MAL201 (7) KOMPOZİTLER; KOROZYON MAYIS 2016

Transkript

1 MAL201 (7) KOMPOZİTLER; KOROZYON MAYIS 2016

2 KOMPOZİTLER

3 Kompozitler Farklı malzemelerin üstün özelliklerini aynı malzemede toplamak amacıyla iki veya daha fazla ana malzeme grubuna ait malzemelerin bir araya getirilmesi ile elde edilen malzeme grubudur. Cam takviyeli polimerler: Yüksek dayanım ve tokluk. Beton; çimento, nervür çelik, kum, çakıl. Üç ana grupta toplanırlar; Yapay Kompozit malzemeler Doğal kompozit malzemeler Parçacık takviyeli kompozit malzemeler

4 Bileşenler Kompozit malzemeler iki bileşenden oluşur; Matris Takviye Kompozitler dayanımlarını genelde sert ve gevrek olan takviyeden alırlar. Matris ise takviyeleri bir arada tutma ve tokluk ve süneklik kazandırma görevi görür.

5 Matris Malzemeleri Polimer esaslı. Metal veya alaşım esaslı Seramik esaslı Takviye Malzemeleri Polimer: Aramid, Naylon, vs. Metal; Çelik, Titanyum, Bor, Seramik: Oksitler, karbürler, silikatlar, nitrürler vs.

6 Takviye Türleri Elyaf; Uzun, kısa, kırpık, keçe, dokuma, vs. Tel ve sakalcık; ince yüksek dayanımlı teller, sakalcıklar (whiskers) Parçacık; tozlar, partiküller, vs.

7

8 Kompozitler/ Matrisler Metal Matrisli Yapay Komp. B / Al Al 2 O 3 / Al Al 2 O 3 / Mg SiC / Al SiC / Al ThO 2 / Ni Seramik Matrisli Yapay Komp. SiC / Al 2 O 3 SiC / Li/Al-silikat Beton (Çakıl, kum, çimento) Cam / t-zro 2 Al 2 O 3 / t-zro 2

9 yapılarak

10 Matris Malzemeleri Termoset: Epoksi (yüksek dayanım) Polyester (Genel amaçlı) Fenolik (Yüksek T, aşınma) Silikon (Elektrik izolasyon) Termoplastik Naylon 66 (yüksek süneklik) Polikarbonat (Yüksek tokluk) Polistrin (Yüksek süneklik)

11 Polimer Takviyeleri En çok kullanılan takviye elemanı Camdır. Diğer takviye elemanları Kevlar (Aramid) / Epoksi Kevlar / Polyester Grafit / Epoksi Grafit / Polyester Grafit / PE Grafit / PS

12 Kompozitler/Elyaflar Elyaf Malzemeleri A-Cam (pencere camı) AR-Cam (Alkali dayanıklı) C-Cam (Kimyasal dayanıklı) E-Cam (Elektrik yalıtımı) S-Cam (Yüksek dayanım) Kevlar Grafit

13 A B A Elyaf Parçacık Tabaka

14 Kırılma yüzeyi: Liflerin gevrek olarak kırıldığına dikkat edin.

15 * ** *** içinde bulunması dayanımı yükseltir. içinde yapıda göre *Örneğin, metal matris ** Örneğin, polimer ***Lif şeklindedir.

16 Kevlar(Aramid) günümüzde zırh, sağlam halat yapımı, yanmadan koruyucu giysi yapımında kullanılmaktadır. Kevlar çok yükse çekme gerilimine dayanabilen liflerden oluşan ipliksi bir bir yapıdır. Dokunabilir, kumaş haline getirilebilir, kesilebilir ve dikilebilir. Özellikle çelik yelek, miğfer, paraşüt ipi, fiber veya data kabloları için ek sağlamlık sağlar. Kevların(Aramid) kimyasal yapısı

17

18 Karbon lifler, öncü malzeme(örneğin katran) adı verilen polimer esaslı malzemedeki H,O,N gibi atomları bir dizi ısıl işlemle yakarak kovalant bağlı çıplak karbon zincirlerinden oluşan lifler elde edilir.

19 Bimetal* kapalı bir yerin sıcaklığını sabitlemek amacıyla sıcaklık değişimlerini algılayan aygıt *genleşme katsayılar farklı iki metalin üstüste yapıştırılması ile yapılan ve genelde sıcaklık değişimlerindeki eğilmelerden faydalanılarak termostat yapımında veya sıcaklık ölçer yapımında kullanılan parçalardır.

