Korozyonun tanımı 3

KOROZYONDAN KORUNMA METODLARI

Korozyon bir yüzey olayydyr ; yani metal ile ortamyn temas yeri olan ara yüzeyde olu?ur. Metal ile ortamyn temas etmedi?i bölgelerde meydana gelen de?i?iklikler korozyon olarak nitelendirilemez ; fakat metal - ortam ara yüzeyinde olu?an bazy korozyon ürünleri metalik bünyeye yayyna- rak orada metal - ortam arayüzeyinden uzak bir bölgede tahribata , örne?in kyrylmaya neden olabilirler. Buna örnek olarak asit bir çözeltiye daldyrylmy? yüksek karbonlu bir çelik yüzeyinde hidrojen iyonunun redük-lenmesi yani indirgenmesi ile açy?a çykan hidrojen atomunun metal içine yayynmasy ve metal içinde birle?ip hidrojen gazy olu?turarak metali çatlatmasy gösterilebilir.
Korozyon , metal ile ortam arasında arayüzeyde oluşan bir olay olduğuna göre korozyondan korunma yöntemleri de şunlardır :
1- Malzeme yapysyny seçmek
2- Üretim ve dizayn
3- Koruyucu kaplama
4- Ortamyn de??tirilmesi
5- Elektrokimyasal metodlar
Malzeme yapısının seçimi :
Materyal yapısının seçimi herşeyden önce ekonomik şartlara dayandırılmalıdır.
l. Geminin tahmini hayaty ve bakym süresine ba?ly kalynarak bir miktar korozyon için verilebilir.
2. Metalde istenen kalite minimum harcamayla sa?lanmalydyr. Metalin korozyona direncini arttyran bile?enleri veya metalin içindeki safsyzlyklar (düzensizlikler) deniz mühendisinden çok metalurjiyi ilgilendirir.
Mümkün olan bazı eklemeler ve etkileri aşağıdaki gibidir.
a) Karbon ve düşük alaşımlı çeliğe % 0.20.5 bakır eklenmesi korozyon direncini 1.5 ila 3 kat arttırır.
b) Paslanmaz çeliğin bileşen olan krom, nikel ve molibden korozyon direncini çok arttırır.
c) Aluminyum içindeki demir düzensizlikleri korozyona eğilimi arttırır. Tuzlu suda %99.99 saf aluminyum %1 Fe içeren aluminyumdan 20 kere daha dirençlidir.
d) Deniz suyu sistemlerinde kullanılan tüm pirinç bileşenlerine çinkonun çözülmesine karşı %0.002-0.006 arsenik eklenmelidir.
Dizayn ve Üretim :
Bölgesel korozyonu önlemek için, dizayn ve üretim safhalarında da uyulması gereken bazı kurallar vardır.
1- Galvanik serilerde birbirlerinden uzak yerleştirilmiş, benzer olmayan metallerin direk teması engellenmelidir.
Örneğin aluminyum alaşımları-bakır veya aluminyum alaşımları-paslanmaz çelik birbirlerine temas etmemelidir. Bu metaryalleri neopren, bitumen, polivinil klorür tabakalarıyla ayırmak veya kaplamayla mümkündür.
2- Yarıkların önlenmesi mümkün değilse, aynı bileşikle doldurulmalıdır.
3- Suyun hızında ani değişiklikler yapacak dizayn özellikleri önlenmelidir.
4- Basynç korozyon çatlaklaryna hassas metaller kullanylyyorsa, basynç minimum tutulmalydyr.
5- Elektrikli makinalardan oluşan rasgele akımlar önlenmelidir.
Koruyucu kaplama :
1- Korozyona sebep olan ortamdan yüzeylerin edilmesini (anot ve katod olanları arasında iyon geçişinin durdurulması)
2- Katod koruması
3- Korozyon reaksiyonuna ters etkili reaksiyon oluşturmak.
Korunan metale göre, anot korumak için kullanılan metal (yani daha negatif elektrot potansiyeli olan ) metal ile kaplama yapılarak katot koruması yapılır.
