MMM 2402 MALZEME BİLİMİ yücel birol

Transkript

1 MMM 2402 MALZEME BİLİMİ yücel birol

2 aşağıdaki kırılma yüzeyi fotolarının temsil ettiği kırılmalar ne tür kırılmalardır; bu kırılmalar nasıl ve hangi şartlarda gerçekleşir? Sünek kırılma; sünek bir malzemenin önemli miktarda plastik deformasyondan sonra kırılması Gevrek kırılma: gevrek bir malzeme veya düşük sıcaklıkta fazla plastik deformasyon yaşanmadan gerçekleşen kırılma

3 aşağıdaki kırılma yüzeyi fotolarının temsil ettiği kırılmalar ne tür kırılmalardır; bu kırılmalar nasıl ve hangi şartlarda gerçekleşir? Yorulma kırılması: tekrarlı yükler altında akma dayanımından düşük seviyelerde kırılma; yorulma çatlağının yük çevrimlerini temsil eden durma hatları

4 Akma mukavemeti 495 MPa, Kıc değeri 24 MPa m olan T651 alüminyum alaşımı akma mukavemetinin yarısına denk gelen bir gerilmeye maruz kalmaktadır. Bu şartlarda müsaade edilebilecek en büyük iç çatlak boyu nedir? (Y için 1.35 alın!) y = 495 MPa K ıc = 24 MPa m Kıc = Y ( a) 1/2 a= 1/ x ( K IC / Y ) 2 a=(1/3.14) ((24x10 6 )/1.35 x 247.5x10 6 )) 2 = 1.65mm; iç çatlak boyu= 2a = 2x1.65mm= 3.3 mm

5 Pirinç alaşımından 10 mm çapında silindirik bir çubuk tersinir çekme-basma yüklemeli yorulmaya tabi tutulmaktadır. Maksimum çekme ve basma yükleri N ve N ise, yorulma ömrünü hesaplayın. Max çekme gerilmesi= N/3.14x(5x10-3 ) 2 = 127 MPa Max basma gerilmesi = N/3.14x(5x10-3 ) 2 = MPa Gerilme genliği; a = r /2 = ( max - min )/2 = 127 (-76.5) /2 = 102 MPa Yorulma ömrü: 5 x 10 6 çevrim!

6 Sıvı azot (-196 C) taşımacılığı yapacak bir tırın depo gövdesi için aşağıdaki grafikte darbe testi sonuçları grafiklendirilen 3 karbon çeliğinden hangisini tercih edersiniz; neden? Sıvı azot sıcaklığı -196 C olduğuna göre bu çeliklerden hiç biri uygun değildir.

7 Kuru buz (dondurulmuş karbondioksit: 78 C) tankı imalatı için aşağıdaki grafikte darbe testi sonuçları verilen 3 çelikten hangisini tercih edersiniz; neden? Kuru buz sıcaklığı -78 C olduğuna göre bu çeliklerden en uygun olanı A çeliğidir.

8 tekrarlı yükler altında çalışacak metal parçaların servis ömrünü uzatmak için başvurabilecek yöntemleri sayın. Yüzey parlatma: yüzey kusurlarını en aza indirerek yorulma çatlaklarının başlama olasılığını azaltmak Tasarım: gerilme konsantrasyonuna neden olan sivri köşe ve detayları bertaraf etmek Yüzeyde basma gerilmeleri oluşturarak, yüzeydeki çekme gerilmelerini düşürmek ve altında yorulma çatlağı oluşmasını geciktirmek Yüksek sıcaklıklarda çalışacak alaşımlarda ne tür özellikler ararız? Yüksek ergime noktası Yüksek elastik modülü Büyük taneli yapı

9 Korozyon konusuna devam!

10 pasivasyon Normal olarak aktif karakterli bazı metal ve alaşımları belirli atmosferik koşullarda reaktifliklerini kaybederek aşırı asal davranabilirler. Pasivasyon olarak adlandırılan bu davranış krom, alüminyum, demir, nikel, titanyum ve bu metallerin alaşımlarında gözlenir. Pasif davranış bu metal ve alaşımların yüzeylerinde oluşan çok ince, yüzeye sıkı tutunan, koruyucu ince bir oksit tabakası sayesinde ortaya çıkar. Bu koruyucu tabaka korozyonun daha fazla ilerlemesine izin vermez.

11 pasivasyon Paslanmaz çelikler pasivasyon sonucunda korozyona çok dirençli hale gelirler. %11 kadar Cr yüzeyde koruyucu bir oksit tabakası oluşturur. Alüminyum ve alaşımlarında da durum benzerdir. Yüzeydeki koruyucu tabaka hasara uğradığında kısa sürede tekrar oluşur ve koruma görevine devam eder. Ancak atmosferin karakterinin değişmesi ile pasifleşen bir metal tekrar aktif hale geçebilir. Bu durumda önceki pasif filmin hasarlanması korozyon hızının kat artmasına yol açabilir.

12 Elektrokimyasal potansiyel, V(V) pasivasyon Pasif hale geçen bir metalin polarizasyon eğrisi aşağıdaki grafikteki gibidir: Düşük potansiyel değerlerinde, aktif bölgede değişim normal metallerde olduğu gibi lineerdir. Potansiyelin artması ile akım yoğunluğu potansiyelden etkilenmeyen çok düşük bir değere düşer. Bu bölgeye pasif bölge denir. Potansiyelin daha da artması ile akım yoğunluğu tekrar yükselişe geçer: transpasif bölge log akım yoğunluğu, i (A/cm 2 ) transpasif pasif aktif

13 Elektrokimyasal potansiyel, V(V) pasivasyon bir metal atmosferik koşullara bağlı olarak hem aktif hem pasif davranış gösterebilir. 1 nolu eğri oksidasyonpolarizasyon eğrisini aktif bölgede kesiyor: korozyon akım yoğunluğu: i c (A) 2 nolu eğri ise pasif bölgede kesiyor; korozyon akım yoğunluğu: i c (B) Redüklenme reaksiyonları log akım yoğunluğu, i (A/cm 2 ) aktif-pasif bir metale ait S şeklindeki oksidasyonpolarizasyon eğrisi ve 2 farklı çözelti için redüksiyon polarizasyon eğrileri

14 Elektrokimyasal potansiyel, V(V) pasivasyon i c (A) > i c (B) Korozyon hızı akım yoğunluğu ile orantılıdır. M metalinin 1 nolu çözelti içindeki korozyon hızı > 2 nolu çözeltideki hızı Korozyon hızları arasındaki bu fark önemli seviyelerde olabilir (kat be kat). log akım yoğunluğu, i (A/cm 2 )

15 Pourbaix Diyagramları Korozyon reaksiyonlarının termodinamik açıdan incelenmesi bir metalin hangi şartlarda korozyona uğrayacağını göstermesi bakımından faydalıdır. Metallerin elektrot potansiyelleri termodinamik verilerden yararlanarak bulunur. Bu verilerden yararlanarak potansiyel-ph diyagramları hazırlanır. Pourbaix diyagramı olarak bilinen bu diyagramlar elektrot potansiyeli ve ph değerinin fonksiyonu olarak termodinamik açıdan metal veya onun bileşiklerinin kararlı ve kararsız bölgelerini tanımlar.

16 Potansiyel, V (SHE) Pourbaix Diyagramları Basit bir Pourbaix diyagramı bir metalin termodinamik olarak korozyona uğradığı, metalik olarak kararlı olduğu, pasifleşebildiği bölgeleri gösterir; yani faz diyagramı niteliği taşır. KOROZYON METAL PASİF KOROZYON metal/pasif/korozyon ph

17 Pourbaix Diyagramları METALin bulunduğu yer o sistemde korozyonun olmayacağı bölgedir. Oksidin kararlı olduğu bölge PASİF bölgedir. Ancak tabakanın özelliğine göre tabaka koruyucu veya koruyucu değildir. Tabaka koruyucu ise korozyon durur. İyonların kararlı olduğu bölgede (asidik - bazik) KOROZYON olur.