20 Bal peteği yapısı

21

22

23 Elyaf takviyeli kompozitlerin(etk) mekanik özellikleri

24 Takviyenin, Uzun Elyaf Dokuma olması durumunda anizotropiye rastlanır. Partikül, kırpık, veya keçe olması durumunda anizotropi azalır. Anizotropi Malzemelerin mekanik özellikler açısından yöne bağımlılık göstermesine Anizotropi adı verilir. Mekanik özellikler her yönde aynı değildir.

25 f: fiber(elyaf -lif) m: matris(taşıyıcı gövde) c: kompozit

26 yandaki (Birim uzamalar eşit!) SERİ* *Seri bağlı dirençlerde eşdeğer direnç ifadesi gibi

27 f m c F F F f f m m c c A A A c f f c m m c A A A A f f m m c V V f f f m m m c c V E V E E f m c f f m m c V E V E E f f m m c V X V X X Elyafa Paralel Yönde Zorlama Birim uzamalar eşit

28

29 f m c f f m m c V V f f m m c E V E V E m f f m f m c V X V X X X X f m c L L L c f c m c c L L L L L L f f m m c E V E V E fm E f E E E E f f m f m c Elyafa Dik Yönde Zorlama Eş gerilmeler

30 Bu tür malzemelerin Elastiklik Modülü hesaplanırken Eş Uzama (n = +1) ve Eş Gerilmede (n = -1) kullanılan eşitliklerin genelleştirilmiş hali kullanılmaktadır: E k n = v m x E m n + v e x E e n

31 Ara yüzey dayanımı Ara yüzey dayanımı, matris ile elyaf arasındaki kuvvet iletimi açısından çok önemlidir. Yüksek tokluklu (metal veya polimer) matrise sahip kompozitlerde ara yüzey dayanımının yüksek olması istenir. Düşük toklukta matrise (seramik) sahip kompozitlerde, çatlağın elyafa iletimini engellemek için arayüzey bağının zayıf olması istenir. Böylece çatlak matristen elyafa geçemeden arayüzeyde durdurulabilir veya farklı yöne yönlendirilebilir.

32 Doğal elyaf takviyeli kompozitler Bu gruba ağaçlar girer. Yumuşak ağaçlar Sedir, köknar, çam, ladin Sert ağaçlar Dişbudak, kayın, ceviz, meşe, gürgen. Ağaçlarda; Matris; protein esaslı ve yarı selülozikdir. Elyaflar; sellüloz esaslıdır. Anizotropik özellik gösterir. Nem ve mikroorganizmalardan etkilenir bu nedenle kullanmadan önce fırınlanması gerekir.

33 Parçacık Takviyeli Kompozitler Parçacıklar; seramik, metal, polimer matrislerin içerisine katılarak kompozitler yapılır. Parçacıklar boyutlarına göre ince veya kaba taneli olabilirler. Parçacık boyutlarının aynı olmasına özen göstermek gerekir. Parçacıklar mekanik özelliklerin yanı sıra diğer nedenlerle kullanılabilirler; Pigmentler, Gaz oluşturucu katışkılar Katılaşma geciktiriciler Katılaşma hızlandırıcılar Mekanik özelliklerin iyileştirilmesi amacıyla sert parçacıklar katılabilir. Örneğin; metal matrisli malzemeler içine Mekanik alaşımlandırma ile katılması. Bu işleme dispersiyon sertleşmesi de denilir.

34 Betonun Basma altında kırılması Ön gerilmeli beton

35

36 Parçacık takviye durumunda İki uç durumu hesaba katma söz konusu :Eş gerilme (iso stress) veya eş uzama (iso strain) n = 1 eş birim şekil değişimi n = -1 eş gerilme -1 < n < 1 aradaki değerler. Düşük modüllü matris, yüksek modüllü takviye n 0 Yüksek modüllü matris, düşük modüllü takviye n 1/2 E n c n E1 V1 E n h V h l: Düşük dayanımlı bileşen h: Yüksek dayanımlı bileşen n: Zorlanmaya bağlı üstel

37

38

39 Mekanik özellikler Kompozitin mekanik özelliklerinde; hacim oranları, zorlama yönü, ara yüzey dayanımına, takviye ve matris malzemesi, takviyenin geometrisi çok önemli. Kompozitlerin mekanik özellikleri Takviyenin dayanımına Takviyenin geometrisine Takviyenin yoğunluğuna bağlıdır. Özgül dayanım ve Özgül modül değerleri de dikkate alınmalıdır. Bu değerler; Kompozitin yoğunluğu: c = v m m + v f f V m = Matrisin hacimce oranı; V f = Takviyenin hacimce oranı m = Matrisin yoğunluğu; f = Takviyenin yoğunluğu σ s σ ç ρ Şeklinde bulunur. Kevlar veya karbon takviyeli epoksi kompozitlerde yüksek değerler elde edilir. E s E

