Teknik Makale

Bu makale, başta demir-çelik ürünleri olmak üzere, metalik malzemelerin korozyonu ve korozyondan korunmasına bir genel bakış olarak hazırlanmıştır. Bu metni her eğitim düzeyindeki teknik elemanın anlayabilmesi de yazımda dikkate alınan ana amaçtır.

Teknolojik öneme sahip metallerin, birkaç istisna dışında hemen hemen tümü tabiatta “bileşik” halinde bulunurlar. Başka bir deyişle metallerin tabiatın etkisine milyonlarca yıl dayanabilen şekli “bileşik” halidir. Bileşiklerden “metal” veya “alaşımların” üretimi ancak ilave bir “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 olarak metaller içinde bulundukları ortamın elemanları ile reaksiyona girerek, önce iyonik hale ve oradan da ortamdaki başka elementlerle birleşerek “bileşik” haline dönmeye çalışırlar; yani kimyasal değişime uğrarlar ve bozunurlar. Sonuçta metal veya alaşımın fiziksel, kimyasal, mekanik veya elektriksel özelliği istenmeyen değişikliklere (“zarara”) uğrar. 

 

Korozyon hem metal veya alaşımın bozunma reaksiyonuna, hem de bu reaksiyonun sebep olduğu zarara verilen addır. Korozyon metalik malzemelerin içinde bulundukları ortamla reaksiyona girmeleri sonucu, hariçten enerji vermeye gerek olmadan, tabii olarak meydana gelen bir olaydır. Korozyon sonucu ise bir enerji üretilir.

 

İçinde su bulunan ortamlardaki metalik malzemelerin yüzeyinde meydana gelen korozyona “sulu ortam korozyonu” denir. Atmosferde, toprak altında, beton içindeki donatılarda, sular içinde veya her tür sulu kimyasal madde içindeki metallerde oluşan korozyon buna örnektir. Suyun kararlı olmadığı yüksek sıcaklıklarda, gazlarla metallerin kimyasal reaksiyonu sonucu oluşan korozyon ise “kuru” veya “yüksek sıcaklık korozyonu”dur. Kazanların alevle veya sıcak gazlarla temas eden bölgelerinde oluşan korozyon buna örnektir. Bu iki çok önemli korozyon türü yanında “organik sıvıların” veya “ergimiş metallerin” sebep olduğu korozyonlardan da bahsedilebilir. (Bakınız: Korozyondan korunma ilkeleri: C - Ortamla ilgili önlemler.)

 

Korozyon bir ülkenin en büyük israf kaynaklarından birisidir. Korozyon nedeni ile ülkelerin uğradıkları toplam “sermaye, malzeme, enerji, emek ve bilgi” kaybının yıllık değeri “Gayri Safi Yurt içi Hasılanın” (GSYH) %6’sı (ABD de %6,2 Gross Domestic Product (GDP)) düzeyindedir. 

 

Yukarıdaki değer “Toplam korozyon kaybıdır”. Toplam korozyon kaybı “Doğrudan” ve “Dolaylı” korozyon kayıplarından oluşur ve her ikisi de birbirine eşit kabul edilir. Doğrudan korozyon kaybı, korozyon sonucu “yapının sahibi veya işletmecisinin” uğradığı “tasarım, imalat, inşaat ve yönetim” maliyetidir. Dolaylı korozyon kaybı ise korozyon sonucu “yapının sahibi ve işletmecisi dışındaki kişilerin uğradığı kayıptır”. Bu kayıp doğrudan korozyon kaybından çok daha yüksek olabilir; hesaplanması çok zordur ve bu nedenle en az doğrudan korozyon kaybına eşit kabul edilmiştir. Korozyondan korunma yöntemlerinin doğru uygulanması sayesinde, korozyon kaybını yerine göre %20 ilâ 40 arasında azaltmak mümkündür.

 

Korozyon, metalik malzeme kullanılan her alanda beklenilen tabii bir olaydır. Sebep olduğu maddi kayıplar yanında çevreyi kirleten, doğal kaynakların israfına neden olan ve en önemlisi de insan hayatını tehlikeye atan bir değişimdir. Dolayısıyla korozyondan korunmanın ilkelerini ve önemini metal kullanan herkesin yanında özellikle teknik elemanların bilmesinde büyük yarar vardır. Korozyondan korunma, korozyonu azaltma veya önleme tedbirlerinin alınmasında ise mutlaka bu konuda ihtisas sahibi olmuş kişi ve kuruluşlardan yararlanılmalıdır.

