EROZYON KOROZYONU ERU MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 03.11.2011 Korozyon ve Önlenmesi Dersi Konu Sunumu 1030112411 - Osman OLUK 1030125678 - Damla ÖZTÜRK 1
sunum planı tanımlar (korozyon, erozyon korozyonu) genel bilgiler (oluşumu, yüzey kusurları, pasifleşme eğilimi olan malzemeler, ısı değiştiricileri) - erozyon korozyonunun karakteristik izleri. etkin faktörler (akışkan, malzeme özellikleri, diğer korozyonların etkisi ve kavitatif korozyon) önlemler (erozyon korozyonuna karşı alınacak önlemler, koruma ve ölçüm) sonuç (kapanış, soru ve cevap) 2
giriş korozyon maddelerin, özellikle metal ve alaşımlarının, çevre etkileriyle kimyasal ve elktrokimyasal değişim veya fiziksel çözünme sonucu aşınmasıdır. malzeme ömrünü kısaltan, imalat ve işletme maliyetlerini arttıran; mühendis bakışıyla emniyet, maliyet ve konfor için kontrol altında tutulması gereken; bozucu, olumsuz hatta zaman zaman dramatik derecede yıkıcı olabilen bir etkendir. 3
erozyon korozyonu erozyon korozyonu, malzemelerin; temas ettikleri diğer katı veya akışkanların fiziksel etkileri ile aşınmasıdır daha çok; hareketli akışkanların bulunduğu borular, valfler, pervaneler, pompalar, kanallar, oluklar ve çevre şartlarına (dalga, yağmur, rüzgar v.b.) açık malzeme yüzeylerinde görülür. 4
1. genel bilgiler 1.1. erozyon korozyonunun oluşumu korozyona uğraması söz konusu olan metale sürtünen karşı parçalar, katı veya sıvı akışkanlar; metal yüzeyinde aşınma yapacaklar ve bu şekilde metal yüzeyinde oluşan muhtemel pasif tabaka yok olacaktır aşındırılan pasif tabaka yeniden oluşacak ve yine yeniden silinecektir böylece korozyon olayı durmaksızın devam edip gidecektir ortamına göre hızlı bir korozyon türüdür korunmak için aşınmanın önlenmesi gerekir 5
yüzey kusurları ile erozyon oluşumu akışkan; belli bir hızla akarken, malzeme yüzeyinde akışa türbülans kazandıran yüzey hatalarının bulunduğu noktalarda akışın hızı ve yüzeye çarpma şiddeti o noktada artar şekil:1 de aşamaları görüldüğü gibi, bu nokta etrafında aşınma şeklinde erozyon korozyonu deformasyonu meydana gelir. 6
yüzey kusurları ile erozyon oluşumu şekil:2 de erozyon korozyonunun koruyucu tabakayı tamamen kaldırdıktan sonra aşınmanın daha da hızlandığı evreyi görüyoruz. Şekil:2 Şekil:1 7
pasifleşme özelliği olan metaller pasifleşme özelliği olan metaller, erozyon korozyonuna çok duyarlıdır (alüminyum, kurşun, paslanmaz çelik vb.) resim.1 sürekli proseslerde bu metallerin erozyon etkisinde bulunan yüzeylerinde pasifleşme tabakası oluşamaz ve metal, korumasız kalan bu bölgelerde şiddetle korozyona uğrar 8
ısı değiştiricileri ısı değiştiricilerinde kullanılan karbon çeliği borular; korozif olmayan ortamlarda, akış hızının da etkisiyle erozyon korozyonuna uğrar resim.2 9
1.2. erozyon korozyonun karakteristik izleri erozyon korozyonu ile aşınan yüzeylerde çeşitli karakteristik şekiller oluşur - düzgün dağılımlı uniform şekil (cidar kaybı) - oluk, yiv şekilleri - dalga şekli - dere yatağı şekli - damla şeklinde çukurlanma - at nalı izi şekli gibi yüzey deformasyon şekilleri, erozyon korozyonunun tipik ayak izleridir 10
1.2.1. düzgün dağılımlı uniform resim.3 11
oluk şekli 1.2.2. oluk ve yiv şekilleri resim.4 12
yiv şekli resim.5 13
1.2.3. dalga şekli resim.6 14
düzensiz dalga şekli resim.7 15
1.2.4. dere yatağı şekli resim.8 16
dere yatağı şekli resim.9 17
1.2.5. damla şeklinde çukurlanma resim.10 18
1.2.6. at nalı şekli resim.11 19
2. erozyon korozyonuna etki eden faktörler akışkan; - akışkanın muhteviyatı - akışkanın dinamik özellikleri - akışkanın ve ortamın termodinamik özellikleri malzeme; - malzemenin karakteristik özellikleri - malzemenin boyutu ve geometrik yapısı - imalat ve montaj kalitesi diğer korozyon faktörleri ve kavitatif erozyon 20
