Tasarım Metodolojisi KOROZYON VE KORUNMA

Transkript

1 Tasarım Metodolojisi KOROZYON VE KORUNMA Korozyon Ortamları Korozyona sebep olan ortamların başında hava, deniz suyu ve endüstriyel atmosfer gelir. Havada korozyona sebep olan en önemli etkenler nem ve oksijendir. Deniz suyu sodyum klorür (NaCl) içerdiği için korozyona elverişli bir ortamdır. Endüstriyel atmosferlerde genelde SO 2 gazı bol miktarda bulunduğundan, bu gaz hava içerisindeki nem ile reaksiyona girerek sülfirik asite dönüşür. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 1 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 2 /94 Korozyon Ortamları Korozyon Ortamları Özelikle sülfirik asite dayanıklı olmayan Zn, Cd, Fe gibi metaller endüstriyel atmosfer ortamlarında korozyona uğrarlar. Bu nedenle bu gibi ortamlarda sülfirik asite dayanıklı alüminyum, paslanmaz çelik, kurşun gibi metaller tercih edilir. Korozyona sebep olan ortamları şu şekilde özetleyebiliriz: Hava Sulu çözeltiler Bazlar Asitler * Ergimiş tuzlar * Sıvı metaller * İnorganik çözücüler Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 3 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 4 /94 1

2 Korozyon Ortamları Korozyon Ortamları Değişik türde metallerden oluşacak galvani pillerin anot-katot ayrımında çevre şartların da göz önüne almak gerekir. Deniz suyu yaklaşık %3.5 tuz içerir. Bu sebepten dolayı tatlı sulara göre daha çok korozyona sebep olur. Çelik, alüminyum, dökme demir, bakır ve bazı paslanmaz çelikleri tatlı su ortamlarında kullanmak daha uygundur. Titanyum, pirinç, bazı bronzlar, nikel-krommolibden alaşımları ve bakır-nikel alaşımları tuzlu su ortamlarında meydana gelen korozyona karşı dirençleri çok daha yüksek metallerdir. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 5 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 6 /94 Korozyona Karşı Korunma Korozyonun önlenmesi veya korozyon hasarının azaltılması amacıyla bir dizi önlemler alınır. Genellikle korozyondan korunmak amacıyla alınan başlıca önlemler şunlardır: Tasarım aşamasında alınabilecek önlemler Katodik koruma Yüzey kaplama İnhibitör (yavaşlatıcı) uygulamaları Pasivasyon olayı Uygun malzeme seçim Tasarım Aşamasında Alınabilecek Önlemler Korozyondan korunmanın en ekonomik yolu, korozyona sebep olabilecek faktörlerin tasarımla giderilmesi veya tamamen azaltılmasıdır. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 7 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 8 /94 2

3 Perçinli veya cıvata-somun bağlantıları aralık korozyonunun oluşmasına elverişli bağlantı elemanlarıdır. Korozif bir ortamda perçin veya cıvata-somun bağlantıları yerine kaynaklı veya lehimli birleştirme tekniklerini tercih etmek gerekir. Farklı potansiyele sahip metal çiftleri cıvatasomun bağlantı elemanları ile birleştirilmesi kaçınılmazsa, malzeme çiftleri arasına yalıtkan (plastik conta) malzemeler yerleştirmek gerekir Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 9 /94 Kazan ve depoların taşıyıcı ayaklar üzerine oturtulurken, aralık korozyonuna sebep olabilecek veya havalanmayı engelleyecek tasarımlardan kaçınılmalıdır Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 10 /94 Konstrüksiyonun kullanılacağı ortam dikkate alınarak korozyona dayanıklı uygun malzeme seçilmelidir. Değişik türdeki metalleri, bir arada kullanmamaya dikkat edilmelidir. Tasarım aşamasında sıvı birikimine sebep olabilecek tasarımlardan kaçınılmalıdır Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 11 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 12 /94 3

4 Bağlantı elemanları, ana metalle aynı türden olmasına dikkat edilmelidir. Kaynaklı birleştirme işlemlerinde kullanılan kaynak elektrotu, ana metalle benzer bileşimde olacak şekilde tercih edilmelidir. Dar aralıkların oluşmaması için kaynak dikişlerinin sürekli olasına özen gösterilmelidir Uygun tasarım ve izolasyon ile sıcaklık dağılımının homojen olmasına özen gösterilmelidir. Konstrüksiyondaki bölgesel sıcaklık farklılıkları korozyon hasarının hızlanmasına sebep olabilir. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 13 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 14 /94 Korunmak istenen metal, kendisinden daha anodik olan (yani potansiyel değeri daha negatif olan metal) başka bir metal ile iletken vasıtasıyla temas ettirilir. Böylece bir korozyon hücresi oluşturulmuş olur. Beton yataklı tanklarda tasarım durumu Anot görevi gören metalden iletken vasıtasıyla katot görevini gören metale doğru bir elektron akışı meydana gelir ve anot görevi gören metal korozyona uğrar. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 15 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 16 /94 4