Yalnız sulu bir ortam içindeki metallerin yüzeyinde değil, atmosfere maruz veya toprak altına gömülü metallerin yüzeyinde de her zaman değişik kalınlıkta su veya su filmi mevcuttur. Hava ve dolayısı ile onun bir bileşeni olan oksijen gazı atmosferle temas eden her tür su içinde belirli bir oranda çözünür. Su içinde çözünmüş oksijen gazı metal yüzeyinde (katotta) “redüklenerek” (indirgenerek), yani elektron alarak, iyonik hale dönmeye meyillidir. Eğer redüksiyon için gerekli elektronlar metal tarafından sağlanırsa, elektronlarını oksijene veren (anot)” (yükseltgenen) metal atomları katı halden “sulu iyon” haline geçerek kimyasal değişime uğrarlar. Metal-sulu ortam ara yüzeyinde metalin bu kimyasal şekil değiştirmesi “korozyon” olarak tanımlanır.

 

Sulu ortamlarda elektron alışverişi ile gelişen oksidasyon (elektron verme) ve redüksiyon (elektron alma) reaksiyonlarına “elektrokimyasal” reaksiyonlar denir. Elektrokimyasal bir reaksiyonda elektron alışverişi iki farklı faz arasındaki (örneğin: katı – sıvı) devamlı ve elektriksel yük dengesi bozulmuş bölgede (çift tabaka) gerçekleşir. Su içinde, atmosfere açık metal yüzeylerdeki su filminde ve toprak altında beton içindeki donatılarda meydana gelen tüm korozyon reaksiyonları “elektrokimyasal” reaksiyonlardır. Metal yüzeyinde korozyonun meydana geldiği her bölgede “anot- katot – elektrolitik iletken – elektronik iletken ve ara yüzeylerden (anot ve katotta)” oluşan bir “korozyon hücresi” mevcuttur.

 

Korozyon sistemi incelendiğinde çözünen metal “anot”, yüzeyinde oksijenin redüklendiği metal “katot”, anot-çözelti ve katot-çözelti “ara yüzeyleri”, anot ve katodun içinde bulunduğu ortam “elektrolitik iletken” ve anotla katodu birebirine bağlayan metalik “elektronik iletken”den oluşan bir sistem gözlenir.  Bu sistem “korozyon hücresi” olarak bilinir.

 

Elektronik iletken: Anotta açığa çıkan elektronları katoda taşıyan metalik iletken. Anot ve katot olarak davranacak iki metalin birbiri ile teması da bu iletişimi sağlar veya aynı bir metalin bir bölgesi anot ve onun yanındaki diğer bir bölge ise katot olarak davranabilir.

Anot: Korozyona uğrayan (oksitlenen) metal. 

 

Katot: Anotta açığa çıkan elektronları harcayan reaksiyonun (redüksiyon) meydana geldiği metal yüzeyi.

 

Elektrolit: Elektrolitik iletken. Sulu çözelti. Anot ve katot arasında iyonik bağ sağlayan ve elektrik akımının iyonlar vasıtası ile iletildiği ortam. 

 

Ara Yüzey: Korozyon reaksiyonunun ve redüksiyonun meydana geldiği metal-çözelti ara yüzeyleri. 
 

Korozyonun meydana gelebilmesi için “korozyon hücresi” çevriminin kesintisiz çalışması gereklidir. Yani anottaki kimyasal değişim ile metal iyonları meydana gelip çözeltiye geçerken açığa çıkan elektronlar, elektronik iletken vasıtası ile katoda taşınırlar ve orada harcanırlar. 

 

Metallerde elektron hareketi akım (İ) olarak ölçülür. Elektron hareketi ile akım yönü birbirine terstir. Akım birim zamanda hareket eden elektronların bir ölçüsü olduğu için aynı zamanda anottaki kimyasal değişikliğin de miktarını gösterir. 

