AÇISINDAN KARŞILAŞTIRILMASI
Muhammet Ali KAFTAN
Aralık, 2006 DENİZLİ
ÇELİK YAPILARDA KOROZYON OLUŞUMU VE
KOROZYONDAN KORUNMA YÖNTEMLERİNİN MALİYET
AÇISINDAN KARŞILAŞTIRILMASI
Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Yüksek Lisans Tezi
İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı
Muhammet Ali KAFTAN
Danışman: Yard. Doç. Dr. Yavuz Selim Tama
Aralık, 2006 DENİZLİ
TEŞEKKÜR
Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren ve destek olan tez danışmanım, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Yard. Doç. Dr. Yavuz Selim TAMA’ya teşekkür eder, saygı ve şükranlarımı sunarım.
Çalışma içerisinde incelenen yapıya ait verilerin toplanmasındaki ve korozyondan korunmak için atölyede yapılan uygulamalar hakkında yardımları için; Askon A.Ş. proje bölümünden İnş. Müh. Derya DOĞAN’a ve tüm Askon A.Ş. çalışanlarına teşekkür ederim.
Tez hazırlama hususundaki tecrübelerinden yararlandığım değerli meslektaşlarım; Arş. Gör. Salih YILMAZ, İnş. Yük. Müh. Hayri Baytan ÖZMEN ve İnş. Yük. Müh. Uğur TARAKÇI’ya teşekkür ederim. Çalışma ortamında özellikle bilgi paylaşımı konusunda gösterdiğiniz cömertlik ve yardımlaşarak beraber öğrenme isteğiniz bana çok şey kattı. Çalışma ortamı dışındaki kişisel ilişkilerimizde ise samimiyetiniz, iyi niyetiniz ve içtenliğinizle keyifli sohbetlerde hep aradığım arkadaşlar oldunuz. Bu güzel arkadaşlığın devam etmesi dileğiyle...
Ve ailem, öğrencilik hayatım boyunca hep yanımdaydınız. Annem, babam, ablalarım, sizler, bu çalışma sırasında manevi desteklerinizle beni yüreklendirdiniz, başarma isteğimi artırdınız. Manevi desteğinin yanında, bazı İngilizce-Türkçe çevirilerde ve bilgisayardaki düzeltme işlerinde yardım ederek maddi olarak da destekleyen sevgili kardeşim Fatıma KAFTAN’a ve özellikle tezin son aşamasında buraya yazamayacağım kadar çok önemli yardımı ve desteğini gördüğüm sevgili biraderim Elektrik-Elektronik Müh. Ahmet KAFTAN’a en içten duygularımla teşekkür ederim, iyiki varsınız.
ÖZET
ÇELİK YAPILARDA KOROZYON OLUŞUMU VE KOROZYONDAN KORUNMA YÖNTEMLERİNİN MALİYET AÇISINDAN
KARŞILAŞTIRILMASI
Kaftan, Muhammet Ali
Yüksek Lisans Tezi, İnşaat Mühendisliği ABD Tez Yöneticisi: Yard. Doç. Yavuz Selim Tama
Aralık 2006, 90 Sayfa
Korozyon çelik konstrüksiyonlu tüm yapılarda kaçınılmazdır. Ancak etkileri ve korozyon sonucu oluşan maddi kayıplar önceden alınacak tedbirlerle en aza indirilebilir. Yatırım maliyetini artıran bu tedbirler, yapının işletme ömrünü artırarak ve bakım aralığını azaltır ve uzun vadede yapının ekonomik olmasını sağlar.
Korozyondan korunmak için korozyonu tanımak önemlidir. Etkin bir koruma sağlayarak korozyon kayıplarını mümkün olduğu kadar azaltmak için; mühendislerin korozyonu tanıması, nedenlerini incelemesi, mevcut denetim tekniklerini bilmesi gerekir.
Çalışma içersinde korozyona karşı alınabilecek önlemlerle birlikte korozyon etkisini azaltacak uygun tasarım tekniklerinden de bahsedilmiştir.
Bu tez çalışmasının amacı korozyondan korunma maliyetinin çelik taşıyıcı sistem maliyeti üzerindeki etkisinin araştırılmasıdır. Çalışmada örnek bir yapı için boya ile kaplama yöntemi uygulanmıştır. Yöntemin maliyet analizi; kaplama öncesi yüzey hazırlama ve boya ile kaplama şeklinde iki aşamada incelenmiştir. Bunun yanında sıcak daldırma galvanizleme yönteminin maliyeti de hesaplanarak boya ile kaplama yöntemine göre karşılaştırma yapılmıştır.
Çalışmanın sonucunda; imalatı yapılmış olan örnek çelik yapı için uygulanan korozyondan korunma yöntemi dikkate alınarak, korunma maliyetinin toplam çelik yapı taşıyıcı sistem maliyeti üzerindeki etkisi irdelenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Korozyon, Çelik yapı, Korunma, Önleme, Maliyet analizi. Prof. Dr. Hasan KAPLAN
Yard. Doç. Dr. Zeki AY
ABSTRACT
THE CORROSION FORMATION AND THE COST COMPARISON OF CORROSION PROTECTION METODS IN THE STEEL STRUCTURES
KAFTAN, Muhammet Ali M. Sc. Thesis in Civil Engineering Supervisor: Asst. Prof. Dr. Yavuz Selim TAMA
December 2006, 90 Pages
Corrosion is inescapable at all steel structures. However, by taking precations before it occurred, the effects of it and the economical losses because of corrosion can be reduced to minimum. The precautions that increase investment cost of structure make the service life of the structure long and decrease maintenance period of the structure and at long term, these precautions prove an economic construction for the structure.
Knowledge about corrosion is important to protect from it. To get an effective protection and decrease losses because of corrosion as much as possible, engineers must know and investigate reasons of corrosion and know current inspection methods.
In this study, precautions that should be taken against corrosion and appropriate design methods that decrease corrosion effect are described.
The purpose of this thesis study is to investigate effect of protection against corrosion on the cost of the steel structural system. In this study, paint coating method is used for corrosion protection for the investigated example building. Cost analysis of this method is investigated by two steps: surface preparations and plating. Additionally, cost of hot dip galvanizing method is calculated and it is compared with cost of paint coating.
At the end of the study, considering the corrosion protection method used for the example steel structure, construction of which is completed, effect of cost of corrosion protection on total cost of the steel structural system is investigated.
Keywords: Corrosion, Steel structure, Protection, Prevention, Cost comparison.
Prof. Dr. Hasan KAPLAN Asst. Prof. Dr. Zeki Ay
İÇİNDEKİLER
Sayfa
Yüksek Lisans Tezi Onay Formu...i
Teşekkür...ii
Bilimsel Etik Sayfası...iii
Özet ...iv
Abstract ...v
İçindekiler ...vi
Şekiller Dizini ...viii
Tablolar Dizini ...xi
Simge ve Kısaltmalar Dizini ...xii
1. GİRİŞ ...1
2. KOROZYONUN TANIMI, ÖNEMİ, OLUŞUMU VE ÇEŞİTLERİ...3
2.1 Korozyonun Tanımı ...3
2.2 Korozyonun Önemi...3
2.3 Korozyonun Oluşumu ...5
2.3.1 Atmosferik korozyonun oluşumu...6
2.3.2 Elektrolitik korozyonun oluşumu...7
2.4 Korozyon Çeşitleri ...8
2.4.1 Görünümüne göre korozyon çeşitleri...9
2.4.1.1 Çıplak gözle görülebilen korozyon çeşitleri...9
2.4.1.2 Özel araçlar ile görülebilen korozyon çeşitleri ...11
2.4.1.3 Mikroskop altında görülebilen korozyon çeşitleri ...12
2.4.2 Bulunduğu ortama göre korozyon çeşitleri ...13
2.4.2.1 Deniz suyu içindeki korozyon...13
2.4.2.2 Atmosferik korozyon ...15
2.4.2.3 Beton içindeki çeliğin korozyonu ...21
3. KOROZYONA KARŞI ALINACAK ÖNLEMLER...24
3.1 Korozyon Ortamında Alınan Önlemler...24
3.1.1 Frenleyici kullanımı ...24
3.1.2 Ortam saldırganlarının etkisi...25
3.2 Malzemede Alınan Önlemler ...26
3.2.1 Yüzey hazırlama...26
3.2.2 Yüzey temizleme yöntemleri ...27
3.2.2.1 Alevle temizleme yöntemi ...28
3.2.2.2 Mekanik yöntemle temizleme ...28
3.2.2.3 Kimyasal yüzey temizleme yöntemleri...33
3.2.3 Yüzey temizliği ve yüzey pürüzlülüğü ...36
3.2.4 Metalik kaplama yöntemleri...37
3.2.4.1 Püskürtme yöntemiyle metalik kaplama ...37
3.2.4.2 Elektrolitik kaplama (Elektrolizle kaplama) yöntemi ...37
3.2.5 İnorganik kaplamalar ...43
3.2.6 Organik kaplamalar (Boyalar)...43
3.2.6.1 Püskürtme yöntemiyle boyama ...44
3.2.6.2 Elektrostatik boyama yöntemi...46
4. UYGUN TASARIM İLE KOROZYONDAN KORUNMA ...49
4.1 Giriş...49
4.2 Metalin Gerilme Şartlarındaki Değişiminin Etkisi ...49
4.3 Korozyondan Korunmada Tasarım ...50
4.3.1 Çevre şartlarının etkisi ...51
4.3.2 Korozyonla ilgili tasarım prensipleri ...52
4.3.2.1 Şekli basitleştirme ...52
4.3.2.2 Kalıcı nemliliği önleme...54
4.3.2.3 Galvanik korozyondan korunma ...63
4.3.2.4 Birleştirme yöntemlerinin korozyon kontrolündeki önemi...65
5. MALİYET ANALİZİ ...70
5.1 Projenin Tanımı...71
5.2 Projede Kullanılan Profil Çeşitleri ...79
5.3 Projenin Toplam Maliyeti ...80
5.3.1 Atölye Maliyeti ...80
5.3.2 Şantiye Maliyeti ...80
5.3.3 Malzeme Maliyeti ...81
5.4 Boyama Maliyet Analizi ...81
5.5 Sıcak Daldırma Galvanizleme (SDG) Maliyet Analizi...82
5.6 Boyama İle SDG Maliyetlerinin Karşılaştırılması...83
6. İRDELEMELER, ÖNERİLER VE SONUÇ ...86
KAYNAKLAR ...88
ŞEKİLLER DİZİNİ
Sayfa
Şekil 2.1 Korozyon sebebiyle oluşan hasar ...4
Şekil 2.2 Atmosferik korozyon hızı - sıvı film kalınlığı ilişkisi ...6
Şekil 2.3 Basit bir pil modeli ...7
Şekil 2.4 Çıplak gözle görülebilen korozyon çeşitleri ...9
Şekil 2.5 Çukur korozyonu oluşma şekillerine örnekler...10
Şekil 2.6 Çıplak gözle görülebilen korozyon çeşitleri ...11
Şekil 2.7 Mikroskop altında görülebilen korozyon çeşitleri...13
Şekil 2.8 Çeliğin deniz suyu içindeki korozyonu ...14
Şekil 2.9 Açık denizdeki bir çelik platform yapısı ...15
Şekil 2.10 Atmosferik korozyonun oluşum döngüsü...16
