Korozyon kimyasi ve önemi

KOROZYONDAN KORUNMA YÖNTEMLERİ

Yüklə 172,75 Kb.

səhifə	3/3
tarix	11.04.2018
ölçüsü	172,75 Kb.
	#37659

1 2 3

KOROZYONDAN KORUNMA YÖNTEMLERİ

Korozyon; önlenmesi oldukça zor olan metallerde görülen bir yüzey olayıdır. Diğer bir anlamda korozyon, önlenmesi oldukça zor olan doğal bir olaydır. Ancak belirli oranlarda yavaşlatılabilir. Korozyondan korunma yöntemleri aşağıda belirtilmiştir.

a) Korozyona karşı dayanıklı malzemeler kullanarak

Korozyonun önlenmesi ya da sınırlandırılması bilinçli bir denetimle sağlanabilir. Bilinçli denetim, malzemenin kullanım amacına bağlı olarak ilk önce tasarım aşamasında başlar. Genelde açık ortamda, atmosferin korozif etkisini, ortam koşullarını değiştirerek azaltma imkânı yoktur. Bu durumda malzemeyi ortama daha dayanıklı yapmak veya metal - ortam ara yüzeyini değiştirmek gerekir (Çizmecioğlu 1998).

b) Ortamın korozyona neden olan özelliklerini kısmen veya tamamen giderme

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. Korozyon ortamında alınan önlemler ortamda yapılacak değişikliklerle korozyon hızı azaltılabilir. Kapalı ortamlarda alınan en yaygın tedbir ise; bağıl rutubetin azaltılmasıdır.

c) Metal yüzeylerin kaplanması

Korozyona karşı mücadelede en etkin yöntemlerden biri de kaplama uygulamasıdır. Her hangi bir kaplama yöntemi uygulanmamış ve uygunsuz koşullarda uzun süre depolanmış malzeme üzerinde oluşan pas tabakaları, 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.

d) Sistem tasarlanırken korozyona neden olacak etkenleri azaltıcı tasarımlar yapmak

Özellikle gemi ve tersanelerde kullanılan boru ve hatların tasarım bu konuda çok önemlidir.

Kaplamalar ametal (boyalar, plastik malzemeler) olabileceği gibi metal de (galvanizleme, krom kaplama, kalaylama) olabilir. Kimi durumlarda, yüzeysel koruma sağlayan bir filme de (boya katmanı kaplamadan önce metal yüzeyi sıcak fosfatlama, alüminyum alaşımlarının katodik oksidasyonu vb.) başvurulabilir.

e) Katodik koruma sistemleriyle koruma

Bu maddeler içinde en çok tercih edilenidir.

KATODİK KORUMA SİSTEMLERİ

Katodik koruma sistemi toprağa gömülü ve sıvı içindeki metalik yapıların korozyonunu önlemek veya kontrol altına almak için kullanılan elektrokimyasal bir metottur.

Temel ilkeleri elektrokimyasal korozyon temellerine dayanmaktadır. Katodik koruma sistemi korozyonu kontrol altına almak için elektrik akımına dayanan aktif bir sistemdir. Eğer koruma elektrik akımı kesilirse, korozyon materyal/çevre kombinasyonu için normal değerlerde gelişmesine devam edecektir. Eğer besleme akımı bütün koruma için yetersizse korozyon azaltılmış değerde gelişecektir. Katodik koruma sistemi tesis edilip gerekli ayarları yapılıp ve yeterli koruma akımı sağlandıktan sonra akımlar ve potansiyeller önceki duruma göre genellikle sabit kalacak, akımlarda ve potansiyellerdeki aşırı değişimler sistem arızası olarak görülecektir.
Katodik koruma uygulanan alanlar:

Yer altı yakıt ve petrol depolama tankları ve toprak seviyesi tank tabanları
Yakıt ve petrol dağıtım sistemleri
Toprak seviyesi veya üstündeki sıvı depolama tanklarının iç kısımları
İçme suyu dağıtım sistemleri
Doğal gaz dağıtım sistemleri
Sıkıştırılmış hava dağıtım sistemleri
Yangın sistemleri
Kanalizasyon sistemleri
Deniz rıhtımlarının çelik kazıkları
İskele çelik kazıkları

Katodik korumanın esasları:

Katodik korumanın temeli korunacak metali, pilin katodu haline getirmektir. Katodik koruma dıştan akım verilerek anodun potansiyellerinin açık devre potansiyeline getirilmesi şeklinde de uygulanabilir. Bunun sonucu olarak metalin bütün yüzeyi aynı potansiyele ulaşır ve korozyon durur. Anodun açık-devre potansiyeli FA ötesinde polarize olursa korozyon için bu fazla akımın değeri yoktur. Bu durum kaplamalara zararlı olabilir. Bundan dolayı asıl uygulamada bu akım kuramsal olarak minimuma yakın tutulur. Eğer akım, komple korunma için gerekli olan seviyenin altına düşerse koruma kısmi olur, yeterli olmaz. Demir ve çelik yapıların tam olarak korunabilmesi için gerekli olan ölçüt, metalin her noktasında ölçülen potansiyel değerinin Cu / CuSO4 referans elektrotuna göre –850 mV veya daha negatif olmasıdır.

Katodik koruma, korozyona uğrayan (korozyon sisteminde anot olarak davranan) bir metalin potansiyelini değiştirerek onu katot olarak davranmaya zorlamaktadır. Çözünmeyen bir soy anot yardımıyla korunacak bir yapı, devrenin negatif kutbunu oluşturacak şekilde doğru akım devresine bağlanır. Bu tip korumaya “Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma” denir.

Katodik korumanın bir başka şekli ise korunacak metalden daha aktif bir metali anot olarak kullanarak yapay bir pil devresi oluşturup aktif metalin korozyonu ile korozyona karşı korunacak yapıya elektron transferi sağlayarak yapıyı katot haline getirerek korumaktır. Bu metoda “Galvanik Anotlu Katodik Koruma” denir.

Galvanik anotlar koruma sırasında belirli hızlarla çözünerek ağırlıklarını kaybederler.

Bunları uygun zaman aralıklarıyla yenileyerek koruma işlevine süreklilik kazandırılır. İkinci yöntemde korunan metal ve anot çiftinin akım üretir nitelikte olması gerekmez. Çünkü koruma için gerekli akım uygun bir dış kaynaktan çekilir. Yavaş çözünürlük yanında ekonomik olan malzemeler anot malzemesi olarak kullanılır.

Galvanik anotlu, katodik koruma sistemlerinde kullanılan anot malzemeleri genellikle çinko(Zn), alüminyum(Al) ve magnezyum(Mg)dur. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde Fe-Si, Pb-Sb, Ag-Ti bazlı anotlar kullanılır.

Katodik korumanın amacı, belirli bir ortamda her metal için sabit bir potansiyel eşiğin altında metali toprağa göre daha negatif olarak yükleyerek her tür korozyondan korumaktır

Şekil 2. 1: Metalin korozyonu ve katodik koruması

Sonuçta metal yapının her noktasından birim alana devamlı olarak akım gelmektedir.

Bu akım yoğunluğu, kaplamanın direncine ve o bölgedeki potansiyel farkına bağlıdır.

Dolayısıyla, koruma için seçilen ölçüt, metalin toprak / deniz ile bağının kuracağı minimum potansiyelidir. Ölçümler genellikle bakır / bakır sülfat (Cu / CuSO4) elektrotu referans alınarak yapılmaktadır.

Bu şartlar altında;

Demir için katodik koruma –850 mili Voltun altında,

Bakır için katodik koruma –250 mili Voltun altında sağlanmaktadır.

Toprak / deniz ile temas halindeki metalin her noktasında minimum potansiyele erişilmiş olması gerekir.

Katodik Korumaya Giriş

Katodik koruma alelade metali anod olarak çalıştırarak korozyona uğratmak ve buna karşılık korozyondan korunacak yapıyı veya yapıları katot olarak çalıştırmak suretiyle korozyona karşı koruyan geniş bir korozyon hücresi oluşturmaktır. Katodik koruma iki yolla gerçekleştirilir.

Galvanik Katodik Koruma

Şekil 2.2: Galvanik anodlu katodik koruma sistemi

Galvanik anot sisteminde gerekli katodik koruma akımı aktif olan bir metali korozyona uğratarak sağlanır. Galvanik anotlu (Bu anotlar kurban anot olarak da adlandırılır.) farklı metal veya alaşımlarından meydana gelen korozyon reaksiyonları vasıtasıyla kurulan korozyon hücresi potansiyelindeki farklılıklara göre çalışır. Örneğin demirin bakır / bakır sülfat referans elektrotuna göre arasındaki potansiyel farkı -0,4 ve

0,6’dır. Çinkonun bakır / bakır sülfat referans elektrotuna göre potansiyel farkı -1,1 Volttur.