 

Katot yüzeyinde harcanan elektronlar yüzeyde örneğin oksijenin (O₂), hidroksil (OH-) iyonu haline dönüşümüne neden olurlar. İyonlar sulu çözelti içinde hareket ederek akımın anot ile katot arasında geçişini sağlarlar. Pozitif yüklü iyonlar katoda, negatif yüklü iyonlar da anoda giderler. Böylece hücre çevrimi tamamlanmış olur.

 

Korozyon hücresinden geçen akıma “korozyon akımı” (i_kor) denir. Korozyon hücresinde anot reaksiyonunun (korozyon) hızı ile katot reaksiyonunun hızlan birbirine eşittir (I_anot = I_katot  = I_kor).

 

Eğer ortamda redüklenecek yani elektron harcayacak madde (örneğin çözünmüş oksijen) yoksa korozyon da meydana gelmez; yani anotta açığa çıkabilecek elektronlar harcanamaz. Başka bir deyişle katodik olay yoksa veya oluşumu engellenebilirse anodik reaksiyon, yani korozyon da olmaz. Örneğin kazan sularından çözünmüş oksijenin temizlenmesi korozyonu durdurabilir. Buna ilave olarak şu durumlarda da korozyon meydana gelmez;

Metalin çözünmesi, yani korozyon hızı, karşıt reaksiyonun yani redüksiyon reaksiyonunun hızı ile orantılıdır. Çözelti içinde redüklenecek madde miktarı düşük ise korozyon hücresindeki korozyon hızı da (i_kor) düşüktür. Zira korozyon hızı katodik reaksiyonun hızı ile (ikatot) kontrollüdür, artma tehlikesi yoktur. Örneğin deniz suyunda metallerin korozyonu çözünmüş oksijen miktarı ile orantılıdır; dolayısı ile de deniz suyunda metallerin korozyon hızları metal cinsine göre çok büyük oranlarda değişmez.

 

Korozyona neden olan en önemli katodik olay, sulu ortamda çözünmüş oksijen gazının redüksiyonudur. Bunu sulu çözeltilerdeki hidrojen iyonunun redüksiyonu takip eder. Asit ortamlardaki hidrojen iyonu miktarı çözünmüş oksijenden çok daha fazladır ve dolayısı ile asidik çözeltilerde hidrojen iyonu redüksiyonu, çözünmüş oksijen reaksiyonundan daha önemli bir katodik olaydır. Ayrıca sulu çözeltide bulunan diğer redüklenebilecek iyonlar da (örneğin ferrik demir ve nitrat gibi) katodik reaksiyonu oluşturabilirler.

 

Korozyon olayında çözünmenin meydana geldiği bölge (anot) ile redüksiyonun oluştuğu bölge (katot) birbirinden ayrı ise metal yalnız anot bölgesinde çözünür. Bu durumda “bölgesel” veya “tercihli” bir korozyon söz konusudur. Bu tip korozyonun oluştuğu korozyon hücresine “makro korozyon hücresi” de denir. Uygulamada karşılaşılan korozyon hücrelerinin büyük bir kısmı “makro korozyon” hücresi ve korozyon şekli de “bölgesel” korozyondur.

 

Bazı durumlarda metal yüzeyinde atomal boyutta bir nokta anot olarak çözünür, alttaki atom ise katot olarak davranabilir. Sonuçta metalin tüm yüzeyi “tekdüze” olarak çözünür. Herhangi bir zaman kesitinde olayları incelediğimizde ise bu durumda dahi “anot-katot ve diğer elemanlardan” oluşan korozyon hücresini tanımlayabiliriz. Bu tip korozyonun meydana geldiği korozyon hücresine “mikro korozyon” hücresi denir. Asit bir çözeltide çinko metali bu şekilde homojen olarak çözünür. Katot reaksiyonu ise hidrojen iyonunun redüklenmesi ve hidrojen gazı çıkışıdır 

 

Korozyon birbiri ile elektriksel ve elektrolitik teması olan ve aralarında potansiyel farkı oluşabilen metalik “iki bölge” veya “iki nokta” arasında oluşur. Bu bölge veya noktalardan potansiyel olarak daha asil olanın yüzeyinde “katodik” reaksiyon oluşur, daha aktif olan diğer bölge veya nokta (anot) çözünür. Burada anot bölgesi yüksek enerjili katot bölgesi ise düşük enerjilidir ve enerji tabii olarak yüksek enerjili bölgeden düşük enerjili bölgeye yer değiştirir.