Şekil 2.11 Hava kirliliği - bağıl rutubet - korozyon ilişkisi ...18
Şekil 2.12 Sıcaklık-korozyon ilişkisi ...20
Şekil 2.13 Rüzgar hızı ve yönünün etkisi ...20
Şekil 2.14 Beton içindeki çeliğinin korozyona uğraması sonucunda, beton kabukta oluşan çatlama ve kırılmaların şematik gösterimi...21
Şekil 2.15 Çelik donatıdaki korozyondan dolayı betonda oluşan çatlak ...22
Şekil 2.16 Beton kırıldığında içerdeki çelik donatının korozyona uğradığı görülmektedir ...22
Şekil 2.17 Uzun süre korozyona uğrayan malzeme ufalanacak kadar zayıflamıştır ...23
Şekil 3.1 Çevre asitlerinin çeliğin korozyon hızına etkisi ...26
Şekil 3.2 Her hangi bir kaplama yöntemi uygulanmamış ve uygunsuz koşullarda uzun süre depolanmış malzeme üzerinde oluşan pas tabakaları...29
Şekil 3.3 Kumlama makinesine malzeme girişi yapılırken ...30
Şekil 3.4 Yüzeyi temizlenerek kumlama makinesinden çıkan malzeme...30
Şekil 3.5 Kumlama makinesinde aşındırıcı olarak kullanılan bilyeler ...31
Şekil 3.6 Kumlama makinesinde aşındırıcı olarak kullanılan kırma taşlar ...31
Şekil 3.7 Kumlama işlemi kaynaklamadan sonra yapılır...32
Şekil 3.8 Kumlama makinesinden çıkan malzemenin cıvata delikleri hazır ...32
Şekil 3.9 Yağların yüzeyden temizlenmesinde kullanılan makine ...33
Şekil 3.10 Asit ile yüzey temizliği sonrasında malzemeler durulanır ...34
Şekil 3.11 Asitle yüzey temizleme işleminin aşamaları ...35
Şekil 3.12 Yüzey temizleme işleminin yapıldığı asit ve durulama banyoları ...35
Şekil 3.13 Anot olarak kullanılan çinko külçe...38
Şekil 3.14 Elektrolitik galvanizleme banyosu ...38
Şekil 3.15 Hiç kullanılmamış çinko külçe ile kullanılarak erimiş çinko külçe yan yana38 Şekil 3.16 Kaplama öncesinde malzemelerin görünüşü ...39
Şekil 3.17 Elektrolitik galvanizleme yöntemi ile yüzeyi kaplanmış malzeme ...39
Şekil 3.18 Yüzey hazırlama ve galvanizleme işleminin aşamaları...40
Şekil 3.19 Sıcak daldırma galvanizeleme (SDG) havuzuna malzemelerin (Sokak aydınlatma direkleri) daldırılması işlemi ...41
Şekil 3.20 Havuza daldırılmış malzemeler (Sokak aydınlatma direkleri) kaplanmış
olarak havuzdan çıkarılırken ...41
Şekil 3.21 Galvanizleme sonrası askıda kurumaya bırakılmış malzemeler...42
Şekil 3.22 Boyanmış çelikte korozyon oluşumu ...42
Şekil 3.23 Galvanizlenmiş çelikte korozyon oluşumu gecikir...42
Şekil 3.24 Airless boyama makinesi...44
Şekil 3.25 Airless boyama yöntemi kullanılarak boya yapılırken ...45
Şekil 3.26 Boyanan malzemeler kurumaya bırakılmış ...45
Şekil 3.27 Boyası kuruyan malzemeler istiflenmiş ...45
Şekil 3.28 Boya kalınlık ölçüm cihazı ...46
Şekil 3.29 Çelik çadır profilleri zeminden yalıtılmış askıda...47
Şekil 3.30 Elektrostatik boyama yapılırken...47
Şekil 3.31 Elektrostatik boyama sonrası malzemeler fırınlanır ...48
Şekil 3.32 Fırından alınan malzemeler soğumaya bırakılır ...48
Şekil 4.1 Statik yükleme durumlarının şematik gösterilişi ...50
Şekil 4.2 Periyodik değişen yükleme durumlarının şematik gösterilişi...50
Şekil 4.3 İmalat çeliklerinin yorulma davranışlarında çevre şartları tarafından meydana getirilen etkiler ...50
Şekil 4.4 İki parça kullanarak birleşim yapmak yerine, tek parça kullanımı...52
Şekil 4.5 Keskin köşeler ve açık yüzeyler yerine kapalı yüzeyler ve yuvarlatılmış elemanlar tercih edilmelidir ...53
Şekil 4.6 Bakım için erişilebilirlik prensibi dikkate alınmalıdır...53
Şekil 4.7 Döşeme - kiriş birleşimi ...53
Şekil 4.8 Toz birikecek bölgeler, hava dolaşımına müsait olarak tasarlanır ...54
Şekil 4.9 Kolon profili berkitme levhasında, Şekil 4.10’da anlatılan tasarım prensibinin uygulaması görülmektedir...54
Şekil 4.10 Kalıcı nemliliği önlemede tasarım prensipleri...54
Şekil 4.11 Kolon taban levhası yerleşim detayı...55
Şekil 4.12 Kolon taban levhası yükseltme uygulaması ...55
Şekil 4.13 Uygun olmayan kolon ayağı detayı ...56
Şekil 4.14 Kolon taban levhasının zeminden yeterli miktarda yükseltilmeden yerleştirilmesi sonucu cıvatalı birleşimdeki korozyon oluşumu...56
Şekil 4.15 Çelik kolon taban levhası yerleşim detayı...57
Şekil 4.16 Kolon taban levhası bağlantı detayı...57
Şekil 4.17 Kolon taban levhasındaki yanlış uygulama ...57
Şekil 4.18 Depolama tankları tamamen boşlatılabilir ve temizlenebilir olmalıdır ...58
Şekil 4.19 Birleşme bölgesinin korozyona neden olan maddeden yalıtılması...58
Şekil 4.20 Levha köşebent birleşimi...59
Şekil 4.21 Profil pozisyonları ...59
Şekil 4.22 Yanlış yerleştirilen profillerde biriken su ve kirin şematik gösterimi ...59
Şekil 4.23 Boru profil beton bağlantısı...59
Şekil 4.24 Çelik elemanın betona gömülme uygulaması...59
Şekil 4.25 Kiriş gövdesi berkitme levhasının yerleşimi ...60
Şekil 4.26 Çelik çapraz profillerinin birleşim detayı...60
Şekil 4.27 U profile berkitme levha yerleşimi ...60
Şekil 4.28 Dış cephede bindirme uygulaması...61
Şekil 4.29 Levha üzerine boru profil konulması...61
Şekil 4.30 Birleşme bölgelerindeki dar aralıklardan sakınılmalıdır ...62
Şekil 4.31 Durgun sıvı birikintilerin meydana gelmesine neden olan tasarım biçimlerinden sakınılmalıdır ...62
Şekil 4.32 Çelik yapılar tasarlanırken, bir bütünün veya parçaların bakım ve tamire
olanak sağlayan bir erişme aralığına sahip olması sağlanmalıdır ...63
Şekil 4.33 Bulonlu bağlantı yapılırken galvanik korozyon riskine karşı alınabilecek önlem...63
Şekil 4.34 Galvanik korozyonun önlenmesi için farklı metaller elektriksel yalıtkan malzemeler ile birbirinden ayrılabilirler ...64
Şekil 4.35 Farklı metallerin birleştirilmesinde değiştirilebilir ara parça kullanılabilir...64
Şekil 4.36 Bağlama (Cıvata - somun ve kaynak dolgusu gibi) elemanları, bağlanan eleman parçalarından daha soy olmalıdır...64
Şekil 4.37 Kaynak işlemi yapılırken...65
Şekil 4.38 Kaynak dikişindeki yetersiz nüfuziyet ve hatalı profil kullanmanın sonucunda gerilim yükseltici gibi davranan aralık oluşumu...66
Şekil 4.39 Kaynak bölgesinin dar tarafı korozif ortama dönük olmalıdır ...66
Şekil 4.40 Hatalı ve doğru kaynak birleşimleri ...66
Şekil 4.41 Kaynaklı birleşimlerde aralık korozyonunu önleyen çeşitli birleştirme yöntemleri ...66
Şekil 4.42 Hasarlı cıvatalar...67
Şekil 4.43 Korozyon tehlikesine karşı bulonlu bağlantıların yalıtılması...68
Şekil 4.44 Kolon - kiriş birleşim detayı...68
Şekil 4.45 Korozyona neden olan etkenlerin ortadan kaldırılması ...69
Şekil 5.1 Kırma taş elek tesisinin görünüşleri ...70
Şekil 5.2 Temel kolon aplikasyon planı (+ 0 kotu)...71
Şekil 5.3 Yapının üç boyutlu taşıyıcı sistem modeli ...72
Şekil 5.4 Montaj işlemi devam ederken...73
Şekil 5.5 1 - aksı kesiti...73
Şekil 5.6 C - aksı kesiti ...73
Şekil 5.7 Kolon berkitme levhaları 15 mm. kalınlığındaki sacdan yapılmıştır ...74
Şekil 5.8 Kolon profili-berkitme levhası birleşimi ...74
Şekil 5.9 Kolon profilinin gövde levhasına kaynaklanan berkitme levhaları akıntıyı sağlayacak şekilde köşeleri kesilerek yerleştirilmiştir ...74
Şekil 5.10 Kolon - kiriş birleşim detayı...75
Şekil 5.11 Döşeme birleşim detayı ...75
Şekil 5.12 Döşeme birleşim detayı ...76
Şekil 5.13 Deprem çaprazları birleşim detayı...76
Şekil 5.14 Ana kiriş - tali kiriş birleşimi...76
Şekil 5.15 Çatının üç boyutlu görünüşü...77
Şekil 5.16 Çatı bağlantı detayı...77
Şekil 5.17 Çatının ters açıdan görünüşü ...78
Şekil 5.18 Temel birleşim detayı ...78
Şekil 5.19 Vinç ile kolonlardan biri yerleştirilirken ...80
Şekil 5.20 Çinko kaplama (SDG) kalınlığının ortam şartlarına bağlı olarak sağladığı işletme ömrü...84
TABLOLAR DİZİNİ
Sayfa
Tablo 2.1 Çeliğin çeşitli atmosferler içinde korozyon hızı ...17
Tablo 2.2 Atmosferik kirleticiler ve tipik konsantrasyonları ...19
Tablo 3.1 Yüzey temizliği standartlarının karşılaştırılması ...36
Tablo 4.1 Çeşitli metal alaşımların, 10 yıllık deney sonunda farklı hava şartlarındaki aşınma miktarları (µm/yıl) ...52
Tablo 5.1 Profil tiplerine göre toplam maliyet ...79
Tablo 5.2 Boya maliyeti ...82
Tablo 5.3 Boyama ile SDG karşılaştırılması...83
SİMGE VE KISALTMALAR DİZİNİ Simgeler Tanım
ASTM Amerikan Test ve Malzemeler Derneği
Cl Klor
Cr Krom
Cu Bakır
GSMH Gayri safi milli hasıla
H Hidrojen
KBN Kritik bağıl nem
L Litre m Metre m3 Metre küp mg Mili gram Mg/lt Miligram/litre Mm Milimetre Na Sodyum
Nbs National (National Buruea of Standart)
Ni Nikel
O Oksijen
P Pascal
pH Asit-baz miktarı
SEGEM Sınai Eğitim ve Geliştirme Merkezi
St Steel (Çelik)
TS Türk Standartları
V Volt
Zn Çinko
1. GİRİŞ
Demir ve çeliğin büyük bir kısmı her yıl korozyon sonucu kaybedilmekte veya kullanılamaz hale gelmektedir. Korozyon sonucu kaybedilen metal, kendi maliyetinin çok üstünde ekonomik kayıplara neden olmakta, yapılan yatırımların verimini etkilemekte ve ülke ekonomisine kayıp olarak yansımaktadır. Gerekli önlemler alınmadığı için her yıl ülkemizde büyük boyutlarda korozyon kayıpları meydana gelmektedir.