2.1. akışkan özellikleri 2.1.1. akışkanın muhteviyatı akışkan muhteviyatı erozyonun hızını ve şiddetini önemli ölçüde etkiler akışkanın kimyasal muhteviyatı - akışkanın ph değeri dolayısıyla elektrolitik özelliği, yapı içerisinde erozyon etkisine ilaveten kimyasal ve galvanik korozyon şartlarını da etkileyeceğinden, özellikle metal yüzeylerde bu mekanizmaların birlikte çalışması durumunu belirler (resim.12) resim.12 21
2.1.1. akışkanın muhteviyatı akışkanın biyo-kimyasal muhteviyatı akışkan içerisinde kirletici unsurların varlığı; özellikle çevre sıcaklığı civarındaki süreksiz proseslerde asidik lokasyona sebep olan bakteriyel oluşum ve bu oluşumun biyo-kimyasal etkisiyle atmosferik, oksijen ve hidrojen korozyonlarını ortaya çıkarmaktadır bu durum sistemin çalışma periyoduyla ters orantılı olarak erozyon korozyonunun hızını ve şiddetini arttırır. resim.13 22
2.1.1. akışkanın muhteviyatı katı parçacıklar akışkan içeriğine çeşitli yollardan küçük katı parçacıklar dahil olabilir bu durum tıpkı aşındırma proseslerindeki gibi akışkanın hızına da bağlı olarak malzeme yüzeyinde hızlı ve şiddetli bir erozyona sebep olur erozyonun hızı ve şiddeti; akışkanın hızı ve türbülans ile doğru orantılıdır, parçacıkların yüzeye çarpma açısı da önemli role sahiptir. 23
2.1.1. akışkanın muhteviyatı resim.14 24
2.1.2. akışkanın dinamik özellikleri erozyon hızı; akışkan hızının küpü ile doğru orantılıdır türbülanslı akışta akışkanın yüzeyden geçiş hızı, ilerleme hızından daha yüksektir, ayrıca türbülans koşullarının değişkenliği; akışkanın yüzeyden geçiş hızını da değişken ve belirsiz kılar ve etkisini hesaplanamaz hale getirir akışkan içeriğindeki katı parçacıkların miktarı ve yüzeye çarpma açısı da dinamik etkiyi belirleyen unsurlardandır 25
katı partikül oranının erozyona etkisi Abrasiflik (Miller numarası) Katı konsantrasyonu (% ağırlık) grafik.1: 70 meşlik kum partikülleri kullanılarak yapılan erozyon deneyinde katı partikül oranı etkisi katı partikül miktarının erozyona etkisi doğrusal ilerlememektedir. grafik.1 de de görüldüğü gibi; yapılan deneyden, akışkan içerisindeki katı partikülün erozyon etkisinin yaklaşık %15 ağırlık konsantrasyonu seviyesine kadar hızla arttığı, ancak bu noktadan sonra konsantrasyon artışının erozyon etkisini giderek azalan bir oranda arttırdığı tespit edilmiştir. 26
çarpma açısının erozyona etkisi Saf Al erozyon hızı (g/g) x10-4 Çarpma açısı, φ Al 2 O 3 erozyon hızı (g/g) x10-3 çarpma açısının erozyona etkisi sünek ve gevrek malzemelerde faklı olmaktadır. grafik.2 de de görüldüğü gibi sünek malzemelerde maksimum etki 15-30 arasında, gevrek malzemelerde ise 90 civarlarında gerçekleşmektedir. grafik.2: Al 1100-O ve Al 2 O 3 un yüzeylerine 152m/s hızında çarpan 127μm boyutlu SiC partikülleri ile erozyonu 27
2.1.3. akışkanın ve ortamın termodinamik özellikleri Akışkanın ve ortamın termodinamik özellikleri; erozyon hızını ve şiddetini etkilediği gibi diğer korozif oluşumlar için uygun şartlar oluşmasına da sebep olabilmektedir başka bir deyişle; bir sistemde korozyon incelemesi yada koruma uygulaması yapılırken termodinamik şartların çok iyi analizi gerekmektedir değişik termodinamik şartlar; başka faktörlerle de birleşip farklı korozyon türleri için uygun ortamlar oluşturur; kavitasyon, atmosferik korozyon, kimyasal ve biyolojik korozyon, çukurcuk korozyonu başta olmak üzere farklı basınç, sıcaklık ve akışkanın bağıl hacim koşulları; değişik bir veya birden çok korozyon türü için uygun zemin oluşturabilir 28
