Ders Slaytları

KOROZYON

Korozyon nedir? Korozyon nasıl oluşur? Korozyon çeşitleri var mıdır?

Korozyona sebep olan etkenler nelerdir Korozyon nasıl önlenebilir?

Pasivasyon mekanizması nedir?

Paslanma deyimini ise demir ve demir cinsinden olan malzemelerin (çelik ve dökme demirler) korozyonu olarak kullanılıyor.

Metallerin ısı etkisi ile aşınması , zımpara ve diğer araçlarla oluşturulan aşınmalar korozyon değildir.

Korozyonun temel nedeni

metallerin arıtılmış saf formlarında kararsız olmalarından

kaynaklanmaktadır. Metaller daima doğada bulundukları şekildeki formlarına tekrar geri dönme eğilimindedirler.

 1763 yılında İngilizler bir firkateynlerinin omurgasında geminin hızını yavaşlatan midye birikmesini önlemek amacıyla bakır ile kaplamışlardı . Ancak bir müddet sonra bakırı tutturmak için kullanılan demir vidaların hızla paslanıp koptuğunu gördüler . Aynı yıl İngiltere savunma bakanlığına sunulan bir raporda demir ile bakırın bir arada kullanılmaması gerektiği bildiriliyordu . Bu iki farklı metal veya galvanik korozyonun ilk fark edildiği andı .

6 • Bir metal vakumda saklanınca sonsuza kadar bozunmadan kalabilir. Ancak

metalin yüzeyi dış ortama açılında metal bir çok açıdan kararsız hale gelir . Örneğin metal üzerinde çatlaklar oluşur ve aniden kırılır, metal periyodik gerilimler karşısında olan direncini kaybeder, yüzeyde oksitler oluşur ve bunların yüzeyden sıyrılması onunda metal yavaş yavaş yok olur. Kısaca pahalı soy metaller dışında tüm metaller dış ortamdan büyük oranda etkilenir.

 Buradan şu sonuç çıkar . Metallerin bozunması yüzeyden başlar . Dolayısıyla bu işte ,yüzey ile hava arasında oluşan elektrikli arayüzey önemli rol oynar . Dış atmosfer genellikle nem içerir . Metallerin nemli havada çok daha hızlı bozundukları veya korozyona uğradıkları da bilinen bir gerçektir. Çünkü metalle temasta olan sıvı bir elektrolit rolü oynar ve bunun sonunda da metalle sıvı arasında bir elektron aktarım reaksiyonu oluşur .

 Bir metalin korozyona uğramasından genellikle  M → Mz++ ze

 şeklinde yükseltgenmesi anlaşılır . Ancak bu tüm olayı açıklamaz . Bu korozyon olayında meydana gelen yarı reaksiyonlardan biridir .  Korozyon genel olarak bir metalin çevresi ile girdiği bir elektrokimyasal

reaksiyon sonunda bozunmasıdır .Korozyona uğrayan metal bir enerji üretecinin kısa devre yapılmış halidir 7

64

Korozyonunun etkileri

Dikkat : Korozyon refahınız için son derece zararlıdır .

Korozyon topluma çok pahalıya mal olmaktadır : 1980 yılında yapılan bir araştırmaya göre korozyon Amerikan ekonomisine yılda 700 milyon dolara mal olmaktadır . Yine yapılan daha kapsamlı bir araştırmaya göre bu rakam İngiltere için 1,3 milyar pound’dur . Bu İngiltere’nin gayrı safi milli hasılasının %3,5’na eşittir . Bu rakam biraz anormal gelebilir ancak korozyon sonunda olan tamirat, üretim aksaması ve ham madde üretimi gibi masraflar göz önüne alındığında bu miktar gayet mantıklıdır .

Korozyon doğal kaynakları yok eder : Yapılan bir araştırmaya göre İngiltere’de her 90 saniyede 1 ton demir paslanarak yok olmaktadır .

Korozyon insanın malına hatta canına mal olabilir : 1985 yılında İsviçre’de 13 yıllık bir yüzme havuzunun çelik destekli tavanı aniden çöktü. Olayda 12 kişi öldü onlarca kişi yaralandı. Bu çökmenin sebebi çelik askılarda havadaki klordan kaynaklanan stres korozyonu idi .

Korozyonun ekonomik zararlarını da aşağıdaki gibi özetlemek mümkündür : Ödenen tamirat , yapılan masraf ve satışlardaki düşme

Korozyon ürünleri yüzünden ürün kalitesinin düşmesi

Korozyon yüzünden sızdıran borular yüzünden buhar, yakıt, su ve basınçlı hava kaybı

Artan işçilik maliyeti ve yedek parça stoku bulundurma zorunluluğu

Bir başka bir deyişle kar etmek isteyen hiçbir sanayi kuruluşu korozyonu göz ardı edemez

82

Korozyon etkisi ile;

Parlak metal yüzeyleri donuklaşır. Demir üzerinde pas oluşur.