40 m f f m f m c V X V X X X X f f m m c V X V X X f n f m n m n c V X V X X n=1 ise; n= -1 ise elyafa paralel elyafa dik 5 kg Bor elyaf tek yönlü takviye olarak 8 kg Al matris içerisine katılacaktır. Bu durumda Kompozitin yoğunluğu Elyaflara paralel yönde elastiklik modülü Elyaflara dik yönde elastiklik modülünü hesaplayınız. (Hacimce oranı)

41 Epoksi matrisli kompozit %40 hacim oranında E-cam elyafla takviye edilmektedir. Bu kompozitten yapılan 2 cm çapında çubuk 25 kn taşıyacağına göre elyafa gelen gerilme ne olacaktır. (E cam =10.5x10 6 psi, E epoxy =0.4x10 6 psi) Kuvvetin elyaf tarafından taşınma oranı) Elyafın kompozit içindeki alanı

42 ORTAMIN ETKİLERİ: KOROZYON HASARLARI

43 Korozyon hasarı Ortamın kimyasal ve elektro-kimyasal etkilerinden dolayı metalik malzemenin bileşiminde, yapısında ve özelliklerinde görülen bozulmadır. Malzeme kaybına neden olur. Mekanik özelliklerin kaybına neden olur. Oluşması için korozif bir ortam ve yeterli süre söz konusudur. İki katagoride incelenir Kimyasal korozyon Elektro kimyasal korozyon

44 Korozyon A. Kimyasal korozyon 1. Metallerin oksitlenmesi 2. Element fakirleşmesi B. Elektro-kimyasal korozyon 1. Anodik reaksiyonlar 2. Katodik reaksiyonlar Elektrolitik kaplamada kullanılabilir Elektro kimyasal korozyon Ortam Elektrolit etkiye sahip değil Ortamda Elektrolit mevcut

45 Kimyasal Korozyon Malzemenin bulunduğu ortamda elektrik iletiminin söz konusu olmadığı sadece kimyasal etkiden dolayı korozyonun gerçekleşmesi durumudur. Oksitlenme (Kuru gaz ortamında) Element Fakirleşmesi (Elektrolitik özelliği bulunmayan sıvılarda çözünme, vs.)

46 A1. Metallerin Oksitlenmesi Oksijenle temas eden metallerin yüzeylerinde oluşan reaksiyonlarda oksit tabakası meydana gelir. Özellikle yüksek sıcaklıklarda meydana gelir. TUFAL tabakası adını alır. M M 2e 1 2 M O 2 2e O O MO Metal önce 2 adet elektron verir ve iyonize olur. Bu 2 adet elektronu alan O iyonize olur. İyonize olan M ve O iyonik bağ yaparak Metal oksiti meydana getirir. Bu tabaka içerdeki etkilenmemiş metalle oksitleyici atmosfer arasında bir engel duvarı oluşturmakla birlikte, ya koruyucudur ya da koruyucu değildir. Koruyucu olamayan oksit tabakası etkilenmemiş metale doğru oksijen geçişine imkan verir.

47 Oksit tabakası kalınlığının artma hızı aşağıdaki denklemle verilir: dy/dt = k 1 İntegrasyon sonucu: y-y0 = k1t elde edilir.buna doğrusal büyüme kanunu adı verilir. Bu tip oksidasyon süreksiz oksit filmlerinin oluştuğu yüzeylerde meydana gelir.

48 Koruyucu oksit filminde ise oksit filmi ortamla yüzey arasında sürekli bir bariyer oluşturarak oksidasyonun etkilenmemiş malzemeye doğru ilerlemesini engeller. Bu durumda engelin (Yani oksit tabakasının) etkinliği ya da koruma gücü oksit tabakasının kalınlığı ile orantılı olarak artar. Bir başka deyişle oksidasyon hızı oksit tabakası kalınlığı ile ters orantılı olarak değişir. dy/dt = k 2 /y Buradan, integrasyon yoluyla, y 2 (y 0 ) 2 = k 2 t elde edilir. Buna parabolik büyüme kanunu adı verilir.

49 SONUÇ OLARAK: Oksitlenme hızı, oluşan tabakanın koruyucu karakterine bağlıdır. Koruyucu vasfı olmayan oksit tabakasının kalınlılığının zamanla lineer olarak artar. 1 C 2 Koruma özelliği olan oksit tabakasının kalınlığı ise parabolik olarak artar. 2 y C t 3 C4 y C y t Lineer Parabolik y : Oksit tabakası kalınlığı y o : Başlangıç oksit kalınlığı t : Süre C1, C2, C3 ve C4: malzeme sabitleri y o t

50 Bir oksitin koruyucu olup olmadığını anlamak için; Pilling- Bedworth (P-B) oranı kullanılır M. d P a. m. D R B M : D : d : m : a : Oksidin molekül ağırlığı Oksidin özgül ağırlığı Metalin özgül ağırlığı Metalin atom ağırlığı Oksit içerisinde metal atom sayısı.