Atmosfer etkisinde kalan çelik binalar, köprüler, direkler, enerji nakil hatları, çelik çatılar, baraj kapakları, cebri borular, gemiler, korkuluklar, tanklar, depolar vb., metalik yapılar beklenenden daha kısa süreler içinde korozyon nedeniyle kullanılmaz hale gelmektedir. Bu nedenlerle korozyon oluşumu kontrol altına alınmalı ve korozyon kayıpları mümkün olduğu kadar azaltılmalıdır.
Bunun başarılabilmesi için mühendislerin; korozyonu tanıması, nedenlerini incelemesi, mevcut denetim tekniklerini bilmesi, korozyonu etkileyen tasarım faktörlerini inceleyerek hangi durumda ne gibi bir tasarım yapması gerektiğinin bilincinde olması gerekmektedir.
Ülkemizde bu bilincin oluşabilmesi için; öncelikli olarak akademik altyapının oluşması, bilgi eksikliğinin giderilmesi ve daha sonra konuyla ilgili olan endüstri ve inşaat sektörlerindeki uygulamaların bu tür araştırmaların ışığında yapılması sağlanmalıdır. Bu konuda Sanayi Bakanlığı içerisinde, 1971 yılında kurulan kısa adı ‘SEGEM’ olan Sınai Eğitim ve Geliştirme Merkezi’nin çalışmaları çok etkili ve yararlı olmuştur. Başlangıçta korozyon konusuyla ilgili seminerler için konunun uzmanları ‘Birleşmiş Milletler Sınai Kalkınma Teşkilatı’ aracılığıyla dış ülkelerden getirilmiştir. Daha sonraları bu seminerler üniversitelerimizde kendi uzmanlarımız tarafından verilmeye başlanmıştır.
Bu tez çalışmasında; çelik yapıların kullanım ömrünü kısaltan, ekonomik kayıplara neden olan korozyon; oluşum şekilleri açısından incelenmiş, korozyondan korunmak
için alınması gereken önlemler anlatılmıştır. Korozyondan korunma maliyetinin çelik yapı maliyeti üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Ayrıca, çelik yapılarda uygulanan korozyona karşı korunma yöntemleri, örnek bir çelik yapı üzerinde maliyet açısından karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmada, örnek yapının, çelik karkas sisteminin, yerinde montajı dahil, maliyeti ile korozyondan korunma maliyeti karşılaştırılmıştır. Maliyet analizlerinde çelik yapının çatı, cephe kaplamaları, betonarme alt yapı sistemleri ve diğer mimari maliyetler dikkate alınmamıştır.
Çelik yapılarda korozyon oluşumu ve korozyondan korunma yöntemlerinin maliyet açısından karşılaştırılmasının yapılabilmesi için; öncelikle, korozyonun tanımı, korozyon çeşitleri, korozyona karşı alınacak önlemler incelenmiştir.
Korozyon oluşumunun önlenebilmesi için; tasarım aşamasında, ortam ve ara yüzeyde alınacak önlemler araştırılmıştır. Korozyondan korunmak için yapılan kaplama yöntemlerinin uygulanmasında izlenen yol, adım adım incelenmiş ve her aşamada yapılması gerekenler anlatılmıştır. Sonraki aşamada, incelenen örnek yapıda kullanılacak kaplama ve boya sisteminin seçimi yapılmış, daha sonra malzemelerin yüzeylerine uygulanacak kaplama ve boyaların yapılabilmesi için malzeme yüzeylerinin temizlenme yöntemlerinden bahsedilmiştir.
2. KOROZYONUN TANIMI, ÖNEMİ, OLUŞUMU VE ÇEŞİTLERİ
2.1 Korozyonun Tanımı
Genel olarak korozyon; maddelerin, özel olarak metal ve alaşımların, çevrenin çeşitli etkileriyle kimyasal ve elektro kimyasal değişme ya da fiziksel çözünme sonucu aşınmasıdır (Üneri 1998).
Yaşar'a (1995) göre korozyon; metal ile çevre ilişkilerinde karmaşık, heterojen tepkimelerle yüzeysel görünümün değişmesi (bozulması) şeklinde tarif edilmiştir. Platin, altın gibi soy metaller korozyona uğramazlar. Ancak bunların dışında kalan demir-çelik ürünleri ile diğer birçok metaller için korozyonun önemi büyüktür.
Doruk’a (1982) göre ise geleneksel anlamda korozyon; metal ve alaşımlarının çevre ile kimyasal ve elektro kimyasal reaksiyonlar sonucu bozunmalarını tanımlamak için kullanılan deyimdir.
Ancak yeni bulgular, metal olmayan malzemelerin de çevresel koşullardan benzer biçimde etkilendiklerini ortaya koymaktadır. Örneğin; metal ve alaşımlarının gerilimli korozyonla bozunmalarını tarif etmek için kullanılan yöntemler, cam, seramik malzemeler, polimerler ve bileşik yapılı malzemelere başarıyla uygulanabilmektedir. Bu nedenle korozyon deyimi, yapı malzemesi niteliği olan tüm malzemelerin çevrenin etkisiyle bozunmalarını kapsar biçimde kullanılmaktadır. Dilimize kesin yerleşmemiş olmakla beraber ‘paslanma’ deyimini demir ve demir cinsinden olan malzemelerin (çelik ve dökme demirler) korozyonu için, ‘pas’ deyimini de aynı tür malzemelerden kaynaklanan korozyon ürünü anlamında kullanabiliriz (Doruk 1982).
2.2 Korozyonun Önemi
Korozyonun doğrudan ve dolaylı olarak yol açtığı ekonomik kayıplar, korozyondan korunmak için alınması gereken tedbirlerin önemini belirleyen en önemli göstergedir. Doğrudan kayıpların en önde gelen kaynağı, korozyona karşı verilen savaşta başvurulan önlemlerdir. Korozyona dayanıklı malzemeler, yüzey kaplamaları, etkinliğini azaltmak amacıyla saldırgan ortamlara yapılan ilaveler ve görevini yapamayacak derecede
bozunmuş parçaların yenileri ile değiştirilmeleri bir anlamda korozyonun fiyatını oluşturmaktadır (Doruk 1982).
Görevini yapamayacak derecede bozulmuş bir parçanın yenisi ile değiştirilmesi, ilgili tesisin bir süre kapatılarak üretimin durdurulması anlamına gelir. Şekil 2.1’de U profillerden teşkil edilmiş çelik konstrüksiyondaki birleşim bölgesinde özellikle kırmızı çerçeve içine alınan bölgede oluşan korozyon hasarı görülmektedir. Korozyon hasarı sonucunda buradaki malzeme tamamen işlevini yitirmiştir.
Şekil 2.1 Korozyon sebebiyle oluşan hasar
Korozyon doğrudan ürün kaybına yol açabildiği gibi (delinmiş depo veya iletim hattı borularında petrol veya su kaybı) ürünü kirleterek kullanılmaz hale dönüştürebilir (korozyon ürünlerinin ana ürüne karışması). Korozyon ürünlerinin yüzeysel yığılımı ısı geçirgenlik katsayısını önemli ölçüde düşürerek (örneğin; sıcak su ve buhar hazırlama tesislerinde) verimin düşmesine yol açar. Bu türden kayıplar dolaylı kayıplar olarak tanımlanırlar (Dillon 1982).