Çinko beyaz ve donuk bir tabaka ile örtülür. Bakır üzerinde yeşil bir katman oluşur. Gümüş kararır.

Platin ve altın parlak kalır.

 Bazı metaller daha fazla aktif bazıları ise az aktiftir.

Çok aktiften az aktife doğru bazı metaller şöyle sıralanır;

Magnezyum, alüminyum, çinko, demir, kurşun, kalay, bakır, gümüş, platin, altın.

 İki metal bir araya getirilince daha soy olan (az aktif

olan) metal (+)elektrot, diğeri (-)elektrot olur. (-) elektrot olan metal korozyona uğrar, diğeri ise korunur.

Bazı metaller kolay bazıları ise zor korozyona uğrarlar:

Korozyon sırasında anodik (elektron veren- yükseltgenme) reaksiyonlar ile katodik (elektron alan-indirgenen) reaksiyonları birlikte oluşur.

Metalin kendi iyonlarına yükseltgenmesi olup genel olarak aşağıdaki şekilde gösterilir:

X→ Xn+_{+ ne}-

Al→Al3+_+3e-

Metalden elektrolite negatif yükün transfer olduğu elektrot reaksiyonudur. Katodik reaksiyon daima indirgenme reaksiyonudur.

3)Elektrot Reaksiyonları;

Elektrolit ve metal ara yüzeyinde yük transferine neden olan kimyasal reaksiyondur.

Anodik Reaksiyon: Fe0→Fe+2_+2e–_{(İyonlaşma)}

Katodik reaksiyon : ½ O₂+ H₂O+ 2e – → 2(OH)- 2H+_{+ 2e →H}

2(Asitli Ortamda)

Toplam Reaksiyon: Fe0+ ½O₂+ H₂O→Fe(OH)2(Pas)

 Ortamın etkisi  Sıcaklığın etkisi  Malzeme seçiminin etkisi  Taneler arası özellik farkları  Sistem dizaynı

 Sistemin bulunduğu ortamın oksijen konsantrasyonu  Zemin elektriksel özgül direncin etkisi

65

1) Galvanik Korozyon;

Farklı malzeme kullanımından kaynaklanan korozyon, farklı potansiyelde iki metal birbiriyle temas halinde iken aralarında bir galvanik pil oluştururlar ve aktif olan metal anot, soy metal ise katot görevi görerek aktif metalde korozyona sebep olur. Örneğin, bakır ile çeliğin temas etmesi durumunda bakırdan dolayı çelik korozyonuna uğrayacaktır.

Elektrolit: Elektrik akımını ileten iyonları içeren çözelti veya rutubetli malzemelerdir.

Metal yüzeyinde bulunan bir çatlak içinde veya dar bir aralıkta oluşan korozyon çeşididir. Bu korozyonun temel nedeni, çatlak içi ile çevre elektrolit arasında oksijen konsantrasyonu veya metal iyonu konsantrasyonunun farklı oluşudur.

Metalde çatlak korozyonun oluşumu ve çatlak

3)Çukur(Oyuklanma)Korozyonu;

Metal yüzeylerinin bazı noktalarında çukur oluşturarak meydana gelen korozyondur. Anot ve katot bölgeleri birbirinden ayrıldığı için anot, yüzeyin herhangi bir noktasından açılan çukurun içindeki dar bir bölge ,katot ise çukurun çevresindeki geniş bir alandır. Korozyon sonucu çukur gittikçe büyüyerek metalin o noktadan kısa sürede delinmesine neden olur. Bu nedenle çukur korozyonu tehlikelidir.

Oyuk(çukur) korozyonu ve oluşumu

4) Taneler Arası Korozyon;

Bir metali kristal yapısında tanelerin sınır çizgisi boyunca meydana gelen korozyona denir. Tanecikler arası korozyonun en tipik örneği paslanmaz çeliklerde görülür.

Özellikle boru sistemlerinde ve limanlarda çok rastlanan bu tür korozyonda metal ile korozif ortam arasındaki bağıl hareket nedeniyle metalin aşınma hızı artar. Metal yüzeyinde delikler, oluklar ve hendekler oluşur. Ortamda katı parçacıkların varlığı korozyon hızını daha da artırır.