18 Pourbaix Diyagramları Fe-H 2 O sistemi için potansiyel-ph diyagramı, demirin sulu ortamlarla teması sonucu ortaya çıkan iyon ve oksitler arası reaksiyonlar dikkate alınarak geliştirilmiştir. Bu nedenle demirin sulu ortamlardaki korozyonu hakkında bilgi verir. diyagramda üç çesit çizgi vardır: düşey, yatay, eğik

19 Pourbaix Diyagramları Bu çizgilerin temsil ettiği reaksiyonlar: Yatay çizgiler (1 ve 2 nolu): İyonlar ile elektronların yer aldığı reaksiyonlar. Fe +2 Fe 3+ + e - Düsey çizgiler (3 nolu): Çözeltideki metal ve H + iyonlarının katı maddelerle girdiği reaksiyonlardır. 2Fe +3 +3H 2 O Fe 2 O 3 +6H +

20 Pourbaix Diyagramları Eğik çizgiler (4 nolu çizgi): Hem iyonların, hem H + hem de elektronların girdiği reaksiyonlardır. 2Fe H 2 O Fe 2 O 3 + 6H + + 2e - Burada hem ph hem de potansiyel bağımlılığı söz konusudur.

21 Korozyonu etkileyen faktörler Korozyon ortamında, çözelti hızı, sıcaklık, bileşim gibi faktörler bu ortama maruz kalan malzemelerin korozyon davranışlarını yakından etkiler. Bir çok durumda çözelti sirkülasyon hızı artınca erozyonla korozyon hızı artar. Kimyasal reaksiyonların hızı artan sıcaklıkla artar. Bu durum korozyon reaksiyonları için de geçerlidir. Korozif ögelerin miktarının artması da (asitlerde H + iyon miktarının artması gibi) korozyonu hızlandırır.

22 Korozyonu etkileyen faktörler Ancak pasifleşebilen malzemelerde korozif ögelerin artışı aktif-pasif geçişine ve korozyonun yavaşlamasına neden olabilir. Sünek metallere mukavemet kazandırmak için soğuk deformasyona başvurulur. Deforme olmuş bir metal korozyona, ayni metalin tavlanmış haline göre daha az dayanıklıdır. Çivilerin baş kısmı deformasyon görmüştür ve bu kısım çivinin gövdesine göre daha anodiktir.

23 Korozif ortamlar Atmosfer sulu çözeltiler toprak asitler bazik çözeltiler inorganik çözücüler erimiş tuzlar sıvı metaller insan vücudu/vücut doku-sıvıları

24 Korozif ortamlar atmosferik korozyon en büyük korozyon kaybı sebebidir. Çözünmüş oksijen içeren atmosfer rutubeti en öncelikli korozif maddedir. Kükürt bileşikleri, sodyum klorür de çok zararlıdır. Sodyum klorür içeren denizsel ortamlar koroziftir. Endüstriyel ortamlardaki seyreltik sülfürik asit çözeltileri (asit yağmurları) korozyona yol açar.

25 Korozif ortamlar Sulu ortamlar da değişik bileşimlerde ve korozif karakterde olabilirler. Doğal su çözünmüş oksijen ve suya sertlik veren mineraller içerir. Deniz suyu yaklaşık %3.5 kadar tuz-nacl, bazı mineraller ve organik maddeler içerir. Deniz suyu doğal sudan daha koroziftir ve sıklıkla oyuklanma ve yarık korozyonuna neden olur. Toprakta Rutubet, oksijen, tuz, alkalinler, asitler, farklı türlerde bakteri bulunur ve dolayısı ile korozif karakterde olabilir.

26 Korozyon için malzeme seçimi Atmosferik yapısal uygulamalar için alüminyum, bakır ve galvanizli çelikler tercih edilir. Dökme demirler, alüminyum, bakır, pirinç ve bazı paslanmaz çelikler doğal suda kullanılabilirler. Titanyum, bazı pirinç ve bronz alaşımları, Cu-Ni alaşımları, Ni-Cr-Mo alaşımları deniz suyuna karşı çok dayanıklıdırlar. Koruyucu kaplamalı veya kaplamasız dökme demirler, sade karbon çelikleri toprak altı yapısal uygulamalar için en ekonomik malzeme seçenekleridir.

27 Korozyon türleri Homojen korozyon Bölgesel korozyon Galvanik korozyon Aralık korozyonu Oyuklanma korozyonu Taneler arası korozyon Tercihli çözünme Erozyonlu korozyon Gerilmeli korozyon hidrojen varlığına bağlı Hidrojen gevrekliği

28 Homojen korozyon Homojen korozyon tüm yüzeyde eşit şiddette gerçekleşen ve yüzeyde bir film veya korozyon ürünü oluşturan korozyon şeklidir. Mikroskobik ölçekte oksidasyon ve redüksiyon reaksiyonları yüzeyde rastgele gerçekleşirler. En yaygın korozyon türüdür. Öngörülebildiği ve önlemleri alınabildiği için en az risk içeren korozyon türüdür. Bildik homojen korozyon örnekleri çeliklerin genel paslanması ve gümüşün lekelenmesi

29 bölgesel korozyon Elektrokimyasal korozyon çözeltide iyon ve çözünmüş gaz miktarları farklılığından ve ayni metalin iki farklı bölgesi arasında da meydana gelebilir. Böyle bir konsantrasyon hücresinde korozyon daha düşük konsantrasyon bölgesinde meydana gelir.

30 Galvanik korozyon Farklı bileşimdeki 2 metal veya alaşım bir elektrolit içinde iken elektriksel olarak birbirine bağlanırsa galvanik korozyon meydana gelir. Daha az asil (daha reaktif) olan metal korozyona uğrayacaktır. O 2 H 2 O Daha asil olan metal, yani katot, korozyondan korunacaktır. Katodik korumanın bakır katod O 2 +2H 2 O+4e - 4OH - demir Anot Fe Fe e - tam tersi

31 Galvanik korozyon Benzer olmayan metal ve alaşımlar arasında elektriksel (doğrudan veya topraklama gibi dolaylı) ve iyonik bağlantı sağlandığında meydana gelir.

32 Galvanik korozyon Mesela deniz suyunda pirinç ile temas eden çelik vidalar korozyona uğrar; Evlerimizde kullandığımız su ısıtıcılarında bakır ve çelik tüpler birbirine bağlı ise, bağlantıya yakın bölgede çelik korozyona uğrar. Çelik çekirdek çevresine dökülen magnezyum kabukta galvanik korozyon

33 galvanik korozyon Etkileyen faktörler Potansiyel farkı: Galvanik seride daha aktif olan metal (anot) daha asil olan metalle eşleştiğinde aktif olan metal çözünür. Potansiyel farkı ne kadar yüksekse galvanik korozyon riski o kadar yükselir. anodik katodik Metal Commercially pure magnesium Magnesium alloy (6%Al, 3%Zn, 0.15%Mg) Zinc Alluminium alloy (5%Zn) Commercially pure aluminium Mild steel (clean and shiny) Mild steel (rusted) Cast Iron (not graphitised) Lead Mild steel in concrete Copper, brass, bronze Mill scale on steel Carbon, graphite, coke Galvanik Elektrod Potansiyelleri * (Bakır/Bakı sülfat Ref. Elektroda göre) Volts to to * Nötral ve toprakta gözlenen tipik galvanik elektrod potansiyelleri.

34 galvanik korozyon Etkileyen faktörler Anot/Katot yüzey oranı Küçükse korozyon hızı Büyükse korozyon hızı korozyon hızı akım yoğunluğuna (korozyona uğrayan yüzeyde birim alana düşen akım) bağlı olduğu için! küçük anot korozyon hızı Büyük katot Dolayısı ile daha küçük yüzey alanına sahip bir anotta daha yüksek bir akım yoğunluğu olur ve korozyon daha hızlı seyreder. büyük anot korozyon hızı küçük katot

35 galvanik korozyon Etkileyen faktörler Katot metalin katodik etkinliği Galvanik seride Ni Cu a göre daha asil olmasına rağmen Cu daha etkindir. Bunun nedeni ise katodik reaksiyon Cu yüzeyinde çok daha kolay ve yüksek hızda meydana gelir.

