MALZEME BİLİMİ
(DERS NOTLARI)
Korozyon
Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR
Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR
Bölüm 11.
KOROZYON NEDİR?

Korozyon, metal ve alaşımların çevreleri ile kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonları
sonucu bozunmasıdır.

Korozyon metalik malzemelerin içinde bulundukları ortamla reaksiyona girmeleri
sonucu, dışarıdan enerji vermeye gerek olmadan, tabii olarak meydana gelen bir olaydır.

Ancak yeni bulgular metal olmayan malzemelerin de çevresel koşullardan benzer
biçimde etkilendiklerini ortaya koymaktadır. Bu nedenle, korozyon deyimi yapı
malzemesi niteliği olan tüm malzemelerin çevrenin etkisi ile bozunmalarını kapsar
biçimde kullanılabiliyor.

Paslanma deyimi ise demir ve demir cinsinden olan malzemelerin (çelik ve dökme
demirler) korozyonu olarak kullanılıyor.

Korozyonun temel nedeni metallerin arıtılmış saf formlarında kararsız olmalarından
kaynaklanmaktadır. Metaller daima doğada bulundukları şekildeki formlarına tekrar geri
dönme eğilimindedirler.

Altın ve platin dışındaki metallerin tamamı doğada oksitlenmiş halde bulunurlar.
Metalleri oksitlerinden ayırmak zorlu bir süreçtir ve büyük miktarlarda enerji ile
gerçekleştirilir. Termodinamik anlamda, bu süreç sonunda metaller daha yüksek bir
enerji düzeyine taşınırken, entropileri düşer. Metallerin doğadaki durumlarına dönme
eğilimi korozyon olayının arkasındaki itici güçtür.

Kimyasal Korozyon (Kuru Korozyon): Metal ve alaşımları gaz ortamlar içinde
oksitlenmesidir. Ancak çevremizi saran nemli havanın neden olduğu korozyon bu
tarifin dışındadır.

Elektrokimyasal Korozyon (Islak Korozyon): Metal ve alaşımların sulu ortamda
bozunmalarıdır. Elektrokimyasal korozyonun oluşabilmesi için elektrik akımının
iletilebileceği sulu bir elektrolit ortamın olması gerekir. (Elektrolit, asit, baz ve tuzların
sudaki çözeltileridir.Örneğin bir metal elektrot, kendi tuzunun sulu çözeltisine
daldırıldığında atomlarının son yörüngesindeki elektronlar serbest hale geçer.
Korozyonun Neden Olduğu Kayıplar:
 Ekonomik kayıplar
 Tesisin servis dışı kalması
 Ürün kaybı
 Ürün kirlenmesi
 Verim kaybı
KOROZYONUN ELEKTROKİMYASAL OLUŞUMU
Anot: Korozyona uğrayan (oksitlenen) metal
Fe Fe+2 + 2eKatot: Anotta açığa çıkan elektronları harcayan
reaksiyon (redüksiyon) meydana geldiği metal yüzeyi
O2 + 2H2O + 4e- 4OHElektron transferi
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 iyonik bağ sağlayan
sulu ortam.
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
(a)
(b)
Korozyonun elektrokimyasal oluşum düzeni (a) Pil (Galvanik Hücre), (b) Korozyon
hücresinde yer alan olaylar
Elektrokimyasal Reaksiyonlar : Korozyon eğiliminin saptanmasında en önemli verilerden
biri standart elektrot potansiyelidir. Mukayese, potansiyelini sıfır kabul edebileceğimiz
hidrojen reaksiyonunun standart potansiyeli ile yapılmaktadır. Bütün elektrot olaylarını
elektrokimyasal bakımdan birbiri ile karşılaştırmaya olanak verir. Bu sıralama
“elektrokimyasal gerilim dizisi” olarak adlandırılır. Genel olarak dizinin yukarısında yer
alan metallerin aşağıdakilere karşı anodik tutum gösterirler. Sonuç olarak anodik davranış
gösteren malzeme korozyona uğrarken, katodik davranış gösteren malzeme ise korunur.
Standart Elektrot Potansiyel Serisi
Elektrot Potansiyeli
Volt(Oksidasyon)

