Korozyonun Sebep Olduğu Ekonomik Kayıp

Transkript

1 DOÇ.DR. SALİM ŞAHİN

2

3 Korozyonun Sebep Olduğu Ekonomik Kayıp Türkiye Korozyon Derneğinin araştırmalarına göre Türk Ekonomisindeki korozyon kayıplarının maliyetinin gayrisafi milli hasılanın %3,5-5 i arasında olduğu tahmin edilmektedir. Bu oran Ereğli Demir Çelik Fabrikalarının yaklaşık bir yıllık üretimine eşittir.

4 Bütün metaller, tabiatta bulundukları en düşük enerji taşıyan bileşiğine, yani en kararlı hâline dönüşme eğilimindedir. Metallerin çoğu element halinde kararlı değildir. Uygun bir ortam bulması halinde üzerinde taşıdığı enerjiyi geri vererek kendiliğinden doğada bulunduğu eski bileşik haline dönmeye çalışır. Böylece korozyon reaksiyonlarında daima bir serbest enerji azalması söz konusu olur. Metallerin korozyona yatkınlığı doğrudan bu serbest enerji değişimine bağlıdır.

5 En genel anlamda "içinde bulunduğu çevresi ile oluşturduğu ara yüzeylerde malzemelerin kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonlar sonucu enerji kaybı ile bozunmaları" olarak tanımlanabilir. Endüstride korozyon hızı milimetre/yıl ve miliinch / yıl olarak tespit edilmektedir.

6

7 Organik sıvıların yada ergimiş metallerin neden olduğu korozyon türüdür. Korozyon doğrudan fiziksel çözünme yada katı hal değişimi ile gerçekleşir. Cıva yada ergimiş alüminyumun metal malzeme yüzeyinde korozyona neden olması fiziksel korozyona örnek olarak gösterilebilir.

8 Kimyasal korozyon Metal ve alaşımlarının, elektrik iletkenliği olmayan, gaz ortamlar içindeki korozyonudur. Metalin elektron vermesiyle reaksiyon oluşur Atmosferik koşullarda en önemli korozif maddeler O 2, H 2 S ve halojenler olduğundan genelde metal yüzeyinde korozyon ürünü olarak oksitler ve sülfürler oluşur. Elektrokimyasal korozyon İçinde iyon iletimi olabilen elektrolit ile elektrot denilen metal arasında oluşur. Metal atomlarının valans elektronları ile ilgili bir olaydır. n adet valans elektronuna sahip olan bir metal aşağıda gösterildiği şekilde okside olabilir; Elektrolitler genelde sıvı olmak üzere toprak ve plazma da olabilir.

9 Elektrokimyasal Korozyonu Oluşturan Bileşenler Anot: Korozyona uğrayan (oksitlenen) metal Katot: Anotta açığa çıkan elektronları harcayan reaksiyon (redüksiyon) meydana geldiği metal yüzeyi Elektronik İletken: Anotta açığa çıkan elektronları katoda taşıyan metalik iletken. Anot ile katodun birbiri ile teması da bu iletişimi sağlar. Elektrolit: Elektrolitik iletken, sulu çözelti. Anot ile katot arasında iyonik bağ sağlayan sulu ortam.

10 Elektrokimyasal Korozyon Elektrokimyasal korozyonda galvanik seri çok önemlidir. Galvanik seri, gerçek ortamlarda metallerin potansiyellerinin ölçülüp sıralanması ile elde edilen termodinamik bir seridir. Galvanik korozyon konusunda bu seriye değinilecektir. Pasifleşme: Paslanmaz çelikler gibi bazı metallerin belirli çevre şartlarında elektrokimyasal aktivitesini kaybetmesi olayıdır.

11 Korozyon Reaksiyonları Anodik Reaksiyon Metalik iletkenden iyonik iletkene olan pozitif yük transferini gerçekleştiren elektron reaksiyonudur. Yükseltgenme reaksiyonudur. Bu olay sonucunda elektron üretilir. Katodik Reaksiyon Metalden elektrolite negatif yükün transfer olduğu elektrot reaksiyonudur. Katodik reaksiyon daima indirgenme reaksiyonudur. Katodik olayın işlevi anodik reaksiyonda üretilen elektronları harcamaktır.

12 Galvanik Hücre Redoks reaksiyonlarının kendiliğinden gerçekleştiği, elektrik enerjisinin üretildiği hücrelerdir.

13 Tek Elektrotlu Galvanik Hücre Tek parça bir metal, örneğin karbonlu bir çelik çubuk elektrolit (su) içine daldırılırsa korozyon meydana gelir. Her ne kadar sadece bir elektrot olsa da çeliğin farklı mikroyapı bölgeleri (örneğin ferrit ve sementit) anot ve katot olur.

14 Korozyona Etki Eden Faktörler

15 Korozyona Etki Eden Faktörler Ortamın Etkisi Ortamdaki nem miktarı, asitlik baziklik durumu, havanın, oksijeninin veya suyun ortam tarafından geçirilebilme yeteneği, kaçak akımlar korozyonu başlatıcı ve hızlandırıcı etken olarak karşımıza çıkar.

