Metallerin Krozyonu

Metallerin hemen hemen hepsi doğada bileşik halinde bulunurlar. Bu bileşiklerden ilave malzeme

hem de bu reaksiyonun neden olduğu zarara korozyon adı verilir. Genel anlamda ise; ortamın kimyasal ve elektrokimyasal etkilerinden dolayı metalik malzemelerde meydana gelen hasara korozyon denir.






Korozyon

su içinde veya her türlü sulu kimyasal madde içerisinde meydana gelen korozyon buna örnek olarak gösterilebilir. Yüksek sıcaklıklarda gaz ortamlarında metalik malzemelerde meydana gelen korozyona ise "kuru veya yüksek sıcaklık korozyonu" denir. Kazanların alevle veya sıcak gazlarla temas eden bölgelerinde meydana gelen korozyon da bu tip korozyona örnek olarak verilebilir.






Korozyon büyük zararlara yol açarak önemli israf kaynaklarından birini oluşturur. Korozyon nedeniyle meydana gelen malzeme

korozyon ve korozyonu önleme ilkelerinin metal malzeme kullanan her kesim ve özellikle teknik elemanlar tarafından bilinerek uygulanmasında büyük yararlar vardır. Korozyonu önleme yöntemlerini doğru uygulamak suretiyle korozyon kayıpları %20 ile 40 arasında azaltılabilir.






1.2. Korozyon Hücresi


Yalnız sulu ortamdaki metallerin yüzeyinde değil

haline geçer ve böylece metal kimyasal değişime uğrar.






Sulu ortamlarda elektron verme (oksidasyon) ve elektron alma (redüksiyon) şeklinde meydana gelen reaksiyonlara "elektrokimyasal reaksiyonlar" denilir. Su içinde

hücre çevrimi tamamlanmış olur.






korozyon hücresinden geçen akıma "korozyon akımı" denir. Korozyon hücresinde anot reaksiyonunun

anodik reaksiyon yani korozyon da olmaz.






Ayrıca;






a) Anot ile katot bölgeleri arasında elektronik bağın olmaması

b) Anot ile çözelti veya katot ile çözelti arasındaki temasın engellenmesi veya






c) Sistemde sulu iletkenin bulunmaması durumlarında da korozyon meydana gelmez.






Korozyon hızı veya metalin çözünmesi

dolayısıyla deniz suyundaki korozyon hızı metalin cinsine göre pek fazla değişmez.






Korozyona neden olan en önemli katodik etken

sulu çözeltilerde redüklenebilen diğer iyonlar da katodik reaksiyona neden olabilirler.






Korozyon olayında çözünmenin meydana geldiği bölge (anot) ile redüksiyonun meydana geldiği bölge (katot) birbirinden ayrı ise metalin yalnız anot bölgesi çözünür. Bu durumda bölgesel veya tercihi korozyon meydana gelir. Bu tür korozyonun meydana geldiği korozyon hücresine makrokorozyon hücresi denir. Uygulamada karşılaşılan korozyon hücrelerinin büyük bir kısmı makrokorozyon hücresi

korozyonun şekli de bölgesel korozyondur.






Bazı durumlarda

metalin yüzeyi homojen olarak çözünür. Herhangi bir zamanda anot-katot ve diğer elemanlardan oluşan korozyon hücresi tanımlanabilir. Bu tip korozyonun meydana geldiği korozyon hücresine mikrokorozyon hücresi denir.






Örneğin; çinko

asit çözeltisinde bu şekilde homojen olarak çözünür. Katot reaksiyonu; hidrojen iyonunun redüklenmesi ve hidrojen gazının çıkışı (2H+ + 2e→ H2) şeklinde meydana gelir.






1.3. Korozyonun Meydana Gelişi


Korozyon birbiri ile elektriksel ve elektrolitik teması olan ve aralarında potansiyel farkı oluşan iki metalik bölge veya nokta arasında meydana gelir. Bu bölge veya noktalardan potansiyel bakımından daha asil olanın yüzeyinde katodik reaksiyon meydana gelir

daha aktif olan diğer bölge veya nokta ise çözünür. Potansiyel farkının oluşum nedenleri aşağıdaki şekilde sıralanabilir.






a) Metal veya alaşımın yapısal

mekanik veya ısıl farklılıklar gösteren bölgeleri arasında potansiyel farkı oluşabilir.






b) Farklı iki metal veya alaşımın birbirine temas etmesi nedeniyle potansiyel farkı oluşabilir.






c) Ortamın katodik olarak redüklenebilen bileşenlerinin

metalin değişik bölgelerinde farklı oranlarda bulunması potansiyel farkı oluşturabilir.






