06/03/07

                       KOROZYON

Metal ve alaşımlarının çevreleri ile kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonlar sonucu bozulmasına korozyon denir. Korozyon, metalik malzemelerin içinde bulunduktarı ortamla reaksiyona girmeleri sonucu, dışardan enerji vermeye gerek olmadan, doğal olarak meydan gelen olaydır.Korozyon genel olarak istenmeyen bir durumdur.

Korozyon oluşumunu sağlayan reaksiyonun cinsine göre de kimyasal ve elektrokimyasal korozyon olarak da ayrılabilir. Elektrokimyasal korozyonda anot ve katot sistemleri vardır. Katot elektrokimyasal anlamda daha soy olan metaldir. Sistemde meydana gelen olay, elektrik akımı ile oluşan anyon ve katyonların reaksiyonudur. Reaksiyon sonucunda korozyon ürünü açığa çıkar.

Kimyasal korozyonun da elektrokimyasal mekanizma ile oluştuğu bilinmektedir. Kimyasal korozyon, metalik malzemelerin gazlarla reaksiyonu olarak tanımlanır. Korozyon ürünü olarak ortaya çıkan ve metal yüzünü örten oksit tabakası iyonik ve elektrik iletkenliğe sahip elektrolittir.

Metallerin korozyona uğrama miktarları oksijene olan ilgileriyle alakalıdır. Serbest halde kararlı olan (Titanyum vb) metallerin korozyon dayanımları daha yüksekken,oksijen ilgisi nispeten daha fazla olan (demir vb) metaller daha kolay oksitlenme eğilimindedirler. Metallerin korozyona uğramaları için ana kriter oksijen ilgileriyken bunun yanı sıra birçok yan etken de mevcuttur. Mesela Alüminyum oksijen ilgisinin iyi olmasından dolayı korozyon direnci yüksek bir malzeme halini alır. Öyle ki alüminyumun dış yüzeyi çok hızlı oksitlenir ve yüzey tamamen oksitlendikten sonra oksitlenme durur ve daha alt yüzeylerin oksitlenmesi engellenir. Yani yüzey oksitlenmeye karşı alüminyum oksitle kaplanmış olur

Sık kullanılan bazı metaller için şöyle bir genelleme yapılabilir :

■       K, Na, Ca, Mg , Al, Zn, Fe : Havada veya oksijende yanar.

■       Sn, Pb , Cu, Hg : Havada ısıtıldığında oksit haline dönüşür.

■       Ag , Au, Pt: Havadan ve oksijenden etkilenmez.

■       K, Na, Ca, Mg : Soğuk suyla tepkimeye girer.

■       Al, Zn, Fe : Isıtıldığında su buharı ile tepkimeye girer.

■       Sn, Pb, Cu, Hg, Ag , Au, Pt: Suyla ve su buharıyla tepkimeye girmez.

Aşağıda bir volta hücresi ve anot - katot reaksiyonları hatırlatma amacıyla gösterilmiştir. 

DEMİRİN KOROZYONU (PASLANMA)

Halk arasında demirin korozyonuna paslanma adı verilir. Pas; Fe(OH)₂ formüllü bir korozyon ürünüdür.Metallerin korozyonları içerisinde en önemli ve tehlikeli boyutta olanı demirin korozyonudur.

*      Anodik tepkimede çok kolaylıkla yükseltgenen metal elektron kaybederek metal iyonu oluşturur. ( burada demir örnek verilmiştir)

*      Katodik tepkimede metal yüzeyindeki oksijen gazı OH^- ye indirgenir.

*      Oksijenin indirgenmesi asidik ve bazik ortamda ikişer elektronlu iki basamakta gerçekleşir.

Asidik ortamda;

1.         basamak :   2H⁺ + 0₂ + 2e^-   ____ ►H₂0₂

2.         basamak :   H₂0₂ + 2e^-   _____ ►20H^-

Toplam reaksiyon;

0₂ + 2H⁺ + 4e^-   ---- ► 20H^-

Bazik ortamda;

1.basamak:    20H^- + 2H⁺ + 2e^- + 0₂          ►   H₂0₂ + 20H^-

2H₂0 + 2e- + 0₂    --- ► H₂0₂ + 20H^-

2.basamak:     H₂0₂ + 2e^-  -- ►20H^-

Toplam reaksiyon;

2H₂0 + 4e^- + 0₂   ___ ► 40H^-

* Demir aşındığında yarı tepkimelerde oluşan Fe⁺² ve OH" iyonları aşağıdaki daha ileri tepkimeleri başlatır.

Fe⁺² + 20H^-  ------- ► Fe(OH)₂ (k)

4Fe(OH)₂+0₂ + 2H₂0    ___ ►  4Fe(OH)₃(k)

2Fe(OH)₃ ------- ► Fe₂0₃.H₂0(k) + 2H₂0

pas

Bütün metal yapılar doğal çevrede belli derecelerde korozyona uğrar. Tunç, pirinç, paslanmaz çelik , çinko ve alüminyum koruma olmaksızın uzun süre dayanacakları umulan kullanım koşullan altında çok yavaş bir korozyona uğrarlar. Demirin ve çeliğin yapısal korozyonu, metal gerektiği ölçüde korunmazsa hızla ilerler.