Na = Na+ + e-
2,714 AKTİF

Mg = Mg+2 + 2e-
2,363

Al = Al+3 + 3e-
1,662

Mn = Mn+2 + 2e-
1,180

Zn = Zn+2 + 2e-
0,763

Fe = Fe+2 + 2e-
0,440

Cd = Cd+2 + 2e-
0,403

H2 = 2H+ + 2e-
0

Cu = Cu+2 + 2e-
-0,337

4OH- = O2+2H2O+4e-
-0,401

Ag = Ag+ + e-
-0,799

Au = Au+3 + 3e-
-1,500 SOY
Örnek:
Demir, yüzeyindeki su filmi içinde çözünmüş havanın oksijeni ile tepkiyerek çözünür.
Meydana gelen demir iyonları ise su ve oksijenin etkisiyle demir hidroksiti oluştururlar
1.
4Fe 2+ + 8e-
4Fe
4Fe + 3O2+ 2H2O
2. 4Fe + 2O2+ 4H2O
4Fe(OH)2+ 2O2
2Fe2O3.H2O (Su içerikli kırmızı pas)
4Fe(OH) 2 (Su içerikli kırmızı pas).
2Fe2O3.H2O+4H2O (Su içerikli kırmızı pas)
Bir çok incelemeye göre pasın en kararlı biçimi Fe2O3tür. Yüksek sıcaklıklarda Fe2O3,
Fe3O4'e dönüşür. Fe3O4 oluşumu paslı çeliğin yüksek sıcaklıklarda ısıtılması veya
oksitlenmesi (indirgenme) işlemiyle ortaya çıkar.
Demir hidroksidin tekrar oksitlenmesi üç değerlikli demire oluşumunu ile bildiğimiz
kahverengi pası, hidrat demir oksidi ((Fe2O3.H2O) verir. Eğer oksijen, yani oksitleyici
madde sınırlı miktarda ise siyah magnetit yani Fe3O4 oluşur veya yukardaki reaksiyon
kısaca
4Fe + 6H2O+ 3O2
2Fe(OH)3
4Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
şeklinde yazılabilir.
KOROZYON ÇEŞİTLERİ
1. Homojen Dağılımlı Korozyon
 En yaygın korozyon türüdür. Metal kaybı diğer türlere göre çok
yüksektir.
 Metal yüzeyinin her noktasında aynı hızla yürür
 Metal kalınlığı her noktada aynı derecede incelir
 Yüzey kaplamaları, katodik koruma ve saldırgan ortama ilave
edilen korozyon hızını sınırlayıcı maddeler ile kontrol altına
alınabilir.
2. Çukurcuk Korozyonu
 Korozyonun çok dar bölgeler üzerinde yoğunlaşmasıdır. Metal
kaybı çok küçüktür. Ancak parçalar kısa sürede delinir.
 Klor ve brom iyonları içeren nötr ortamlarda oluşur. pH
düştükçe yerini genel korozyona bırakır.
 Durgun çözeltide meydana gelir.
 Pasifleşme eğilimi yüksek paslanmaz çelik ve alüminyum
alaşımlarda rastlanır
 Ortalama çukur sayısı ve maksimum çukur derinliği ölçülerek
değerlendirilir.
 MeCl2 + 2H2O
Me(OH)2 +2H+ + 2Cl-
3. Galvanik Korozyon

Birbiriyle temas halinde olan farklı türden metal ve alaşımların aynı
ortam içindeki korozyonudur.

Galvanik dizide birbirlerinden uzak metal veya alaşımların
eşlenmesi önlenmelidir.

Soy olanı katot, aktif olanı anottur.