16 Korozyona Sebep Olan Ortamlar Hava Sulu çözeltiler Asitler Bazlar Organik çözücüler Ergimiş tuzlar Sıvı metaller

17 Korozyona Etki Eden Faktörler Sıcaklığın Etkisi Ortam sıcaklığının artması iyon hareketini artırarak korozyon hızını artırır. Ortam sıcaklığı -50 ile +50 C arasında değişen toprak 0 C de donar ve iyon hareket hızı minimuma düşer. Sıcaklığın artmasının oksijen konsantrasyonunu düşürücü etkisi de vardır. Ancak bu etki iyon hareketinin artmasından kaynaklanan reaksiyonların yanında oldukça zayıf kalmaktadır.

18 Korozyona Etki Eden Faktörler Malzeme Seçimini Etkisi Birbiriyle potansiyel farkı bulunan metallerin bir arada kullanılması, korozyonu başlatıcı ve hızlandırıcı bir etkendir. Taneler Arası Özellik Farkları Metallerin tane boyutları arasındaki farklar ve iki tanedeki farklı konsantrasyonlar neticesinde iki tanenin sınırı, korozyon başlangıcı için uygun bir ortam oluşturur.

19 Korozyona Etki Eden Faktörler Sistem Dizaynı Korozif malzemelerin depolandığı sistemlerde korozif ortamın (su vb.) birikmesini önlemeye yönelik tasarımlar uygulanmalıdır. Ayrıca arasında sıvı birikintisine neden olabilecek çok ince aralıklardan kaçınılmadır. Zemin Elektriksel Özgül Direncinin Etkisi Düşük elektriksel özgül dirençli bölgelerde iletkenliğin yüksek olması iyonik ortamın daha aktif olmasına sebep olmaktadır. Bundan dolayı korozyon mekanizması daha hızlı gelişir.

20 Korozyon Türleri Homojen Dağılımlı Korozyon Galvanik Korozyon Çukurcuk Korozyonu Taneler Arası Korozyon Aralık Korozyonu Seçici Korozyon

21 Homojen Korozyon Metal yüzeyinde eşdeğer şiddette oluşan korozyon türüdür. Korozyon sonucu metal kalınlığı her noktada aynı miktarda azalır. Atmosfer ortamında ve herhangi bir dış etkenden etkilenmeyen tamamı aynı cins malzemeden üretilmiş olan metaller homojen korozyona uğrar. Metalin atmosferdeki mevcut oksijen ve karbondioksitle, bunun yanında korozyon uyarıcı SO2 ve kloritlerle reaksiyona girmesiyle oluşur.

22 Homojen Korozyon En yaygın korozyon türüdür ve yol açtığı metal kaybı diğer korozyon türlerine oranla yüksektir. Buna karşın en az korkulan korozyon türüdür. Çünkü hızı basit laboratuar deneyleri ile saptanabilir ve dolayısıyla korozyona maruz yapının ömrü belirlenebilir.

23 DIN 'e göre galvanik korozyon, metal yüzeyin metal/metal veya metal/elektron iletkeniyle oluşan korozyondur. Birbiriyle temas halinde olan elektrik potansiyelleri farklı metal ve alaşımların aynı ortamda bulunmasıyla meydana gelir. Ortamdaki malzemeden daha soy olanı katot(+), diğeri ise anot(-) olarak davranır ve anot olarak davranan malzeme korozyona uğrar. Elektrolit iletkenliği yüksek ise korozyon hızı artar

24 Galvanik çiftlere örnekler

25 Galvanik çiftlere örnekler Galvanik çift Çelik ve bakır Çelik ve alüminyum Çelik ve kurşun Yeni ve eski boru Korozyona uğrayan metal Çelik Alüminyum Çelik Yeni boru

26 Galvanik korozyonun önlenmesi Aynı ortamda çalışacak malzemeler birbirinden farklıysa galvanik seride birbirine yakın olanlar seçilmelidir. Daha reaktif olan malzemenin (anodik malzemenin) yüzey alanı mümkün olduğunca büyük olmalıdır. Sisteme anodik karakterde üçüncü bir metal bağlanarak katodik koruma uygulanabilir. Ortama korozyon yavaşlatıcı madde ilavesi Parçalar arasında iyi bir yalıtım yapılmalıdır. Birbirine bağlı bakır ve galvaniz kaplı su borularında, farklı metaller olmaları dolayısıyla meydana gelen galvanik korozyon

27 Galvanik Seri Sıralamada aşağıya doğru gidildikçe metalin aktifliği artar. Bu sıralamada daha aşağıda bulunan bir metal, kendine göre yukarıda olan metalin anodu olur. Örneğin, Fe den daha aşağıda bulunan Mg, Al ve Zn metalleri demiri, katodik olarak korumak üzere anot olarak kullanılır.

28 Çukurcuk Korozyonu Yüzeyde bulunan çizik,çatlakların veya kompozisyon farklılıkları bulunan bölgelerin arasına sızan elektrolitin yerçekiminin de etkisiyle malzemenin içine doğru korozyona sebep olacak şekilde ilerlemesiyle oluşur. Noktasal şekilde derin oyuklar halinde kendini gösterir.