Ortamda yavaş çözülerek, metal bir yüzeyin belli bir süre korozyonun önleyen bileşenlerden oluşan boyutlarla koruyucu kaplamayı yapılabilir. Örneğin, boyalara eklenen çinko kromat, alüminyum veya çelik yüzeyleri korur. Kaplamaların ekonomik yönü de önemlidir. Kaplama maliyet, tüm boyama maliyetinin %25' ini geçmemelidir.
Bir geminin yüzeyi korozyona göre değişik dış şartlara sahip bölümlere ayrılmalıdır.
1- Atmosfere ve tuzlu su spreyine maruz üst yapy.
2- Syk dalgalara maruz kalan ve böylece bir kuru, bir ya? olan geminin batyk gövdesinin üst kysmy yüksek korozyon ?artlary vardyr.
3- Tam yükleme ve bo?ken arada kalan korozyona çok açyk .
4- Devamly sualtynda kalan alan.
İçyapı olarak da korozyon şartları geminin değişik bölümlerine göre değişir.
1- Ya?am bölgeleri
2- Kargo destekleri
3- Tank
4- Tankerlerin kargo tanklary
5- Kazan dairesi
6- Bo?altma borulary
Değişik bölgelere göre değişik kaplama sistemleri kullanılır. Yüzey boyanmadan önce pürüz, yağ, pas ve diğer düzensizliklerden temizlenmelidir. Yüzeyler inşaa edilmeden önce parlatılmalı ve ön boyama yapılmalıdır. Bu ana boyamaya kadar, gemi inşaa edilirken geçen sürede paslanmayı önlemek içindir. Ön boyama, ince tabaka halinde, yüksek korozyon dirençli, çabuk koruyan, kaynak yapımına zararsız, zehirsiz ve tüm ana boyalarla uyumlu olmalıdır.
Organik ve inorganik ön boyalar vardır. İnorganik çinko en iyisi sayılır.
Boyalı yüzeylerde korozyon :
Boyalı yüzeylerin atmposferik ortamda korozyonu :
Atmosferik ortamda boyaların korozyona neden olan temel iki madde su ve oksijendir. Su ve oksijenin zamanla boya filminden sızarak veya bir delik veya çentikten geçerek yüzeye ulaşması ile korozyon başlar.
Sistemdeki anodik reaksyon demirin çözünmesidir.
Anot : Fe => Fe+2 + 2e- (1)
sistemdeki katodik reaksiyon ise oksijen reaksiyonudur :
Katot : O2 + 2H2O + 4e- => 4 OH- (2)
daha sonra Fe+2 iyonları OH- iyonları ile birleşerek pası oluşturular.
Fe+2 + 2OH- => Fe(OH)2 (3)
4Fe(OH)2 + O2 => 2Fe2O3H2O + H2O (4)
tüm reaksiyonları toplarsak
4Fe + 2H2O + 3O => 2Fe2O3H2O + H2O (Pas) (5)
elde edilir.
Belirli bir pas oluşumundan sonra paslanmamış bölgelere oksijen çok kolay ulaşırken paslı bölgelere ulaşması uzun zaman alır. Böylece "farklı oksijen konsantrasyonu hücresi" oluşur. Bu koşullar altında katodik reaksiyon pasla kaplanmış bölgelerin kenar kısımlarında yani boya çelik arayüzeyinde oluşmaya başlar, anodik reaksiyon ise paslı bölgede oleşmaya devam eder. Katodik reaksiyonun açığa çıkardığı OH- iyonlarında dolayı çelik/boya arayüzeyinde yüksek alkali özellikle bir elektrot oluşur ve ortamın pH' ı yükselir. Böylece oluşan alkali şartların en önemli etkisi, boyanın çelik yüzeyi üzerinde tutunmasını sağlayan bağları zayıflatmasıdır. Sonuçta, reaksiyonlar tüm boya filmi boyunca devam eder ve boya filminin tamamen kalkmasına neden olur.