51 P-B oranı < 1 : Yetersiz oksit tabakası metali kaplayamaz, yani metali R korumaz ve oksidasyon sürekli olarak belirli bir hızda devam eder (Na, K, Li, vs.) M. d P B. a. m D 1<P-B oranı<2: İnce oksit tabakası metali mükemmel korur ve ileri oksidasyona izin vermeyerek oksidasyonun yavaşlamasına neden olur (Ti, Al, Cr, vs) P-B oranı>2: Kalın oksit oranı gevrek olarak sürekli kırılır ve oksidasyonun aynı hızda sürmesine neden olarak koruma gerçekleştirmez (Fe).

52 A2: Element Fakirleşmesi Kimyasal korozyonun diğer bir şeklidir. Metallerin korozif sıvıların içerisinde çözünmesi şeklinde gerçekleşir. Bazı metaller için problem teşkil eder Çinkosuzlaşma: %15 ten fazla Zn içeren pirinçte Zn sıcak sıvı içerisinde çözünerek uzaklaşır. Geriye Cu ca zengin süngerimsi pirinç kalır. Dökme demirde demir kaybı: Fe, ıslak kum veya suda çözünerek uzaklaşır. Geriye birbiriyle irtibatı kalmayan grafit lamelleri kalır. Süngerimsi demir, dayanım açısından zayıflar. Korunma (diğer türlere göre zor olmakla birlikte); (a) Ortam sıcaklığının düşürülmesi, (b) kaplama ve (c) ortamla temasın kesilmesidir.

53 B.Elektro-kimyasal korozyon Bu tür korozyon, elektrolit ortamda gerçekleşir; elektro kimyasal pil oluşumu ile anot konumuna gelen malzemede meydana gelen malzeme kaybı şeklinde olur. Anot: Elektron ve iyon kaybıyla diğer bir değişle malzeme kaybı ile korozyona uğrayan eleman Katot: Elektron alan ve korozyona uğramayan eleman Fiziksel temas: Anot ile katot arasında elektriksel teması sağlayan eleman Elektrolit: Anot ve katotu beraberce saran ve elektrik iletim özelliği olan sıvı eleman

54 Anodik reaksiyon(elektron üretir): M M + + e - (Metal iyonları elektrolite geçer, yani anot korozyona uğrar) M + + OH - MOH (korozyon ürünü) Örneğin demirde pas Fe(OH) 3 Katodik reaksiyonlar(elektron tüketir): 2H + + 2e - H 2 (gaz) (hidrojen elektrotu) O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - (oksijen elektrotu) -Her iki reaksiyonu durduran veya yavaşlatan olaylara polarizasyon denir.

55 B.1 Elektrolitik kaplamada: Anottaki oksitlenme reaksiyonunun tersi olarak kattotta bir redükleme reaksiyonu meydana gelir. Anodik reaksiyon sonrası elektrolite karışan veya dışarıdan ilave edilen metal iyonları temas elamanından sağlanan elektronlarla katodun üzerinde birleşerek iyonların tekrar metale dönüşmesi ve kotodun üzerinde birikmesine neden olur. Genellikle dışarıdan ek voltaj verilmesi gerekir.

56 B.2 Elektrokimyasal korozyonda katodik reaksiyon: Yukarıdaki reaksiyonlar sağlanamazsa katotta redükleme ile metal birikmesi meydana gelmez. Bu durumlarda: 2H 2e H 2 O 2 içermeyen elektrolitlerde O 2 2H 2 O 4e 4OH O 2 ve su içeren elektrolitlerde

57 Oluşan hidroksit iyonları katot üzerinde demir hidroksit (Fe(OH) 2 ) ve pasın birikmesine neden olur. Bu durum, katotta biriken metal hidroksitler reaksiyonun yavaşlamasına yani POLARİZASYONA sebep olabilir. Katotta izolasyonun bozulması ve reaksiyonu devam etmesine DEPOLARİZASYON denir Polarizasyon: Pil oluşumuna neden olan reaksiyonları yavaşlatan veya durduran olaylardır.