5 Böylece katot görevi gören metal korozyona karşı korunmuş olur. Metali korozyona karşı koruyabilmek için onun katot yapılması yeterlidir. Bu amaçla anot görevi görebilecek ve korozyona uğrayarak gözden çıkarılan metaller (Zn, Mg, Al gibi) galvanik seri tablosuna bakılarak seçilmelidir. Kontrollü olarak gözden çıkarılan bu metallere kurban anot adı verilir. Kurban anot olarak galvanik seri tablosunun anodik ucunda bulunan Zn ve Mg metalleridir. Kurban anot, kendi iyonlarının çözeltiye geçmesiyle zenginleşen elektronlarını bir iletken üzerinden korunması istenen metale verir ve bu metalin çözeltiye iyon vermemesini sağlar.. Böylece kurban anot korozyona uğrar, korunması arzu edilen metal ise korozyona uğramaz. Kurban anot bizzat korozyona uğrayarak zamanla tükeneceği için takip edilerek yenilenmesi gerekir Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 17 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 18 /94 Endüstriyel olarak en yaygın olarak kullanılan katodik koruma yöntemi, doğru akım uygulama tekniğidir. Burada metalik konstrüksiyona eksi yönde gerilim uygulanır. düşük seviyede tutulmuş olur Toprak altı depolar hep bu yöntemle korunurlar. Katodik korumanın daha etkin olabilmesi amacıyla yüzeyleri boyanmış veya yalıtılmış metaller, koruma sistemi ile birlikte kullanılmalıdır. Aksi takdirde katodik koruma çok daha pahalıya mal olur. Örneğin, yeraltına gömülen su, petrol ve doğal gaz çelik boru hatlarına bir doğru akım kaynağının eksi kutbu bağlanarak, boru hattının elektron kaybı önlenir. Böylece boru hattındaki korozyon en Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 19 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 20 /94 5

6 Deniz suyu ortamında sürekli bulunan gemi gövdesinin korozyona karşı korunmasında katodik koruma yöntemi kullanılır. Çelik gemi gövdesinin dümen sistemi yakınlarına kurban anot olarak görev yapacak çinko veya magnezyum elektrotlar yerleştirilir. Su deposunun korozyona karşı korunmasında da katotik koruma kullanılır. Çelik su deposu içerisine gözdeyle temas edecek şekilde magnezyum blokları yerleştirildiği takdirde su deposunun gövdesinin korozyona uğraması azaltılmış olur. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 21 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 22 /94 Katodik Korumanın en fazla uygulandığı alanlar: Gemilerin taban yüzeylerinde Gemilerin balast tanklarında Dubalarda ve balast tanklarında Yer altı akaryakıt/ham petrol/su/doğalgaz çelik boru hatlarında Mavnalarda İskele, köprü ve viyadük taşıyıcı ayaklarında Petrol depolama tanklarında Su depolama tanklarında Deniz deşarj boru hatlarında iç ve dış korumada LPG yer altı depolama tanklarında Yer altı Akaryakıt depolama tanklarında Korozyon riski taşıyan betonarme yapılarda Arıtma tesislerinde Buharlaştırıcılarda, ısı değiştirici borularında Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 23 /94 YÜZEY KAPLAMA Korozyona karşı metallerin korunmasında kullanılan en yaygın metotlardan birisi de yüzeylerin kaplanmasıdır. Yüzey kaplama malzemesi olarak en yaygın kullanılanı metalik kaplamalardır. Ayrıca organik ve inorganik kaplamalar da kullanılır. Metal yüzeyine sürülen gres veya makine yağı, metali çevreden yalıtarak korur, ancak bu uzun ömürlü değildir. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 24 /94 6