Burada önemli olan husus boya filminin kalması esnasında boyanın korozif ortamdan etklenmemesidir. Yukarıda belirtildiği gibi alkali özellikteki şartlar sadece boya filmini yüzeye bağlayan bağları bozarak boya sisteminin kalmasına neden olur. Ancak boya filmi kaldıktan sonra çelik yüzeyde pas oluşumu başlar. Katodik reaksiyon ise devamlı olarak boya/çelik arayüzeyine kayarak devam eder.
Boyalı yüzeylerin deniz ortamında korozyonu :
Boyalı yüzeyler deniz ortamına terk edildiği zaman ortamda su ve oksijenin yanında NaCl' de bulunur. Boyaların deniz ortamındaki korozyon davranışlarını incelemek için tuz püskürtme testi geliştirilmiştir. Bu deneyde yapay olarak hazırlanan deniz suyu ise çevrilerek, boyanmış numuneler kapalı sis ortamında belirli sürelerde bekletilir.
Daha sonra numunelerin korozyon davranışları kontrol edilir. Boyaların deniz ortamlarında ve tuz püskürtme testindeki korozyon davranışları birbirine benzerler. Bu nedenle tuz püskürtme testi korozyona dayançlı boya seçiminde oldukça kullanışlı bir metoddur. Üzerine çendik açılmış bir boyalı numune deniz ortamına veya sürekli tuz sisine terk edildiği zaman, atmosferik korozyonda olduğu gibi anodik reaksiyon çelik üzerinde, katodik reaksiyon da boya filmi altında oluşur.
Anot : Fe+2 => Fe + 2e- (6)
Katot : 2e- + 1/2 O2 + 2H2O => 2 OH- (7)
Daha sonra NaCl ayrışarak Na+ iyonları katot, Cl- iyonları ise anot tarafından çekilirler.
NaCl => Na+ + Cl- (
Anotta Fe+2 iyonları Cl- iyonları şu reaksiyona girerler.
Fe+2 + 2Cl- => FeCl2 (9)
Fe+3 + 3Cl- => FeCl3 (10)
Oluşan FeCl2 ve FeCl3 hidrolizle ayrışarak hidrolik asit oluştururlar.
FeCl2 + 2H2O => Fe(OH)2 + 2HCl (11)
FeCl3 + 2H2O => Fe(OH)3 + 3HCl (12)
Ayrıca Fe(OH)2 tekrar asitlenerek Fe(OH)3' e dönüşür.
Fe(OH)2 + 1/2 H2O + 1/4 O2 => Fe(OH)3
Fe(OH)3 pas olarak çökelirken, (11) ve (12) numaralı reaksiyonlar sonucu açığa çıkan Hcl toplanarak ortamın pH' ını 1 civarına düşürür ve bu durum korozyon hızının artmasına neden olur.
Katotta ise, Na+ iyonları OH- iyonları birleşirler :
Na+ + OH- => NaOH
Oluşan NaOHkatot bölgelerindeki bazikliği arttırır. Yüksek alkali ölzellikteki şartlar, boyaların atmosferik korozyonunda olduğu gibi boya tabakasını çelik yüzeye bağlayan bağları bozar ve boya tabakasının kalkmasına neden olur.
Tuz püskürtme testinde korozyon bölgesindeki asit ve bazik özallikteki anodik ve katodik bölgeler birbirlerine olduça yakındır ve bu yakınlık korozyon ilerledikçe artar. Bu nedenle korozyon sadece anot bölgesinde değil tüm yüzey boyunca ilerler ve pas oluşumu hızlı bir şekilde yaygınlaşır. Boyalı yüzeylerin atmosferik ve deniz ortamlarındaki korozyonu katodik reaksiyon sonucu oluşan OH- iyonlarının veya NaOH'ın ortamın bazikliğini arttırması ve bunun sonucu olarak boya filmini çelik yüzeye bağlayan bağların bozulması ile meydana gelir. Bu nedenle, çelik yüzeye iki kat (astar) olarak uygulanan boya bağlayıcının arkali şartlara karşı gösterdiği direnç, boyanın korozyon direnci açısından son derec önemlidir.
Ortamın değiştirilmesi :
Ortamda yapılacak değişiklikler şunlardır.