29 Çukur korozyonu oluşma şekillerine örnekler

30 Çukurcuk Korozyonu Çukurun dibi anot, parça yüzeyi katot gibi davranır. Çukurcuk korozyonu özellikle NaCl, CaCl 2, MgCl 2, AlC 3 ve NaBr içeren ortamlarda, borularda ve tanklarda akış hızının azaldığı bölgelerde görülmektedir. Ortalama çukur sayısı ve maksimum çukur derinliği ölçülerek değerlendirilir.

31 Metal kaybı çok küçüktür. Ancak parçalar kısa sürede delinir. Klor ve brom iyonları içeren nötr ortamlarda oluşur. ph düştükçe yerini homojen dağılımlı korozyona bırakır. Malzemenin yüzeyinin parlatılması bu tip korozyonu kayda değer bir şekilde azaltmaktadır. Pasifleşme eğilimi yüksek paslanmaz çelik ve alüminyum alaşımlarda rastlanır.

32 Atık su borusunda meydana gelen çukurcuk korozyonu

33 Bir alaşım içinde bulunan elementlerden birinin korozyona uğrayarak uzaklaşması sonucu oluşan korozyondur. Örneğin, pirinç alaşımı içinde bulunan çinkonun bakırdan önce korozyona uğramasıdır. çinko elementi korozyon yüzünden uzaklaşırsa geriye gözenekli yapıya sahip bakır kalır ve geriye kalan bakırın mekanik dayanımı pirince göre oldukça düşüktür. Alaşım içindeki çinko arttıkça korozyona dayanıklılık azalır. Çinko oranı %15 in altına düşürmek veya pirince %1 oranında kalay katmak korozyon dayanıklılığını arttırır. Bir başka örnek de bakır - alüminyum alaşımlarında alüminyumun ayrılmasıdır.

34 Seçici Korozyonun En Yaygın Türü: %15 ten fazla çinko içeren pirinç alaşımındaki numunede meydana gelen seçici korozyon.

35 Aralık-Çatlak korozyonu Metal yüzeyinde bulunan bir çatlak içinde veya dar bir aralıkta oluşan korozyon türüdür. Bu korozyonun temel nedeni, çatlak içi veya aralık ile çevre elektrolit arasında oksijen konsantrasyonu veya metal iyonu konsantrasyonunun farklı oluşudur. Çatlağın dış kısımları katot olacağından bu bölgede korozyon görülmez.

36 Aralık Korozyonunun Şematik Gösterimi

37 Taneler arası korozyon

38 Taneler arası korozyon Metal atomları daima geometrik bir düzen içinde kristalleşir. İki veya daha fazla metalden oluşan homojen yapıdaki alaşımlar da belli bir düzen içinde kristalleşir. Bunlara katı çözelti denebilir. Heterojen yapıdaki alaşımlarda ise, iki veya daha fazla katı fazlı karışım söz konusudur. Böyle bir alaşımda kristaller homojen bir yapıda değildir. Taneler arası korozyon, taneler arası sınır çizgilerinde meydana gelir. Bu bölgelerde metallerden biri diğerine göre daha düşük konsantrasyonda bulunur. Bu nedenle sınır çizgileri korozyon için uygun bir ortam oluşturur.

39 Taneler arası korozyon Yaşlanan alüminyum alaşımlarında, paslanmaz çeliklerin kaynak edilmelerinde yavaş soğuma ile tane sınırlarında karbür çökelmesi olursa bu korozyon gözlenir.

40 Taneler Arası Korozyon Örneği Laboratuarda gerçekleştirilen korozyon testinde, 6061 alüminyum alaşımının (T6 durumunda) %5 lik NaCl çözeltisinde yaklaşık bir gün bekletilmesiyle oluşmuş taneler arası korozyon.

41 Paslanmaz Çelikte Taneler Arası Korozyon Oluşumu Paslanmaz çeliklerde, malzeme uzun süre C sıcaklıkları arasında tutulursa, tane sınırlarında Cr 23 C 6 tipi karbür çökelmesi olur. Bu karbürün çökelmesi için tane sınırlarına karbon ve krom difüzyonu olması gereklidir. Bu difüzon yüzünden, tane sınırlarının yakınlarında krom konsantrasyonu düşük bölgeler oluşur ve sonuç olarak da tane sınırı bölgelerin korozyona maruz kalması söz konusu olur.

42 Paslanmaz Çelikte Taneler Arası Korozyon Oluşumu Bu tip korozyon kaynak bölgelerinde de gözlemlenir. Yanda bir paslanmaz çeliğin kaynak bölgesindeki taneleri arasında meydana gelen korozyon görülmektedir.

43 Paslanmaz Çeliklerde Taneler Arası Korozyonun Önlenmesi Malzeme kullanılmadan önce, malzemeyi yüksek sıcaklıkta ısıl işleme tabi tutarak karbürlerin çözünmesi sağlanmalıdır. Alaşıma titanyum ve niobiyum ekleyerek krom-karbür yerine TiC ve NbC oluşumu sağlanmalı ve böylece krom karbür çökelmesi engellenmelidir.