58 Elektrolitik kaplamada pil oluşumu için dışarıdan elektrik potansiyeli vermek gerekir. Korozyonda ise iki farklı metal bir elektrolitik içerisinde birbirleri ile temas ettirildiklerinde elektrik potansiyeli meydana gelir. Metallerden biri anotlaşma diğeride katotlaşma eğilimi gösterir ve buna bağlı olarak potansiyel fark oluşur. Bu potansiyale metalin elektrot potansiyeli adı verilir. Bu değer metalin elektron ve iyon kaybetme eğilimini gösterir.

59 Metallerin hidrojenin elektrot olma durumlarında anotlaşma ve katotlaşma eğilimini veren verilere ELEKTROMOTOR SERİ adı verilir. GALVANİK SERİ önceden belirlenmiş bir ortamda (örneğin tuzlu su olarak deniz suyu) alaşımların birbirlerine karşı gösterdikleri anotlaşma eğilimlerinin sıralanması ile elde edilir. Korozif bir ortamda birbirleri ile temas eden metallerin hangisinin diğerine göre anot hangisinin katot olacağı bu veriler yardımıyla belirlenebilir.

60 Tabloda yeralan pasif tanımı Al ve Cr gibi kuvvetli oksit yapıcı ortamlarda oluşturdukları homojen, ince ve yüzeye sıkı şekilde tutulmuş oksit tabakasının korozyonun içeri ilerlemesine engel olacağını belirtmek için kullanılmaktadır. Bu davranışa PASİFLEŞME denir. Koruyucu tabakanın herhangi bir nedenle parçalanması ile oksit tabakası beklenenden daha hızlı ilerler. Bu duruma AKTİFLEŞME adı verilir.

61 Elektrokimyasal Korozyon Türleri Bu tür korozyonda galvanik hücre (pil) meydana gelir. Galvanik pil tipleri: Bileşim farkından kaynaklanan galvanik hücreler Gerilme veya enerji farklarından doğan galvanik hücreler Elektrolitin yoğunluk farkından doğan galvanik hücreler

62 Bileşim farkından kaynaklanan galvanik hücreler İki farklı metalin aynı elektrolit içerisinde bulunması ile oluşur. Anodik veya kotadik davranış galvanik seriye göre olur. Bu tür galvanik hücreler aynı alaşım bünyesinde dahi oluşur. Perlitik yapılı çelikte, ferrit sementite göre daha anodik davranır ve elektrolit içerisinde çözünür. + pirincinde Zn ce zengin olan fazı, Cu ca zengin olan fazına göre anodiktir ve daha çabuk çözülür.

63 Bu nedenle iki fazlı yapıların korozyon dayanımları tek fazlı yapılara göre daha düşüktür.

64 Korozyon oluşum nedenleri Koruyucu film a) b) :

65 Galvanik korozyon:aluminyum yağmur oluğu.biri etrafına bakır anten teli sarılınca bıçakla kesilmiş gibi galvanik korozyona uğramış (Al-Cu sistemi) Bakır telin sarıldığı yer

66 -Ostenitik çeliklerde o C sıcaklık aralığından hızla geçilmediği takdirde,tane sınırlarına yakın bölgelerdeki krom, çelikteki karbonla birleşerek Cr 23 C 6 halinde tane sınırlarına çökelir. Tane sınırlarına yakın bölgelerde yapıda çözünmüş krom miktarı %12 nin altına düştüğünden çelik bu bölgelerde korozyona uğrar(şekil). Pasifleşme tane sınırı civarında ortadan kalktığı için, tane sınırları anot diğer kısımlar katot olur. -Benzer olay ostenitik paslanmaz çeliğin kaynağında da ortaya çıkar(şekil)

67 TANELER ARASI KOROZYON (intergranular corosion) Ostenitik paslanmaz çeliklerde g içersindeki bir kısım Cr un C tarafından bağlanması ile krom karbürler oluşur ve bu krom karbürler tane sınırlarında çökelir. Cr ca zengin olan tane içi Ostenit ile Cr ca fakir olan taneler arasındaki Ostenit, galvanik pil oluşturur ve taneler arası kısım anodik davranır ve böylece korozyona uğrar. Bu durumu engellemek için C a ilgisi Cr dan daha fazla olan Ti, Nb gibi elementler eklenir. Bu işleme stabilizasyon adı verilir.

68 Ostenitik çeliğin kaynağında karbür çökelmesi ve çeliğin korozyona hassas hale gelmesi. Kaynaktan sonra; -hızlı soğuma halinde I bölgesi, -yavaş soğuma halinde I + II bölgesi hassas hale gelir. Kaynak sonrası sıcaklık gradyanı

69 Elektrolitin yoğunluk farkından doğan galvanik piller Metalin, yoğun elektrolitle temas eden bölgesi katodik, az yoğun elektrolitle temas eden bölgesi anodik davranır. Demirin su damlası altında kalan kısmı daha az yoğun oksijen içerdiği için havayla temas eden kısımlarına göre anodik davranarak korozyona uğrar.