1- Sycakly?y azaltmak
2- Hyzy azaltmak
3- Oksijen veya oksitleyici vasytalary ortadan kaldyrmak.
4- Konsantrasyonu de?i?tirmek
Birçok durumda bu değişiklikler korozyonun önemli ölçüde azalmasını sağlayabilir, fakat değişiklik dikkatle uygulanmalıdır.
1- Sycakly?y azaltmak
Bu işle genellikle korozyon hızının azalmasına sebep olur. Ancak bazı şartlar altında temperatür değişmeleri korozyon hızı üzerine az tesir eder. Diğer bazı durumlarda ise temperatürün artması korozyonu azaltır. Bu olay, sıcak tatlı ve tuzlu su kaynama noktasına yükseldiğinde olur. Korozyonun az olması temperatür artışı ile oksijen çözünürlüğünün azalmasının bir sonucudur. Bu yüzden kaynayan deniz suyu, sıcak deniz suyundan daha az koroziftir.
2- Hyzy azaltmak
Korozyon kontrolünde pratik bir metod olarak sık sık kullanılır. Hız genellikle korozyonu, bazı istisnalar hariç arttırır. Paslanmaz çelik gibi pasifleşen metal ve alaşımlar, akış halindeki ortamlardan genellikle daha iyi bir direnç gösterir. Çok yüksek hızlar mimkünse daima önlenmelidir, çünkü erozyon korozyonuna yol açar.
3- Oksijen veya oksitleyici vasıtaları ortadan kaldırmak
Bu çok eski br korozyon kontrol tekniğidir. Kazan besleme suyu çelik parçalarının büyük bir kütlesi içinden geçirilerek, çözünmüş oksijen miktarı azaltılır. Bugün bu işlem vakumla inert gaz püskürtmekle veya oksijenle reksiyona girebilecek bir madde ilavesiyle yapılmaktadir. Üretimi veya depolanması sırasında çelikle temas eden hidroklorik asit bir oksitleyici madde olrak FeCl3 ihtiva eder. Bu saf olmayan asit, piyasada "tuz ruhu" diye bilinir. Bu asit nikel malibden alaşımları (Hastellay B, Chlorimet 2) hızla korozyona uğratır, halbuki bu materyaller saf HCl' e mükemmel direnç gösterirler.
4- Konsantrasyonu de?i?tirmek
Korozif unsurun konsantrasyonunu azaltmak umumiyetle etkilidir. Birçok proseste korozif unsurun mevcudiyeti tesadüfidir. Mesela nükleer reaktörlerle soğutma suyunun korozif etkisi klorür iyonlarını ekmine etmekle azaltılır. Sülfirik ve fosforik asit gibi birçok aistler fazla yüksek olmayan sıcaklıklarda yüksek konsantrasyonlarda oldukları zaman hemen hemen inerttirler. Demek ki asit konsantrasyonu arttırmakla korozyon azaltılabilir.
5 Elektrokimyasal metotlar :
Denizel ortamdaki metalik yapıların çok biyik bir bölümü çelikten yapılmış olanlardır. Bu yapıların denizin korozif etkisinden korunmalarında temelde iki prensip yatmaktadır. Bunlardan birincisi metal yüzeyinin denizle ilişkisini yalıtkan bir kaplama yani "boya" ile kesmek; ikincisi ise metalin deniz içinde çözünmesini engelleyecek bir yöntem uygulamak yani onu katodik olarak korumaktır. Güznümüzde her iki tip koruma yöntemi daha çok birbirlerini tamamlayacak şekilde beraber kullanılmaktadır. Ancak özel koşullarda yalnız boyama veya yalnız katodik korumanın mustakil uygulamaları da mevcuttur.
Katodik Koruma :
Metal yüzeylerinin başka bir metal ile kaplanmadan, yalnız elektriksel davranışı değiştirerek korozyondan korunmasına denir. Başta gemiler, çelik dubalar veya iskele kazıkları gibi deniz veya tatlı sular içindeki metal yapılar ve borular ile yine toprak altındaki benzeri metalik tank, boru gibi malzemelerle sulu ortasmlarda çalışan birçok alet ve teçhizat (ısı değiştiriciler) korozyondan bu yöntem ile korunurlar. Katodik koruma, yüzeyi koruyucu kaplama ile kaplanmamış çıplak çelik yapılara uygulandığı gibi daha çok yüzeyi koruyucu kaplamalarla korunmuş olmasına rağmen kaplamadaki devamsızlıklar altında açığa çıkan metalin korunmasında kullanılır.