Eğer bu iki metal elektriksel olarak birbirleriyle bağlanırsa demir ve çinko arasında 0,5–0,7

Volt potansiyel farkı olacak ve çinko anot olarak çalışarak korozyona uğrayacak ve aynı zamanda koruma akımı sağlayan bir akım kaynağı olacak ve demiri katot haline geçirerek demirin korozyona uğraması önlenecektir. Sistemin galvanik anotlu olarak belirlenmesinin daha uygun olduğu koşullarda anot tipinin en ekonomik ve en uzun ömürlü olanını tercih etmek gereklidir. Aşağıda anot tipleri hakkında genel bilgiler sunulmuştur.

Magnezyum Anotlar

Zemin içindeki elektrot potansiyeli yüksek olduğu için yer altı yapılarının katodik korumasında genellikle magnezyum anot kullanılır. Pratikte iki tip magnezyum anot kullanılır. Bunun biri Az–63 standardındaki magnezyum, diğeri de yüksek potansiyelli magnezyum anottur.

Grafit Anotlar

Petrol kokunun yüksek sıcaklıkta eritilerek grafit haline getirilmesi ile grafit anot yapısı elde edilir. Grafit anotlardan en fazla 2 mA/cm2 akım çekilebilir. Fakat zemin içinde

1mA/cm2 den fazla akım çekilmesi halinde anot 1–2 yıl içerisinde kullanılmaz hale gelir.

Demir Silikon Anotlar

% 14–15 oranında silisyum ve % 1–2 oranında karbon ve mangan elementlerinden oluşan bu anot tipi, yüzeyinde SiO2 den bir film tabakası ile kaplanmıştır. Bu film tabakası sayesinde pasifleşerek anot ömrü uzatılmıştır. Buna rağmen deniz suyu ve klor iyonu bulunan ortamlarda, yüzeydeki film tabakası kalkarak anodun kütle kaybının hızlanmasına neden olmaktadır.

Alüminyum Anotlar

Alüminyum anotlar genelde galvanik anot olarak kullanılmaktadırlar. Ucuz ve hafif oluşu ve korozyon ürünleri (alüminyum tuzları) içme suyunu kirletmedikleri için su tanklarının dış akım kaynaklı katodik korumasında yardımcı anot olarak kullanılmak üzere tercih edilirler.

Gümüş-Kurşun Anotlar

Kurşun değişik alaşımlar hâlinde deniz suyu içerisinde kullanılır. Kurşun anotların yüzeyleri, elektriksel iletkenliği çok yüksek olan kurşun peroksit tabakası ile kaplanmaktadır. Bu oksit tabakası anodun tahrip olmadan uzun süre yüksek performans ile çalışabilmesini sağlamaktadır. Örneğin % 1–2 oranında gümüş kurşun anotlardan 300

mA/m2 akım çekilebilmektedir. Endüstride daha çok Ag + Sb + Pb alaşımları anot olarak kullanılmaktadır. 5 cm çapında ve 30 cm boyundaki bir kurşun anottan deniz suyu içinde 5–

20 amper akım çekebilmek mümkündür.

Çinko Anotlar

Yer altı ve su altı yapılarında galvanik anot olarak saf çinko kullanılabilir. Deniz içinde kullanılan anotlar % 0,1–0,5 oranında alüminyum içerir.

Aşağıda verilen şekillerde çinko, magnezyum, alüminyum alaşımlarının hepsi demir veya çeliğe göre daha fazla negatif potansiyele sahip olduğundan anot durumuna geçerek ve demir veya çeliği katot yaparak korozyona karşı koruyacaktır.

SONUÇLAR VE ÖNLEMLERİ

Ekonomik açıdan her ülkenin çok büyük kayıplara uğramasına neden olur. Korozyon her şeyden önce insan hayatını tehlikeye sokan bir olaydır. Korozyon dünyadaki sınırlı metal kaynaklarının en önemli israf nedenidir. Her yıl üretilen metalik malzemelerin yılsonuna yaklaşık 1/3’ ü korozyon nedeniyle kullanılamamaktadır. Tabi bunun yanında ciddi bir sermaye, emek, enerji ve bilgide kaybolur.

Korozyon ortamı kirletir ve kirli ortam ise metal korozyonunu hızlandırır. Ama korozyon olarak nitelendirilebilecek çözünmeler teknolojinin gelişimi ile daha aşağı sınırlara çekilmektedir.