 

Potansiyel farkının oluşum nedenleri metal veya ortamla ilgili olarak şu şekilde gruplandırılabilir:

a - Metalle ilgili

1. Metalin veya alaşımın kendi bünyesindeki yapısal, kimyasal, mekanik veya ısıl farklılıklar gösteren bölgeleri arasında potansiyel farkı oluşabilir.

2. İki ayrı metal veya alaşımın teması sonucu potansiyel farkı oluşur.

b - Ortamla ilgili 

Metalin temas halinde olduğu ortamdaki bileşenlerden katodik olarak redüklenebileceklerin konsantrasyonunun metalin değişik bölgelerinde farklı olması (konsantrasyon hücresi) potansiyel farkı oluşturabilir.

 

Korozyon hücresini oluşturan anodik ve katodik reaksiyonlar, örneğin demirin korozyonu ve oksijenin redüksiyonu gibi:

 

Hücre reaksiyonunun sol tarafındaki bileşenlerin oluşum serbest enerjileri toplamı (∆G_sol), sağ tarafındakilerinden fazla ise (∆G_sağ) reaksiyon soldan sağa kendiliğinden gelişir; demir çözünür, oksijen redüklenir. Bu olay suyun yüksekten alçağa veya ısının sıcak bölgeden soğuk bölgeye tabi akışına eşdeğerdir.

 

Hücre reaksiyonunun iki yanı arasındaki enerji farkı korozyon hücresinin enerjisidir ve değeri negatif olarak, yani “açığa çıkan” enerji olarak bulunur.

 

Korozyon hücresinin enerjisinin (veya potansiyelinin) bir kısmı anodik reaksiyonun (Ƞ_a), bir kısmı katodik reaksiyonun (Ƞ_k) belli bir hızla (i_kor) gelişmesi için, ayrıca bir bölümü de sistemin direncini (elektronik-elektrolitik bölümlerin ve metal/çözelti ara yüzeylerinin direnci : ΣR_j) yenmek için harcanır.

 

∆E_Hücre = Ƞ_a +Ƞ_k + i_korΣRj

 

Sistemin direnci ne kadar yüksek ise onu yenmek için harcanacak enerji de (i_korΣRj) o denli büyük olur ve sonuçta toplam enerjiden anodik ve katodik reaksiyonlara harcanacak enerji payı azalır, yani korozyon yavaşlar. Bu şekilde sistem direncini artırarak korozyon hızını yavaşlatma uygulamada yaygın kullanılan bir yöntemdir.

 

Hücre reaksiyonu örneğinde görüldüğü gibi anodik ve katodik reaksiyonların da potansiyel farkları hesaplanabilir. Örneğin “metal – iyon” arasındaki reaksiyon redüksiyon olarak yazılır ve hesapla bulunan potansiyel farkları en yüksek pozitiften (en asil) en düşük negatife (en aktif) sıralanarak metallerin “elektromotif kuvvet serisi” elde edilir. Bu seride hidrojen iyonunun redüksiyon potansiyeli “sıfır” olarak kabul edilmiştir.
 

Seride (+) yönde olan bir metal ile bunun (-) yönde altındaki bir başka metalin birbiri ile teması halinde (+) yöndekinin yüzeyinde redüksiyon reaksiyonu meydana gelir ve (-) yöndeki metal ise “korozyona” uğrar. Etkin bir korozyon oluşabilmesi için potansiyel farkının 50 mV’dan fazla olması gerekir.

 

Fakat teorik olarak mümkün olan bu olay pratikte meydana gelmeyebilir. Bunun için metallerin hesapla bulunan teorik  potansiyelleri yerine kullanıldıkları ortamda (örneğin deniz suyunda veya toprak altında) ölçülerek bulunan potansiyelleri yine benzer bir sıralamaya tâbi tutulabilir. Elde edilen seriye “galvanik seri” denir. Bu seriler uygulamada korozyon tahmininde hakikate daha uygun sonuçlar verirler.

 

Korozyon metallerin ortamla teması sonucu, metal-ortam ara yüzeyinde oluşan bir bozunmadır, yani bir “yüzey” olayıdır. Metallerin ortamla temas etmeyen bölgelerinde meydana gelen bozunma korozyon olarak nitelendirilemez. Ayrıca korozyon olayında malzemenin “elektrokimyasal” olarak değişime uğraması gereklidir.