Şimdi demirde korozyonun meydana gelişini açıklamaya çalışalım. Sıradan bir demir parçası hidroklorik asit (HCl) çözeltisi içerisine daldırıldığında hidrojen kabarcıklarının oluştuğu görülür. Demirde bulunan enklüzyonlar

uygulanan gerilim ile metalin direncine bağlı olan hareketli elektron sayısı veya akım şiddeti ile doğru orantılıdır.






Korozyonun devam edebilmesi için anot ve katotdaki korozyon ürünlerinin giderilmesi gerekir. Bazı durumlarda

sıcaklık ve çözünmüş tuzların bu1unup bulunmaması gibi etkenlere bağlıdır.






Anot ve katotda meydana gelen reaksiyon ürünlerinin zaman zaman karşılaşıp

ya da korozyonun daha da ilerlemesini önleyecek uzaklıktaki bir konumda oluşur.






Demirin korozyonunda

hücre reaksiyonunu oluşturan anodik ve katodik reaksiyonlar aşağıdaki gibi yazılabilir.






Fe → Fe2+ + 4e- : Anodik reaksiyon






O2 + 2H2 0 + 4e- → 4OH- : Katodik reaksiyon






O=2 + 2 Fe + 2H2 O → 2Fe2+ + 4OH- : Hücre reaksiyonu






Hücre reaksiyonunun sol tarafında yer alan bileşenlerin enerjisi veya serbest enerjileri toplamı (∆Gsol)

suyun yüksekten alçağa veya ısının sıcaktan soğuğa doğru doğal akışına benzer biçimde meydana gelir.






Hücre reaksiyonunun iki tarafı arasındaki enerji farkı korozyon hücresinin enerjisini verir ve bu enerjinin değeri negatiftir. Bu durum

aşağıda formül yardımıyla gösterilebilir.






∆Gkor = ∆Gsağ - ∆Gsol (∆Gsol > ∆Gsağ)






Enerji farkı (∆Ehücre);






şeklinde yazılabilir.






Bu bağıntıdaki n korozyon hücresinde alınıp verilen elektron sayısını gösterir

F ise Faraday sabitidir.






Korozyon hücresine ait enerjinin veya hücre potansiyelinin bir kısmı anodik reaksiyonun

uygulamada yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir.






Anodik ve katodik reaksiyonların enerji ve gerilim farkları da benzer şekilde hesaplanabilir. Redüksiyon olarak yazılan reaksiyonların hesap yöntemiyle bulunan potansiyel farkları en yüksek pozitiften (en asil) en düşük negatife (en aktif) doğru sıralanarak metallerin "elektromotif kuvvet serisi" elde edilir. Bu seride

hidrojen iyonunun redüksiyon potansiyeli sıfır kabul edilir. Metallerin elektromotif kuvvet serisi Tablo 1'de verilmektedir.






Söz konusu seride artı (+) yönde veya asil olan bir metalin ile eksi (-) yönde yani bunun üstünde yer alan başka bir metalle temas etmesi durumunda

örneğin deniz suyunda veya toprak altında ölçülerek bulunan potansiyelleri sıralamaya tabi tutulur. Bu şekilde elde edilen seri ye "galvanik seri" adı verilir. Bu seriler uygulamadaki korozyon tahminlerinde daha gerçekçi sonuçlar verir. Tablo 2'de deniz suyu ve toprak altında yapılan ölçümlerle elde edilmiş iki galvanik seri verilmektedir.






Tablo 2. Galvanik Seri






A-Deniz Suyunda B- Toprak Altında






(-) Aktif : Magnezyum ( -) Aktif : Magnezyum






: Çinko : Çinko






: Alüminyum : Alüminyum






: Kadmiyum : Temiz yumuşak çelik






: Duralümin : Paslı yumuşak çelik






: Dökme demir : Dökme demir






: Yüksek nikelli dökme demir : Kurşun






: 18/8 Paslanmaz çelik (aktif) : Yumuşak çelik (betonda)






: Kurşun-kalay lehimleri : Bakır

pirinç ve bronzlar






: Kurşun : Yüksek silisli dökme demir






: Kalay : Karbon

grafit






: Nikel (aktif) (+) Asil






: Prinçler






: Bakır






: Bronzlar






: Gümüş lehimi






: Nikel (pasif)






: 18/8 Paslanmaz çelik






: Gümüş






: Titanyum






: Grafit






: Altın






: Platin






(+) Asil






Not: Deniz suyunun pH değeri 8

toprağın pH değeri ise 5 - 8 arasında yer almaktadır.