7 YÜZEY KAPLAMA Metalik kaplamaların amacı korozyon hücresi elemanlarından anodu daha soy metallerle kaplamak veya katodu potansiyel değeri daha negatif olan bir metalle kaplayarak korozyondan korunma sağlamaktır. Çelik tenekelerinin iç kısımlarının bakır, kalay, nikel veya kurşun metallerinin herhangi birisiyle kaplanması işlemi, korozyona doğrudan dayanıklı ve korozyona uğramayan metallerle kaplanarak, korozyonun önlenmesine yönelik yapılan kaplamalara örnek verilebilir. Burada kaplama malzemeleri korunacak metal konumunda olup katot görevi görür ve çözeltiye geçmezler. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 25 /94 YÜZEY KAPLAMA Çelik sacların veya profillerin çinko, alüminyum veya krom ile kaplanması demek, kendinden daha az soy olan yani potansiyel değeri daha negatif olan bir metalle kaplanması demektir. Kaplama metali, çelik sacı tamamen koruma görevini üstlenmiştir. Galvanizleme adı verilen çelik sacların çinko ile kaplanması işleminde, çelik korozif bir ortama maruz kaldığında yüzeydeki çinko kaplama tabakası korozyona uğrayacak ve altta kalan çelik korunmuş olacaktır Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 26 /94 YÜZEY KAPLAMA Metal yüzeylerini korozyona karşı korumak amacıyla inorganik ve organik kaplama malzemeleri de kullanılır. Metal yüzeylerinin seramik film ile kaplanması (emaye işlemi) ve plastik kaplamalar, inorganik kaplamalara örnek olarak verilebilir. Metal yüzeylerinin polimer esaslı boyalar ile boyanması ve çelik elemanlarda yüzeyi fosfatla kaplama işlemi organik kaplamalara örnek olarak verilebilir. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 27 /94 İNHİBİTÖR (YAVAŞLATICI) UYGULAMALARI Çözeltiye (elektrolite) az miktarda katıldığında korozyonu azaltan veya önleyen katı veya sıvı maddelere inhibitör adı verilir. Bazı inhibitörler metal yüzeyinde ince bir film tabakası oluşturarak, metal ile ortam arasındaki korozyon reaksiyonu hızını azaltır. Bazı durumlarda da ortamda bulunan korozyon yapıcı bileşenin, örneğin ortamdaki oksijeni inhibitör kimyasal olarak bağlayarak korozyonun önüne geçilebilir. Çeliğin Kalsiyum Nitrit çe Korunması Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 28 /94 7

8 İNHİBİTÖR (YAVAŞLATICI) UYGULAMALARI Kükürt içeren bazı bileşikler, molekül ağırlığı düşük bazı aminler, uzun moleküllü aminler ve yağ asitleri organik inhibitörlere örnek olarak verilebilir. Buhar fazlı inhibitörlere de etanolamin karbonat örnek olarak verilebilir. KOROZYON ÖNLEYİCİ YAĞLAR Çeliğin Kalsiyum Nitrit le Korunması Nitrit iyonları, aynı tür korumayı artırarak ferrik oksit pasifleştirici tabakasını kuvvetlendirirler. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 29 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 30 /94 KOROZYON ÖNLEYİCİ KİMYASALLAR PASİVASYON OLAYI Galvanik seri tablosuna göre anot yönde olan metaller, elektrolit içinde aktif anot reaksiyonu gösterirler. Bu metallerin yüzeyinde çok ince soy bir oksit tabakası oluşur ve bu tabaka metalleri korozyona karşı korur. Bu olaya pasivasyon adı verilir. Buna en güzel örnek paslanmaz çeliklerdir. Paslanmaz çelik malzeme havanın oksijeni ile kısa sürede temas ederek, yüzeyde çok ince, oldukça sert ve korozyona dayanıklı bir kromoksit tabakası oluşturur. Böylece paslanmazlık özelliği kazanır. Paslanmaz çelik oksijensiz ortamda paslanmazlık özeliğini kaybeder. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 31 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 32 /94 8