66

6)Homojen (Unıform) Korozyonu 7)Tabakalaşma Korozyonu 8)Seçimli Korozyonu

9)Kaplama Bozukluğu Korozyonu 10)Gerilim Korozyonu

11)Kavitasyon Korozyonu 12)Aralık Korozyonu 13)Kaçak Akım Korozyonu 14)Atmosferik Korozyonu

Kimyasal Korozyon

Elektrokimyasal Korozyon

Kuru korozyon olarak da bilinir. Metal ve alaşımlarının gaz ortamlar içindeki korozyondur. Bilinen en iyi örnek yüksek sıcaklıklarda daha etkili olan oksitlenmedir. Örnek olarak Mg un oksitlenmesi verilebilir. 2Mg + O2

2MgO kuru pil devresi

1) Kimyasal Korozyon ;

Metal ve alaşımlarının sulu ortamlar içindeki korozyondur.

Elektrokimyasal korozyonun oluşabilmesi için elektrik akımının iletilebileceği sulu bir elektrolit ortamın olması gerekir. (Elektrolit, asit, baz ve tuzların sudaki çözeltileridir.) Örneğin bir metal elektrot, kendi tuzunun sulu

çözeltisine daldırıldığında atomlarının son yörüngesindeki elektronlar serbest hale geçer.

2) Elektro Kimyasal Korozyon ;

Korozyondan Korunma Teknikleri ;

 Korozif elemanların ortamdan uzaklaştırılması,  Ortama frenleyici ilavesi,

 Anodik frenleyiciler,  Katodik frenleyiciler,  Çift etkili frenleyiciler,  Konsantrasyonun değiştirilmesi,  Sıcaklığın değiştirilmesi,

 Korozif ortamın hızının değiştirilmesi,  Uygun malzeme seçimi,

 Alaşım elementi ilavesi (Pasifleştirme – Nötralize etme)

Metal Atomu Metal İyonu (+) + Elektron ( - )

Korozyondan Korunmak İçin Yapılması Gerekenler ;

Korozyondan korunmak için yapılması gerekenler maddeler halinde:

Uygun tasarım, Uygun malzeme seçimi, Yeterli yüzey kaplaması, Katodik koruma,

Anodik koruma olarak sıralanabilir.

Bu önlemler grubundan katodik koruma dışındakiler korozyon hızını azaltan, başka bir deyimle korozyonu kısmen önleyen yöntemlerdir. Katodik koruma ise korozyonu tamamen önleyen etkili ve rakipsiz bir yöntemdir.

Pasivasyon mekanizması genel olarak metalin üzerinde bir

oksit tabakasının oluşmasına ve bu oksit tabakasının korozyon reaksiyonunu devam ettirecek olan Oksijen atomlarının ana metal ile temas etmesini önlemesi ile korozyonu durduran bir mekanizmadır.

Paslanmaz çeliklerde bu mekanizma yapıda bulunan krom

atomlarının oksijen ile reaksiyona girmesi sonucu yüzeyde bir kromoksit filmi oluşturması şeklinde görülür.

67  Katodik koruma, korunacak

metali oluşturulacak bir elektrokimyasal hücrenin katodu haline getirerek metal yüzeyindeki anodik akımların giderilmesi işlemidir. Örnek olarak nötr sulu çözeltideki demir elektrotuna bakalım: A.R: FeFe+2_{+ 2e}-

K.R: O2+ 2H2O + 4e-4OH-

Korozyon olayı bu iki

reaksiyonun bir arada yürümesi ile gerçekleşir. Elektronlar anottan katoda doğru metal üzerinden akar ve katot reaksiyonu anottan gelen bu elektronları kullanarak yürür.

 Katot reaksiyonu için gerekli elektronlar dış kaynaktan

verilecek olursa, anot

reaksiyonu ile elektron

üretilemez. Bu durumda

anottaki korozyon olayı durmuş olur.

 Metale dıştan uygulanan akım ile verilen elektronlar, metal yüzeyinde yürümekte olana anodik reaksiyonları tam olarak

durdururken, katodik

reaksiyonun hızını da arttırır.

Anot reaksiyonu artık

korunmakta olan metalin yüzeyinde değil, katodik koruma devresinde bulunan anotta yürür. Korunmakta olan metal yüzeyi artık tam olarak katot olur.

 Dıştan, bir trafo redresör aracılığı ile doğru akım uygulanır.

 (-) uç metale, (+) uç anoda bağlanır.

 Akım şiddeti korunacak metalin yüzey alanına ve metalin içinde bulunduğu ortamın koroziflik derecesine bağlıdır.

 Korunacak metal yapıya kendinden daha aktif bir metal bağlanarak galvanik hücre oluşturulur.  Katodik koruma devresinden

akım geçebilmesi için anot ve katot arasında devre direncini yenebilecek kadar bir potansiyel farkının olması gerekir.