36 Galvanik korozyon Galvanik korozyonun etkilerini azaltmak için: Eğer farklı metallerin birleştirilmesi kaçınılmaz ise galvanik seride birbirine daha yakın olanları seçin. anot-katot yüzey oranlarını hesaba katın; mümkün olduğunda daha geniş bir anot yüzeyini tercih edin. Farklı metalleri elektriksel olarak birbirinden yalıtmaya çalışın. Üçüncü anodik bir metali elektriksel olarak diğer ikisine bağlayın (bir çeşit katodik koruma)

37 aralık korozyonu aralıklarda kir ve korozyon ürünleri altında çözelti durgunlaşır ve bölgesel olarak çözünmüş oksijen fakirleşmesi yaşanır. Bu gibi bölgelerde oluşan korozyona aralık korozyonu denir. Yarık çözeltinin geçmesine izin verecek kadar geniş çözelti hareketsizliğine sebep olacak kadar dar olmalıdır. ( mm nin küçük kesri kadar bir değer!) Deniz suyuna daldırılan bu parçada korozyon pulların örttüğü alanlarda yaşanmıştır.

38 aralık korozyonu Yarık içinde oksijen fakirleşmesi yaşandıktan sonra metal oksitlenir: Bu reaksiyonda açığa çıkan elektronlar metal üzerinde dışarı bölgelere taşınır ve buralardaki redüksiyon reaksiyonlarında kullanılır: Bir çok sulu çözeltide, yarık-aralık içindeki çözeltilerin yüksek miktarlarda özellikle korozif olan H+ ve Cl- iyonları içerdiği belirlenmiştir. Pasifleşen alaşımlar, koruyucu filmler H + ve Cl - iyonları tarafından hasara uğratıldıklarından aralık korozyonuna hassastır.

39 aralık korozyonu Perçinle birleştirilmiş iki metalik levhada aralık korozyonunun gerçekleşme mekanizması

40 aralık korozyonu aralık içinde oksijen tükenmesi, aralık ağzında ise yüksek oksijen konsantrasyonu farkına dayanır.

41 aralık korozyonu Plastik, teflon vs/paslanmaz çelik arayüzeyi, benzer metal/metal arayüzeyleri Klorür iyonları hızlandırır! Aralığın geometrisi çok önemlidir!

42 aralık korozyonu için önlemler İyi bir tasarım: çözeltinin hareketsizliğine yol açmayacak şekilde tasarımlar kullanılmalıdır. Aralık korozyonuna dayanıklı malzeme seçimi aralık korozyonu perçinlenmiş yerine kaynakla birleştirilmiş levhaların kullanılması halinde önlenebilir. aralıkta biriken kir-pasın sık sık temizlenmesi de işe yarar.

43 oyuklanma korozyonu

44 Oyuklanma korozyonu Oyuklanma bir diğer bölgesel korozyon olayıdır. Bu korozyon türünde yüzeyde küçük oyuk ve çukurlar oluşur. Bu çukur ve oyuklar metal yüzeyine hemen hemen dik bir yönde (yatay yüzeylerde aşağı doğru) ilerlerler. Çok sinsi bir korozyon olayıdır ve hiçbir alarm vermeden, çok az malzeme kaybı ile parçanın servis dışı kalmasına kadar fark edilmeden ilerleyebilir.

45 Oyuklanma korozyonu Oyuklanma korozyonu mekanizması da tıpkı yarık korozyonundaki gibidir. Oksitlenme oyuk içinde gerçekleşirken tamamlayıcı redüklenme ise yüzeydedir. 304 paslanmaz çeliğinde asit-klorür çözeltisinde oyuklanma korozyonu

46 Oyuklanma korozyonu Oyukların aşağı doğru ilerlemesinde yer çekiminin rolü vardır. Oyuk çizik vb bir yüzey hasarı noktasında veya bileşimin hafifçe değiştiği bir bölgede oluşur. Oyuk dibindeki çözelti oyuk büyüdükçe daha yoğun ve konsantre hale gelir. Yüzeyi önceden parlatılmış örneklerin oyuklanma korozyonuna daha dirençli oldukları görülmüştür. Paslanmaz çelikler bu tür korozyona hassasiyet gösterirler. Fakat %2 kadar Mo ilavesi ile oyuklanma dirençleri ciddi şekilde arttırılabilir.

47 oyuklanma korozyonu Yüzeylerinde pasif film oluşabilen paslanmaz çelik, aluminyum gibi metal ve alaşımların yüzeyinde; Cl - ve halojen iyonları içeren sulu ortamlarda Atmosferik ortamda yüzeydeki kirliliklerin altında Biyolojik bakteriler ve ürünleri altında Noktasal, otokatalitik büyüme, hızla ve tahmin edilemeyen sürede delinme Kritik Cl - konsantrasyonu Kritik sıcaklık Kritik yüzey pürüzlülüğü

48 oyuklanma korozyonu Yüzeydeki pasif tabaka bölgesel olarak çözünür ve oyuklanma meydana gelir. Cl - (klorür,) I - (İyodür) gibi iyonlar içeren ortamlarda (örn. deniz ortamları) oyuklanma korozyonu yaygındır.

49 oyuklanma korozyonu Önlemler Oyuklanmaya dayanıklı malzeme seçimi, ortamdaki Cl - konsantrasyonun kontrolü, inhibitör kullanımı

50 Taneler arası-tane sınırı korozyonu tane sınırlarını takip eder. koca bir metalik parça tane sınırlarından ayrılabilir. özellikle bazı paslanmaz çelik türlerinde görülür ºC arasındaki sıcaklıklara ısıtıldıklarında bu çelikler tane sınırları hasarına hassas hale gelir. Bu ısıl işlemde paslanmaz çelikteki Cr ve C küçük Crkarbür çökeltileri yaparlar. Bu çökeltiler çoğu zaman tane sınırlarında oluşur. Cr + C Cr 23 C 6 Tane sınırları çevresi Cr Tane sınırı fakirleşmesi yaşar ve korozyona hassas hale gelir. Cr 23 C 6 Cr fakirleşmesi

51 Taneler arası-tane sınırı korozyonu Taneler arası korozyon özellikle paslanmaz çeliklerin kaynak işlemlerinde ciddi bir sorundur ve kaynak çürümesi olarak anılır. Taneler arası korozyon kaynak Kaynak hattı sınırlarındaki bölgeler kaynak soğurken hassas hale gelirler.

52 Taneler arası-tane sınırı korozyonu taneler arası korozyondan korunmak için: Hassas hale gelmiş metal tüm Cr-karbürlerin tekrar çözeltiye alınabileceği yüksek sıcaklık tavı karbür oluşması olasılığını en aza indirmek için C kontrolü (< ağ% 0.03 altında tutmak) Paslanmaz çelikte karbür yapma potansiyeli Cr dan daha yüksek olan Nb veya Ti gibi alaşım elementlerine yer vererek Cr karbür oluşmasını önlemek, Cr un çözeltide kalmasını sağlamak.

53 Tercihli çözünme katı eriyik alaşımlarında meydana gelir. elementlerden veya fazlardan biri tercihli olarak çözünür. Örnek: pirinçlerde görülen çinkosuzlaşma Cu-Zn alaşımından Zn tercihli olarak çözünür. Çinkosuzlaşan bölgede geriye gözenekli bir bakır kalır ve mekanik özellikler ciddi zarar görür. Ayrıca bu olayda pirincin rengi sarıdan kırmızıya veya bakır rengine doğru değişir. Tercihli çözünme alüminyum, demir, kobalt, krom ve bu şekilde tercihli çözünmeye yatkın diğer alaşım sistemlerinde de görülebilir.

54 Erozyon-korozyon Erozyonlu korozyon sıvı hareketi sonucunda kimyasal etkilenme ve mekanik aşınmanın bir arada yaşandığı hasar türüdür. Hemen hemen bütün metaller erozyonlu korozyona maruz kalabilirler. özellikle koruyucu bir yüzey filminin oluşması ile korunan-pasifleşen alaşımlar zarar görür. Yüzeydeki aşınma koruyucu filmi bozar ve alttaki metali korozif etkilenmeye açık savunmasız bırakır. Koruyucu filmin yüzeyi tamamen örtecek şekilde kısa sürede oluşamadığı durumlarda korozyon hasarı ciddi seviyelerde olabilir.

