KOROZYON KİMYASI VE ÖNEMİ

1. KOROZYON KİMYASI VE ÖNEMİ

2. İÇİNDEKİLER • KOROZYON NEDİR? • KOROZYONUN NASİL OLUŞUR? • KOROZYON TEORİLERİ NELERDİR? • KOROZYON ÇEŞİTLERİ NELERDİR? • KOROZYON TÜRLERİ NELERDİR? • KOROZYONDAN KORUNMA YÖNTEMLERİ NASİLDİR? • KATODİK KORUMA NEDİR? • KOROZYONU ETKİLEYEN KOŞULLAR NEDİR? • KOROZYONUN ÖNEMİ NEDİR? • BETON KOROZYONU NEDİR? • DONATI DEMİRLERİN KOROZYONU NEDİR?

3. KOROZYON NEDİR? Korozyon, metal ve alaşımların çevreleri ile kimyasalve elektrokimyasal reaksiyonları sonucu bozunmasıdır. Korozyon metalik malzemelerin içinde bulundukları ortamla reaksiyona girmeleri sonucu, dışarıdan enerji vermeye gerek olmadan, tabii olarak meydana gelen bir olaydır

4. KOROZYONUN OLUŞUMU • Korozyon,metalik malzemelerin içinde bulundukları ortamla reaksiyona girmeleri sonucu,dışarıdan enerji vermeye gerek olmadan,doğal olarak istemli bir şekilde meydana gelen bir olaydır. • Korozyon kimyasal ve elektrokimyasal olarak ikiye ayrılır.

5. 1.KİMYASAL KOROZYON • Nemli veya ıslak ortamın bulunmayacağı yüksekçe sıcaklıklarda,yani kuru ortamda hava ve diğer gaz ortamlarda olan bir korozyon türüdür. • En yaygın örneği,yüksek sıcaklıklarda demir ve çelik malzemelerinin yüzeylerinde oluşan oksit tabakalardır.

6. 2.ELEKTROKİMYASAL KOROZYON • Elektrokimyasal korozyon;anodun katodun, elektrolitin ve anotla katodu elektrik akımını iletecek şekilde bir iletkenin bulunduğu ortamda gerçekleşen korozyondur. • Elektrokimyasal korozyonda oluşan bu sisteme korozyon hücresi veya galvanik hücre adı verilir. Elektrokimyasal korozyon mekanizmasının çalışabilmesi için anot+katot+elektrolit+anotla katot arasındaki elektrik iletkeni unsurlarının bir arada bulunması gerekir.Yoksa korozyon gerçekleşmez.

7. KOROZYONUN ELEKTROKİMYASAL OLUŞUMU • Anot: Korozyona uğrayan (oksitlenen) metal • Fe  Fe+2 + 2e- • Katot: Anotta açığa çıkan elektronları harcayan reaksiyon (redüksiyon) meydana geldiği metal yüzeyi • O2 + 2H2O + 4e- 4OH- • Elektronik İletken: Anotta açığa çıkan elektronları katoda taşıyan metalik iletken. Anot ile katodun birbiri ile teması da bu iletişimi sağlar. • Elektrolit: Elektrolitik illetken, sulu çözelti. Anot ile katot arasında ionik bağ sağlayan sulu ortam.

8. Gerçekte her iki korozyon türünün de elektro kimyasal mekanizma ile oluştuğu bilinmektedir. Ancak temeldeki farksızlığa karşın kimyasal ve elektro kimyasal korozyon ayrımı yerleşmiş bulunmaktadır.

10. Teknolojik öneme sahip metallerin, birkaç istisna dışında, hemen hemen tümü tabiatta bileşik halinde bulunur. Bileşiklerden metal veya alaşımların üretimi ancak ilave sermaye - malzeme - enerji - emek ve bilgi sarfı ile mümkündür. Üretilen metal ve alaşımların ise tekrar kararlı halleri olan “bileşik” haline dönme eğilimleri yüksektir. Bunun sonucu metalik malzemeler, içinde bulundukları ortamın elamanları ile reaksiyona girerek önce iyonik hale ve oradan da ortamdaki başka elementlerle “bileşik” haline dönmeğe çalışırlar, yani kimyasal değişime uğrarlar ve bozunurlar. Sonuçta metal veya alaşımın bazı özellikleri (kimyasal - fiziksel - mekanik vb..) istenmeyen değişikliklere yani “zarara” uğrar. Korozyon hem metal ve alaşımın bozunma reaksiyonuna (yani oksitlenmesine), hem de bu reaksiyonun sebep olduğu zarara verilen addır.