Elektrolit iletkenliği yüksek ise korozyon hızı artar

Eşlenen metallerden yüzey alanı küçük olanın diğerine göre soy
olmasına dikkat edilmelidir (As/Aa oranı küçük olmalıdır)

İki metal arası izole edilmelidir.

Sisteme anodik karakterde üçüncü bir metal bağlanarak katodik
koruma uygulanabilir.

Ortama korozyon yavaşlatıcı madde ilavesi.
4. Seçici Korozyon

Bir alaşım içinde bulunan elementlerden birinin korozyona
uğrayarak uzaklaşması sonucu oluşan korozyondur.

Bir alaşım içinde bulunan metallerden birinin diğerinden önce
korozyona uğramış hâlidir. % 70Cu+%30Zn den oluşan pirinç
içinde bulunan Zn kolayca korozyona uğrayabilir. Korozyon
sonucu alaşım yüzeyinde Zn konsantrasyonu azalır ve normal sarı
renk, bakır kırmızısına dönüşür. Çok sık rastlanan bu seçimli
korozyon olayına “çinko azalması” adı verilir.

Korozyon sonucu gözenekli yapı kazanır ve mukavemet düşer

Alaşım içindeki çinko arttıkça korozyona dayanıklılık azalır

Çinko oranı %15’in altına düşürmek veya pirince %1 oranında
kalay katmak korozyon dayanıklılığını arttırır.
5. Aralık (crevice) Korozyonu

Conta altlarında görülür. Birbiri ile iyi temas etmeyen iki yüzey
arasında kalan aralıkta oksijen farklılaşması nedeniyle doğar.
Perçinli bağlantıda aralık korozyonu
6. Taneler arası korozyon
 Korozyonun tane sınırlarında daha hızlı gelişmesidir. Yaşlanan
alüminyum alaşımlarında paslanmaz çeliklerin kaynak
edilmelerinde yavaş soğuma ile tane sınırlarında karbür
çökelmesi olursa bu korozyon gözlenir.
7. Ortamdaki Akışkan Hareketi Nedeniyle Gelişen Bölgesel
Korozyon Tipleri:
a)Erozyon Korozyonu: Türbülanslı akışla gelişir. Özellikle
bakır alaşımlarında görülür. akış yönünde çukurlar meydana
gelmiştir.
b)Kavitasyon Korozyonu: Ortamdaki akış sebebiyle akışkan
içindeki gaz veya vakum kabarcıkları metal yüzeyinde patlar,
yüzeydeki filmi parçalar kavitasyona sebep olur. Pervanelerde ve
motor kanatlarında sık görülür.
8)Mekanik Etkilerin Doğurduğu Bölgesel Korozyon :
a) Gerilmeli Korozyon: Özel ortam – malzeme kombinasyonu
sonucu oluşur.
Örnek: 1.Ostenitik-paslanmaz çelik ile sıcak klorlu ortam, Bakır ile
amonyaklı ortam, karbon çelikleriyle alkali ortam, aluminyum
alaşımlarıyla klorlu ortam.
b)Yorulmalı (fatique) Korozyon: Ortam korozif olup, titreşimli
yükleme mevcut olursa doğar.
c) Yüksek Sıcaklık Korozyonu:
*Sıcak gaz ve buhar gibi ortamlarda yüzeyde kalın ama koruyucu
olmayan oksitlenme sonucu doğan korozyondur. Örneğin kazanlarda
yumuşak çelikler 570 C de sıcak gazlarla oksitlenirler.
*Hidrojen Gevrekliği Korozyonu: Yüksek sıcaklıkta hidrojen
çeliğin içine girer yapıyı gevrekleştirir. Daha çok HMK kafes
yapısına sahip olan metallerde meydana gelir. Özellikle, petrol ve
kimya endüstrisinde sıklıkla görülmektedir. Hidrojen atomlarının bir
kısmı metal bünyesine girerek orada bulunan boşluklara yerleşir.
Daha sonra bu hidrojen atomları da molekül haline dönüşerek büyük
bir hacim artışına neden olur. Molekül halindeki hidrojenin artık
difüzyon özelliği yoktur. Metal içinde bulunan hidrojen molekülleri
metal boşluklarında büyük bir basınç oluşturarak metalin
çatlamasına neden olur.
Yeraltı ve sualtı korozyonu
Toprak Altı Korozyonu