55 Erozyon-korozyon Bakır ve kurşun gibi yumuşak metaller de bu tür korozyona hassasiyet gösterir. Yüzeyde sıvı akış yönünde izlerin oluşmaya başlamış olması erozyonlu korozyon hasarının habercisi olabilir. Sıvının karakteri de korozyon davranışı üzerinde etkilidir. Sıvının akış hızı arttıkça korozyonun hızı da artar. sıvıda gaz kabarcıkları ve süspansiyonda katı partiküller olduğunda erozif etki ve korozyon hasarı şiddetlenir. Erozyonlu korozyon sıvı taşıyan borularda, özellikle büküm bölgelerinde, dirseklerde, boru çapının aniden değiştiği, sıvının hız değiştirdiği ve aniden türbülanslı hale geçtiği bölgelerde çok belirgindir. Pervanelerde, türbin kanatlarda, vana ve pompalarda bu korozyon türüne sık rastlanır.

56 Erozyon-korozyon Erozyonlu-korozyon hasarını önlemenin en başarılı yolu, tasarımı, sıvı akışında türbülansı ve yüzeye çarpma bölgelerini önleyecek şekilde değiştirmektir. Erozyonlu korozyon hassasiyeti daha düşük malzemeler tercih edilmelidir. Sıvı içinde taşınan katı partikülleri ve gaz kabarcıklarını yok etmek de ciddi fayda sağlar. Buhar kazanı borularında erozyonlu korozyon hasarı

57 Gerilmeli korozyon Gerilmeli korozyon (gerilmeli korozyon çatlaması) parçanın maruz kaldığı çekme gerilmeleri ve korozif ortamın birlikte neden olduğu hasar türüdür. Herhangi bir korozif ortama dayanıklı olduğu bilinen malzemeler ayrıca bir de gerilme tecrübe ettiklerinde bu korozyon türüne hassas hale gelebilirler. Önce küçük çatlaklar oluşur ve gerilme yönüne dik yönde büyür ve kopma-kırılmalarla sonuçlanır.

58 Gerilmeli korozyon Metal sünek bile olsa bu şartlarda gerçekleşen kırılma gevrek bir karakter gösterir. Çatlaklar çekme mukavemetinin çok altındaki gerilme seviyelerinde oluşabilir. Bir çok alaşım belirli ortamlarda orta seviyelerdeki gerilmelere maruz kaldıklarında gerilmeli korozyona hassas hale gelebilirler. Örneğin, paslanmaz çelikler, klorür iyonları içeren çözeltilerde, Pirinçler ise, amonyaka maruz kaldıklarında gerilmeli korozyona uğrarlar.

59 Gerilmeli korozyon Bu hasarın ortaya çıkmasında rol oynayan gerilmenin dışarıdan uygulanması gerekmez. Ani sıcaklık değişimleri ile ortaya çıkan artık gerilmeler, homojen olmayan ısıl genleşmeler, ısıl genleşme katsayısı farklı fazlardan oluşan çift fazlı alaşımlarda görülen gerilmeler etkili olabilir. Ayrıca, oluştuktan sonra malzeme içinde alıkonan gaz ve katı korozyon ürünleri de iç gerilmelere neden olabilir.

60 Gerilmeli korozyon Gerilmeli korozyon için alınabilecek en iyi önlem gerilmenin şiddetini azaltmaktır. Bu yükü azaltarak, ya da gerilmeye maruz kalan kesitin alanını arttırarak yapılabilir. Ayrıca kalıntı gerilmeleri azaltmak için bir gerilme giderme ısıl işleminin de faydası olur. Pirinç alaşımında taneler arası gerilmeli korozyon hasarı

61 Hidrojen gevrekliği Bir çok metal ve alaşımı, özellikle bazı çelikler, malzeme içine atomik hidrojen girdiğinde süneklik ve çekme mukavemetinde ciddi bir düşüş yaşarlar. Bu olaya hidrojen gevrekliği (hidrojen kökenli çatlama, hidrojen gerilme çatlaması ) adı verilir. Hidrojen gevrekliği dışardan uygulanan veya malzeme içinde var olan veya oluşan kalıntı çekme gerilmelerinin neden olduğu çatlağın hızla büyüyüp şiddetli kırılma ile sonuçlandığı bir hasar türüdür.

62 Hidrojen gevrekliği Hidrojen atomları kristal kafesi içinde yayınır ve ppm seviyelerinde bile çatlama ve kırılmaya yol açabilir. Hidrojen kökenli çatlaklar çoğunlukla tane içlerinden geçer fakat bazı alaşımlarda taneler arası çatlaklara da rastlanabilir. Hidrojen gevrekliği dislokasyon hareketi- hidrojen atomları etkileşimi ile ilgilidir. Hidrojen gevrekliğinin oluşması için bir hidrojen tedariğinin olması gerekir. çeliklerin asitli çözeltilerde (sülfürik asitte) temizlenmesi, elektro kaplanması, ısıl işlem ve kaynak işlemi gibi yüksek sıcaklıklarda su buharı dahil hidrojen içeren atmosferlere maruz kalması sıkıntı yaratır.

63 Hidrojen gevrekliği Kükürt (H 2 S) veya arsenik bileşikleri hidrojen gevrekliğini arttırır. Bu maddeler hidrojenin moleküler hale geçmesini önleyerek metal yüzeyinde atomik hidrojeni alıkoyarlar. Hidrojen sülfür bu anlamda en zararlı maddedir ve sıvı petrolde,doğal gazda, jeotermal sıvılarda mevcuttur. Hidrojen gevrekliği de, tıpkı gerilmeli korozyon çatlamasında olduğu gibi, normal olarak sünek olan bir malzemede gevrek kırılmalara neden olur. Ancak bu iki tür kırılma arasındaki fark, elektrik akımı uygulaması ile etkileşmeleri göz önünde bulundurularak birbirlerinden ayırt edilebilir. Katodik koruma gerilmeli korozyonu yavaşlatır ve hatta tamamen durdururken, hidrojen gevrekliğinin başlamasına veya şiddetlenmesine neden olur.

64 Hidrojen gevrekliği Mukavemetin artması bu hassasiyeti arttırır. Yüksek mukavemetli çelikler hidrojen gevrekliğine hassastırlar. Martensitik çelikler özellikle risk altındadır. Beynitik, ferritik çelikler daha dayanıklıdır. Ostenitik paslanmaz çelikler, bakır, alüminyum ve nikel alaşımları gibi yüzey merkezli kübik metal ve alaşımları yüksek süneklikleri sayesinde hidrojen gevrekliğine daha dayanıklıdırlar. Ancak bu alaşımlara deformasyon sertleşmesi uygulanması hidrojen gevrekliği hassasiyetini arttırır.

65 Hidrojen gevrekliği H gevrekliğini olasılığını azaltma yöntemleri arasında ısıl işlemle çekme mukavemetinin düşürülmesi, hidrojen tedariğinin-kaynağının yok edilmesi, çözünmüş hidrojenin uzaklaştırılması için alaşıma yüksek bir sıcaklıkta ısıl işlem uygulanması, gevrekliği sorun olmayan malzemelerin kullanılması gelir.

66 filiform korozyonu Nemli koşullarda oluşan su lekesi Kısmi temasta alüminyum sac veya parçalar Otomotiv, mimari panel ve profillerde ve kaplamalı (boya-lak) folyolarda önemlidir. Filiform veya kurtçuk korozyonu organik kaplamalı alüminyum alaşımlarının nemli ve korozif ortamlara maruz kalması sonucu boya altında meydana gelir.

67 filiform korozyonu Metal yüzeyinde bulunan boya veya kaplama tabakası altında yürüyen bir korozyon olayıdır.

68 filiform korozyonu testi Yüzeyleri çizilen boyalı örnekler HCl asidine doymuş bir korozyon hücresine yerleştirilerek burada 1 saat bekletilir. Daha sonra örnekler asidik atmosferden alınarak belirli bir sıcaklık ve rutubet seviyesinde tutulan bir kabine konur. Ortamın hassas kontrolü, filiform korozyonunda sıcaklık ve nem kritik olduğu için önemlidir. Bu kabinde bekleme süresi 1000 saattir.