70 -Elektrolitteki oksijen derişikliği farkı, aralık korozyonundakine benzer bir mekanizmayla denizlerdeki çelik taşıyıcılarda görülür:deniz suyundaki oksijen derişikliği yüzeyde en yüksektir.yüzeyin altında ise giderek azalır.sonuçta çelik taşıyıcıların korozyonu deniz yüzeyinin biraz altında, yani yüzeydeki oksijenli bölgeye nazaran daha az oksijen içeren biraz aşağıdaki bölgede başlar(şekil) Çelik taşıyıcı hava O 2 derişikliği yüksek O 2 derişikliği düşük Korozyona uğrayan bölge deniz suyu Su seviyesi korozyonu

71 Aynı şekilde pas altında kalan kısmı boyalı olan kısmına göre, civata başları ve somunların altında kalan kısımları, metallerin birbirlerine bakan kısımları anodik karakter göstererek daha çabuk korozyona uğrarlar (paslanırlar). Bu tür korozyona ARALIK KOROZYONU (crevice corrosion) denir. Sac su depolarında aynı şekilde görülen korozyona SU HATTI KOROZYONU adı verilir. Elektrolit yoğunluk farkından kaynaklanan diğer bir korozyon türü de NOKTASAL KOROZYONDUR (Pitting corrosion).

72 Perçin bağlantısında aralık korozyonu Katot reaksiyonu Çukurcuk (Pitting) korozyonu Anot reak. Kir ve tufal altında Cıvata bağlantısında

73 Gerilme veya enerji farklarından doğan galvanik piller Aynı metalin farklı bölgelerinin farklı statik gerilmeler altında bulunması veya farklı soğuk şekil değişimler ile oluşan kalıntı gerilmeler, farklı enerjili bölgeler oluşturur. Bir elektrolit içerisinde bu bölgeler galvanik pil oluşturur. Soğuk şekil değiştirmiş bölgeler değiştirmemiş bölgelere göre anodik davranır. Küçük taneli bölgeler iri taneli bölgelere göre anodik davranır. Tane sınırları tane içlerine göre anodik davranır ve korozyona uğrar.

74 Korozif ortamda uygulanan statik çekme gerilmeleri (akma gerilmelerinin çok altında olsa bile) korozyonu hızlandırır. Bu olaya GERİLMELİ KOROZYON (stress corrosion) adı verilir. Çevrimsel gerilmeler olduğu durumda ise KOROZYONLU YORULMA hasarı söz konusu olur. Bu durumlarda tane sınırlarının sürekli çözünmesi ile çatlak boyu artar. Kritik bir değere erişince ani kırılma meydana gelir.

75 Deniz kenarında üniform korozyon Üniform korozyon

76 Korozyondan Korunma 1. Tasarımda galvanik pil oluşumunu önlemek 2. Elektrolite inhibitör katmak 3. Katodik koruma 4. Anodik koruma 5. Uygun malzeme seçimi ve ısıl işlem 6. Uygun Tasarım

77 1. Galvanik pil oluşumunu önlemek: Elektrolitin metaller veya metallerin birbiriyle fiziksel temasının önlenmesi (boyama, plastik veya seramik kaplama vs.) Anot davranan metalin yüzey alanının katot davranana göre daha büyük seçilmesi Metallerde aralık bırakılmadan birleştirilmesi (Perçin, civata, vs) 2. Elektrolite inhibitör madde katılması: Reaksiyonu önlemek ve korozyon hızını azaltmak amacıyla kromat tuzları gibi inhibitörler kullanmak.

78 3. Katodik koruma: Korunması gereken parçalar veya teçhizat anot durumundan katot durumuna gelmesi sağlanır. Kurban elektrod yöntemi ile sağlanabilir. Parçayı katot durumuna getirecek doğru akım uygulanabilir. Köprüler, boru hatları, gemilere bu tür korumalar uygulanır.

79 Kurban anot(mg) Üzerinde pasif oksit filmi oluşturan malzemeler kurban olarak kullanılamaz Fe de korozyon yok Fe de korozyon var

80 Yer altı tesislerini katotlaştırmak için, korunacak sistemle toprak arasına dış doğru akım gerilimi uygulanır. (Tesis elektron almak üzere doğru akım üretecinin (-) kutbuna bağlanır.akım şiddeti örneğin çelik için 0,1 Amper/ m 2 korunacak yüzey mertebesinde olmalıdır.)