Toprak içerisinde metaller de korozyona uğramaktadır. Toprağın nemi, pH derecesi,
içerisindeki organik malzemeler, tuzlar, toprağın elektrik iletkenliği, toprağın jeolojik
yapısı ve içerisindeki organik bileşenler korozyon hızında etkendir. Bu faktörler
içerisinde en önemlisi toprak içerisindeki su oranıdır. Toprağın killi veya çakıllı olması
da ayrı bir faktördür. Kil suyu çok tutar. Dolaysıyla çözünmüş oksijen miktarı düşüktür.
Buna karşılık çakılın araları hava ile daha fazla temasta olduğundan oksijen
konsantrasyonu yüksektir. Bu nedenle oksijen konsantrasyonu daha düşük olan killi
bölgede daha yoğun korozyon meydana gelir.
Karasal korozyon nedeniyle asfalt zemin altından çıkartılan delinmis bir su borusu.
Sulu Ortam Korozyonu

Metallerin tabii sular ve deniz içindeki korozyon hızını tayin eden en önemli etken su içinde
çözünmüş oksijen miktarıdır. Gerek tatlı sularda, gerekse deniz ortamında çözünen oksijen
miktarı normal koşullarda 8 ppm (5,6 ml/lt) civarındadır. Tuzluluk miktarı oksijen çözünürlüğü
ile değişir. Ayrıca deniz sularında büyüyen organizma ve bitkiler korozyona sebebiyet verirler.
Bu nedenle kırmızı renkli CuO’li boyalar gemilerde ve diğer yapılarda korozyona karsı
kullanılır.
Sekil de görülen bir limana ait çelik destek
ayaklarında deniz suyu seviyesine bağlı olarak
değişik
mesafelerde
korozyon
ürünleri
oluşmuştur. Gerekli deniz suyu içerisindeki mikro
organizmalar nedeniyle farklı oranlarda etkilenen
çelik malzeme bölgesel olarak farklı korozyon
hücreleri gibi davranarak mukavemet kaybına yol
açar ve malzemenin
vaktinden evvel
kullanılamaz
duruma
gelmesine
neden
olabilecektir.
Bu
durumda
çökmeler
yasabilecektir. Genel olarak deniz suyu içerisinde
büyüyen bitkiler ve diğer su canlıları çelik
gövdelere yapışarak korozyona yol açarlar.
Şekil de korozyona açık olan bir petrol sondaj platformu
görülmektedir. Okyanus suyuyla temasta olan platformun çelik
gövde bakır-nikel alaşımıyla giydirme yapılarak koruma altına
alınmıştır.
KOROZYONDAN KORUNMA TEKNIKLERI
1.Uygun Tasarım
Galvanik hücre oluşumunu engellemek
Anot alanını katottan büyük yapmak
Sıvı sistemlerde daha çok kapalı havuz yapmak
Monte edilen ve bağlanan parçalarda aralık oluşumundan kaçmak
2.Uygun Malzeme Seçimi
3.İnhibitör Uygulamaları
4.Katodik Korumalar
5.Anodik Koruma ve pasifleşme
Uygun tasarım