11. ÖNEMLİ ÖRNEKLER Oksijenden Arınmış Asit Ortamlarda Korozyon Çinkonun hidroklorik asit içindeki tutumuna göz atalım: A.R: Zn  Zn+2 + 2e- K.R: 2H+ + 2e-  H2 (gaz) Toplam: Zn + 2H+ Zn+2 + H2 (gaz) Havalandırılmış Nötr ve Bazik Ortamlarda Korozyon Deniz suyu içerisindeki çelik bir parça verilebilecek en iyi örnektir: A.R: Fe  Fe+2 + 2e- K.R: O2 + 2H2O + 4e-  4OH- Toplam: 2Fe + 2H2O + O2 2Fe+2 + 4OH- 2Fe(OH)2 2Fe(OH)2 + H2O + 1/2 O2  2Fe(OH)3

12. Havalandırılmış Asit Ortamlarda Korozyon Bu tür ortamların özelliği hidrojen iyonu yanında oksijen moleküllerini de içermeleridir. Hidrojen iyonlarının varlığı ortamda mevcut oksijenin reaksiyonu ile indirgenmesine yol açar. O2 + 4H+ + 4e- 2H2O

13. Anodik Reaksiyon: Metal atomlarının negatif yük kaybederek pozitif yüklü metal iyonlarına dönüşmeleridir. Bu olay sonucunda elektron üretilir. • Me Me+2 + 2e- • Katodik Reaksiyon:Katodik olayın işlevi anodik reaksiyonda üretilen elektronları harcamaktır. • Me+2 + 2e- Me

14. KOROZYON TEORİLERİ 1.Okside-Redüksiyon Teorisi • Redoks diye de adlandırılan okside redüksiyon teorisi maddenin atom yapısına bağlı bir kuram üzerine kurulmuştur. • Elektriksel bakımdan nötr olan atom bazı etkiler sonucu elektron verir veya alır. • Oksidasyon yükseltgenme,redüksiyon indirgenmedir.

15. 2.Çözeltilerin Elektrolizi Teorisi: Asit,baz ve tuzların sulu çözeltileri içine daldırılan ve bir iletkenle bağlanan 2 metalden akım geçirildiğinde,çözeltiyi oluşturan madde pozitif ve negatif iyonlarına ayrılır. • Anyonlar elektron kaybederek nötr olurlar. • Kaybedilen elektronlar elektrik kaynağına dönerler. • Böylece elektrolit anodun madde kaybına karşı yenileşir ve anot korozyona uğramış olur.

16. Tipik bir kimyasal korozyon reaksiyonu, Fe+2H(+) Fe(+2)+H2(gaz) Çeliğin asitle temizlenmesinde demirin direkt olarak hidrojen iyonlarının tesirine maruz kalışını göstermektedir. • Kimyasal korozyona etki eden maddelerden en önemlisi oksijendir. • Oksijenle temas eden metalik malzemelerin yüzeyi hemen bir oksit tabakasıyla kaplanır.

17. KOROZYON ÇEŞİTLERİ • GALVANİK KOROZYON • ELEKTROLİTİK KOROZYON • GERİLME KOROZYONU • BİYOKİMYASAL KOROZYON

18. 1.GALVANİK KOROZYON • Hızlı paslanmalar,genellikle iki ayrı metalin arasındaki galvanik faaliyet sonucu ortaya çıkar. • Bu faaliyet bildiğimiz bir flaş lambasının pilin meydana gelen işlemin aynısıdır.

19. 2.ELEKTROLİTİK KOROZYON • Tesislerin yapısı sırasında insanların sebep olduğu paslanma olayıdır. • Bu olayın başlıca kaynağı elektrikli tren ve tramvayların demir yollarındaki elektrik akımıdır.

20. 3.GERİLME KOROZYONU • Maddelerin iç gerilmeleri,o maddenin imalat tekniğine, içindeki katı maddelerine,su verilmesine ve maden haline geldikten sonra muhtelif tezgahlarda bazen darbe ile dövülerek,bazen taşlanarak vb. işlemlerle iç gerilmelerinde farklılık meydana gelir. • Aynı cins metalin bir işlenmiş,diğeri işlenmemiş olarak bir yapıda kullanılırsa, bunların birbirine temas ettiği noktalar arasında en azından hava kalacaktır. • Bu halde ise iki plaka arasında iç gerilme farkına bağlı olarak bir pil oluşturur. • Bu da gerilme korozyonunu meydana getirir.

21. 4.BİYOKİMYASAL KOROZYON • Bakteri faaliyetleri sebebiyle toprağın değişikliğine sebep olan kimyasal maddelerin meydana getirdiği olaydır. • Toprak ve sudaki bu tip korozyonun ana sebebinin sülfat azaltıcı bakterilerin olduğu bilinmektedir.