Katodik korumanın prensibi korunacak metalik yapının (genelde çelik) kendisinden daha aktif bir başka metalle irtibatlandırarak çözünmesinin durdurulması ve yerine aktif metalin çözündürülmesine dayanır. Aktif metalin çözünürken açığa çıkan elektronlarını metal harcar; yani yüzeyinde katodik olay (redüklenme) meydana gelir.
Korunacak metale elektronlar aktif bir metal yerine bir akım kaynağı vasıtasıyla da sağlanabilir. Aktif bir metal ile sağlanan katodik korumaya "harcanabilir anot koruma ", harici bir akım kaynağından yararlanarak gerçekliştirilen katodik korumaya ise "hariçten akım uygulaması ile katodik koruma" denir.
Katodik koruma sulu ortamda ve toprak altında gömülü metalik yapılara uygulanan bir yöntemdir. Aktif bir metalle kaplı bir alt metalin atmosferik koşullarda aktif metal tarafından korunmasının prensibi de katodik korumadır.
Gemilere katodik koruma :
a) Gövdeyi ve bağlantı elemanlarını
b) Gemi içindeki tankları korumak amacı ile gerçekleştirilir.
Gemi gövdeleri günümüzde yüksek performanslı boyalarla korunmaktadır. Bu boyaların katodik koruma sırasında oluşan alkali ortama dayanıklı olması gerekmektedir, zira söz konusu ortamın klor iyonu konsantresi oldukça yüksektir. İyi boyanmış yüzeylerin katodik koruma akım ihtiyacı harcanabilir anotlarla koruma yapılması halinde yeni gemiler için 5_10mA/m2 'dir. Bu ihtiyaç zamanla ve boya kalitesindeki değişiklik nedeni ile 200 mA/m2 'ye çıkabilir. Ortalama akım ihtiyacı 10-30 mA/m2 civarındadır. Örneğin günümüzde okyanusa çıkan gemiler için 10 mA/m2 koruma akımı yeterli kabul edilmektedir. Hariçten akım uygulaması ile yapılan katodik korumada ise ıslak bölge akım ihtiyacı 25-35 mA/m2 olarak hesaplanır. Çok iyi kaplanmış yüzeylerde bu ihtiyaç azalabilir.
Genel olarak gemi gövdelerinin kıç kıç kısmındaki koruma akım ihtiyacı dğer bölgelere göre daha yüksektir. Kıç kısmındaki şiddetli su hareketi ve değişik metallerin bulunması bunun nedenidir. Gemilerin katodik koruma tasarımında tüm gemi gövdesinin katodik koruma tasarımında tüm gemi gövdesinin katodik olarak korunması dikkate alınabileceği gibi birçok halde de yalnız kıç bölgesi katodik olarak korunur, diğer bölümler korunmasız bırakılır. atüm korunma halinde anotların %15-25 'i kıç bölgesine yerleştirilir. Pervanenin gövdeye bağlanması halinde çıplak bronz pervane için ayrıca ilave koruma akımına ihtiyaç vardır. Örneğin ticaret gemileri için ilave ortalama değer 500 mA/m2 'dir.
Gemilerde tankların dahili korumalarında yalnız harcanabilir anotlarla koruma yapılır. Emniyet açısından ise hem magnezyum anotlarla hem de hariçten akım uygulaması ile koruma yapılmamaktadır. En büyük tehlike katodik koruma sırasında açığa çıkan gazların magnezyum veya koruyucu akımdan çıkacak kıvılcım ile ateşlenerek patlamasıdır.
Periyodik olarak doldurulup boşaltılan tankların kısa zamanda koruyucu filmle kaplanması için genelde tankların koruma akım yoğunlukları yüksektir