9 Uygun Malzeme Seçimi Malzemenin çalıştığı servis şartlarına dayanıklı olması, korozyon ve oksidasyon direncinin iyi olması malzeme seçiminde dikkate alınması gereken en önemli faktörlerdir. Malzeme seçiminde mekanik zorlamalar, ekonomiklik ve teknolojik olanaklar ile beraber malzemenin korozyon özellikleri beraberce dikkate alınması gerekir. Endüstride kullanılan başlıca malzemeler çelik, paslanmaz çelik, alüminyum, bakır, nikel, titanyum ve alaşımları, seramik ve polimerlerdir. Bu malzemelerin genel özellikleri aşağıda verilmiştir. Çelikler: En çok kullanılan malzemelerdir. Mekanik özellikleri, fabrikasyon kolaylığı ve ucuzluk nedeni ile tercih edilirler. Diğer malzemelere göre ekonomiktirler. Korozyona karşı dayanıksızdırlar. Korozyona karşı korumak amacıyla kaplama, katodik koruma, inhibitör kullanma işlemleri uygulanır. Çeliklerin asitlerle teması engellenmelidir. Yumuşak çelikler nitrat, hidroksit, NH 3 ve HS içeren ortamlarda gerilim korozyonuna duyarlıdır. Yüksek dayanımlı düşük alaşımlı çelikler sertlikleri yüksek ise nemli ortamlarda gerilim korozyonuna duyarlı olurlar. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 33 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 34 /94 Paslanmaz Çelikler: Nikel ve alaşımları: Korozyona dayanımları oldukça iyidir. Endüstride çok değişik paslanmaz çelik türü mevcuttur (yaklaşık 60 çeşit) Paslanmaz çelik, kullanılacak ortam özelliklerine göre kataloglardan seçilmelidir. Gıda endüstrisinde 304 tipi paslanmaz çelik tercik edilirken, tuzlu su ortamında kullanılmak üzere 316 paslanmaz çelik kullanılır. Paslanmaz çeliklerde karşılaşılan en yaygın korozyon türleri, oyuklaşma, erozyon ve gerilim korozyon çatlamasıdır. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 35 /94 Klorürlü ve indirgen ortamlarda korozyona karşı dayanımları iyidir. Nikele ilave edilen Mo ve Cu sayesinde korozyon direnci artar. Alloy B (Ni-27Mo) alaşımı, HCl asidine karşı dayanıklıdır. Alloy 400 (Ni-30Cu) alaşımı, tabii sularda ve ısı değiştiricilerinde kullanılırlar. Ni alaşımları yüksek sıcaklıklardaki klorürlü ortamlarda, gerilmeli korozyona karşı dayanıklıdırlar. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 36 /94 9

10 Titanyum: Titanyumun yüzeyinde meydana gelen oksit tabakası, titanyumu korozyona karşı korur. Titanyum, HNO 3 gibi oksitleyici ortamlara ve deniz suyu gibi klorürlü ortamlara dayanıklıdır. Titanyum, yüksek sıcaklıklarda çukur ve aralık korozyonuna duyarlıdır. Titanyum, düşük sıcaklıklarda seyreltik H 2 SO 4 ve HCl asitlerine karşı direnci iyidir. Titanyuma %0.2 Pd ilavesi, HCl asit ortamındaki direncini arttırır. İnce kesitli ısı değiştirici boruları için iyi bir malzemedir. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 37 /94 Cu ve alaşımları: 300 den fazla Cu alaşımı vardır. Cu alaşımları genel olarak 3 e ayrılabilir: (1) Pirinçler (Cu-Zn), (2) Bronzlar (Cu-Sn, Cu-Al, Cu- Si vs.) ve (3) Cu-Ni alaşımları. Çinko (Zn), bakıra (Cu) %5-45 arasındaki herhangi bir oranda ilave edilebilir. Zn miktarının artması ile Cu-Zn alaşımının korozyon direnci düşer. Zn miktarının %15 in altına indirilmesi yararlıdır. %15 in altında Zn içeren pirinçler asit, alkali ve tuz çözeltilerinde kullanılır. Cu-Sn alaşımında, kalay (%1-10) bakırın korozyon ve mekanik dayanımını arttırır. Cu-Ni alaşımları (%10-30) Cu alaşımları içinde korozyon dayanımı en yüksek olanlarıdır. Berilyum-bakır alaşımları kıvılcım çıkartmama özelliklerinden dolayı patlayıcı madde bulunan yerlerde kullanılırlar. Bakır ve alaşımları, amonyak ortamlarında gerilim korozyon çatlamasına hassastırlar. Isı değiştiricilerinde kullanılırlar. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 38 /94 Alüminyum ve alaşımları: Hafif malzemedir. Alaşımlandırılarak ve ısıl işlem uygulayarak mukavemeti arttırılır. Korozyon dayanıklılığı, yüzeyinde oluşan oksit filmin yapısı sayesindedir. Bu tabaka ph nın olduğu sulu ortamlarda kararlıdır. Al alaşımları, saf Alüminyuma göre korozyon direnci daha düşüktür. Bu nedenle bazı alüminyum aşımlarının yüzeyi saf alüminyum ile kaplanarak korunurlar. Alüminyum suya, organik asitlere ve bazı oksitleyici asitlere karşı çok iyi dayanım gösterirler. Alüminyum tankerlerle asetik asit taşımak mümkündür. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 39 /94 korozyona açık olan bir petrol sondaj platformu görülmektedir. Okyanus suyuyla temasta olan platformun çelik gövde bakır-nikel alaşımıyla giydirme yapılarak koruma altına alınmıştır. Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 40 /94 10

11 (BOTAŞ) DÖRTYOL İSKELESİ ÇELİK VE ETONARME KAZIKLARI İLE BETONARME KAZIK BAŞLIKLARI Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 41 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 42 /94 Prof. Dr. Hüseyin UZUN Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 43 /94 11