 

Yalnız mekanik nedenlerle meydana gelen bozunma (aşınma, kırılma gibi) korozyon değildir. Fakat korozyonun hızlandırdığı veya korozyon ürünlerinin neden olduğu mekanik tahribatlar (gerilimli korozyon çatlaması, korozyonlu yorulma ve hidrojen kırılganlığı gibi) veya mekanik tahribatın hızlandırdığı korozyon türleri (kavitasyon, kazımalı korozyon vb. gibi) ise sıkça rastlanan ve endüstriyel açıdan çok önemli korozyon türleridir.

 

Metal ve alaşımlar için mutlak bir “korozyona dayanıklılık” kavramından bahsetmek doğru değildir. Herhangi bir metal veya alaşımın korozyona dirençli olup olmadığı o malzemenin içinde kullanılacağı ortama ve ortam koşullarına bağlıdır. Belirli bir ortama çok dayanıklı bir malzeme diğer bir ortamda korozyona uğrayabilir. Örneğin, nitrik aside dayanıklı 304 kalite paslanmaz çelik, klorür iyonu içeren deniz suyuna aynı oranda dayanıklı değildir. 

 

Kısaca özetlendiği gibi korozyon, “Metal-Ara yüzey-Ortam” üçlüsünün etkileşimi ile meydana gelir. Korozyondan korunma önlemlerinin temelinde de bu üç elemanın özelliklerini ve birbirleri ile ilişkilerini iyi bilmek ve gerekli değişiklikleri gerçekleştirmek yatar.

 

Metallerin ortama daha dayanıklı kılınması veya ortamın metal üzerindeki etkisini azaltan veya ortadan kaldıran önlemlerin alınması yanında, ara yüzeyi değişik malzemelerle kaplayıp “metal-ortam” ilişkisini veya ara yüzeyin özelliğini değiştiren önlemler de bunlara örnektir. Metalin diğer metaller ve ortamla ilişkisinin korozyonu teşvik etmeyip frenleyecek şekilde planlanması ve ara yüzey geometrisinin ortamın korozif etkisini artırmayıp azaltacak şekilde tasarlanması da korozyondan korunmanın en önemli yöntemlerindendir.

 

Korozyondan korunma önlemleri korozyonu “engelleyici”, “azaltıcı” veya “kontrol altına alıcı” nitelikte olmalıdırlar. Bu nedenle “önleyici” önlemler kadar “düzeltici” önlemler de daha tasarım kademesinde düşünülerek korozyondan korumanın bir parçası yapılmalıdır. 

 

Korozyondan koruma yöntemlerini:

A - Tasarım,

B - Metal ve alaşımla ilgili önlemler,

C - Ortamla ilgili önlemler,

D - Ara yüzeyle ilgili önlemler, 

olarak sıralayabiliriz.

 

Herhangi bir sistemin tasarımında, eğer ortamın hiçbir korozif etkisi yoksa seçilen malzemenin “mekanik özellikleri- işlenebilirliği-bulunabilirliği-fiyatı ve görünüşü”nün bilinmesi, mühendislik ve ekonomik açıdan yeterli bilgilerdir. Hâlbuki içinde çalışılan her ortamın metaller üzerinde az veya çok korozif etkisi vardır. Dolayısı ile tasarımda ayrıca: “Kullanılan malzemeler ile içinde kullanıldıkları ortamın etkileşimi, bu malzemelerin birbiri ile korozyon açısından uyumu, malzemeyi korozyondan korumak için alınacak önlemler ve kullanımı sırasında bakımı ile ilave sermaye-kontrol-tasarım-bilgi gibi diğer harcamalara benzer ek ekonomik yükler” de dikkate alınmalıdır. 

 

Tasarım kademesinde bütün bu koşullar dikkate alınarak korozyonu “önleyici” tedbirlere başvurulur. Korozyonun tamamen önlenmesi ise çoğu zaman erişilemeyen bir amaçtır. Dolayısı ile alınan “önleyici tedbirler” korozyonu “engelleyemez” fakat “azaltabilir” veya “kontrol altına almamızı” sağlayabilir. Meydana gelen korozyonun sistemi kullanılamaz hale getirmemesi, insan sağlığına ve çevreye zararlı olmaması için ise devamlı “düzeltici” önlemlerle kontrol altında tutulması gereklidir. Periyodik bakım, parça değişimi, boyama bu tür tedbirlere örnektir. 