22. korozyon TÜRLERİ • ÜNİFORM KOROZYON • ÇUKUR KOROZYONU • GALVANİK KOROZYON • ÇATLAK KOROZYONU • KABUK ALTI KOROZYON • SEÇİMLİ KOROZYON • TANECİKLER ARASI KOROZYON • EROZYONLU KOROZYON • AŞINMALI KOROZYON • GERİLİM KOROZYONU • YORULMALI KOROZYON • KAÇAK AKIM KOROZYONU • MİKROBİYOLOJİK KOROZYON

23. 1.ÜNİFORM KOROZYON • Metal yüzeyinin her noktasında aynı hızla yürüyen korozyon çeşididir. • Normal olarak korozyon olayının bu şekilde yürümesi beklenir. • Üniform korozyon sonucu metal kalınlığı her noktada aynı derecede incelir

24. 2.ÇUKUR KOROZYONU • Metal yüzeyinin bazı noktalarında çukur oluşturarak meydana gelen korozyon türüdür. • Bu tip korozyon olayında anot ve katot bölgeleri kesin şekilde ayrılmıştır.

25. Anot,yüzeyin herhangi bir noktasında açılan çukurun içindeki dar bir bölge,katot ise çukurun çevresindeki çok geniş bir alandır. • Korozyon sonucu çukur gittikçe büyüyerek metalin o noktadan kısa sürede delinmesine neden olur. • Bu nedenle çukur tipi korozyon çok tehlikeli bir korozyon türü olarak kabul edilir.

26. 3.GALVANİK KOROZYON • İki farklı metalin bağlantısından ileri gelen bir korozyon çeşididir. • Metallerden daha soy olanı katot,daha aktif olanı ise anot olur. • Böylece bir korozyon hücresi meydana gelir. • Bu hücrede yalnız anot olan metal korozyona uğrar.

27. 4.ÇATLAK KOROZYONU • Metal yüzeylerinde bulunan çatlak,aralık veya cep gibi çözeltinin durgun halde kaldığı bölgelere oksijen transferi güçleşir. • Bunun sonucu olarak bu bölgeler anot,çatlağın çevresindeki metal yüzeyleri katot olur. • Çatlak korozyonu yalnız metal yüzeyinde bulunan bir çatlakta değil,metal olmayan bir malzeme ile metal yüzeyi arasında da meydana gelebilir.

28. 5.KABUK ALTI KOROZYONU • Metal yüzeyinde korozyon ürünlerinin oluşturduğu veya başka bir nedenle oluşan bir kabuk(birikinti) altında meydana gelen korozyona kabuk altı korozyon denir. • Bu korozyon kabuk altının rutubetli olmasından ve yeteri kadar oksijen almamasından kaynaklanır.Çünkü kabuk altında sıvı hareketi yoktur. • Örneğin,boru yüzeylerini izole etmek amacı ile sarılan cam pamuğu yağış nedeniyle ıslanırsa,bu bölgelerde şiddetli bir kabuk altı korozyonu başlar.

29. 6.SEÇİMLİ KOROZYON • Bir alaşım içinde bulunan elementlerden birinin korozyona uğrayarak uzaklaşması sonucu oluşan korozyon olayıdır. • Bu tip korozyona en iyi örnek,pirinç alaşımı içinde bulunan çinkonun bakırdan önce korozyona uğramasıdır.

30. 7.TANECİKLER ARASI KOROZYON • Bir metalin kristal yapısında tanelerin sınır çizgisi boyunca meydana gelen korozyona taneler arası korozyondenir. • Tanecikler arası korozyonun en tipik örneği paslanmaz çeliklerde görülür.

31. 8.EROZYONLU KOROZYON • Korozif çözeltilerin metal yüzeyinden hızla akması halinde,korozyon olayı yanında erozyonda meydana gelir. • Bu durum korozyon hızının da artmasına neden olur. • Bunun nedeni,oluşan korozyon ürünlerinin akışkan tarafından sürüklenerek götürülmesidir. • Erozyonlu korozyon olayı daha çok hareketli akışkanların bulunduğu ekipmanlarda (borular, pompalar, pervaneler,karıştırıcılar vb.)söz konusu olabilir.