Peki, ne gibi önlemler alabiliriz?

Korozyon olayı endüstrinin her dalında kendini gösterir. Atmosfer şartlarına açık bulunan tanklar, depolar, direkler, korkuluklar, taşıt araçları, yeraltı boru hatları, betonarme demirleri, iskele ayakları, gemiler, fabrikalarda kimyasal madde doldurulan kaplar, borular, depolar ve birçok makine parçası korozyon olayı ile karşı karşıyadır. Bütün bu yapılar korozyon sebebiyle beklenenden daha kısa sürede işletme dışı kalmakta ve büyük ekonomik kayıplar meydana gelmektedir.

Korozyon kayıplarının maliyetinin hesabı çok zordur. Bu zorluk korozyon sebebiyle meydana gelen malzeme ve işçilik kaybı yanında, gözle görülmeyen bazı ikincil kayıpların belirlenmesinden kaynaklanır. Korozyonun doğrudan sebep olduğu malzeme ve işçilik kaybına, korozyon sebebiyle ortaya çıkan diğer kayıpların da dahil edilmesi gerekir. Korozyonun sebep olduğu dolaylı kayıpları beş maddede toplayabiliriz:

· Tesisin servis dışı kalması

Korozyon sonucu meydana gelen arızanın tamiri için geçen süre içinde tesis devre dışı kalarak üretim duracaktır. Örneğin bir doğal gaz borusunun veya ana su borusunun korozyon sebebiyle bir kaç gün devre dışı kalması ile meydana gelen kayıplar hesap edilemeyecek kadar büyüktür. Ayrıca söz konusu tesiste işletmedeki duraklamadan kaynaklanan prestij kaybı da korozyonun sebep olduğu kayıp olarak hesaba katılmalıdır.

· Ürün kaybı

Bir deponun, tankın veya boru hattının korozyon sonucu delinmesi halinde, olayın farkına varılıncaya kadar geçen süre içinde ürün kaybı söz konusu olur. Bu kayıplara korozyon kaybı olarak bakmak gerekir. Ürün kaybının yanında çevre kirlenmesi ve eğer ürün yanıcı bir madde ise yangın tehlikesi de vardır Örneğin benzin istasyonlarındaki yakıt tanklarının delinmesi sonucu yeraltına pek çok yakıt kaçağı olmaktadır.

· Ürün kirlenmesi

Çözünen korozyon ürünleri, elde edilen kimyasal madde içine karışarak kirlenmesine sebep olur. Özellikle gıda, ilaç ve sabun gibi ürünlere pas bulaşması ile kalitesi bozulur. Örneğin kurşun borular, içme suyu içine zehirli kurşun bileşiklerinin karışmasına sebep olur.

· Boya ve kaplamalar

Metalleri korozyondan korumak üzere kullanılan boyalar, kalay ve çinko ile yapılan kaplamalar da korozyon kaybı olarak kabul edilmelidir. Üretilmekte olan boyaların büyük bir kısmı korozyonu önlemek amacı ile kullanılmaktadır.

· Korozyon için alınan aşırı önlemler

Çoğu zaman korozyon hızının ne büyüklükte olacağı başlangıçta tam olarak bilinemediği için, tasarım sırasında gerektiğinden daha kalın malzemeler veya çok pahalı malzemelerin kullanılması yoluna gidilmektedir.

Korozyon kayıplarını mümkün olduğunca azaltmak amacıyla aşağıda verilen çeşitli yöntemler geliştirilmiştir.

1. Boya ve kaplamalar

Korozyonu önlemede en ucuz yöntem olan boyalar ve diğer kaplamalar pratikte çok eski zamanlardan beri kullanılmaktadır. Son yıllarda boya çeşitlerinde ve kalitesinde büyük gelişmeler olmuştur. En şiddetli korozif ortamlarda bile 15-20 yıl dayanabilen epoksi, poliüretan, kauçuk vb. polimer boyalar geliştirilmiştir.

2. Paslanmaz çelikler

Bu asrın başlarında demir içine belli oranlarda krom ve nikel katılmak suretiyle elde edilen alaşımların korozyona dayanıklı olduğu keşfedilmiştir. Başlangıçta üretilmekte olan paslanmaz çelikler demir içinde bulunan karbon yüzdesinin fazlalığı sebebiyle çeşitli sorunlar yaratmıştır. Günümüzde çelik içindeki karbon yüzdesini çok küçük değerlere düşürebilen özel yöntemler geliştirilmiş, böylece üstün özellikte paslanmaz çelik türleri üretebilmek mümkün olmuştur. Halen, başta tıbbi araçlar, gıda ve kimya endüstrisi olmak üzere su ve atmosfer etkisinde kalan bütün yapılarda korozyona tam olarak dayanıklı çok çeşitli paslanmaz çelikler kullanılmaktadır.