Korozyonun önemini oluşturan bir diğer etmen emniyet faktörüdür. Örneğin, korozyonun sonucunda oluşan beklenmedik malzeme bozunmaları, yüksek basınçlı kazan ve benzeri tesislerin patlamasına ve çevreye zarar vermelerine neden olabilir. İlginç örneklerini günlük yaşamımızda gözlemleyebileceğimiz bir diğer tehlike de, gıda
maddelerinin korozyon ürünleri ile kirlenerek sağlığa zararlı hale gelmeleridir (Doruk 1982).
Korozyona ilginin bir başka kaynağı; hammadde rezervlerini koruma zorunluluğudur. Gerçekte büyük bir zorlama sonucu oksitlerinden arıtılarak kazanılan metalleri (örneğin, demir cevherlerinden ham demir elde etmek için yüksek fırında gerçekleştirilen olaylar) korozyon yolu ile tekrar oksit haline dönüştürerek kaybetmek hammadde rezervlerinin daha kısa sürede tüketilmesi anlamına gelir. Özellikle bazı metal rezervlerinin hızla azalmakta olduğu dikkate alınınca, korozyona ilginin zamanla daha da artmasını beklemek gerekecektir (Doruk 1982).
Korozyon nedeni ile ülkelerin uğradığı zararın boyutları metal kullanımının hızla arttığı ikinci dünya savaşından sonra özellikle dikkati çekmeye başlamıştır. Değişik ülkelerde yapılan korozyon kaybı tahminleri bu kaybın boyutlarının, yalnız metalik malzemeler için dahi gayri safi milli hasılanın %3,5 ile 5’i arasında değiştiğini göstermektedir. Bu alanda bilinen en kapsamlı araştırma ilk olarak ABD’de (Amerika Birleşik Devletleri) NBS’nin (National Buruea of Standart) 1978 yılında yayınladığı çalışmadır. Bu çalışmada ülke ekonomisi 130 sektöre bölünerek her sektördeki doğrudan ve dolaylı korozyon kaybı ile doğrudan ve dolaylı önlenebilir korozyon, girdi-çıktı analizi ile incelenmiş ve her sektör için endüstri katsayıları; birim dolar başına korozyon kayıpları ve önlenebilir korozyon kayıpları olarak hesaplanmıştır. Bu çalışmadaki katsayıların uyarlanmış değerleri kullanılarak, Türk ekonomisinin 1991 yılına ait girdi-çıktı verilerinden yararlanılarak, Türkiye’nin metalik korozyon kaybı tahmini yapılmıştır. ülkemizin en önemli 15 sektörüne ait toplam önlenebilir korozyon kaybı değerleri hesaplanmıştır. Türkiye’nin toplam korozyon kaybı GSMH’sının %4,36’sı, önlenebilir korozyon kaybı da %1,63’üdür (Çakır 1994).
2.3 Korozyonun Oluşumu
Korozyon oluşumunu sağlayan reaksiyonun türüne göre atmosferik ve elektrolitik olmak üzere temelde iki tür korozyondan söz edilebilir.
Atmosferik korozyon; isimlendirmesinde öngörülen farklılığa rağmen elektrolitik korozyona benzer elektrokimyasal mekanizma ile oluşur. Atmosferik korozyonda; katot olarak oksit-çevre ara yüzeyi, anot olarak metal-oksit ara yüzeyi ve elektrolit olarak da iyonik iletkenlik sağlayan oksit tabakası iş görür.
Elektrolitik korozyonda ise; elektrokimyasal anlamda daha soy metal katot, daha aktif metal ise anot olarak iş görür. Metalin içinde bulunduğu sıvı çözeltideki iyonlar elektrolit çözeltisini oluşturur.
2.3.1 Atmosferik korozyonun oluşumu
Atmosferik korozyon metal yüzeyinde meydana gelen bir dizi fiziko-kimyasal olayın sonucu ortaya çıkar. Korozyon reaksiyonunun meydana gelmesi için, önce metal yüzeyinde yeteri kalınlıkta bir sıvı filminin bulunması gerekir. Bu film; yağışlardan veya atmosfer içinde bulunan su buharının yoğunlaşmasından meydana gelir. Demir ve çelik yüzeyinde cereyan eden anot ve katot reaksiyonları şöyledir;
Anotta demir elektron vererek yükseltgenir.
Fe = Fe+2 + 2e- (2.1)
Katot reaksiyonu, metal yüzeyinde bulunan sıvı filmi içinde çözünmüş olan oksijenin hidroksit haline indirgenmesi şeklinde olur.
½ O2 + H2O + 2e- = 2OH (2.2)
Bu iki reaksiyonun aynı anda yürümesi gerekir. Katot reaksiyonu için mutlaka oksijene ihtiyaç vardır. Sıvı filmi içinden oksijenin difüzyon hızı çok küçüktür. Bu nedenle korozyon olayı kısa bir süre sonra katot reaksiyonunun kontrolü altına girer.
Korozyon H
ız
ı
Sıvı Film Kalınlığı (µm)
I II III IV
0,1 1 10
3Şekil 2.2 Atmosferik korozyon hızı - sıvı film kalınlığı ilişkisi (Yalçın ve Koç 1991)
Başlangıçta sıvı filmi kalınlığı çok az iken oksijen difüzyonu kolay olmakla beraber sıvı henüz yeterli değildir. Sıvı filmi kalınlığı 1 µm’ye erişinceye kadar korozyon
hızında artış görülür. Sıvı filmi kalınlığı daha da fazlalaşınca metal yüzeyinde oksijen difozyonu gittikçe güçleşir. Bu nedenle korozyon hızında azalma olur. Yüzeydeki sıvı filmi kalınlığına göre korozyon hızı için Şekil 2.2’de görülen dört bölge söz konusudur.
Şekil 2.2’deki I. bölgede; sıvı film kalınlığı yeterli değildir. Burada oluşan korozyon hızı ihmal edilebilir. Sıvı filmi kalınlığının 0,1-1,0 µm olduğu II. bölgede korozyon hızı en fazladır. III. bölgeye geçildiğinde ise oksijen difüzyonundaki güçlük nedeniyle bu kısımda korozyon hızı azalmaktadır. Sıvı filmi kalınlığının 1 mm’den daha büyük olması halinde korozyon hızı yaklaşık olarak sabit kalmaktadır (Yalçın ve Koç 1991).
2.3.2 Elektrolitik korozyonun oluşumu
Korozyon olayının yürüyebilmesi için; anot ve katot, elektriksel iletken olan, yani iyonlarına ayrışmış bulunan bir elektrolit içine daldırmış olmalıdır. Suyun OH- ve H+ iyonlarına ayrışması bile bir elektrolit oluşumu için yeterlidir. Böylece atmosfere açık bir metal yüzeyinde havadan yoğunlaşan nem bile elektrolit görevini görür (Üneri 1998).
Korozyon olayını, elektrik enerjisi üretiminde kullanılan pil modeli ile tanımlamak konuya açıklık sağlar (Şekil 2.3). Kuru pil elektrik yüklü parçacıkların, yani iyonların hareketine izin veren elektrolitle, elektrik akımını iletebilen iki elektrottan oluşur. Elektrotların her ikisi de elektrolitle temas halindedir. Pilin elektrik enerjisi üretebilmesi için elektrotların iletken bir telle birleştirilmesi yeterlidir. Bu olay kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüşmesidir. Bu dönüşüm, elektrotla elektrolit ara yüzeyinde oluşur (Doruk 1982). Anot Katot Elektrolit Elektron akışı
Şekil 2.3 Basit bir pil modeli (Roberge 2000)
Şekil 2.3’de verilen pil düzeneğini, korozyon hücresi olarak tarif etmek mümkündür. Korozyon hücresinde; yüzeyinde kimyasal indirgenmenin oluştuğu
elektrot katot, kimyasal oksitlenme yolu ile çözünen elektrotta anot adını alır. Korozyon hücresinin etkinliğini gözden geçirecek olursak, tüm hücre içinde şu üç olayı izlemek mümkündür;
Anodik olay; Metal atomlarının negatif yük kaybederek pozitif yüklü metal iyonlarına dönüşmeleridir. Başlangıçta yüksek enerjiye sahip metal iyonları belirli sayıda su molekülü ile bağ kurarak alçak enerji durumuna geçerler ve kararlılık kazanırlar.
Me = Me+2 + 2e- (2.3)
Anodik olay elektron üretir. Bu elektronların olay yerinden uzaklaştırılması mümkün değilse veya bu işlem yeterli hızla gerçekleşmiyorsa; anodik olayın tamamen durduğu veya hızını kaybettiği görülür.
Katodik olayda ise, anodik olay ile üretilen elektronlar harcanmaktadır. Katodik olayın oluşabilmesi için elektron yüklenebilen iyon veya moleküllere ihtiyaç vardır. Elektrolit içindeki bu tür iyon veya molekülleri ‘D’ simgesi ile göstererek katodik olayı şöyle tanımlayabiliriz;
e- + D = De- (2.4)
Elektrik akımı iletimi; Elektrolit içinde akım iletimi pozitif ve negatif yüklü tüm iyonların hareketini gerektirir. Pozitif yüklü iyonlar katoda, negatif yüklü iyonlar ise anoda yönelmiş olarak hareket ederler.
Korozyon sonucu metal üst yüzeyinde oluşarak tutunan tabaka, iyonların geçişini önemli ölçüde engelleyebilir. Bu koşullar altında iç direncin yüksek değerlere ulaşması ve hatta korozyon hızını kontrol eden ana etmen olması mümkündür (Doruk 1982).
2.4 Korozyon Çeşitleri
Korozyon olayının etkilendiği dolaylı ve dolaysız etmenlerin sayısı hayli fazladır. Bu nedenle korozyon çeşitleri farklı şekillerde sınıflandırılabilir. Bu çalışma kapsamında; korozyona uğrayan parçaların dış görünümleri ve korozyon olayının meydana geldiği ortam türleri açısından bir sınıflandırma yapılacaktır.
2.4.1 Görünümüne göre korozyon çeşitleri
Görünümüne göre korozyon çeşitleri Roberge (2000) tarafından sınıflandırıldığı gibi; çıplak gözle görülebilen, özel araçlar ile görülebilen ve mikroskop altında görülebilen şeklinde sınıflandırılacaktır.