32. 9.AŞINMALI KOROZYON • Birbiri üzerinde kayan iki yüzeyin aşınması ile birlikte yürüyen korozyon olaylarına aşınmalı korozyon denir. • Aşınmalı korozyon daha çok metallerin yığın halinde uzun mesafelere taşınmaları sırasında ve yumuşak bağlantı yapılmış elemanlar arasında görülür. • Aşınmalı korozyonun oluşması için ortamda suyun bulunmasına gerek yoktur. Aşınmalı korozyona uğramış bir makine parçası

33. 10.GERİLİM KOROZYONU • Korozif ortamda bulunan bir metal aynı zamanda statik bir gerilme altında ise,metalin çatlayarak kırılması,korozyonun başlaması için uygun bir ortam yaratır. • Normal halde korozyon ürünleri metal yüzeyinde koruyucu bir kabuk oluşturduğu halde,gerilim altında iken kabuk oluşturamaz. • Bunun sonucu olarak korozyon hızla devam ederek metalin o bölgede çatlamasına neden olur.

34. 11.YORULMALI KOROZYON • Periyodik olarak yükleme-boşaltma şeklinde etkiyen dinamik bir stres altında bulunan bir metal zamanla yorulur. • Yorulmuş halde bulunan metal,normalden daha küçük gerilmelerin etkisi ile çatlayabilir.

35. 12.KAÇAK AKIM KOROZYONU • Doğru akım ile çalışan raylı taşıt araçları,doğru akım taşıyan yüksek voltajlı elektrik hatları ve kaynak makineleri zemin içine kaçak akım yayarlar. • Bu kaçak akımlar çevrede bulunan metalik yapılara girerek korozyona neden olurlar. • Örneğin bir yeraltı tren hattına parelel giden boru hattında kaçak akım korozyonu meydana gelebilir.

36. 13.MİKROBİYOLOJİK KOROZYON • Mikroplar,bakteriler ve mantarlar tarafından başlatılan veya hızlandırılan korozyondur. • Mikrobiyolojik korozyon,normal korozyon olaylarından farklı yapıda olmayıp,bazı mikro canlıların korozyonun reaksiyon hızını artırması şeklinde kendini gösterir. • Normal korozyon olayının mevcut olmadığı ortamlarda mikrobiyolojik korozyona nadiren rastlanır.

37. KOROZYONDAN KORUNMA YÖNTEMLERİ Korozyon bir yüzey olayıdır. Yani metal ile ortamın temas yeri olan ara yüzeyde oluşur. Metal ile ortamın temas etmediği bölgelerde meydana gelen değişiklikler korozyon olarak nitelendirilemez. • Uygun Metal Seçimi:İşin verimliliği ile ilgili olduğu için her yer altı ve sualtı yapısı için özel alaşımların kullanılması beklenemez.bu nedenle bu yolla korozyondan korunmak her zaman mümkün değildir. • Koruyucu Kaplama:Korozyondan korunmak için metalin koruyucu kaplamalar ile kaplanarak çevre ile yapı arasında az veya çok yalıtkan bir engel oluşturmak daha ekonomik bir yoldur.

38. Metalik Kaplamalar:Çinko,nikel,kalay, kadminyum, kurşun ve alüminyum kullanılır. • Organik Kaplamalar:Asfaltik boyalar,maden kömürü zifti,epoksi resin boyaları,klorlanmış sert plastik,polietilen kullanılır. • İnorganik Kaplamalar:Feldspat,kaolin,boraks, soda ve litarj karışımı kullanılır.Asit,baz gibi kimyasal maddelerin taşınmasında inorganik kaplamalar uygundur.

39. OKSİTLENMELERE KARŞI KORUMA • Alaşımlandırma,yüzey kaplamaları,düşük sıcaklıkta polimer kaplamalar,yüksek sıcaklık oksitlenmesinde metalik,metal-seramik kaplamalar kullanılabilir. • Oksitlenmeye karşı en iyi alaşımları oluşturan paslanmaz çeliklerdir. • Tamamen koruyucu olabilmeleri için oksijenle metal arasında engel olarak işlev gören,Cr2 O3 den ibaret bir tabakanın oluşmasına yetecek kadar krom ihtiva edilmelidirler.

40. KATODİK KORUMA • Metallerin bir çoğu su veya hava ile temas ettiğinde korozyona uğrar. • Bu, özellikle suyun içindeki veya toprağın altındaki metal borular için büyük bir risktir ve bu boruların yapıldığı metalin korozyona uğramaması için bir çok koruma yöntemi geliştirilmiştir. • Korozyonu önlemek için bu boruların yanına, onlarla temas edecek şekilde, daha reaktif bir metalin yerleştirildiği koruma metoduna ise katodik koruma denir.

41. Katodik korumada amaç, belirli bir ortamda metal için sabit bir potansiyel eşiğinin altında metalin elektrolit ortama göre eksi olarak kutuplaştırarak korozyondan korumaktadır.

