
- Cıvata ve perçin yerine kaynak tercih edilmelidir.
- Birleşme yerleri kaynak veya lehim yapılarak kapatılmalıdır.
- Sıvı taşıyan kapların tasarımı, kabın tam olarak boşalabilmesi ve kap içinde
temizlenemeyen köşe kalmamasına özen gösterilmelidir.
- Tahta, plastik gibi ıslak kalabilen maddelerin metal ile temas etmesi önlenmelidir.
17
Ortamda bulunan katı parçaların metalik yüzeyler üzerine çökmesi, uygulandıkları
yüzey üzerinde sağlam tutunmayan kaplamalar, yolların üzerinden sıçrayarak
araçların metalik kısımlarına yapışan kum ve tuz parçaları aralık korozyonu için
uygun koşulları oluşturur. Somun-cıvata gibi bağlantı elemanları bu korozyonun
oluştuğu en belirgin ortamlardır.
d) Erozyonlu Korozyonu
Korozif çözeltinin metal yüzeyinden hızla akması halinde, korozyon olayı yanında
erozyon da meydana gelir. Bu durum korozyon hızının artmasına neden olur. Bunun
başlıca nedeni, korozyon ürünlerinin akışkan tarafından sürüklenerek götürülmesidir.
Pasifleşme özelliği olan metaller erozyonlu korozyon olayına daha çok duyarlıdır.
Örneğin alüminyum, kurşun ve paslanmaz çelik böyledir. Bu metallerin yüzeyinde
erozyon etkisinde kalan bölgelerde pasifleşme tabakası oluşamaz ve metal
korumasız kalan bu bölgelerde şiddetle korozyona uğrar.
Erozyonlu korozyon birçok metalde görülmekle beraber, bu
korozyona en duyarlı metal bakır ve bakır alaşımlarıdır.
Hareketli akışkanların bulunduğu bütün ekipmanlarda,
örneğin borular, dirsekler, valfler, pompalar, santrifüjler,
pervaneler, karıştırıcılar, ısı değiştiriciler ve türbin paletleri gibi
cihazlarda erozyonlu korozyon söz konusu olabilir. Erozyonlu
korozyon olayını etkileyen en önemli faktör, akışkanın akış
hızıdır. Akış hızı arttıkça erozyon etkisi de artar. Akışkan
içinde katı partikül bulunması, olayın
şiddetini artırır. Korozyon sonucu oluşan küçük bir oyuk türbülans
etkisiyle erozyonlu korozyon olayını başlatıcı etken olur.
Erozyonlu korozyona karşı alınacak başlıca önlemler şöyle
sıralanabilir.
- İlk alınacak önlem, erozyonlu korozyon dayanıklılığı yüksek bir malzemenin
seçilmesidir.
- Tasarım sırasında erozyon etkisini azaltacak önlemler alınmalıdır. Örneğin, boru
çapları artırılmalı veya akış hızı düşürülmelidir.
- Akışkan katı partikül taşıyorsa, bunlar akıştan önce çökeltilmelidir.
18
e) Tanelerarası Korozyon
Bir metalin kristal yapısında tanelerin sınır çizgisi
boyunca meydana gelen korozyona “taneler
arası korozyon” denir. Eritilmiş bir metalin
katılaşması veya katı halde bulunan bir metalin
herhangi bir ısıl işleme tabi tutulması sırasında
metal atomu kristallerinin sınır bölgelerinde
korozyon açısından zayıf bazı bozukluklar
meydana gelebilir. Metal korozif bir ortam içine girdiğinde bu bölgelerde taneler arası
korozyon olayı kendini gösterir.
Taneler arası korozyon, taneler arasında bulunan
herhangi bir safsızlıktan, örneğin bir alaşım
elementinin daha fazla bulunması veya bulunmaması
nedeniyle oluşur. Örneğin alüminyum içinde az
miktarda bulunan demir taneler arası korozyona neden
olabilir. Çünkü alüminyum içinde demir çok az
çözünebilir. 18-8 paslanmaz çelik de taneler arası
korozyon bakımından özel bir durum gösterir. Bu çelik normal hallerde korozyona çok
dayanıklı olduğu halde, 500-800 oC ‘e ısıtıldığında korozyona duyarlı hale gelir. En
şiddetli sıcaklık etkisi, çelik 650 oC ‘de bir saat bekletildiğinde kendini gösterir. Bunun
nedeni, bu sıcaklıkta taneler arası bölgede kromun son derece azalmasıdır.