2.4.1.1 Çıplak gözle görülebilen korozyon çeşitleri
Çıplak gözle görülebilen korozyon türleri; eşit dağılımlı korozyon, çukur korozyonu, çatlak-yarık korozyonu ve galvanik korozyon şeklinde dört farklı gruba ayrılır. Bu korozyon türlerinin şematik görünümü Şekil 2.4’de verilmiştir.
Eşit Dağılımlı Çukur Çatlak-Yarık
Galvanik
Soymetal
Aktif metal
Şekil 2.4 Çıplak gözle görülebilen korozyon çeşitleri (Roberge 2000)
Eşit dağılımlı korozyon
Karşılaşılan en yaygın korozyon türlerinden birisidir (Şekil 2.4). Uzun süreler için hesaplanan ortalama korozyon hızlarının her yerde aynı olduğu kabul edilebilir. Eşit dağılımın başlıca kaynağı anodik ve katodik çevrelerin sürekli olarak yer değiştirmeleridir. Eşit dağılımlı korozyonun yol açtığı metal kaybı diğer korozyon türlerine oranla çok yüksektir. Buna karşın en az korkulan korozyon türü olduğunu belirtmek gerekir. Çünkü korozyon hızı saptanabilir. Böylece saldırgan ortamlara terk edilen parçaların ömrüne ilişkin tutarlı tahminlere ulaşılabilir. Bu tür korozyon farklı koruma yöntemleri uygulanarak başarıyla kontrol edilebilir (Özbaş 1997).
Çukur korozyonu
Bu korozyon, genel olarak ilave oyuk ve delik oluşturarak, yüzeysel bir korozyonu taşımak suretiyle kendisini belli eder (Şekil 2.4).
Yerel korozyon hasarlarının hemen hepsinde Şekil 2.5’de görüldüğü gibi farklı şekillerde ortaya çıkan çukur korozyonu oluşturduğu şeklin biçimine göre isimler alarak sınıflandırılır.
Dar, derin
Geniş, sığ
Elipsel
Yüzey altı Alt
oyulması
Yatay oyulma
Dikey oyulma
Şekil 2.5 Çukur korozyonu oluşma şekillerine örnekler (Roberge 2000)
Çatlak-Yarık korozyonu
Havanın girmesine engel olunmasından dolayı, bir çatlak içinde, elektrolitte farklı oksijen konsantrasyonları meydana gelirse, bu durumda çatlak korozyonu meydana gelir (Şekil 2.4). İki yapı parçası arasındaki uyuşma çatlağında (uyuşum pası), cıvata deliği ile cıvata arasındaki boşlukta veya birbirinin üstünde bulunan nokta kaynağına maruz kalmış saclarda çatlak korozyonu meydana gelebilir (Çakmen 2003).
Galvanik korozyon
Farklı iki veya daha çok metalin uygun bir elektrolit varlığında görülen korozyon türüdür. Bu durumda anodik metal diğerini korozyona uğratır. Diğer bir ifadeyle birbirleriyle temas halinde olan, farklı türden metal ve alaşımlarının aynı ortama terk edilmesi halinde karşılaşılan korozyon türüdür (Şekil 2.4). Bu iki metal arasındaki potansiyel fark, korozyonun oluşumu için ilk atağı oluşturur. Korozyon hızı, malzemelerin yüzey reaksiyonu ile ilgilidir. Metaller birbiri ile temas halinde ise, potansiyel farkından dolayı elektronların birbirine doğru akışı sağlanır. Korozyona daha
az dayanıklı metalin korozyonu, temas halinde olmayan aynı malzeme ile kıyaslandığında, artar ve daha dayanıklı malzemeninki de azalır. Aktif metal anot, daha soy olan katot olur. Katot veya katodik malzeme bu gibi durumlarda ya hiç yada çok az korozyona uğrar. Elektrik akımından dolayı veya farklı iki metalin bulunuşundan dolayı, bu tür korozyon galvanik veya metal çifti korozyonu diye de adlandırılır (Özbaş 1997).
2.4.1.2 Özel araçlar ile görülebilen korozyon çeşitleri
Optik ve elektron mikroskobu gibi özel araçlar kullanılarak görülebilen korozyon türleri; erozyon korozyonu, aşınma korozyonu, kazımalı korozyon, tanelerarası korozyon şeklinde gruplandırılır. Bu korozyon türlerinin şematik görünümü Şekil 2.6’da verilmiştir.
Erozyon
Aşınma
Kazımalı
Tanelerarası
Yük
Hareket
Şekil 2.6 Çıplak gözle görülebilen korozyon çeşitleri (Roberge 2000)
Erozyon ve aşınma korozyonu
Korozyona uğrayan metal, ortamda hızla hareket ettirilirse, kimyasal etki ile mekanik etki birleşerek büyür ve bu tür korozyonla metal hızlı bir şekilde bozulur. Erozyon ve aşınma korozyonu; durağan koşullara oranla, metal kayıp hızının önemli ölçüde artmasıyla kendini gösterir. Örneğin; hızlı aşınma ile iç basıncı tutamayacak ölçüde incelen borular çatlayarak görevlerini yapamayacak duruma gelirler. Metal kaybı, metalin iyonlarına dönüşmesi veya yüzeyde oluşan oksit tabakalarının uzaklaştırılarak ortama karışmasıyla gerçekleşir. Bozunan yüzeylerin görünümü akım doğrultusuna yönelik yumuşak engebelerden oluşur (Şekil 2.6). Erozyon ve aşınma korozyonu; malzemeye korozyon dayanımını sağlayan yüzey tabakalarının uzaklaştırılması sonucu ortaya çıkar. Yüzey tabakasının bozunduğu yerlerde metal aktif duruma geçerek yüksek hızla çözünür (Yaşar 1995).
Kazımalı korozyon
Birbirine değen ve bir yük altında bulunan iki metal yüzeyi arasında titreşim ve sürtünme hareketiyle oluşan korozyona denir (Şekil 2.6). Yüksek gerilim altında birbiriyle kaynayan sivri uçlar, parçaların kaynama hareketi sırasında kazınırlar ve ara yüzeye giren havanın oksijeniyle oksitlenirler. Oluşan oksit parçalarını ara yüzeyden uzaklaştırma olanağı yoktur. Serttirler ve kazıyıcı özelliktedirler. Kazımalı korozyonun olduğu metal yüzeyinde korozyon ürünleri ile çevrilmiş oyuk ve oluklar görülür (Doruk 1982).
Taneler arası ve tane sınırları korozyonu
Mikro yapıda kristaller arası karmaşık oluşumlar, buralarda bir korozyona neden olurlar (Şekil 2.6). Tanecik sınırları arasında boydan boya uzayan şekilde olmak üzere korozyon dayanıklılığı az olan malzemelerde görülür (Yaşar 1995).
Tane sınırları korozyonu, malzemenin tane sınırları yakınında korozyon olayının yoğunlaşması sonucu ortaya çıkan bozunma türüdür. Tane sınırları korozyonunun en belirgin özelliği çok küçük ağırlık kaybına karşı, korozyon hızının tane sınırları yakınında çok yüksek değerlere ulaşabilmesidir. Taneler bütünlük ve şekillerini korurken taneler arası bağ bozulmaya uğrar. Bunun sonucu olarak metallere özgü bazı tutumlarda önemli değişiklikler beklemek gerekir. Bunlardan en önemlisi; korozyonun etken olduğu bölgelerde mekanik dayanımın sıfıra indirgenmesidir. Parçaların dış görünüm ve ölçülerinde önemli bir değişiklik görülmez. Bu koşullarda tane sınırları korozyonunun izlenmesi ve kontrol altına alınması güçleşir (Doruk 1982).
Taneler arası korozyon olayı ısıya duyarlılıkla ilgilidir. Genellikle kaynak, gerilim giderme tavı gibi ısıl işlemlerden sonra meydana gelir. İkinci bir ısıl işlemin uygulanması veya uygun alaşım elementlerinin kullanılmasıyla önlenebilir.
2.4.1.3 Mikroskop altında görülebilen korozyon çeşitleri
Mikroskop altında (Optik ve elektron mikroskopları) görülebilen korozyona örnek olarak gerilimli korozyon çatlaması ve korozyonlu yorulma verilebilir.
Gerilimli korozyon çatlaması
Saldırgan ortamlarla temas halinde olan makine parçaları ve metal yapıların çoğu, mekanik gerilimler altındadır. Gerilimli korozyon aynı zamana rastlayan korozif ve mekanik etmenlerin yol açtığı bozunma türü olarak tanımlanabilir. Bozunma, parça yüzeyinde mevcut çatlaklar veya gerilim yoğunlaşmasına olanak sağlayan diğer geometrik düzensizliklerle başlar (Şekil 2.7). Örneğin; çukurcuk korozyonunun parça yüzeyinde oluşturduğu çukurcuklar (Bkz. Şekil 2.4), mekanik gerilmelerin de etkisi altına girerek keskin uçlu çatlaklara dönüşebilirler. Çatlaklar mekanik gerilimlerin büyüklüğü ve çevresel koşulların etkenliğine bağlı olarak, belirli hızlarla malzeme içine doğru yürürler. Parça kesitinin mevcut yükleri taşıyamayacak ölçüde daralması sonucu ani kopmalar meydana gelir (Doruk 1982).
Ger ilimli kor ozyon çatlaması
Kor oz yon lu yor ulma
Şekil 2.7 Mikroskop altında görülebilen korozyon çeşitleri (Roberge 2000)
Korozyonlu yorulma; yukarıda anlatılan gerilmeli korozyonun bir çeşidini oluşturmaktadır. Ancak burada gözlenen çatlaklar; gerilmeli korozyon çatlamasındaki gibi dallanma şeklinde değil, açılı bir şekilde ilerler (Şekil 2.7).
2.4.2 Bulunduğu ortama göre korozyon çeşitleri
Bulunduğu ortama göre korozyon oluşumları; deniz suyu içindeki korozyon, atmosfere açık ortamlarda oluşan korozyon ve beton içindeki çeliğin korozyonu şeklinde üç ana başlık altında incelenecektir.