42. KOROZYONU ETKİLEYEN KOŞULLAR • Ortamın Etkisi • Sıcaklığın Etkisi • Malzeme Türünün Etkisi • Sistemin Tasarımı • Ortadaki Oksijen Miktarı • Yer Yapısının Özdirencinin

43. Ortamın Etkisi:Ortadaki nem miktarı,asitlik-baziklik durumu,havanın oksijenin veya suyun ortam tarafından geçirebilme yeteneği,kaçak akımlar ve çeşitli bakteriler korozyonu başlatıcı ve hızlandırıcı etkenlerdir. • Sıcaklığın Etkisi:Ortam sıcaklığının artması iyon hareketini arttırarak korozyon hızını arttırır.Soğuk ortamda iyon hareket hızı en aza düşer. • Malzeme Seçiminin Etkisi:Korozyona sebep olan etkenlerden biri de birbiriyle potansiyel farkı bulunan metallerin bir arada kullanılmasıdır.Bu durum korozyonu başaltıcı ve hızlandırıcı bir etkendir.

44. Sistem Tasarımı:Korozif malzemelerin depolandığı sistemlerde korozif ortamın(su vb) birikmesini engelleye yönelik tasarımlar uygulanmalıdır.Ayrıca arasında sıvı birikintisine sebep olabilecek çok ince aralıklardan kaçınılmalıdır. • Ortamdaki Oksijen Miktarı:Aynı tip toprak içerisinde çözünmüş hava miktarı her yerde aynı olmayabilir.Farklı havalandırma koşullarındaki sistemlerde yan yana duran sistem bir bölgede anot iken hemen yanındaki bölgede katot görevi görerek elektrokimyasal korozyona sebep olabilir.

45. KOROZYONUN ÖNEMİ • Korozyon her şeyden önce insan hayatını ve sağlığını zarara sokan bir olaydır. • Uçaklarda bazı önemli parçaların korozyon nedeniyle kırılması(korozyonlu yorulma,gerilimli korozyon çatlaması gibi nedenlerle uçağın düşmesine ve can kaybına neden olabilir. • Korozyon dünyadaki sınırlı metal kaynaklarının en önemli israf nedenidir. • Her yıl üretilen metalik malzemelerin yıl sonuna yaklaşık 1/3 ü korozyon nedeni ile kullanılmaz hale gelir.

46. Korozyon nedeni ile “malzeme” kaybı yanında “sermaye-emek-enerji”de kaybolur. • Korozyon ortamı kirletir ve ayrıca kirli ortam metal korozyonunu hızlandırır. • Metalik malzemelerin tabiata geri dönen kısmı ortamı kirletir. • Korozyon olarak nitelendirilebilecek çözünmeler teknolojinin gelişimi ile daha aşağı sınırlara çekilmektedir.

47. BETON KOROZYONU • Bir elektro-kimyasal olay olan paslanma ya da korozyon,hava ve suyun betondaki çatlaklardan içeri sızarak beton içinde bulunan donatı demirlerinde gerçekleşir. • Metaller, kendi iyonlarını içeren çözelti içine daldırılarak yarım hücre oluşturur. • Metal atomları sulu ortamda elektron kaybederek, yani okside olarak iyon haline geçer ve eriğe karışır. Bu reaksiyona anot reaksiyonu denir.

48. Eriyik içine başka bir metal daldırılırsa bir tam hücre oluşur. • Anot reaksiyonunda ortaya çıkan elektronların sarf edilerek birikmesini önleyen reaksiyona da katot reaksiyonu denir. • Korozyon olayının sürekliliği için anot reaksiyonunun katot reaksiyonu ile tamamlanması gerekir. • Anot ve katot reaksiyonları birlikte bir korozyon pili oluşturur.

49. Bu korozyon pilinin sürekli çalışabilmesi, ancak anot ve katot un elektron akışını sağlayan bir iletkenle bağlanması ve elektrolitik bir ortam oluşturulması ile mümkündür. • Akım devresi OH- iyonlarının anoda iletilmesi ile kapanmaktadır. • Anot reaksiyonunda meydana gelen metal iyonu, bulunduğu sulu ortam içinde çözülür ve bir korozyon ürünü meydana getirir.

50. Böylece anot olan metalde, bir malzeme kaybı, yani bir hasar oluşur. • Katottan gelen iyonlar anottaki iyonlar ile birleşerek anot çevresinde kısmen suda çözünebilen Fe(OH)2 demir hidroksite dönüşür. • Daha sonra Fe(OH)2 çevresinde oksijen veya su varsa, kararlı ve çözünemeyen bir oksit olan Fe(OH)3 ’e ,pasa dönüşür.