PASLANMAZ ÇELİK:

Krom ilavesi demir ve demir/nikel alaşımlarının korozyona karşı dirençlerini bir hayli arttırır. Krom ve nikel içeren birçok alaşım türü vardır. Bunlardan en çok bilinenler %16-%26 krom ve %6 -%22 nikel bulunduranlardır. Bunlar gerçek paslanmaz çeliktirler.

KOROZYONUN MEKANİZMASI

Atmosferde, yeraltında, beton içinde ya da su altında metallerde korozyon; galvanik akımlarından kaynaklanır. Bu elektrik akımlarının gerçekleşebilmesi için elektrik akımının geçişine izin veren ortamda ıslak bir iletken veya elektrolit olmak zorundadır. Korozyonun görülebilmesi için elektrolitin varlığı vazgeçilmez bir koşuldur. Sulu ortam özellikle de tuzlu su mükemmel bir elektrolittir.

KOROZYONA ETKÎ EDEN FAKTÖRLER

•         Ortam etkisi

•         Sıcaklık etkisi

•         Malzeme seçimi

•         Sistem dizaynı

•         Sistemin bulunduğu ortamın oksijen konsantrasyonu

•         Zeminin elektriksel özgül direncinin etkisi

ORTAMIN ETKİSİ : Metallerin korozyona uğrama hızı büyük ölçüde bulunduğu ortamla alakalıdır. Ortamdaki nem miktarı, asittik - bazlık durumu, havanın oksijenin veya suyun ortam tarafından geçirilebilme yeteneği, kaçak akımlar ve çeşitli bakteriler korozyonu başlatıcı ve hızlandırıcı etkenlerdir.

SICAKLIĞIN ETKİSİ: Ortam sıcaklığının artması iyon hareketini arttırarak korozyon hızım arttırır. Ortam sıcaklığı -50 ile+50 ° C arasında değiştiğinde toprak 0 derecede donar ve iyon hareket hızı minimuma düşer. Sıcaklığın artmasının oksijen konsantrasyonunu düşürücü ve dolayısıyla korozyon hızım düşürücü etkisi de vardır. Ancak bu etki iyon hareketinin artmasından dolayı olan reaksiyonların yanında oldukça zayıf kalmaktadır.

MALZEME SEÇİMİNİN ETKİSİ : Korozyona sebep olan etkenlerden biri de birbiriyle potansiyel farkı bulunan metallerin bir arada kullanılmasıdır. Bu durum korozyonu başlatıcı ve hızlandırıcı bir etkendir. Mesela çok düşülen bir hata olarak çelik saçtan yapılan panoların üzerine konulan paslanmaz çelik cıvata ve contalar bulundukları bölgede galvanik korozyona sebep olmaktadır. Bu tip durumlarda ana yüzeyde cıvatalar ya da contalar plastik cıvatalar ile izole edilmelidir.

SİSTEM DİZAYNI: Korozif malzemelerin depolandığı sistemlerde korozif ortamın (su vb) birikmesini engellemeye yönelik tasarımlar uygulanmalıdır. Ayrıca arasında sıvı birikintisine sebep olabilecek çok ince aralıklardan kaçınılmalıdır.

SİSTEMİN BULUNDUĞU ORTAMIN OKSİJEN KONSANTRASYONU : Aynı tip toprak içerisinde çözünmüş hava konsantrasyonu her yerde aym olmayabilir. Farklı havalandırma koşullarındaki sistemlerde yan yana duran sistem bir bölgede anot iken hemen yanındaki bölgede katot görevi görerek elektrokimyasal korozyona sebep olabilir.

ZEMİN ELEKTRİKSEL ÖZGÜL DİRENCİNİN ETKİSİ : Düşük elektriksel özgül dirençli bölgelerde iletkenliğin yüksek olması iyonik ortamın daha aktif olmasına sebep olmaktadır. Bundan dolayı korozyon mekanizması daha hızlı gelişir.

Zemin Elektrik Özgül Direnci (r) Zemin Korozif Özelliği:

r <1.000 Çok Korozif                1.000< r <3.000 Korozif

3.000 < r <10.000 Orta Korozif           10.000< r Az Korozif

KOROZYON AKIMI

Metal herhangi bir elektrolit ortamda elektron vererek korozyona uğrar.Ortama yayılan pozitif yüklü metal iyonlan bir korozyon akımı meydana getirir.Ortama yayılan metal iyonlarının miktarını hesaplamada "FARADAY KANUNU" kullanılır.

M=A.I.t/n.F

M= serbest haldeki metal kütlesi (g) A= metalin mol ağırlığı

I = akım şiddeti                          t = zaman (s)

n = değerlik sayısı                        F= Faraday sabiti 96500 C

METALLERİN ELEKTROT POTANSİYELLERİ

Elektrot potansiyeli, bir katot gibi davranan söz konusu elektrot ile anot gibi davranan standart hidrojen elektrottan oluşan bir hücrenin potansiyeli olarak tanımlanır.Yani elektrot potansiyeli, referans elektrot içeren elektrokimyasal bir hücrenin potansiyelidir.

Nerst skalasmda E° değeri sıfırdan küçük olan metaller daha aktiftir yani iyonlaşma eğilimi daha fazladır , E° değeri sıfırdan büyük olan metaller ise daha soydur yani iyonlaşma eğilimi daha azdır.Metaller aktifleştikçe daha kolay korozyona uğrarlar.

NERST SKALASI