3. İnhibitör kullanımı

Metal cinsinin değiştirilmesinin ekonomik olmadığı hallerde, çevrenin korozif özelliğini azaltmak amacıyla inhibitör kullanılması yoluna gidilmektedir. Özellikle soğutma sularında olduğu gibi kapalı sistemlerde, inhibitör kullanımı korozyonla mücadelede en ekonomik yöntemi oluşturmaktadır.

4. Anodik koruma

Anodik koruma, pasifleşme özelliği gösteren bir metalin anodik yönde polarize edilerek pasif hale getirilmesi ilkesine dayanır. Böylece metalin söz konusu ortam içindeki korozyon hızı yaklaşık binde biri düzeyine indirilebilir.

5. Katodik koruma

Katodik korumanın ilk uygulamaları boru hatları üzerinde olmuştur. Günümüzde iskele ayakları, gemiler, su ve petrol depolama tankları, kimyasal maddeleri taşıyan kaplar, ısı değiştiriciler, betonarme demirleri vb. birçok metalik yapıkatodik olarak korunmaktadır. Özellikle yüksek basınçlı petrol ve doğal gaz boru hatlarının emniyetle işletilebilmesi ancak katodik koruma yapılarak mümkün olabilmektedir.

KAYNAKLAR

Bağ Hüseyin (2009). Kimyada Özel Konular, Pegem Akademi Yayıncılık, 1.baskı, ANKARA.

MEGEP, Kimya Teknolojisi, Korozyon Ve Katodik Koruma, ANKARA,2009.

ERDEN seyit, M.Caner DEĞERTEKİN, Korozyon ve Katodik Koruma KOCAELİ –EMO-Şubesi,2004.

ŞENDENEL, Emel, Korozyon – Katodik Koruma, Bahar Yayınları, 2004.

YALÇIN Hayri, Timur KOÇ, Korozyon ve Katodik Koruma, ANKARA,1991.

Gazi Üniversitesi, Bölüm-6,Korozyon, ANKARA.

Yıldız Teknik Üniversitesi, Prof. Dr. Ayşegül AKDOĞAN EKER, İSTANBUL-2009.

Sürat Üniversite Yayınları, Volkan ÇİÇEK, Korozyon Kimyası 1. Baskıdan çeviri.

Volkan ÇİÇEK And Bayan Al-NUMAN, CORROSION CHEMISTRY.

Halis Ölmez, Veysel T. Yılmaz, ANORGANİK KİMYA, Temel kavramlar, 5. Baskı.

Prof. Dr. Hayri YALÇIN, Prof. Dr. Timur KOÇ, Mühendisler İçin Korozyon, Genişletilmiş, 2.Baskı.

C.E. MORTIMER, Modern Üniversite Kimyası, Çağlayan Kitapevi, CİLT-1, İSTANBUL.

Prof. Dr. A. Sezai Saraç, Metal Kaplama Ve Elektrokimyasal Teknolojiler, Çağlayan Kitapevi, Beyoğlu, İSTANBUL.

ÇAKIR, A, 1984, Metallerle Korozyona Giriş, ISPARTA

TOPBAŞ, M. A, 1998, Çelik ve Isıl İşlemi El Kitabı, İSTANBUL

DORUK, M, 1982, Korozyon ve Önlenmesi O.D.T.Ü. Metalürji Mühendisliği Bölümü, TRABZON

Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Muhammet Ali KAFTAN Danışman: Yard. Doç. Dr. Yavuz Selim Tama Aralık, 2006 Denizli

EK-1

KOROZYON KİMYASI VE ÖNEMİ ANKETİ

Günlük yaşamda kireçlenme, paslanma vb. de denilen, madenlerin elektriksel, kimyasal ya da mekanik nedenlerle aşınması olayına korozyon denir.

Yaşınız: …………… Cinsiyetiniz: Bay ( )

Mesleğiniz : ……………………… Bayan ( )

Eğitim durumunuz:

İlköğretim ( ) Lise ( ) Ön lisans ( ) Lisans ( )

Yüksek lisans ( ) Doktora ( )

Korozyon metallerde görülen bir yüzey olayıdır.