2.4.2.1 Deniz suyu içindeki korozyon
İletkenliği oldukça yüksek olan deniz suyu, temas ettiği metalik yapılar için şiddetli korozif bir ortam oluşturur. Özellikle demir ve yumuşak çelik, deniz suyu içinde süratle korozyona uğrar. Deniz suyu içinde en büyük bileşen olarak bulunan klorür iyonu ve diğer halojenler çeliğin pasifleşmesini önleyerek çukur tipi korozyon oluşmasına neden
olurlar (Bkz. Şekil 2.5). Diğer taraftan deniz suyu rezistivitesinin düşük oluşu, metal yüzeyinde oluşan korozyon hücrelerinin etkinliğini artırır (Yalçın ve Koç 1991).
Çeliğin deniz suyu içindeki korozyonu, su altı korozyonuna benzer şekilde yürür. Anodik reaksiyon sonucu metal iyonları çözeltiye geçer. Bunlar anot bölgesinde birikmeyip suda kolay çözünebilen klorür tuzları halinde uzaklaşır. Deniz suyunun pH derecesi 8 civarında olduğundan, katot reaksiyonu yalnızca oksijen redüksiyonu şeklinde yürüyebilir. Bu durum deniz içindeki korozyon olayının esas itibariyle metal yüzeylerine oksijen difüzlenmesine bağlı kalmasına neden olur (Yalçın ve Koç 1991).
Deniz suyuna maruz çelik yapıların korozyon hızı ortalama olarak 0,10-0,125 (mm/yıl) verilmekle beraber, bu değer başta metal yapının karakteristikleri olmak üzere bir çok çevresel faktöre bağlı kalır (Yalçın ve Koç 1991).
Denize çakılmış bir kazık için korozyon açısından en tehlikeli bölge yapının atmosfer ile temas ettiği ve deniz suyu ile ıslanan bölgedir. Bu bölgedeki korozyon hızının değişimi Şekil 2.8’de görülmektedir.
150 300 450 Deniz atmosferi Suyun yükselmesi Su çarpma bölgesi Suyun alçalması Durgun deniz çamur çizgisi Çelik kazık boyu
Korozyon hızı(µm/yıl) Kazık üst ucu
Kazık alt ucu
Şekil 2.8 Çeliğin deniz suyu içindeki korozyonu (Üneri 1998)
Kısmen deniz suyuna daldırılmış çeliğin muhtelif bölgelerinde meydana gelen korozyon hızları Şekil 2.8’de görülmektedir. Buna göre; en fazla korozyonun, gelgit olayının yüksek seviyelerinde meydana geldiği, buna karşın çamur seviyesi altında ise korozyon hızının çok az olduğu görülüyor. Gelgit olayının meydana geldiği bölgede
denizin çekilmesinden sonra, çelik üzerindeki ıslak bölgenin kurumasıyla klor yoğunluğu artacak ve bunun sonucunda korozyon o bölgede hızlanacaktır.
Deniz kenarındaki, deniz suyu etkisine maruz kıyı yapılarında ve açık denizlerde petrol ve doğalgaz çalışmaları için kurulan platform yapıları da benzer etkilere maruzdur (Şekil 2.9).
Şekil 2.9 Açık denizdeki bir çelik platform yapısı (WEB_1 2005) 2.4.2.2 Atmosferik korozyon
Yapının hangi alanında kullanılırsa kullanılsın, metallerin atmosferik korozyona maruz kalması kaçınılmaz bir olaydır. Atmosferik korozyon diğer tüm korozyon çeşitlerinden gerek harcanan para ve gerekse yitirilen malzeme miktarı bakımından en büyük olanıdır. Atmosferik korozyon çeşitli coğrafik bölgeler ve yerel koşullara göre değişir. Endüstri bölgelerinde korozyon hızı çöl ve kutup bölgelerine oranla 100 kat daha büyük olabilir. Deniz kenarından 24 m. uzakta bulunan çelik levhanın, 240 m. uzakta bulunan bir levhadan 12 kat daha hızlı korozyona uğradığı saptanmıştır. Çeliğin deniz kenarındaki korozyon hızı çöl bölgelerine oranla 400-500 kat daha büyüktür (Üneri 1998). Atmosferik korozyonun oluşum döngüsü Şekil 2.10’da gösterilmiştir.
Atmosferik korozyon hızı, meteorolojik koşullara ve özellikle endüstriyel kirlenme derecesine bağlıdır. Atmosferler, korozyon açısından dört ana grup altında toplanabilir.
Hafif korozif atmosfer; kuru kırsal atmosferler bu sınıfa girer. Bu sınıftaki atmosferlerin karakteristik özellikleri şöyledir; yıllık yağış 300 mm.’den az, bağıl
rutubet genellikle %50’den düşük, denizden uzaklık en az 50 km., çevrede endüstriyel kirleticiler mevcut değil.
Gaz girenler Reaksiyon ürünleri ürünler Reaksiyona girenler Reaksiyon ürünleri Reaksiyona girenler Reaksiyona girenler Reaksiyon ürünleri girenler ürünler Reaksiyona girenler Reaksiyon ürünleri Sıvı Katı Ara katman Elektrolit sıvı Toz
Şekil 2.10 Atmosferik korozyonun oluşum döngüsü (Fontana 1986)
Orta korozif atmosfer; az miktarda endüstriyel kirlenmenin mevcut olduğu şehir atmosferleri bu sınıfa girer. Bu sınıftaki atmosferlerin karakteristik özelikleri şöyledir; yıllık yağış 300-1000 mm. arasında, bağıl rutubet %50-65 arasında, denizden uzaklık en az 15 km., çevrede ağır endüstriyel kirleticiler mevcut değil.
Korozif atmosfer; endüstriyel kirlenmenin mevcut olduğu rutubetli atmosferler bu sınıfa girer. Bu sınıfın karakteristik özellikleri şöyledir; yıllık yağış 1000 mm’den fazla, bağıl rutubet %50-80 arasında, yüksek oranda kükürt dioksit konsantrasyonu mevcut.
Şiddetli korozif atmosfer; yoğun şekilde endüstriyel olarak kirlenmiş olan rutubetli atmosferler bu sınıfa girer. Bu sınıftaki atmosferlerin karakteristik özellikleri şöyledir;
deniz rüzgârlarının etkisinde kalacak şekilde denize yakındır, bağıl rutubet çok yüksektir, aşırı oranlarda endüstriyel kirlenmeler mevcuttur.
Atmosferleri, gerçekte böyle belirgin sınırlar içinde toplamak yanıltıcı olabilir. Meteorolojik olaylar çok kısa süreler içinde değişim gösterirler. Ortamı kirleten bileşenlerin miktarı ve cinsi, yüzeyde biriken tuzlar, kirlilikler ve bunların zamanla değişimi çok önemlidir. Diğer taraftan yüzeylerin ıslak kalma süresi ve sıklığı da korozyon hızını büyük ölçüde etkiler. Birçok halde, bir yapının konumundan ileri gelen mikro seviyede yerel etkiler de korozyon açısından önemli sonuçlar doğurabilir. Ancak pratikte korozyonu önleyici tedbirleri almak için belli kıstasların bulunması gerekir. Bu amaçla standartlarda çeşitli sınıflamalar yer almaktadır. Bir fikir vermek üzere, çeşitli sınıf atmosfer içinde çeliğin korozyon hızı Tablo 2.1’de verilmektedir. Tablo 2.1’deki korozyon hız değerleri 10 yıllık korozyonun yıllık ortalaması olarak verilmiştir. Başlangıç periyodundaki korozyon hızı ortalama değerden 2-3 kat fazladır (Yalçın ve Koç 1991).
Tablo 2.1 Çeliğin çeşitli atmosferler içinde korozyon hızı (Yalçın ve Koç 1991)
Atmosfer Cinsi Koroziflik Derecesi Korozyon Hızı (μm/yıl) Kuru kırsal atmosfer
Kuru endüstriyel atmosfer Hafif Korozif 1-5 Kırsal rutubetli atmosfer
Şehir atmosferi Orta Korozif 10 Endüstriyel olarak kirlen-
miş rutubetli atmosfer Korozif 20 Yoğun şekilde kirlenmiş
deniz atmosferi Şiddetli Korozif 35
Atmosferik korozyon, etkileri bakımından genelde felaket boyutunda değildir. Fakat sonuçları, bakım giderlerini artırır ve en iyi malzemenin bile ömrünü belirli oranda kısaltır. Atmosferik korozyon hızı; ürünün tasarımına, uygun malzeme seçimine, imalat yöntemi ve kalitesine bağlı olduğu gibi çevresel faktörlere de bağlıdır. Bu faktörlerin en önemlileri; hava rutubeti, havanın kirlenme derecesi, yıllık yağış, hava sıcaklığı ve rüzgar hızıdır.
a) Hava rutubetinin etkisi
Doğal halde bulunan temiz atmosfer bileşiminde su buharı dışında korozyon yapacak başka bir bileşen mevcut değildir. Havadaki su buharı doygun halden daha az olduğunda dahi korozyona neden olabilir. Bağıl rutubetin %70’den yukarı olması halinde, gece gündüz sıcaklık farkı nedeniyle metal yüzeyinde yoğunlaşma sonucu ince bir sıvı filmi oluşur. %70-80 bağıl rutubette korozyon hızında keskin bir artış olur (Şekil 2.11). Metal yüzeyinde sıvı filminin oluşmasına neden olan minimum bağıl rutubete ‘Kritik Bağıl Rutubet’ denir. Rutubetin bu değerden daha düşük olduğu zamanlarda, metal yüzeyinde sıvı tabakası görülmez. Ancak, çok ince kapiler boşluklar içinde sıvı halde su bulunabilir. Eğer, metal yüzeyinde toz ve kir gibi kapiler özelliği olan katı tanecikler mevcutsa, su buharının yoğunlaşması daha kolay olur (Yalçın ve Koç 1991).