Korozyona dayanıklı olması için paslanmaz çelik içinde en az % 12 oranında krom
bulunması gerekir. Eğer paslanmaz çelik yukarıda belirtilmiş olan sıcaklıklar arasında
ısıtılırsa, bileşiminde bulunan krom, karbonla reaksiyona girerek krom karbür
(Cr23C6) bileşiği oluşturur. Krom karbür çelik içinde çözünmeyen bir bileşiktir.
Taneler arasında sınır çizgisi boyunca toplanır. Isıtma işlemi sırasında alaşım içinde
bulunan krom da taneler arasına doğru hareket eder. Fakat kromun hareket hızı çok
azdır, bu nedenle taneler arası bölgeye ulaşarak oradaki krom eksikliğini gideremez.
Kromun karbür halinde bağlanabilmesi için çelik içinde en az % 0,02 karbon
bulunması gerekir. Daha düşük oranda karbon bulunması halinde oluşan krom karbür
bileşiği korozyon açısından etkili olmaz. Krom karbürün kendisi korozyona uğramaz.
Ancak, taneler arasındaki bölgede krom azlığı nedeniyle bu bölge korozyona
dayanıksız hale gelir. 304 paslanmaz çeliklerde içinde % 0,06 - 0,08 arasında karbon
19
bulunur. Bu nedenle taneler arasında önemli miktarda krom karbür çökeltisi birikir
(Şekil – 4.8).
Şekil – 4.8. 304 paslanmaz çelikte taneler arasında krom karbür çökeltisi
Bu olay paslanmaz çeliğin kaynak yapılması sırasında “kaynak çürümesi” şeklinde
ortaya çıkar. Kaynak yapılan bölgede sıcaklık yükselir ve taneler arasında krom
karbür çökeltisi oluşur. Sıcaklığın etkili olduğu bölgeler korozyon bakımından duyarlı
hale gelir. Kaynak sırasında yalnız sıcaklığın yüksekliği değil, sıcaklık etkisinde kalma
süresi de önemlidir. Bu süre kaynak yapılan malzemenin kalınlığına da bağlıdır.
Örneğin ince levhalar kısa sürede kaynak edilip, kısa sürede sıcaklığını kaybeder. Bu
süre, krom karbür bileşiğinin oluşması ve taneler arasında birikmesi için yeterli olmaz.
Dolayısıyla bu durumda kaynak çürümesi olayı da meydana gelmez. Bu nedenle
kaynak çürümesi olayını önlemek için, paslanmaz çeliklerin oksijen kaynağı ile değil,
elektrikle kaynak edilmeleri daha uygun olur.
20
Paslanmaz çeliklerde taneler arası korozyon olayını en aza indirmek için aşağıdaki
üç yöntem kullanılmaktadır:
- Isıl işlemler ile kromun alaşım içinde üniform dağılımı sağlanabilir.
- Alaşım içine, stabilizör denilen ve dayanıklı karbür bileşiği oluşturan elementler
katılmak suretiyle krom karbür oluşması önlenebilir.
- Paslanmaz çelik içinde bulunan karbon yüzdesi % 0,03 değerinin altına indirilerek
alaşım içinde oluşabilen krom karbür bileşiğinin zararlı etkisi azaltılabilir.
Pratikte en çok birinci yöntem uygulanmaktadır. Isıl işlemde çelik yaklaşık 1100 oC
‘ye kadar ısıtıldıktan sonra, suya (veya uygun bir yağ içine) daldırılarak aniden
soğutulmaktadır. Yüksek sıcaklıkta krom karbür bileşiği çelik içinde henüz çözelti
halindedir. Ani olarak soğutulmakla henüz taneler arasına ulaşma zamanı bulamadan
alaşım içinde üniform olarak kalması sağlanmaktadır. İkinci yöntemde, paslanmaz
çelik içine az miktarda titanyum veya kolombiyum gibi metaller katılarak, karbonun
karbür bileşiği halinde stabilize edilmesi sağlanmaktadır. Tip-321 ve Tip-347
paslanmaz çelikler böyledir. Bu stabilizör elementler çelik içinde bulunan bütün
karbonu kromdan daha sağlam olarak bağlayarak krom karbür oluşmasına engel
olurlar. Üçüncü yöntemde, paslanmaz çelik
içinde bulunan karbonun % 0,03 değerinin altına
düşürülmesi yoluna gidilir. 304L tipi paslanmaz
çelik böyle üretilmiştir. Bu tip paslanmaz çeliklere
ELC (Extra -Low -Carbon) çeliği denir. Normal
18-8 paslanmaz çeliklerde karbon yüzdesi %
0,20 civarındadır. Bu değeri herhangi bir yöntem
ile % 0,08‘ e kadar indirmek kolaydır. Ancak
karbon yüzdesinin daha düşük değerlere indirilmesi için özel yöntemlerin
uygulanması gerekir.