69 Yalıtım tabakaları altında korozyon Su veya nemin kapilari etkiyle yalıtım tabakasının altına sızması sonucu meydana gelir. Nem dışarıdan sızabildiği gibi ısıtma/soğutma çevrimlerine sahip sistemlerde yoğuşma ile yalıtım tabakasının altında da meydana gelebilir. Yalıtım tabakası boru

70 Yalıtım tabakaları altında korozyon Mekanizma Oksijen! Yüksek sıcaklık / sıcaklık çevrimi Çözünmüş iyon konsantrasyonu Nasıl önlenir? inhibitor kullanımı Yalıtım sistemine nem girişinin önlenmesi ve tasarım Yalıtım malzemesinin dikkatli seçimi yapısında Cl- gibi korozif element olmamalı!

71 Korozyon türleri-ortama göre Sulu ortam korozyonu Suyun ph: Metale göre farklılık gösterir Çözünmüş oksijen ve diğer gazların miktarı: artan çözünmüş oksijen miktarı korozyon hızını arttırır. Suda çözünen klor ve amonyak gazları çelikler için zararlı olmamakla birlikte bakır için zararlıdır Sertliği: Kalsiyum ve Mg içeren sert sular daha az korozif Sıcaklık artışı genelde korozyon hızını arttırır. Klorür ve diğer saldırgan iyon konsantrasyonu korozyonu arttırır.

72 Korozyon türleri-ortama göre Atmosferik ortam korozyonu Genel korozyon tipi: homojen korozyon, galvanik korozyon

73 Korozyon türleri-ortama göre Atmosferik ortam korozyonu Etkileyen parametreler Nem: Atmosferik korozyonun oluşabilmesi için ince bir su filmine ihtiyaç var ancak tek başına yeterli değil! Kirlilikler: Nemle birlikte atmosferdeki çeşitli kirlilikler (SO 2, NO 2, Cl -, F - ) korozif ortamın oluşmasını sağlar. Sıcaklık: Düşük sıcaklık nemin yüzeye çökmesine ve korozyon hızının artmasına, güneş ışığı nemin kurumasına neden olduğu için korozyonun azalmasına neden olur.

74 Korozyon türleri-ortama göre Atmosferik ortam korozyonu

75 Korozyondan korunma

76 Korozyondan korunma Başlıca korunma yaklaşımları: Malzeme seçimi Çevresel ortamın değiştirilmesi Tasarım Kaplamalar anodik koruma katodik koruma

77 Malzeme seçimi en etkili korunma yöntemi çalışma şartları ve ortamı belirlendikten sonra malzeme seçimidir. Standart korozyon referanslarından yararlanılabilir. Bu çerçevede maliyet önemli bir faktör olabilir. Ancak, en yüksek korozyon dayanıklılığı veren malzemeyi seçmek her zaman ekonomik değildir. Mümkünse, Korozyona neden olan ortamın karakterinin değiştirilmesi bazen en akıllı çözümdür. Bu şekilde metalin pasifleşmesi sağlanabilir.

78 inhibitörler İnhitörler korozyona yol açan ortama düşük miktarlarda ilave edildiklerinde korozif karakterini azaltan maddelerdir. Spesifik olarak hangi inhibitörlerin kullanılacağı alaşıma ve korozif ortama bağlıdır. Etkinliklerini belirleyen mekanizmalar çeşitli ve değişiktir. Bazıları çözeltide korozyona neden olan çözünmüş oksijen gibi kimyasal aktif madde ile reaksiyona girerek onu azaltır veya tamamen ortadan kaldırır.

79 inhibitörler Bazı inhibitör molekülleri kendilerini korozyona uğrayan yüzeye bağlar; ince koruyucu bir film oluşturur ve oksidasyon/redüksiyon hızını düşürür. İnhibitörler çoğunlukla otomobil radyatörleri ve buhar kazanları gibi kapalı sistemlerde kullanılır.

80 tasarım Galvanik, yarık korozyonu, erozyonlu korozyon hadiselerinde tasarım düzenlemeleri çok işe yarar. Tasarımlar devre dışı kalma anlarında korozif çözeltinin tamamen boşaltılmasına, kolay temizleme eylemlerine izin vermelidir. Çözünmüş oksijen bir çok çözeltinin korozifliğini arttırdığından havanın dışarda bırakılması seçeneğini barındırmalıdır.

81 kaplamalar Korozyona uğrayan yüzeyler fiziksel olarak bariyer görevi gören film ve kaplamalarla kaplanabilir. Değişik metalik ve metalik olmayan kaplama malzemeleri mevcuttur. Kaplamanın yüzeye tutunması çok önemlidir ve çoğu kez bunun sağlanması bir ön hazırlık işlemi gerektirir. Kaplama korozif ortamda reaktif olmamalıdır. Korumakta olduğu metali açıkta bırakmamak için mekanik hasara dayanıklı olmalıdır. Kaplamalar metalik, seramik ve organik (polimer) olabilir.

82 kaplamalar Metalik kaplamalar Katodik: bariyer tipi! Kaplamalar gözeneksiz ve kusursuz olmalı! Bu nedenle bir kaç katmanlı üretilirler. Eğer kusur olursa alttan açığa çıkan metali geniş katot alanı nedeniyle süratle korozyona uğratırlar. Çelik üzerine krom, nikel bakır kaplamalar. Genelde kozmetik amaçlı da kullanılırlar. Bu kaplamalar altaki metale göre (bu genellikle demirli alaşımlar ve çeliktir) katodiktir. Kendileri çözünmezler. Ancak çok dikkatli kullanılmaları gerekir.

83 kaplamalar Metalik kaplamalar Anodik: Çelik üzerine çinko, aluminyum kaplamalar Kaplamalardaki süreksizlikler çok kritik değil! Kendini feda eden kaplama tipi: Zn, Al kaplamalar buna örnektir. Alttaki metale göre anodik oldukları için öncelikli olarak kaplama çözünür. Ancak bu iki metalin yüzeyinde oksit oluştuğu için çözünme hızları çok düşüktür. Bu kaplamalarda kusur olması çok kritik değildir. Kusur bölgelerinde de alttaki metali koruyabilirler.

84 kaplamalar Organik kaplamalar Çok çeşitli tipte ve yöntemle kaplanan organik kaplama mevcut, özellikle çelik esaslı ürünlerin korunması amacıyla çok yaygın olarak kullanılır. Kaplamaların süreksiz olması ve iyi yapışması gerekir

85 anodik koruma Pasifleşebilen metal ve alaşımlar için Temel prensip metal veya alaşımı pasif olarak davrandığı bölgede tutmaktır.

86 Katodik korunma en bilinen koruma yöntemi katodik korumadır. Bilinen tüm korozyon türleri için kullanılabilir ve bazı durumlarda korozyonu tamamen durdurur. Metallerin korozyonu aşağıdaki reaksiyona göre oluşur. M M n+ + ne Katodik koruma dış bir kaynaktan korunacak metale elektron tedarik ederek onu katot yapmaktan ibarettir. Böylece yukarıdaki reaksiyon ters yönde gerçekleşerek korozyonu ortadan kaldırır.