2. KOROZYONUN ÖNLENMESİ


Korozyonu önlemek veya korozyondan korunmak için bir çok yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemlerden bazıları;






a) saf metal kullanımı

b) alaşım elementi katma

c) ısıl işlem

d) uygun tasarım

e) katodik koruma

f) korozyon önleyicisi (inhibitör) kullanımı ve






g) yüzey kaplama şeklinde sıralanabilir.






Söz konusu yöntemler aşağıda

kısaca açıklanmaktadır.






Şekil 7. Pirinç malzemede meydana gelen gerilmeli korozyon çatlağının görünümü






2.1. Saf Metal Kullanımı


Çoğu uygulamalarda saf metal kullanılarak

homojen olmayan kısımlar en aza indirilir ve böylece çukurcuk (pitting) korozyonu büyük ölçüde engellenir. Dolayısıyla parçanın veya elemanın korozyona karşı direnci artırılır.






2.2. Alaşım Elementi Katma


Alaşım elementi katmak suretiyle bazı metallerin korozyon direnci artırılabilir. Örneğin

paslanmaz çeliğe katılan molibden ve alüminyuma katılan magnezyum bu malzemelerin korozyon dirençlerini artırır.






2.3. Isıl İşlem


Döküm parçalarının çoğunda segregasyon meydana gelir. Bu parçalara homojenizasyon

çözündürme veya stabilizasyon gibi ısıl işlemler uygulamak suretiyle iç yapıları homojen hale getirilir ve böylece korozyon dirençleri artırılır. Gerilmeli korozyona duyarlı olan metal ve alaşımların korozyon dirençlerini artırmak için de soğuk şekillendirmeden sonra gerilme giderme işlemleri yaygın olarak uygulanır.






2.4. Uygun Tasarım


Parçanın korozyon ortamıyla temasını en aza indirmek için uygun tasarım yapılmalıdır. Elektromotif seride birbirine uzak olan elementler arasında temastan kaçınılmalıdır. Eğer bu başarılamazsa

çeliğe göre daha anot olduğundan çelik levhaları birleştirmek için kullanılan alüminyum perçinlerin korozyona uğramaları beklenebilir.






Eğer alüminyum levhaları birleştirmek için çelik perçinler kullanılırsa

pul ve sızdırmazlık rondelaları gibi parçalar ile yalıtılabilir.






. 2.5. Katodik Koruma






Katodik koruma normal olarak

boru hattında toplanır ve kollektör kablo vasıtasıyla anoda geri döner.






Gemilerin katodik yöntemle korunması için dümen veya pervane bölgesinde tekneye çinko ve magnezyum anotlar bağlanır. Ev ve endüstriyel su ısıtıcılarında ve yüksek su tanklarında katodik koruma için yaygın olarak magnezyum anotları kullanılır.






2.6. Korozyon Önleyicisi (İnhibitör) Kullanımı


Korozyon önleyicileri

krom ve mangan gibi metallerin yüzeylerinde oksit filmleri oluşturulur ve böylece bu metallerin korozyondan korunması sağlanır.






2.7. Yüzey Kaplama


Yüzey kaplamaları; metal kaplamalar ve metal olmayan kaplamalar olmak üzere iki gruba ayrılabilir.






2.7.1. Metal Kaplamalar


Metal kaplamalar sıcak daldırma

alüminyum veya kurşun ile kaplanması için uygulanır ve bu yöntemin çok geniş uygulama alanı vardır.






Galvanizasyon olarak bilinen çinko kaplama

nikel ve krom kaplamaların altında kullanılır.






2.7.2. Metal Olmayan Kaplamalar


Boya ve organik maddeler içeren metal olmayan diğer kaplamalar

malzeme yüzeyinde koruyucu bir film oluşturur ve bu film çatlamadığı veya soyulmadığı sürece metal malzemeyi korozyondan korur.






Metal malzemelerin içerisinde bulundukları ortamla reaksiyona girmeleri sonucunda da yüzeylerinde toz veya oksit filmi oluşur. Bu tür filmler de koruyucu kaplama görevi yaparlar.​