Korozyon kaybı Hava-SO2 karışımı ve katı parçacıklar Hava-SO2 karışımı Saf hava 50 60 70 80 90 100 Bağıl rutubet (%)
Şekil 2.11 Hava kirliliği - bağıl rutubet - korozyon ilişkisi (Bayliss ve Deacon 2002)
b) Endüstriyel kirlenmenin etkisi
Atmosferik korozyon açısından en etkili faktör endüstriyel kirlenmedir. Başta yanma olayları olmak üzere, endüstriyel işlemlerden atmosfere bir çok kimyasal gaz, buhar ve katı tanecikler karışır. Şekil 2.11’de hava kirliliğinin korozyona etkisi görülmektedir. Havadaki kimyasal gazlardan en yaygın ve en etkili olanı kükürt oksitleridir. Bu oksitler havada bulunan su buharı ile birleşerek asitleri oluştururlar. Bunun dışında diğer asitler, amonyak ve klorürler de atmosfer içine karışabilir.
Özellikle denize açık atmosferlerde rüzgar ile taşınan mikroskobik tuz parçacıkları bulunur. Bunlar atmosfere açık metal yüzeylerinde çökelerek birikir. Atmosferde bulunan bazı kirletici bileşenlerin tipik konsantrasyonları Tablo 2.2’de verilmektedir (Yalçın ve Koç 1991).
Tablo 2.2 Atmosferik kirleticiler ve tipik konsantrasyonları (Yalçın ve Koç 1991)
Kirleticiler Yer Konsantrasyon (mg/m3)
Kış 350 Endüstriyel bölge Yaz 100 Kış 100 Kükürt dioksit Kırsal bölge Yaz 40 Endüstriyel bölge 4.8 Amonyak Kırsal bölge 2.1 Kış 7.9 Endüstriyel iç bölge
Yaz 5.3 Kış 57 Klorür
*Yağışta ölçülen klorür (mg/L) Kırsal deniz kıyısı
Yaz 18 Kış 250 Endüstriyel bölge Yaz 100 Kış 60 Katı tanecikler Kırsal bölge Yaz 15 c) Sıcaklığın etkisi
Atmosferik korozyon hızı, metal yüzeyinde oluşan sıvı filminin yüzeyde kalış süresine bağlı olduğundan, korozyon olayına sıcaklığın büyük etkisi vardır. Sıcaklık düşük olduğu sürece metal yüzeyinde kuruma gecikecek ve korozyon olayı devam edecektir (Şekil 2.12). Bu nedenle, atmosferik korozyon hızı, sıcaklığın düşük olduğu bölgelerde, ılıman iklimin hakim olduğu bölgelere göre daha fazladır. Bunun dışında sürekli değişen sıcaklık, metal yüzeyindeki yoğunlaşmayı kolaylaştırdığı için korozyonu artırıcı olarak rol oynamaktadır (Yalçın ve Koç 1991).
Sıcaklığın yükselmesiyle korozyonun arttığı doğru olmakla beraber, artan sıcaklığa bağlı olarak, bağıl nemlilikteki azalma ve çevrenin tamamen kuruması durumlarının bu genellemenin dışında kaldığına dikkat edilmelidir. Genelleştirmek gerekirse; 30 oC’lik bir sıcaklık değişikliğinin korozyon hızında 10 kat artış yarattığı söylenebilir (Çakır 1990).
Yüksek sıcaklık Kimya endüstrisi Sıçrama bölgesi Deniz atmosferinde Deniz suyunda Kırsal koşullarda A rt an kor ozyo n h ız ı Alçak sıcaklık
Şekil 2.12 Sıcaklık-korozyon ilişkisi (Çakır 1990)
d) Yağış ve rüzgarın etkisi
Atmosferik korozyonun yürümesi için mutlaka suya ihtiyaç vardır. Bu nedenle yıllık yağış miktarı ile korozyon hızı arasında doğrudan bir ilişki vardır. Ancak yağış miktarı kadar sıklığı ve kuruma süresi de önemlidir. Bu yüzden bölgedeki rüzgar hızı ve yönü de önemli rol oynamaktadır. Rüzgar kurumayı çabuklaştırdığı gibi yüzeyde toplanan kir ve tozların sürüklenerek uzaklaşmasına da neden olur (Şekil 2.13).
Rüzgar esiş yönü Genelde esen
rüzgar
En iyi kurulma
bölgesi
Tercih edilecek bölge
Yanlış tasarım Doğru tasarım
Fabrika alanı Rüzgar esiş
yönü
Yanlış tasarım Doğru tasarım
Yukarıda belirtilen faktörler herhangi bir bölgedeki korozyon hızı hakkında kesin bir değer vermeyi güçleştirir. Birçok halde aynı yapının çeşitli kısımlarında bile korozyon hızı büyük ölçüde değişebilir. Buna rağmen mühendislikte alınacak önlemlere yardımcı olmak amacıyla, atmosferlerin korozyon açısından sınıflandırılması yoluna gidilmektedir (Yalçın ve Koç 1991).
2.4.2.3 Beton içindeki çeliğin korozyonu
Beton en önemli inşaat malzemelerinden biridir. Dış etkilere karşı fiziksel ve kimyasal olarak oldukça dayanıklı bir malzemedir. Basınca karşı dayanımı yüksek olan betonun, çekme dayanımını artırmak amacıyla gerekli olan yerlerde çelik takviye kullanılmaktadır. Betonarme demirleri aslında yumuşak çeliktir. Bu çelik atmosfer etkisinde ve sulu çözeltiler içinde korozyona karşı dayanıksızdır. Bunlara karşı, çeliğin beton içindeki korozyon hızı çok düşüktür. Bu durum başlıca betonun yüksek alkali özelliğinden ileri gelir. Diğer taraftan beton içinde gömülü olan çelik yüzeylerine atmosferden oksijen difüzyonu da az olduğundan korozyon hızı önemli ölçüde azalır (Yalçın ve Koç 1991).
Betonarme demirlerinin korozyona uğraması yalnız çeliğin kaybedilmesi ile kalmaz. Bunun yanında, korozyon sonucu oluşan kimyasal bileşikler (pas), metale göre çok daha büyük hacim kaplaması nedeniyle beton bünyesinde içsel gerilmeler ve çatlamalara sebep olur (Şekil 2.14 ve 2.15).
Beton kabukta oluşan çatlamalar ve kırılmalar
Karbonatlaşma nedeniyle pH seviyesindeki azalma
Korozyon ürünündeki hacimsel değişim nedeniyle oluşan gerilmeler
Betonarme çeliği Korozyon ürünündeki hacimsel artış
Şekil 2.14 Beton içindeki çeliğinin korozyona uğraması sonucunda, beton kabukta
Şekil 2.15’deki çatlağın, betonunun içerisindeki çeliğin korozyona uğramasından kaynaklandığı beton kırıldıktan sonra çok net olarak görülmektedir (Şekil 2.16 ve 2.17). Bu durumdaki betonarme yapı elemanı için hayati tehlike söz konusudur. Betonarme demirlerinin korozyonu nedeniyle çatlamış olan betonun etkili bir tamir yöntemi yoktur.
Şekil 2.15 Çelik donatıdaki
korozyondan dolayı betonda oluşan çatlak (Kaplan vd 2005)
Şekil 2.16 Beton kırıldığında içerdeki çelik
donatının korozyona uğradığı görülmektedir (Kaplan vd 2005)
Şekil 2.17 Uzun süre korozyona uğrayan malzeme ufalanacak kadar zayıflamıştır
3. KOROZYONA KARŞI ALINACAK ÖNLEMLER
Korozyon; önlenmesi oldukça zor olan, doğal bir olaydır. Ancak belirli oranlarda yavaşlatılabilir. Korozyonun önlenmesi yada sınırlandırılması bilinçli bir denetimle sağlanabilir. Bilinçli denetim, malzemenin kullanım amacına bağlı olarak ilk önce tasarım aşamasında başlar. Korozyonun önlenebilmesi için; tasarım, malzeme, ortam ve ara yüzey ile ilgili değişkenlerin göz önünde bulundurulması gerekir (Erbil 1996).
Söz konusu değişkenler incelenerek korozyonu meydana getiren sebepler tespit edilip, bunları ortadan kaldırabilecek, dolayısıyla korozyonu önleyecek en ekonomik tedbir seçilmelidir.
3.1 Korozyon Ortamında Alınan Önlemler
Ortamda yapılacak değişikliklerle korozyon hızı azaltılabilir. Genelde açık ortamda, atmosferin korozif etkisini, ortam koşullarını değiştirerek azaltma imkanı yoktur. Bu durumda malzemeyi ortama daha dayanıklı yapmak veya metal - ortam ara yüzeyini değiştirmek gerekir (Çizmecioğlu 1998).
Kapalı ortamlarda alınan en yaygın tedbir ise; bağıl rutubetin azaltılmasıdır. Ayrıca, kapalı ortamda buharlaşabilen frenleyiciler de kullanılır. Korozyon ortamında alınan önlemler; frenleyici kullanımı ve ortam saldırganlarının etkisi şeklinde iki başlık altında incelenecektir.
3.1.1 Frenleyici kullanımı
Atmosferik ve sulu ortamlara katılabilen frenleyiciler, eklendikleri zaman metalin bulunduğu ortam ile tepkimesini azaltır veya önler. Sulu ortamlarda metal yüzeyine etki ederek anodik reaksiyonu zorlaştıranlara anodik frenleyici, katot reaksiyonları zorlaştıranlara da katodik frenleyiciler denir. Çift etkili frenleyiciler de vardır. Bunlar hem anodik hem de katodik reaksiyonları zorlaştırırlar.
3.1.2 Ortam saldırganlarının etkisi
Malzemenin nasıl bir ortamda bulunduğunun önemi büyüktür. Çünkü; konsantrasyon, sıcaklık, pH ve ortamdaki akışkanın hızı gibi korozif ortamın karakteristik özellikleri, korozyon oluşumunu doğrudan etkiler.
Konsantrasyonun etkisi
Oksitleyici olmayan bir ortamda, korozyon hızını düşürmenin tek yolu, asit konsantrasyonunu azaltmaktır. Oksitleyici özelliği olan nitrik, sülfürik ve fosforik asitlerinin konsantrasyonu yeterince azaltılarak metaller için zararsız hale getirilir.
b) Sıcaklığın etkisi
Sıcaklığın düşürülmesi genelde korozyon hızında önemli ölçüde düşmeye sebep olur (Bkz. Şekil 2.12). Yine de bu durum ortam şartlarına göre değişkendir. Mesela açık sistemlerde sıcaklığın yükselmesi oksijen çözünürlüğünü azaltır, dolayısıyla korozyon hızında düşüş meydana gelir.
c) Korozif ortam akışkanında hızın etkisi
Korozif sıvının hızını azaltma, erozyon korozyonunu azaltır. İstisnai bir durum olarak, paslanmaz çelik gibi pasifleşen metaller, korozyona karşı hareketli ortamlarda, durgun ortamlara göre daha dayanıklıdır.
d) Korozif ortamda pH etkisi
Bir çözeltinin asitlik derecesi hidrojen iyonu yoğunluğuna bağlıdır ve pH olarak ifade edilir.