81 4. Anodik koruma: Malzeme yüzeyi daha önceden kuvvetli bir oksit tabakası ile kaplanarak pasifleşmesi sağlanır. Alüminyumlara ELOKSAL işlemi, çeliklerin oksitleyici ortamlarda menevişlenmesi, vs. Genel olarak kaplama tabakasının ana malzemeye yeteri kadar kuvvetle bağlanması ve korozyon yapıcı sıvı ve gazları geçirmemesi gerekir(tablo) 5. Uygun malzeme seçimi ve uygun ısıl işlem: a) Homojen, saf ve tek fazlı metaller seçilebilir. b) Kimyasal bileşim farkına sebep olan segregasyonları yok etmek amacıyla HOMOJENLEŞTİRME tavı yapılabilir. c) Farklı oranlarda soğuk şekil değiştirmiş yapılar NORMALLEŞTİRME veya YENİDEN KRİSTALLEŞME tavına tabi tutularak enerjisi farklı bölgeler ortadan kaldırılabilir. d) İç gerilmeler GERİLME GİDERME tavı ile kaldırılabilir. e) Ostenitik paslanmaz çeliğin korozyonunu engellemek için 1000 o C üzerine ısıtılıp krom karbürler çözülür ve ani olarak soğutulur veya Nb, Ti vs gibi Cr a göre C a ilgisi daha fazla olan alaşım elementleri katılarak krom karbür oluşumu engellenebilir.

82 6. Uygun Tasarım Aralık korozyonundan kaçınmanın en iyi yolu,aralık oluşumuna neden olan tasarımlardan kaçınmaktır. Örneğin perçinli bağlantı kullanmak yerine esas metalle aynı kimyasal bileşime sahip kaynak dikişi kullanarak sorun çözülebilir(şekil)

83 ORTAMIN ETKİLERİ AŞINMA HASARLARI

84 Aşınma, yüzeyle ilgili bir olay olup bir katı yüzeyin hasara uğramasıdır. Yüzeye temas eden diğer bir katı cismin mekanik etkilerle yüzeyden malzeme koparması veya yüzeyde malzeme ötelemesi neticesinde ortaya çıkar. Sürtünme: Pürüz tepeciklerinden basma yükü altında temas ederek tepecikler yoluyla soğuk basınç kaynağı ile birleşen iki katı cisimde izafi hareketi başlatmak veya sürdürmek yani bu birleşmeyi kesmek için bir kuvvete ihtiyacın ortaya çıkmasıdır. Ya da kaynak nedeniyle hareket doğrultusuna zıt yönde bir direnç kuvvetinin ortaya çıkması Hassas işlenmiş bir metal yüzeyinin görüntüsü Basma yükü altında iki yüzeyin soğuk kaynağı a~ P/σ b k~ σ b /2 Fs~ k.a = a.σ b /2 σ b =basmadaki akma gerilmesi k =kesmedeki akma gerilmesi Fs :sürtünme kuvveti = 0,5P =μp (μ: sürtünme katsayısı) sürtünme kuvveti a dan bağımsızdır. Sürtünme kuvveti temas alanında doğan birleşmeleri kesmek için gerekli kuvvettir. 84

85 Aşınma Hasarı Sürtünme ile çalışan makina parçalarının, yüzeylerinde mekanik olarak malzeme kaybı şeklinde gerçekleşen hasar mekanizmasına AŞINMA denir. Üç aşınma mekanizması yaygındır: Adhesiv aşınma Abrasiv aşınma Erozyonlu aşınma

86 Adhesiv aşınma Yüzeyde bulunan çok küçük girinti ve çıkıntılar basma gerilmesinin etkisiyle birbirine yaklaşır. Küçük temas alanları sebebiyle birbirlerine katı hal kaynağı ile kaynar. Hareketin devam etmesiyle kaynayan kısımlarda kırılarak parçalanmalar olur ve bu şekilde aşınma ürünleri ve malzeme kaybı meydana gelir. Yüzey parlatma, gerilme seviyelerini düşürme ve yağlama vs. ile aşınma azaltılabilir.