Kağıt üzerinde yapılan gerekli değişiklikler. Mümkün olduğunca tek tip metalin
kullanılması fiziksel (ısıl genleşme, elastisite modülü gibi) ve kimyasal (galvanik pil
oluşumu gibi) problemleri azaltır. Konstrüktif olarak aralıkların yok edilmesi, farklı
metaller kullanılması zorunluluğu olması halinde bunların birbirlerine karşı yalıtılması,
kavitasyonu ve diğer aşınmaları önleyici uygulamalar, gerilmeli korozyon nedeni
olabilecek çekme gerilmeleri ve asitli ortam yönünden alınabilecek önlemler tasarım
aşamasında etkili olarak gerçekleştirilebilir. Önlenemeyen korozyonun daha
tasarımdayken malzeme kalınlığına verilecek bir korozyon payı gibi ilaveyle
düşünülmesi yine bu aşamada yapılır. Katodik veya anodik koruma gerektiren
durumlarda gerekli bağlantı yerleri bu aşamada öngörülmelidir
Uygun Malzeme Seçimi

Malzemenin çalıştığı ortama dayanıklı olması, malzemenin kendinin vede ortamın zarar
görmemesi bakımından ilk akla gelen önlemdir. Birbirleriyle temas halindeki metallerin,
galvanik dizide (elektrokimyasal potansiyel dizi) birbirlerinden çok uzak olmaması
gerekir. Bu durumun zorunlu olduğu yerde iki metalin birbiriyle elektrik kontağı
olmayacak hassasiyette yalıtılması gerekir. Malzeme seçimi esaslarında korozyon yönü,
diğer kriterlerle beraber düşünülmesi gereken bir husustur. Mekanik zorlamalar,
ekonomik koşullar veya teknolojik imkanlar malzeme seçimini ideal bir şekilde
gerçekleştirmeyebilir. Fakat bilinçli olarak bütün teknik olanakların irdelenmesi ve
sonuç olarak başka imkanın kalmadığı ve seçimin ancak böyle yapılabildiği inancına
varılmalıdır
İnhibitör Kullanımı

İnhibitör, elektrolite (ortam) karıştırılarak korozyonun önlenmesi veya azaltılması
gerçekleştirilen katı veya sıvı maddelerdir. Organik veya inorganik kökenli olabilirler.
Ortamla metal arasında molekül kalınlığında bir nevi yalıtkan tabaka oluştururlar ve
anotta iyon değişimini, katotta elektron değişimini engellerler. Metal yüzeyini
kapatmaları adsorbe niteliktedir. Metalin inhibitörlerce etkili olarak kapatılabilmesi için
yüzeyinin metalik olarak temiz olması; pas, kir, yağ vs. gibi maddelerden arındırılmış
olması şartı vardır. Her inhibitör, her metal ve her ortam için uygun değildir İnhibitör
oranı da korumada etkili bir parametredir.
Katodik Korumalar
1. Kurban Anot

Metali korozyona karşı koruyabilmek için, onun katot yapılması yeterli olur. Anot
içinde onun işlevini görecek, fakat çözeltiye geçmesi, yani korozyona uğraması göze
alınan bir diğer metal öngörülmek zorundadır. Bu kontrollü olarak gözden çıkarılan
metallere (Zn, Mg, Alaşımları) kurban anot adı uygun görülmüştür. Kurban anodun
görevi, kendi iyonlarının çözeltiye geçmesiyle zenginleşen elektronlarını bir kablo
üzerinden korunacak metale vermesi ve onun çözeltiye iyon vermemesi sağlaması
şeklindedir. Kurban anot bizzat korozyona uğrayacağı ve tükeneceği için zamanla
yenilenmesi ve takip edilmesi gereklidir
2. Yabancı akım