f) Seçici Korozyon
Seçici korozyon, alaşımı oluşturan
elementlerin bir tanesinin diğerine tercihli
olarak çözünüp yapıdan ayrılması sonucu
21
oluşur. Seçici çözünme sonucu, çözünmenin olduğu bölgede gözenekli ve
mukavemetsiz bir yapı geriye kalır. Bu olay en çok pirinçlerde (Cu-Zn alaşımı)
yapıdaki çinkonun seçici çözünmesi ile (çinkosuzlaşma) kendini gösterir. Pirinçlerde
çinkonun pirinç latis yapısından tercihli olarak ayrılmasına neden göstermek güçtür.
Ancak, ve fazlarından oluşan pirinç korozif ortama maruz kaldığında fazının
tercihli olarak korozyona uğradığı düşünülmektedir. Bu gün korozyona dayançlı
pirinçler üretilmektedir. Bunlar ya tek fazlı () ya da fazını çok küçük partiküller
halinde içermektedir.
Dökme demirin grafitleşmesi (Fe’nin
tercihli olarak çözünmesi ve gevrek grafit
iskeletinin kalması), alüminyum
bronzlarının alkali koşullarda
alüminyumsuzlaşması seçici korozyona
diğer örneklerdir.
g.Gerilmeli Korozyon Çatlaması
Gerilmeli korozyon çatlaması (GKÇ),
statik çekme yönünde gerilme içeren
veya altındaki metalik malzemelerin
hepsinde uygun ortam metal
kombinasyonunun bir araya gelmesi
durumunda gerçekleşebilir. Örneğin; ostenitik paslanmaz çelikler sıcak klorürlü
ortamlarda, bakır alaşımları amonyaklı ortamlarda, karbon çelikleri alkali ortamlarda
(kostik çatlaması), yüksek mukavemetli alüminyum alaşımları klorürlü ortamlarda
GKÇ'na duyarlıdırlar. Hasar, malzemenin akma mukavemetinin çok altındaki
yüklerde, taneler arası veya taneler boyunca çatlama ile kendini gösterir.
GKÇ’nin sebep olduğu yapısal kırılma genellikle ani ve
beklenilmediktir, kılcal çatlakların tespiti güç
olduğundan hasar önceden fark edilemez. Birkaç saat
gibi kısa bir servis süresinde ortaya çıkabildiği gibi,
22
birkaç hafta ya da uzun bir servis ömründen sonra da meydana gelebilir.
GKÇ’ye neden olan çekme gerilimleri doğrudan uygulanan gerilimlerden ya da var
olan kalıcı gerilimlerden meydana gelebilir. Soğuk deformasyon ve şekil verme,
kaynak, ısıl işlem, tornalama gibi işleme metotları kalıcı gerilimlere neden olabilir.
Makroskopik kırık görüntüsü, mekanik olarak sünek tipte bir metal ya da alaşım için
bile gevrek tiptedir.
Genellikle diğer çeşit korozif atakların olmadığı koşullarda karşımıza çıkar. Gerçekte
tüm alaşım sistemleri belirli koşullar altında az ya
da çok GKÇ’ye hassastır. Şekilde östenitik bir
paslanmaz çelikte pek çok dallara ayrılarak
taneler içi modda ilerlemiş bir GKÇ oluşumu
görülmektedir.
Paslanmaz çelikler klorürlü şartlarda çatlar ama
amonyaklı ortamlarda gerilme korozyonuna
uğramazlar. Pirinçler tam tersine amonyaklı ortamlarda kırılır ama klorürlü ortamlarda
kırılmazlar.