87 Malzemenin sertliği H=sabit L P P L: kayma uzunluğu(m) P:Yüzeye gelen kuvvet (N)

88 Malzeme özelliklerinin adhesiv aşınmaya etkisi ADHESİV AŞINMA

89 Adhesiv aşınma

90 Abrasiv aşınma Sürtünen yüzeyler arasında bulunan aşındırıcı parçacıklar, yüzeydeki çıkıntıları kırarak koparır. Böylece malzemede aşınma meydana gelir. Kontrollü yapıldığı durumlarda yüzey bitirme işlemi olarak uygulanabilir. Taşlama, zımparalama, dekopaj vs. P

91 Abrasiv aşınma: Hareketli katı yüzeyleri arasına ki aralığa giren parçacıklar bir kesme takımı gibi hareket ederek(şekil) yüzeylerden malzeme kaldırırlar.en fazla zarar neden olan parçacıklar, çapları aralık boyutlarına yakın veya biraz büyük olan parçacıklardır. YÜK Dinamik açıklık(μm) AKIŞ Açıklığ giremeyecek büyüklükte bir talaş vey aşındırıcı parçacık Yüzeyde abrasiv aşınmaya neden olan açıklık boyutlarındaki parçacıklar Üç cisimli aşınma

92 Abrasiv aşınma k A «k B Kopan parçacıklar (aşınma ürünleri) Aşındırıcı Aşınma izi Aşınan malzeme İki cisimli aşınma

93 Abrasiv aşınma nedenleri:: Adhesiv aşınma ile oluşan aşınma parçacıkları yüzeylerin kayması sırasında bağlı bulundukları tepecikten ayrılırlar. Yağlayıcılarda oksijen istenen bir element olduğundan kopan parçacıklar okside olarak çok sert oksit parçacıklarına dönüşürler. Bunlar tıpkı zımpara kağıdı gibi yüzeyi aşındırırlar. Sisteme her hangi bir şekilde girmiş yabancı parçacıklar (örneğin silis kumu, içten yanmalı motorlarda yanma ürünleri) da abrasiv aşınmaya neden olur. Bu olay yağların filitre edilmesinin ne kadar önemli olduğunu ortaya çıkarmaktadır. Abrasiv aşınma hızı, yük azaltılarak azaltılabilir. Böylece sert parçacıklar metal içine daha az dalarak daha az metal kaybına neden olurlar. Metalin sertliğini arttırmak da aynı etkiyi yapar. Abrasiv aşınma hacmini veren ifade daha karmaşık olup,uygulanan yük ve malzemenin sertliği dışında, aşındırıcı parçacık çapı ile doğru, malzemenin kırılma tokluğu ile ters orantılı olarak değişir

94 Dişli çarkın dişindeki abrasiv aşınma Diş tepesinde abrasiv aşınma Taksimat çizgisi Diş dibinde abrasiv aşınma

95 Diş yüzeylerinde abrasiv aşınma Yoğun aşınma bölgeleri

96 Erozyonlu korozyon Malzeme yüzeyi ile ortam arasındaki bağıl hızın yüksek değerlere ulaştığı hallerde(türbülanslı akış) ortaya çıkar. Genellikle akış hızı belirli bir değerin üzerine çıktığında bu tür korozyon etkinlik kazanır.ortamda katı parçacıkları da mevcutsa erozyonlu korozyonun hızı büyük ölçüde artar. Korozyon ve mekanik aşınmanın birlikte etkili oldukları bir korozyon türüdür. Durağan koşullarda yeterli korozyon dayanımı gösteren malzemelerin çoğu erozyonlu korozyonda belirli ölçüde duyarlık gösterir.bunun nedeni malzemeye korozyon direnci sağlayan oksit tabakalarının aşınma yoluyla kalkması ve buralarda metalin aktif duruma geçerek yüksek hızla korozyona uğramasıdır

97 Erozyonlu korozyona rastlanan yerler: -Gaz ve sıvıların pompalanması ve uzak mesafelere taşınmasında kullanılan sistemler ve boru hatları -Kömür ve maden cevherlerinin suyla karıştırılarak uzak mesafelere pompalandığı boru hatları -Sıcak su ve buhar hazırlama tesisleri -Pompa gövdesi ve kanatları -Valfler ve valf yuvaları -kazan ve kondansör boruları -Türbin kanatları -Akış doğrultusunun değişikliğe zorlandığı dirsek, vana gibi parçalar(akışkanda çarpma etkisi yaratırlar). Erozyonlu korozyonla hasara uğramış bir pompa rotoru

98 Radyasyon hasarı,, g gibi kuvvetli radyasyona sahip olan ışınların parçacık özelliği de vardır. Radyasyon sırasında metal yüzey atomlarına çarpan parçacıklar yüzey atomlarının kafeste yerlerinden oynayarak arayerlere kaymalarına neden olurlar. Süneklik, tokluk azalır, sertlik ve dayanım artar. Kritik çatlak boyu ve yorulma dayanımı azalır, Bu kusuru yok etmek için; YK sıcaklığının altında malzemeyi tavlayarak arayer atomlarını kendi yerlerine döndürerek kafes çarpıklığını düzeltmek gerekir. Böylece tokluk artar ve dayanım azalır.