 Galvanik anottan çekilen akım, galvanik anodun açık devre potansiyeli ile devre direncinin büyüklüğüne bağlıdır.

Bir korozyon hücresinde dört tane temel eleman vardır.

1. Anot : Anot genellikle ufak iyonlar verecek şekilde çözünür . Bu iyonlar çözeltide kalarak çözünmeyen ürünler verebilirler . Bu durumda meydana gelen çözünmeyen ürünler korozyon reaksiyonunu durdurabilir . Bu olaya PASİVASYON adı verilir. Bir metalin çözünme reaksiyonu daha önceden belirttiğimiz gibi

M→Mz+_+ze şeklinde verilir

2. Katot:Katot normal olarak korozyona uğramaz . Katotta pH’a bağlı olarak sulu çözeltilerde iki farklı reaksiyon meydana gelebilir.

a) Asidik çözeltilerde pH<7 H+_+e→H(atom) 2H→ H2(g)

b) Bazik çözeltilerde pH7

2H2O + O2+4e →4OH- 36

Otomobilleri korozyondan korumak için boyarız. Ancak birçok sebepten dolayı boya yüzeyden kazınarak ayrılabilir ve bu noktalardan paslanma (korozyon ) başlar . Paslanmanın genellikle kazınan kısmın altından çıkan metal bölgede başladığını düşünürüz . Ancak durum böyle değildir

37

3. Elektrolit : Elektrik aktarımını gerçekleştirmek için gerekli olan ortam .

4. Elektrik bağlantısı : Bir korozyon hücresinde akım akması için anot ve katot elektriksel olarak birbirine bağlanmalıdır

38

Başka bir deyişle korozyona uğrayan bölge boyanın altındaki kısımdır . Kısaca durum tahmin edilenden çok daha vahimdir . Çünkü korozyon çatlayan veya kazıntının olduğu bölge ile sınırlı kalmamakta boyanın altındaki tüm yüzeye yayılmaktadır.

Olayı şöyle gösterebiliriz .

.Havaya maruz kalan kısım boya tarafından kaplı olan kısımdan daha fazla oksijene maruz kalır ve korozyona uğrayan elektron kuyusu bölgesi olarak değil de elektronca zengin elektron kaynağı bölgesi (katot)olarak davranır.

İşte bu yüzden boyamalar veya benzer kaplamalar korozyon sorununu tam olarak çözemez. Çünkü kaçınılmaz olarak boyada yarıklar veya iğne ucu büyüklüğündeki delikler meydana gelir. Bu da yukarıda bahsedildiği gibi tüm yüzeye yayılan korozyon olayının başlamasına sebep olur . Bu tip korozyona “havalandırma farklılığından kaynaklanan korozyon” adı verilir.

39

ÖZET

Metallerin kararsız hale gelmeleri için en temel şart metalin elektronik olarak iletken bir başka faz ile temas halinde olmasıdır. Bu durumda metalin üzerinde iki tip elektron aktarımı meydana gelir. Elektron verme reaksiyonu sonunda metal çözünürken elektronlama veya elektron alma reaksiyonu ise şartlara bağlıdır . En temel reaksiyonlar asidik çözeltilerde hidrojen çıkışı nötral çözeltilerde ise oksijenin indirgenmesidir.

En basit korozyon modelinde metal tabaka tabaka çözünür. Ancak gerçekte başka faktörlerde vardır. Tek kristal yapısında bile farklı yüzeyler farklı hızlarda çözünür . Çok kristalli yapılarda ise gren sınırlarında farklı konumlarda bulunan atomlar bulunur. Bu atomlar korozyon ortama farklı tepki verebilirler. Bunun sonucunda yüzeyin farklı bölgelerinde zıt yönde iki farklı elektron veya yük aktarım reaksiyonu meydana gelir.

Bir başka olasılıkta oksit oluşumudur. Bunun için önerilen mekanizma metalin çözündükten sonra çözünmez bir bileşik ( örneğin hidroksit ) olarak çökmesidir . Bu olaya pasivasyon adı verilir.

Bunun dışında metal üzerinde adsorblanan veya biriken hidrojen atomları metal içine sızarak metal içinde olan boşluklarda birikebilirler . Bu olay sonunda metalin kırılganlığı artar . Bu olaya hidrojen kırılganlığı adı verilir.

Belgede Ortaöğretim Kimya ve Fizik Öğretmenlerinin Korozyon Hakkındaki Bilgi Düzeylerinin Araştırılması (sayfa 80-85)