 

Tasarım kademesinde dikkate alınması gerekli hususlar ve toplanılması lüzumlu bilgiler ise: “tasarımdan beklenen görev, tasarımın çalışma şekli-koşulları, ömrü, içinde çalışacağı ortamın ve koşullarının doğru tahmini ile kullanılacak malzemeler ve bu malzemelerle ilgili korozyon ve korozyondan korunma bilgi ve önlemleri ile ekonomik bilgiler” olarak sıralanabilir. 

 

Yukarıdaki bilgiler ne denli teferruatlı ve sıhhatli toplanıp, tahminler doğru yapılabilirse (özellikle içinde kullanılacağı ortam ve koşulları ile ilgili) tasarımın korozyona dayanma şansı o derece artar. 

 

Unutulmaması gereken önemli nokta korozyon ile mücadelede en ekonomik ve akılcı yolun “doğru” tasarım olduğudur. Özellikle korozyon başladıktan sonra onu “düzeltici” koruma önlemleri ile kontrol altına almak ise çok pahalıya mal olabileceği gibi insana ve çevreye zararları da önemli boyutlara ulaşabilir. 

 

Metallerin içinde bulundukları ortamın korozif etkisine dirençleri “içyapıları, kimyasal bileşimleri, gerilim durumları ile yüzey özelliklerinin” bir fonksiyonudur. 

 

1. İçyapı: Metal ve alaşımlar “atomlardan” oluşur. Atomlar üç boyutta belli bir geometrik düzende sıralanarak “hücreleri” meydana getirirler. Hücrelerin muntazam tekrarı ile elde edilen yapıya ise “kristal” yapısı denir. Endüstriyel metal ve alaşımlar gayrı muntazam şekilli “kristal kümelerin” bileşiminden oluşurlar ki bu kümeler “tane” olarak bilinirler. Aynı bir metalik yapıda taneler birbirlerinden “tane sınırı” ile ayrılırlar. Tane sınırları metalik yapı içinde tane içlerinden daha farklı özelliklere sahip bölgelerdir. Safsızlıklar bu bölgelerde tercihen zenginleşirler ve bu da tane sınırlarının tercihli çözünmesine yani korozyonuna neden olabilir. 

 

Metalik malzemelerde içyapı özelliklerinin korozyon direncine etkileri çok önemlidir. Bilindiği gibi bir metal atomu merkezinde nötron ve pozitif yüklü protonlardan oluşan bir “çekirdek” ve bunun etrafında dönen “elektronlardan” oluşur. Bir atomun elektron alma eğilimi “elektronegatiflik” olarak bilinir. Yan yana iki atom çekirdeğinin merkezleri arasındaki mesafenin yarısı “atomun yarıçapı” olarak tanımlanır. Genelde elektronegatifliği yüksek metaller daha soy metallerdir: örneğin bakır alüminyumdan, platin nikelden soydur. Bu nedenle metallerin eşleşmesi ile oluşan galvanik hücrelerde daha elektronegatif metaller (soy) katot olarak davranır ve diğer metali çözündürür. 

 

Atom yarıçapı büyük fakat elektronegatiflikleri küçük bazı metaller ise yüksek sıcaklıklarda kolayca oksitlenip metal yüzeyinde koruyucu bir film oluştururlar. Yüksek kromlu çeliklere katılan itriyum buna örnektir. Aynı şekilde büyüyen atom yarıçapı ve küçülen elektronegatiflik titan, niyobyum ve tantalyumun karbonla daha kolay birleşmesini sağlar; bu özellikten de paslanmaz çeliklerin tane sınırlarına krom-karbon bileşiklerinin çökmesini engellemede yararlanılır. Böylece korozif ortama daha dayanıklı tane sınırları elde edilir. 

 

Metallerin kristal yapılarının korozyon dirençlerine etkileri ise daha çok dolaylıdır. Kristal yapıları metalik malzemenin seçim ve kullanımında önemli olan mekanik ve şekil verilebilme vb. özellikleri birinci derecede etkiler.