87 Katodik korunma Toprakaltına döşenen boruların, gemilerin, otomobillerin korunmasında kullanılır. İki şekilde uygulanır: Dışarıdan akım uygulamalı Kurban anot: Çinko, alüminyum ve Mg anotlar

88 Katodik koruma uygulamaları Galvanizli çelik Zn kaplama Kurban anotlar gemi gövdeleri denizaltılar (serbest su dolaşımı olan bölgeler

89 Kurban anot Katodik korunma yöntemlerinden biri galvanik bir çiftten yararlanır. Korunacak metal elektriksel olarak maruz kalınan ortamda daha reaktif olan bir diğer metale bağlanır. Böylece bu metal oksitlenmeye uğrar, elektron verir ve korumak istediğimiz metali korozyona karşı korur. Oksitlenmenin gerçekleştiği metale kurban anot denir. Galvanik serinin anodik ucunda bulunduklarından Mg ve Zn sıklıkla kurban anot olarak kullanılırlar. Toprak altı bir boru sisteminin Mg kurban anodu ile katodik korunması

90 Kurban anot

91 galvanizleme Galvanizleme bir çeliğin yüzeyinin sıcak daldırma yöntemiyle çinko kaplanması işidir. Atmosferde ve birçok sulu çözeltide Zn anodiktir ve bir yüzey hasarı olduğunda çeliği korur. Anot-katod yüzey alanı oranı çok yüksek olduğu için, çinko kaplamanın korozyonu çok yavaş ilerler. Zn kaplama anot korozif ortam çelik katod

92 Zoraki akım koruması Diğer bir katodik koruma uygulamasında, metalin korozyon reaksiyonunu durduracak elektron tedariği bir dış doğru akım kaynağından sağlanır. Akım kaynağının negatif kutbu korunacak metale bağlanır. Diğer kutup asal bir anoda-çoğunlukla grafit kullanılırbağlanır. Toprak altı tankın zoraki akımla katodik korunması

93 Korozyondan korunma Kendini koruyan metaller! Metal iyonları O ile birleşerek ince, yüzeye tutunan, koruyucu bir film oluşturur ve korozyonu yavaşlatır. Metal oksidi Metal (Al, paslanmaz çelik) Sıcaklığı düşürmek: oksidasyon ve redüksiyon reaksiyonlarının kinetiğini yavaşlatır İnhibitör ilave et! reaktifleri yok ederek oksidasyon ve redüksiyon reaksiyonlarını yavaşlatır (inhibitör O 2 ile reaksiyona girerek onu uzaklaştırır. İnhibitör yüzeye yapışarak oksidasyon reaksiyonunu yavaşlatır.

94 Korozyonu önleme Pas birikintisi hava tuz Su damlası (katot) (anot) yüksek ph (> 9) demir

95 Demirin Korozyonunu önleme Katodik koruma/kurban anot Su damlası Kurban anot O 2

96 Gemi gövdesinin korozyonu O 2 Gemi gövdesi O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - Fe OH - Fe(OH) 2 OH - e - Katodik bölge PAS Anodik bölge Fe 2+ Elektronlar Fe anodik Fe e - bölgeden katodik bölgeye taşınıyorlar

97 Zoraki akım katodik koruması Shipboard Power Shipboard Power Paint Layer Controller Reference Electrode Power Supply e - e - Hull Pt Anode Insulation

98 oksitlenme

99 oksitlenme Şu ana kadar sulu çözeltilerde metallerin elektrokimyasal reaksiyonlarla korozyonunu işledik. Metallerin oksidasyonu normal hava gibi gaz atmosferlerinde de mümkündür. Oksit filmi metalin yüzeyinde oluşur. Buna çoğu kez paslanma, kuru korozyon da denir. Sulu çözeltilerde olduğu gibi, oksit filmi oluşması elektrokimyasal bir süreçtir.

100 oksitlenme Çift valensli bir metal için; M + ½ O 2 MO Yukarıdaki reaksiyon oksidasyon ve redüksiyon yarıreaksiyonlarından oluşmaktadır. Oksidasyon reaksiyonu metal iyonları oluşturacak şekilde metal yüzeyinde gerçekleşir. M M e

101 oksitlenme Metal oksit filmi (MO) gaz (O 2 ) Redüksiyon yarı reaksiyonu yüzey oksit filmi ile gaz ara yüzeyinde gerçekleşir. M M e ½ O 2 + 2e O 2-

102 oksitlenme Oksit kalınlığının artması için redüksiyonun gerçekleştiği oksit filmi-gaz ara yüzeyine elektron taşınması gerekir. Ayrıca, M 2+ iyonları metal-oksit ara yüzeyinden uzaklaşmalı ve /veya O 2- iyonları bu arayüzeye hareket etmelidir. Dolayısı ile oluşan oksit filmi hem iyonların içinden hareket ettiği bir elektrolit olarak hem de elektronların transferine izin veren bir elektrik devresi olarak görev yapar. Oluşan oksit filmi, iyonik difüzyona engelleyici ise ve/veya elektrik iletkenliği sınırlı ise (Bir çok metaloksit elektriksel olarak yalıtkandır), metali hızlı korozyondan korur.

103 Oksit filmi türleri Oksitlenme hızı (oksit film kalınlığının artması hızı) ve oluşan oksitin metali daha fazla oksitlenmeden koruma kapasitesi oksit ve metalin göreceli hacimlerine bağlıdır. Bu hacimlerin oranına Pilling Bedworth (P-B) oranı denir ve aşağıdaki bağıntıdan hesaplanabilir: A o oksitin moleküler-formül ağırlığı A M metalin atomik ağırlığı o Oksitin yoğunluğu M metalin yoğunluğu

104 Oksit filmi türleri Metallerin P-B oranları koruyucu koruyucu olmayan

105 Oksit film türleri P B oranları 1 den düşük olan metaller de oksit filmi gözenekli olur ve metal yüzeyini örtmediği için koruyucu değildir. Bu oran 1 den büyük olduğunda film oluşurken bünyesinde baskı gerilmeleri oluşur. P-B oranı 2 3 den büyük ise, oksit filmi çatlayabilir ve yüzeyden dökülebilir; bu durumda metal yüzeyi yine korumasız kalır. İdeal P-B oranı 1 dir. Koruyucu yüzey oksitleri, P-B oranı 1 ile 2 arasında olan metallerde oluşmaktadır.

106 Oksit film türleri Koruyucu olmayan oksitler ise, P-B oranı 1 den düşük veya 2 den büyük metallerde oluşmaktadır. Filmin koruyuculuğunu diğer faktörler de etkiler. Bunlar, Oksit filmi ile metal arasındaki tutunmayapışma, benzer ısıl genleşme katsayıları Oksitin yüksek ergime noktası ve iyi bir yüksek sıcaklık plastikliğidir.

107 Oksit film türleri Metalin oksitlenme direncini arttırmanın birkaç yöntemi vardır. Bunlardan biri, Kendisi oksitlenmeye dayanıklı olan ve korumak istediğimiz metale tutunması başarılı olan bir diğer metal oksidi ile metali kaplamaktır. Bazı durumlarda metale yapışkan ve koruyucu oksit filmi oluşturan alaşım elementi ilavesi çok işe yarar.

108 Oksitlenme kinetiği Metallerin oksitlenmesi olayında en önemli konulardan biri oksitlenme reaksiyonunun gerçekleşme hızıdır. Bu hız, oksit filmi yüzeyde kaldığı sürece zamana bağlı olarak birim alandaki ağırlık artışı ölçülerek belirlenebilir. Oluşan oksit filmi geçirimsiz olduğunda ve yüzeye iyi tutunduğunda film tabakasının büyümesi iyonik difüzyonla kontrol edilir.

109 Birim alanda ağırlık artışı, w Oksitlenme kinetiği Birim alandaki ağırlık artışı ile süre arasında parabolik bir ilişki vardır: W 2 = K 1 t + K 2 lineer K 1 ve K 2 belirli bir sıcaklıkta süreden bağımsız sabitlerdir. parabolik logaritmik Süre, t

110 Oksitlenme kinetiği Oksit filmi geçirgen ve dökülme eğilimli metallerin oksitlenmesinde (P B oranı<1 veya >2) oksitlenme hızı lineerdir. W = K 3 t K 3 : sabit Bu şartlarda oksitlenme reaksiyonu için gerekli oksijen her zaman mevcut ve Metal yüzeyi oluşan oksit reaksiyona bir bariyer oluşturmadığı için korunmasızdır. Na, K ve Ta bu denkleme göre lineer olarak oksitlenmeye uğrarlar. Bu metallerin P-B oranları 1 den ciddi şekilde farklıdır.

111 Seramik ve polimerlerde korozyon

112 Seramiklerin korozyonu Seramik malzemeler, metalik ve metalik olmayan elementlerin bileşikleri olmaları sebebiyle, zaten korozyona uğramış malzemeler gibi düşünülebilir. Dolayısı ile özellikle oda sıcaklığında hemen hemen tüm korozif ortamlara karşı dayanıklıdırlar. Seramik malzemelerin korozyonu metaller için geçerli olan elektrokimyasal süreçlerden farklı olarak basit bir kimyasal çözünme olarak düşünülebilir. Seramik malzemeler çoğu kez korozyona karşı dayanıklı olmaları sebebiyle kullanılırlar.