akışkanın ve ortamın termodinamik özellikleri resim.15 29
2.2. malzeme özellikleri 2.2.1. malzemenin karakteristik özellikleri erozyonun etkinliği; malzemenin tokluğu, malzeme yapısının homojenliği ve yüzey kalitesi ile ters orantılıdır ancak unutulmamalıdır ki işletme ortamında erozyon genellikle malzemeye tek başına saldırmamaktadır, hızını ve şiddetini arttırmada her türlü fiziksel ve kimyasal fırsatı değerlendirir erozyona dayanıklı mekanik özelliklere sahip malzeme seçilirken işletme şartları çok iyi analiz edilmelidir böylece diğer korozyon faktörleri de göz önüne alınarak mekanik özellikleri birbirine yakın malzemeler arasından işletme şartlarına en uygun olanı seçilmelidir 30
a b resim.16 31
2.2.2. malzemenin boyut ve geometrik yapısı erozyon, akışkanın engelle karşılaştığı noktalarda ve açılı (<180 ) kenarlarda daha etkin olmaktadır (borular daire kesitlidir) ani kesit değişimi (akış bölgesindeki girinti-çıkıntılar, birleşme ve ek noktaları, vana ve pompa bağlantıları, malzeme kesitinin değiştiği noktalar vb.), akışın yön değiştirdiği bölgeler (köşeler, dönüşler, kıvrılmalar) ve delik, çatlak gibi sızma bölgelerinde erozyon etkinliği belirgin bir şekilde artmaktadır 32
malzemenin boyut ve geometrik yapısı A giriş çıkış B giriş çıkış şekil.3 33
tesis açısından malzemenin boyut ve geometrik yapısı bir tesis kurulumunda, sistemi oluşturacak parçalar; prosese en uygun boyuta ve geometrik şekle sahip olarak tasarlanmak istenir bir çok sistemde parçanın boyutu ve geometrik şeklini, temel istekler dışında en çok sınırlayan faktör; sistem için optimum alan veya hacim isteğidir özellikle akışkan iletim elemanlarının, maliyet ve optimum alan isteği açılarından; en kısa yol ve sınır değerlere yakın kesit ebatlarında olması istenir bu durumda; erozyon bakımından kritik olan noktalarda mümkün olan şekil iyileştirilmeleri yapmak ve korozyon tedbirleri almak gereklidir 34
resim.17 35
2.2.3 imalat ve montaj kalitesi erozyonu etkileyen birçok faktör içerisinde imalat ve montaj kalitesi önemli ve kritik bir yere sahiptir tasarım ve projelendirme aşamasında, üretim; sistemin ve içerisindeki her bir parçanın maruz kalabileceği her türlü korozyon şartları göz önüne alınarak planlanmış ve gerekli tüm testler yapılmış olsa dahi; üretim veya montaj aşamasında yapılabilecek hatalar ciddi hatta dramatik sonuçlar doğurabilir. 36
resim.18 37
bir haber resim.19 Geçen ay, Quantas Hava yolları na ait bir Airbus A380 yolcu uçağı; motorlarından birinin patlaması sonucu Singapur a acil iniş yapmıştı. Soruşturma sonucu Rolls Royce marka motorda yanlış montaj nedeniyle yakıt borularında çatlak oluşup, sızıntı yaptığı, bunun da yangın çıkardığı tespit edilmişti. Rolls Royce firması, aynı bulguları daha önce kendilerinin de elde ettiklerini, bu hatayı gidermek için çalıştıklarını kaydetti. Öte yandan Quantas Havayolları, Rolls Royce hakkında tazminat davası açtığını duyurdu. 38
2.3. diğer korozyon faktörleri ve kavitatif erozyon diğer korozyon faktörleri malzeme yüzeyinin erozyon direncini düşürür, hatta yok edebilirler korozyon çok özel koşullar dışında tümüyle izole edilemeyip ancak etkisi azaltılabildiğinden, erozyon malzemeyi aşındırırken yalnız değildir, bu sebeple erozyonun önlenmesinde; ortamın meyilli olduğu korozyon türlerinin analiz edilip böylece gerekli tedbirlerin alınması gereklidir 39
düzensiz erozyonun nedeni, birçok korozyon etkisinin bir arada bulunması resim.20 40
erozyonun, kimyasal ve galvanik korozyonla birleştiği tipik bir durum resim.21 41
solda uniform korozyon ve sağda kavitasyon ve çukurcuk korozyonları erozyonu desteklemiş resim.22 42