Kurban anottan katoda gelen elektronların bir
doğru akım elektrik kaynağından temin
edilmesi esasına dayanır. Bu durumda katot
olarak devreye sokulan malzemeye yabancı
akım kaynağı vasıtasıyla kontrollü olarak
elektron (amper) verilir ve çözeltiye
geçememesi
sağlanır.
Yabancı
akım
yöntemiyle katodik koruma işlemleri daha
profesyonelcedir ve gelişmiş sanayilerde
yaygın olarak uygulanır. Bütün yer altı boru
hatları (içme suyu şebekeleri, petrol ve
doğalgaz boru hatları vs), toprak altı depolar
ve diğer toprak ve denizaltı aparatlar hep bu
yöntemle korunur. Bu iki katodik koruma
yöntemide (aktif koruma), yüzeyleri
boyanmış ve yalıtılmış metallere takviye
olarak uygulanır (pasif koruma), yoksa akım
gereksinimi (veya kurban anot gereksinimi)
büyük boyutlara ulaşır ve çok pahalı olur.
Gemi içindeki balast tanklarının (deniz
suyu
doldurulup
yük
dengesinin
sağlandığı tanklar) yabancı akımla ve
gemi
gövdesinin
kurban
anotla
korunması
Anodik Koruma

Anodik korumanın esası, oksitlenerek (yükseltgenme) korozyon ürünü oluşturan ve bu
nedenle de pasifleşebilen metallerin (özellikle paslanmaz çelikler) pasifleşmesini
garantiye almakta yatar. Pasifleşebilen metal sıfatını almış metaller, her ortamda aynı
özelliği taşımazlar. Kendilerinde oluşan korozyon potansiyeline göre aktif oldukları
gerilimler ve pasif oldukları gerilim bölgeleri vardır. Bu gerilim bölgelerinin bazı
kısımları delik korozyonunu teşvik edici etki yapar. Hatta yüksekçe sayılabilecek
polarizasyonlarda (paslanmaz çeliklerde örneğin>1,0V) hızlı bir korozyon olayı başlar.
Burada korunacak malzemenin en uygun anodik potansiyelde tutulması esası vardır. Bu
potansiyel bazı paslanmaz çelikler ve ortamı için örneğin 200-300mV gibi olabilir.
Böylece korunacak malzeme sürekli olarak pasif bölgede tutulur ve kendi kendini
koruması sağlanır.
OKSİDASYON

Malzemenin veya daha uygun bir deyişle metalin bulunduğu ortamın elektriği iletmeme
durumunda karşılaşılmaktadır. Kuru gaz ortamında metallerin oksitlenmesi veya
elektrolitik özelliği bulunmayan sıvılarda çözünmesi gibi olaylar bu tip korozyona
örnektir.

Yüzeyde oluşan bir oksidin koruyucu olup olmadığını anlamak için Pilling-Bedword
oranına bakılır. Bu oran
RP-B=M.d/a.m.D
Burada M:oksitin molekül ağırlığı, d:metalin özgül ağırlığı, D:oksitin özgül ağırlığı,
m:metalin molekül ağırlığı ve a:oksit içindeki metal atom sayısıdır.
P-B Oranı<1 yetersiz oksit tabakası metali kaplayamaz ve bundan dolayı metal korunmaz
(Na,K,Ligibi).
1<P-B Oranı<1.5 İnce oksit tabakası metali mükemmel bir şekilde korur ve oksidasyonun
ilerlemesine izin vermez (Ti, Al, Cr gibi).
P-B Oranı>1.5 Kalın oksit tabakası gevrek şeklinde kırılır ve oksidasyonun hızla devam
etmesine sebep olur (Fe, V, W gibi).
Kaynaklar:
W. D. Callister, D. G. Rethwisch, Malzeme bilimi ve Mühendisliği, Baskıdan Çeviri,
Edt: K. Genel, 2013
D. R. Askeland, Malzeme Bilimi ve mühendislik Malzemeleri, 3. Baskıdan çeviri, M.
Erdoğan,
W. F. Smith, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, 3. Baskıdan Çeviri, N.G. Kınıkoğlu, 2001
K. Onaran, Malzeme Bilimi 1997.
Prof. Dr. Akgün ALSARAN, Hasar Analizi-korozyon, Erzurum Atatürk Üni.
Prof.Dr. İrfan AY, HASAR ANALİZİ-Korozyon, Balıkesir Üni.
Download

Korozyon