Hidrojen iyonu yoğunluğu arttıkça asitlik yükselir ve pH düşer. Buna göre; pH = 7 ise nötr çözelti, pH > 7 ise bazik çözelti, pH < 7 ise asidik çözelti olur.
pH < 4 olduğu zaman; çelik, hidrojen çıkışıyla birlikte şiddetle korozyona uğramaktadır. Bu durumda, korozyonun devamı için oksijen difüzyonu da gerekmemektedir.
4 < pH < 10 ise; korozyon hızı pH’a bağlı olmadan sabit kalmaktadır. Bu aralıkta, çeliğin korozyon hızı, yüzeye oksijen difüzyonuna bağlıdır.
pH > 10 ise; çeliğin korozyonu büyük ölçüde azalmaktadır. Bu bölgedeki korozyon hızı pasif film tabakasının bozulmasına bağlıdır.
pH değeri aynı zamanda malzemelerin gerilim korozyonu çatlaması ve çukur korozyonuna dayancını da etkiler.
Şekil 3.1 Çevre asitlerinin çeliğin korozyon hızına etkisi 3.2 Malzemede Alınan Önlemler
Bölüm 3.1’de malzemeye uygun ortam hazırlamak, korozyon hızını azaltmak için ortam şartlarının etkisi ve değiştirilmesi üzerinde durulmuştur. Burada ise, ortam sabit olmak üzere, emniyetli ve ekonomik olması şartı ile malzemede alınacak tedbirlere yer verilecektir (Çizmecioğlu 1998).
Yüzey kaplama işlemleri malzemeyi korumada kullanılan en önemli yöntemdir. Ancak iyi temizlenmemiş bir yüzeye yapılan kaplamanın uzun ömürlü olmasından söz edilemez, bu açıdan yüzey hazırlama işlemleri, kaplamanın uzun ömürlü ve amacına uygun olarak korozyondan koruma sağlaması için dikkat edilmesi gereken ilk husustur.
3.2.1 Yüzey hazırlama
Korozyon bir yüzey olayıdır ve bu olayla mücadelede yine en önemli silahlardan birisi metal yüzeylerinin özelliklerinin değiştirilmesidir. Bununla birlikte metalin fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştirmek, metalin bulunduğu ortamı değiştirmek, ortamın pH’ını değiştirmek veya ortamın rutubetini değiştirmek de korozyonla
mücadele yöntemleri olsalar da sarf edilen paradan en büyük payı alan grup yüzey işlemleridir.
Yüzey temizliğinin amacı; metal yüzeyinde bulunan yağ, toz, kir, oksit ve pas tabakalarının tamamen uzaklaştırılmasıdır. Bir boyanın ve kaplamanın ömrü, büyük ölçüde yüzey temizliğine bağlıdır. Bu açıdan kaplamanın ya da boyanın gerçek bir koruyucu olması ve uzun süre etkisinin devam etmesi için yüzey temizliği önemlidir.
Yüzey temizliği için hangi yöntemin seçileceği uygulanacak boya cinsine bağlıdır. Mesela; inorganik çinko silikat boya uygulanacak ise, yüzeyin pürüzlü olması gerekir ve kum püskürtme yöntemi uygulanır. Eğer elektrolitik kaplama yapılacaksa kum püskürtme uygun değildir. Bunun yerine yüzey kimyasal yöntemlerle temizlenmelidir.
Halk arasında ‘kir’ olarak bilinen, kaplanacak yüzeyde bir tabaka oluşturup, yapılan kaplama ile esas malzeme arasına giren, kaplamanın kısa sürede bozulmasına ya da etkisiz olmasına neden olan yabancı maddelere ‘yüzey kirletici maddeler’ diyoruz. Atmosferde bir süre beklemiş olan metal yüzeyinde şu üç tür kirlenmeye az çok rastlanır.
Yağlar ve gresler; mineral veya hayvansal-bitkisel kökenli yağlardan oluşur. Bütün yağ ve gresler organik solventler içinde kolaylıkla çözünürler. Buna karşılık asit ve alkaliler içinde çözünmezler. Yalnız hayvansal ve bitkisel yağları alkali içinde sabunlaştırabilmek mümkündür.
Toz, toprak ve katı partiküller; metal yüzeyine çevreden bulaşan çeşitli kirlerdir.
Pas veya metal oksit filmi; metal yüzeyinde atmosferik etkilerle oluşan korozyon ürünleridir (Yalçın ve Koç 1991).
3.2.2 Yüzey temizleme yöntemleri
Metal yüzeyinde bitkisel veya madeni yağların bulunması halinde her şeyden önce bu yağın temizlenmesi gerekir. Diğer temizleme yöntemleri bu temizlikten sonra uygulanmalıdır. Yüzeydeki yağlı maddeler çeşitli solventler ile yıkanarak veya silinerek giderilebilir (Yalçın ve Koç 1991).
Kirlenmenin cinsi, derecesi, metalin kullanılma amacı ve ekonomik faktörler göz önüne alınarak yüzey temizliği için aşağıdaki yöntemlerden biri seçilir.
3.2.2.1 Alevle temizleme yöntemi
Yüksek sıcaklıktaki alev hızlı bir şekilde yüzeyde gezdirilerek, yüzeyde bulunan organik bileşikler (eski boya kalıntıları gibi) temizlenebilir. Alevle temizleme yapılırken esas malzemenin zarar görmemesi için, çok ince elemanlar alevle temizlenmemelidir. Kaynak perçin gibi düşük sıcaklıkta eriyen malzemelerin bulunduğu ek yerleri fazla ısıtılmamalıdır. Bu esaslara dikkat edilerek yapılan temizliğin hemen ardından temizlenmiş bölgeye astar tabakası uygulanmalıdır.
3.2.2.2 Mekanik yöntemle temizleme
Mekanik temizleme yöntemleri; basit el aletleri ile temizleme, elektrikli el aletleri ile temizleme ve kum püskürtme ile temizleme şeklinde üç grup altında incelenir.
Basit el aletleri ile temizleme yöntemi
Tel fırça, zımpara gibi el aletleri kullanılarak metal yüzeyinde bulunan gevşek hadde kabuğu, pas ve yabancı maddelerin temizlenmesidir. Yüzeyde kalan tozlar, temizleme işlemi tamamlandıktan sonra yüzeye basınçlı hava tutularak veya bir fırça ile süpürülerek giderilir.
b) Elektrikli el aletleri ile temizleme yöntemi
Kum püskürtme ile temizleme işleminin mümkün olmadığı hallerde bu yöntemle temizlik yapılır. Bu amaçla döner tel fırçalar, zımparalar ve aşındırıcı diskler (taşlar) kullanılır.
c) Kum püskürtme ile temizleme (Kumlama) yöntemi
Sıcak olarak şekillendirilmiş taze çelik malzeme yüzeylerinde ince bir oksit tabakası mevcuttur. Bu oksit tabakası dayanıksız olup taşıma ve depolama sırasında yer yer parçalanır. Böyle bir yüzeye boya uygulanırsa homojen bir tabaka elde edilemez. Eğer malzeme boyasız olarak uzun süre beklemiş ise yüzeydeki oksit (pas) yer yer kalın tabakalar oluşturur (Şekil 3.2).
Bu yöntemle metal yüzeyinde bulunan pas, kir, cüruf, çapak vb. yabancı maddelerin tamamı giderilerek temizlenmiş yüzeylerde boya için uygun olan 25-75 μm. arasında bir pürüzlülük meydana gelir. Uygulama sonrasında mümkün olduğu kadar kısa zaman içinde astarlama yapılması gerekir (Yalçın ve Koç 1991).
Şekil 3.2 Her hangi bir kaplama yöntemi uygulanmamış ve uygunsuz koşullarda uzun
süre depolanmış malzeme üzerinde oluşan pas tabakaları
Şekil 3.2’de görülen malzemeyi, yüzey temizleme işlemine tâbi tutmadan boyamak uygun bir yöntem değildir. Bu malzemeyi en uzun sürede etkin bir biçimde kullanmak için, boyayı uygulamadan önce yüzeydeki pasın temizlenmesi gerekir.
Kumlama işlemi çeşitli yöntemlerle yapılmaktadır. Günümüzde en çok tercih edilen yöntem; makine ile kumlama işlemidir (Şekil 3.3). Burada, Şekil 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 ve 3.6’da verilen fotoğraflar, Denizli Askon Demir Çelik San. ve Tic. A.Ş. atölyelerinde çekilmiştir.
Şekil 3.3’de görülen kapalı konveyör sistemli (tünel tipi) kumlama tezgahının giriş kısmında ray üzerine konmuş olan yüzeyi temizlenmek istenen çelik I-profil makinenin
çalıştırılmasıyla belli bir hızda (1-10 m/dakika) ilerleyerek makinenin temizleme kabini içersinden yüzeyi temizlenerek geçer (Bek 2002a).
Şekil 3.3 Kumlama makinesine malzeme girişi yapılırken
Bu projedeki çelik malzemeler kumlanırken, istenen yüzey temizliğinin elde edilebilmesi için, çok yavaş çalıştırılmıştır. Yapılan bir ölçüme göre Şekil 3.4’de görülen 7 m. uzunluğundaki kiriş 9 dakikada makineden işlenerek çıkmıştır. Bu makinede; 100-1500 mm. genişlikte tabaka sac ile 5-750 mm. yüksekliğinde çelik profilleri işlemek mümkündür.
Şekil 3.4 Yüzeyi temizlenerek kumlama makinesinden çıkan malzeme
Kumlama yapılmadan önce, çelik malzemelerdeki delikler delinmiş ve kaynaklama işlemleri yapılmış, yani boya öncesi profil üzerinde yapılacak tüm imalat işlemlerinin tamamlanmış olması gereklidir (Şekil 3.4).