erozyonun, kimyasal korozyon ile birlikte etkili olduğu parçada oluk formunda deformasyon oluşmuş resim.23 43
erozyon etkisinin zayıf olduğu bir sistemde işletme periyodu ve kirlilik sebebiyle oluşan atmosferik ve biyolojik korozyon erozyon lokasyonları oluşturmuş resim.24 44
kavitatif erozyon kavitasyon akışkanın olağan fiziksel etkisi dışında, akışkan hızına bağlı olarak oluşan alçak basınç ve sıcaklık değişimleri gibi kritik termodinamik şartların oluştuğu noktalarda meydana gelen buhar kabarcıklarının implozyonu (içe doğru patlama) etkisiyle, malzeme yüzeyinde çökme veya maddesel kayıpla sonuçlanan özel bir erozyon türüdür resim.25 45
a) örnek; yüksek hızlı gemilerin pervaneleri ve dümeni b) c) d) resim.26 46
dümen elemanında kavitatif erozyon resim.27 47
3. erozyon korozyonuna karşı alınacak önlemler, koruma ve ölçüm 3.1. alınacak önlemler 3.1.1. ilk alınacak önlem ve en sık başvurulan yol; erozyon korozyonu dayanıklılığı yüksek bir malzemenin seçilmesidir. 3.1.2. tasarım sırasında erozyon etkisini azaltacak önlemler alınabilir. örneğin kritik bölgelerde cidar kalınlığı arttırılır, akışkan hızı düşürülebilir. 48
3.1.3. akışkan muhteviyatı iyileştirilebilir, örneğin sıvı içindeki katı partiküller önceden çökertilebilir veya pislik tutucu ve filtre kullanılabilir, 3.1.4. termodinamik koşullar iyileştirilebilir, özellikle sıcaklığın azaltılması, korozyonun şiddetini de azaltır. 49
3.1.5. başta katodik koruma olmak üzere diğer erozyon faktörlerinin ortadan kaldırılması sağlanabilir. 3.1.6. imalatta etkin kalite kontrolü, montajda etkin denetim ve personel eğitimi ile kontrol dışı ekstra korozif etkenlerin oluşması engellenebilir. 50
3.1.7. koruyucu-önleyici bakım prosedürü içerisine korozyon analizi, ölçüm ve bakım prosedürü eklenmelidir. 51
3.1.8. ölçüm korozyon, özellikle erozyon sonucu malzemede oluşan kayıplar işletme şartları bakımından oldukça önemli olabilmekte ancak gözle veya standart ölçü aletleri ile ölçülmesi çoğunlukla mümkün olmamaktadır buna karşın birçok sistemde korozyon ölçümü yapılması elzem olmaktadır bu amaçla ultrasonik kalınlık ölçüm cihazları kullanılır 52
ultrasonik ölçüm cihazlarının esasları Ultrasonik kalınlık ölçüm cihazları, sonarın çalışma prensibine sahiptir Bir prob ile test malzemesine doğru yüksek frekanslı ses dalgası iletilerek bu ses dalgası test malzemesinden farklı fiziksel karakterde bir ortama ulaşıncaya kadar ilerler ve sonra bu ses dalgası tekrar proba geri yansır Ses dalgasının iç yüzeye gelip proba yansıması zamanının gerçek ölçümü dijital kalınlık ölçüm cihazının fonksiyonlarından biridir 53
Diğer fonksiyon ise malzemenin ses hızı ile kalınlık arasındaki ilişkidir; hızın geçiş zamanının kalınlık olarak sayısal değere dönüştürülmesi fonksiyonudur resim.28 54
resim.29 resim.30 55
metaller için ses hız değerleri m/s Çelik ( C ) 5920 Alüminyum 6320 Kadmiyum 2780 Nikel 5630 Manganez 4660 Altın 3240 Bakır 4700 Magnezyum 5770 Platin 3960 Kalay 3320 Çinko 4170 Monel 5400 56
sonuç korozyonun ve erozyonun daha iyi kontrol edilebilmesi, zararlarının ortadan kaldırılması veya azaltılması farkındalık ve disiplin gerektirmektedir düşmanı tanımak onu yenmek için gerek şarttır ancak yeterli değildir, disiplin özellikle imalat ve montaj hatalarından kaynaklanabilecek sorunların engellenmesinde önemlidir 57
teşekkürler Hiç bilenlerle bilmeyenler bir olur mu? 58
kaynaklar Korozyon ve önlenmesi ders notu Yrd.Doç.Dr. Şengül DANIŞMAN, 2000 Corrosion Atlas MEGEP (Mesleki Eğitim ve Öğretim Sisteminin Geliştirilmesi Projesi) yayınları Çeşitli internet siteleri 59