113 Seramiklerin korozyonu cam, korozif sıvıları saklama, taşıma için kullanılır. Refrakter seramikler sadece yüksek sıcaklıklara karşı dayanmak ve ısıl yalıtkanlık sağlamak için değil, birçok durumda yüksek sıcaklıklarda sıvı metallerin, tuzların, cürufların ve camların korozif etkilerine karşı dayanabildikleri için kullanılırlar. Yüksek sıcaklık, korozif ortam, yüksek basınç gibi ağır şartlar içeren enerji dönüşüm uygulamalarında bu özellikleri ile seramiklerden yapısal malzeme olarak faydalanılır. Seramik malzemeler bir çok agresif ortama metallerden çok daha uzun sürelerle dayanıklıdır.

114 Seramiklerin korozyonu Fırın refrakterlerinin sıvı alüminyum tarafından hasarlanması

115 Polimerlerin bozunması Polimerik malzemeler de çevresel etkileşimlerle bozunur ve hasara uğrarlar. Prosesler farklı olduğu için bu gibi bozunma olayları korozyon değil, bozunma olarak adlandırılır. Metalik korozyon olayları çoğunlukla elektrokimyasal iken, polimerik malzemelerdeki bozulma fizikokimyasaldır; fiziksel ve kimyasal karakterde süreçler içerir. Polimerlerin bozulması çok çeşitli reaksiyonlar ve zararlı sonuçlar içerir. Polimerler şişme ve çözünme ile bozulabilirler.

116 Polimerlerin bozunması Kovalent bağlar, ısı enerjisi, kimyasal reaksiyon ile kopar, bozulur. Radyasyon da benzer sonuçlar doğurabilir. Polimerlerin kimyasal karmaşıklığı nedeniyle, bozulma mekanizmaları daha karmaşıktır. Polietilen yüksek sıcaklıklarda oksijene maruz kaldığında gevrek hale gelir ve mekanik özelliklerinde kayba uğrar. Polivinil klorür (PVC) yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında mekanik özelliklerini korumakla birlikte renk değişimlerine ve solmaya uğrar.

117 Şişme ve çözünme Polimerle sıvılarla temasta olduğunda başlıca bozulma mekanizması şişme ve çözünmedir. Şişme olayında sıvı veya çözelti polimer içine girer ve polimer tarafından emilir. Çözünen molekülleri polimer molekülleri arasına girer ve makro moleküller birbirlerinden uzaklaşmaya zorlanır. Polimer şişer. Sonuçta malzeme daha yumuşak ve sünek hale gelir. cam geçiş sıcaklığı da düşer ve bu sıcaklık oda sıcaklığı altına indiğinde daha önce mukavemetli olan polimer lastik gibi olur ve zayıflar.

118 Şişme ve çözünme Şişme olayı kısmi bir çözünme olayı gibi düşünülebilir. Çözünen ve polimer kimyasal yapıları birbirine ne kadar benzer ise, şişme çözünme olasılığı o kadar artar. Örneğin, hidrokarbon kauçukları benzin gibi hidrokarbon sıvılarını kolayca emerler. Şişme ve çözünme olayları mokelüler yapının özelliklerinin yanısıra sıcaklıktan da etkilenir.

119 Şişme ve çözünme Moleküler ağırlığın artması, çapraz bağlanma ve kristalinite oranının artması, ve sıcaklığın düşmesi ile şişme ve çözünme şiddeti azalır. Genel olarak polimerler asidik ve alkali çözeltilere karşı metallerden daha dayanıklıdır. Örneğin, HF asiti bir çok metali korozyona uğratır ve dağlarken, plastik şişelerde saklanır. Her 2 çözelti türüne karşı mükemmel dayanıklılık gösteren malzemeler politetrafloretilen ve polieterketondur

120 Plastik malzemelerin farklı ortamlara dayanıklılığı

121 elastomerlerin farklı ortamlara dayanıklılığı

122 Bağ kopması Polimerler moleküler zincir bağlarının kopması şeklinde de bozulabilirler. Bu olay zincir kısımlarının ayrılmasına ve moleküler ağırlığın azalmasına yol açar. Polimerlerin mekanik mukavemeti ve kimyasal ataklara direnci moleküler ağılıklarına bağlıdır. Bu nedenle polimerlerin bu özellikleri bu tür etkileşimlerle kayba uğrar. Bağ kopması radyasyona, ısıya ve kimyasal reaksiyona maruz kalan polimerlerde görülür.

123 Bağ kopması Radyasyon etkileri Elektron demeti, x-ışınları, ultraviyole gibi bazı tür radyasyonlar polimerin atom ve elektronları ile etkileşime girmeye yetecek enerjiye sahiptirler. Bu reaksiyonlardan biri iyonizasyondur. İyonizasyonda radyasyon spesifik bir atomdaki elektronu alarak atomu pozitif yüklü bir iyon haline getirir. Böylece o atomdaki kovalent bağ kopar ve bu bölgede atomlar arasında yeni bir düzenleme yaşanır. Polimerleri radyasyon hasarından korumak için stabilize edici katkılar kullanılabilir. Günlük kullanımlarda polimerik malzemeleri tehdit eden en önemli radyasyon ultraviyole radyasyondur.

124 Bağ kopması Radyasyon etkileri Uzun süreli etkileşimde bir çok polimer kırılgan hale gelir, solar, çatlar ve sonunda kırılır, kopar. Örneğin, kamp çadırları yırtılmaya uğrar, araçlardaki gösterge paneli çatlar; plastik pencere profilleri renk değişimine uğrar. Bazı uygulamalarda radyasyon etkileri daha ağırdır. Uzay araçlarındaki polimerlerin kozmik radyasyona uzun süreli direnç göstermesi gerekir. Benzer şekilde nükleer reaktörlerdeki polimerler nükleer radyasyona dayanıklı olmalıdır. Radyasyona maruz kalmanın tüm sonuçları olumsuz değildir. Radyasyonla etkleşim sonucunda çapraz bağlanmalar ve mukavemet artabilir.

125 Bağ kopması Kimyasal reaksiyon etkileri Oksijen, ozon ve diğer maddeler kimyasal eaksiyon sonunda bağ kopmalarına yol açabilir veya süreci hızlandırabilir. Bu etki özellikle moleküler zincirlere çiftler halinde tutunmuş karbon atomları bulunan vulkanize kauçuklar ozona (O 3 ) maruz kaldığında gözlenir.

126 Bağ kopması Kimyasal reaksiyon etkileri çekme gerilmeleri altında iseler, çatlak ve yarıklar oluşur ve gerilmeye dik yönde büyür. Sonunda kopma meydana gelir. Kauçuk bisiklet lastiklerinde yaşlandıkça çatlaklar görülmesi bu yüzdendir. Bu çatlaklar ozon kaynaklı bağ kopmalarının bir sonucudur. Aşırı hava kirliliği olan bölgelerde polimerler kimyasal bozulma yaşarlar.

127 Bağ kopması Stabilizörler Polimerleri oksidasyona karşı korumak için bileşime stabilizörler ilave edilir. Stabilizörler ya ozon ile kendileri reaksiyona girerek polimeri korurlar ya da serbest radikallerle reaksiyona girerek onları bertaraf ederler.

128 Bağ kopması Isı etkileri Moleküler zincirler yüksek sıcaklıklarda koptuklarında da polimerler bozulurlar. Bunun sonucu olarak bazı polimerler kimyasal reaksiyona girerek gaz çıkarırlar. Bu reaksiyonların kanıtı polimerin ağırlık kaybıdır. Bir polimerin ısıl kararlılığı bozulmaya direncinin bir ölçüsüdür. Isıl kararlılık bağlanma enerjisine bağlıdır. Yüksek bağ enerjisi daha kararlı malzemeri işaret eder. Örneğin C-F bağları C-H bağlarından, onlar da C-Cl bağlarından daha büyüktür.