GKÇ ‘nin en karmaşık korozyon tiplerinden olduğu düşünülür. Çatlama tanelerarası
ya da tane içi morfolojisinde olabilir. Çatlama olayına gerilimin seviyesi, alaşım
bileşimi, mikroyapı, koroziflerin konsantrasyonu, son yüzey, mikro-çevresel yüzey
etkileri, sıcaklık, elektrokimyasal potansiyel gibi pek çok değişken etki eder.
Korozif çevrede çevrimsel gerilmelerden kaynaklanan çatlak ilerlemeleri “korozyonlu
yorulma” olarak adlandırılan başka bir korozyon olayına neden olur.
h) Yüksek Sıcaklık Korozyonu
Yüksek sıcaklık korozyonu, sıcak gaz ve buhar ortamlarında çalışan metalik
malzemelerin yüzeyinde oksitlenme sonucu kalın ve koruyucu olmayan oksit
tabakaları oluşumu sonucu gerçekleşir. Bu tür korozyonun mekanizması kimyasaldır.
Yüksek sıcaklık korozyonu, malzemenin maruz kalması gerekenden daha yüksek
23
sıcaklıklara maruz kalması veya gaz ortamı içerisinde oksitlenmeyi hızlandırıcı
bileşiklerin (kükürtlü, klorürlü) varlığı ile hızlanır. Örneğin kazanlarda yaygın kullanılan
yumuşak çeliklerin, sıcak gazlarla temasları sırasında eğer yüzey sıcaklığı 570 C'nin
üzerine çıkarsa çok hızla oksitlenirler çünkü koruyucu magnetit katmanı bu sıcaklığın
üzerinde koruyucu niteliği olmayan wurtzit ve hematite dönüşmeye başlar.
Yüksek sıcaklık gaz ortamlarında gözlenebilen bir diğer korozyon türü hidrojen içeren
gazlarla temas eden çeliklerde gözlenebilir. Yüksek sıcaklık ortamında hidrojen
çeliğin yapısındaki karbon ile reaksiyona girerek, çeliğin karbonsuzlaşmasına ve
sonuç olarak mukavemetinin azalmasına neden olur.
i) Kaçak Akım Korozyonu
Doğru akım ile çalışan raylı taşıt araçları, doğru akım taşıyan yüksek voltajlı elektrik
hatları ve kaynak makinaları zemin içine kaçak akım yayarlar. Bu kaçak akımlar
çevrede bulunan metalik yapılara girerek korozyona neden olurlar. Örneğin yeraltı
trenlerinde doğru akım kaynağının (+) ucu trene, (-) ucu da raya bağlıdır. Trenin
hareketi sırasında akım devresini tamamlayarak ray üzerinden besleme istasyonuna
döner. Ancak trenin bulunduğu noktada akımın bir kısmı zemine kaçarak yakında
bulunan boru hattına girebilir. Akımın boru hattına girdiği noktalar katot olur. Bu
noktalarda korozyon söz konusu olmaz. Boru üzerinden bir süre akan akım, yeniden
zemine girerek oradan trafo istasyonuna döner. Korozyon olayı akımın borudan
çıktığı bölgelerde görülür (Şekil – 4.9).
Şekil – 4.9. Bir raylı taşıt aracından kaçan akımların bir boru hattında oluşturduğu
kaçak akım korozyonu
24
Kaçak akım korozyonundan korunmak için, öncelikle kaçak akımların yapıya
girmesinin önlenmesine çalışılır. Bu amaçla kaçak akım etkisinde kalan yapı kaplama
yapılarak elektriksel direnci artırılır. Bu önlem yeterli olmazsa, yapı çevresine metalik
bir kalkan konularak, kaçak akımların bu metal yoluyla taşınması sağlanır. Özellikle
raylı taşıt araçlarından çevreye kaçan akımların çevredeki boru hatları üzerindeki
korozyonunu önlemek için, boru hattı ile ray arasına ayarlanabilen bir direnç
konularak kaçak akımların kontrollü bir şekilde bu metalik bağ üzerinden geçmesi
sağlanabilir. Bu yolla hem korozyon önlenmiş, hem de gereksiz akım sarfiyatı
azaltılmış olur.