129 Bağ kopması Isı etkileri C-F bağları,florokarbonlar tüm polimerik malzemeler arasında ısıl kararlılığı en yüksek olan bağlardır ve florokarbonlar yüksek sıcaklıklarda kullanılabilirler. Oysa, zayıf C-Cl bağları nedeniyle polivinil klorür (PVC) 200 C ye ısıtıldığında kısa sürede renk değiştirir, önemlimiktarda HCl gazı açığa çıkar ve bozunma giderek hızlanır. ZnO gibi stabilizörler HCl ile reaksiyona girerek PVC ler e dayanıklılık kazandırır.

130 Bağ kopması Isıl etkiler Isıl kararlılığı en yüksek polimerler ladder polimerleridir. Aşağıdaki yapıya sahip olan ladder polimerleri O kadar dayanıklıdır ki, bu polimerden imal edilen bir giysi doğrudan açık ateşe tutulduğunda bile hiçbir bozulmaya uğramaz. Bu tür polimerler yüksek sıcaklık eldivenlerinde asbestos yerine kullanılmaktadır.

131 Bağ kopması Atmosferik etkiler Polimerik malzemelerin bir çoğu atmosfere açık koşullarda kullanılırlar. Bu şartlarda ortaya çıkan bozulmalara atmosferik bozulma denir. Bu şartlarda yaşanan bozulma esasen güneşin ultraviyole radyasyonunun başlattığı oksitlemenin bir sonucudur. Naylon ve selülöz gibi bazı polimerler su emilmesi hassasiyeti de gösterirler ve sonuçta sertlik ve diriliklerinde kayıp yaşarlar. Bu şartlarda florokarbonlar hemen hemen asal davranış gösterirler. Fakat PVC ve polistren açık atmosfer koşullarına dayanıklı değildir.

132 özet Elektrokimyasal unsurlar Metallerin korozyonu elektrokimyasal bir olaydır ve hem oksidasyon hem de redüksiyon reaksiyonları içerir. Oksidasyon metal atomlarının valens elektronlarını kaybetmesi olayıdır ve anotta gerçekleşir. Oluşan metal iyonları ya korozyona neden olan çözeltiye geçer ya da çözünmez bir bileşik oluşturur. Katotta gerçekleşen Redüksiyon reaksiyonu sırasında bu elektronlar en az bir diğer kimyasal maddeye transfer edilirler.

133 özet Elektrokimyasal unsurlar Korozyon ortamının karakteri olası birkaç redüksiyon reaksiyonundan hangisinin gerçekleşeceğini belirler. Metallerin tamamı aynı kolaylıkla oksitlenmez; oksitlenme kapasitesi galvanik çiftlerle gösterilir. Bir elektrolit içinde, metallerden biri (anot) korozyona uğrarken, diğer metalde (katot) redüksiyon reaksiyonu gerçekleşecektir. Anot ve katot arasında oluşan elektrik potansiyelinin büyüklüğü korozyon reaksiyonunun itici gücünün bir ölçüsüdür.

134 özet Elektrokimyasal unsurlar Standart emf ve galvanik seriler metallerin diğer metallerle birleştirildiğinde korozyona uğrama eğilimini gösterir. Standart emf serisi standart metal hücresi 25 C de standart hidrojen hücresi ile birleştirildiğinde ortaya çıkan potansiyelin büyüklüğünü esas alır. Galvanik seri metallerin deniz suyundaki reaktifliklerinin göreceli karşılaştırılmasıdır. Standart emf serisindeki yarım hücre potansiyelleri sadece denge koşullarında geçerli olan termodinamik parametrelerdir.

135 özet Korozyon hızları Bu potansiyel değerleri korozyon reaksiyonlarının hızı hakkında hiçbir bilgi vermez. Korozyon hızı birim zamanda kalınlık kaybı (mm/yıl) olarak ifade edilebilir. korozyon hızı elektrokimyasal reaksiyondan doğan akım yoğunluğu ile orantılıdır.

136 özet korozyona uğrayan sistemlerde polarizasyon meydana gelir. Polarizasyon her bir elektrot potansiyelinin denge değerinden uzaklaşmasıdır. Bu uzaklaşmanın büyülüğü aşırı voltaj olarak adlandırılır. Korozyon hızı polarizasyon ile sınırlanır. Polarizasyon 2 türdür: aktivasyon ve konsantrasyon

137 özet Aktivasyon polarizasyonu korozyon hızının bir seri proses arasında en yavaş olan tarafından belirlendiği sistemlerde görülür. Konsantrasyon polarizasyonu korozyon hızı çözeltideki difüzyon tarafından sınırlandığında ortaya çıkar. Belirli bir reaksiyon için korozyon hızı oksidasyon ve redüksiyon polarizasyon eğrilerinin kesiştiği noktadaki akım yoğunluğuna bağlıdır.

138 özet pasivasyon Bazı metaller ve alaşımlar bazı çevresel koşullarda pasifleşirler veya kimyasal reaktifliklerini kaybederler. Buna ince koruyucu bir oksit filminin neden olur. Paslanmaz çelikler, alüminyum ve alaşımları bu davranışı sergilerler. Aktif-pasif davranış, alaşımın S şeklindeki elektrokimyasal potansiyel-log akım yoğunluğu eğrisinden açıklanabilir. Aktif ve pasif bölgelerde redüksiyon polarizasyon eğrileri ile kesişim noktaları sırası ile yüksek ve düşük korozyon hızlarına tekabül ederler.

139 özet Korozyon türleri metallerin korozyonu 8 değişik şekilde gerçekleşir: homojen korozyonkorozyon şiddeti yüzeyin tamamında homojendir. Galvanik korozyon- 2 farklı metal veya alaşımı bir elektrolit içinde iken elektriksel olarak bağlandığında gerçekleşir. Yarık korozyonu- bu korozyon yarıklar ve oksijenin azaldığı bölgelerde gerçekleşir. Oyuklanma- Yüzeyden aşağıya doğru Oyuk ve deliklerin oluştuğu bölgesel korozyon

140 özet Korozyon türleri Taneler arası korozyon-bazı metal ve alaşımlarda (paslanmaz çeliklerin bazılarında) tane sınırları boyunca oluşan korozyon Tercihli çözünme-bir alaşımın bir elementi veya fazlarından birinin korozif etki ile çözünmesi Erozyonlu korozyon- kimyasal etki ve sıvı hareketine bağlı mekanik aşınmanın birlikte neden olduğu hasar Gerilmeli korozyon-korozif etkilenme ve çekme gerilmelerin birlikte neden olduğu çatlak oluşumu ve ilerlemesi Hidrojen gevrekliği- atomik hidrojenin metale girmesi ile süneklikte ciddi düşüş meydana gelmesi

141 özet Korozyondan korunma korozyonu önlemek ya da en azından yavaşlatmak için birkaç yöntem vardır. Bunlar uygun malzeme seçimi, çevresel koşulların değiştirilmesi, inhibitörlerin kullanılması,tasarım değişiklikleri, kaplama uygulamaları ve katodik korunmadır. Katodik korunmada korunacak metal bir dış kaynaktan elektron tedariği ile katot haline getirilir.

142 özet Oksidasyon Metallerin elektrokimyasal olarak oksitlenmesi kuru gaz atmosferlerinde de mümkündür. Yüzeyde bir oksit filmi oluşur ve metal ve oksitin hacimleri birbirine yakın ise, yani P-B oranı 1 e yakın ise, bu film oksitlenmenin daha fazla ilerlemesini önleyebilir. Yüzeyde film oluşmasının kinetiği parabolik, lineer ve logaritmik davranış sergileyebilir.

143 özet Seramik malzemelerin korozyonu seramik malzemeler doğal olarak korozyona dayanıklıdır. Bu sayede aşırı agresif ortamlarda ve yüksek sıcaklıklarda kullanılabilirler. Polimerlerin bozulması polimerler korozif olmayan proseslerle bozulurlar. Sıvılarla temas halinde, şişme ve çözünmeye bağlı bir bozulma yaşanabilir. Şişme olayında çözünen moleküller moleküler yapının arasına girerler. Polimer sıvı içinde tamamen çözünebilir ise, çözünme görülür. Radyasyon, kimyasal reaksiyon ve ısı etkisi ile bağ kopması ve buna bağlı kopma ve bozulmalar yaşanabilir. Bu moleküler ağılıkta azalmaya ve fiziksel ve kimyasal özelliklerde ciddi kayıplara yol açar.