 

Metalik malzemelerde kristallerin içyapıları ve bu yapıda atomların sıralanmasında meydana gelen düzgünsüzlükler “içyapı hataları” olarak bilinir. İçyapı hataları yüksek enerji noktalarıdır. Korozyon tercihen bu noktalarda başlar. 

 

Tane sınırları bilindiği gibi safsızlıkların toplanma noktaları idi. Bu sebeple paslanmaz çelikler ve yüksek mukavemetli alüminyum alaşımlarında tane sınırlarında başlayan tercihli çözünme “taneler arası korozyona” neden olur. Paslanmaz çelikler özellikle %18 krom ve %8 nikel içerenler (304 ve 316 kalite) bölgesel olarak 400-800 °C’ye ısıtılınca (örneğin kaynak sırasında) tane sınırlarındaki karbon ve krom bileşerek çökerler (karbür oluşumu). Bu bölgelerde kromca fakirleşme olur. Kromca fakir bölgeler ise ilk önce korozyona uğrarlar. Bu tip korozyonu önlemek için paslanmaz çeliklerin karbon oranları azaltılabilir. (%0.03 °C’nin altına), karbona kromdan daha haris metaller ilave edilerek krom yerine onların karbür oluşturması (yukarıda anlatıldığı gibi) sağlanabilir veya parça 800 °C’nin üstüne ısıtılıp krom karbürler tekrar bozundurulur ve yeniden oluşumlarına neden olmayacak şekilde parça hızla soğutulabilir.

 

2. Kimyasal bileşim: Metal ve alaşımların belirli bir ortam ve ortam koşullarında korozyon dirençlerini etkileyen en önemli özellikleri kimyasal bileşimleridir. Bir metal ne derece arı ve içyapı hatalarından arındırılmış olursa, belirli bir ortamda korozyon direnci o denli yüksek olur. Fakat endüstride bu nitelikte bir metalle çalışmak genelde fayda vermez zira bir metalin kullanımında yalnız korozyon direnci değil mekanik ve fiziksel özellikleri de ön plana alınmalıdır. Bu nedenle endüstride saf olmayan metaller ve birden fazla metalin karışımından oluşan alaşımlar kullanılır.

 

Alaşım iki türlü oluşur; ya iki metal birbiri içinde, şekerin su içinde çözündüğü gibi çözünür ki bu şekilde oluşan alaşıma “katı eriyik” denir veya karışan elementler belirli bir kimyasal bileşimi yani “bileşik” oluştururlar. Paslanmaz çelik içindeki krom ve nikelin, demir bakır alaşımındaki nikelin bakır içinde çözünmesi “katı eriyiğe”, çelikler içindeki demir karbon bileşikleri (sementit: Fe3C) “bileşik” oluşuma örnektir.

 

Genelde alaşımların “katı eriyikten” oluşan temel yapısı içine “bileşikler” çöker; bunlara “ikincil fazlar” denir. Bu çökelme tane sınırlarında da olabilir. İkincil fazlar katot olarak davranarak çevrelerindeki metali korozyona uğratırlar. Eğer anot olarak davranırlarsa hızla çözünürler ve o noktalarda oyuklanma korozyonu başlar. 

 

Bir malzemede katot olarak davranan ikincil fazların yüzey alanı küçültülerek (ısıl işlemle) korozyon azaltılabilir. Metal ve alaşımların korozyon direncini artırmak için ilk akla gelen yöntem bünyelerindeki bileşik oluşturucu elementlerin azaltılması yani sistemin arılaştırılmasıdır. Çeliklerde kükürdün, paslanmaz çeliklerde karbonun, alüminyumda demir, silis ve bakırın azaltılması gibi. Isıl işlemde ikincil fazların çözündürülerek bileşenlerinin tekrar çözelti fazına alınması da korozyon direncini artırır. Paslanmaz çeliklerdeki uygulamaya daha önce değinilmişti.

 

Metaller içine katılan bazı alaşım elementlerinin doğrudan veya dolaylı olarak korozyonu azaltma yönünde bariz etkileri vardır. Bir alaşım bünyesinde bulunan metallerden bazıları diğerlerinden daha asil olabilir (örneğin bir bakır çinko alaşımı olan pirinçte, bakır çinkodan daha asildir). Bu durum bazen aktif metalin asil metal tarafından çözündürülmesine neden olabilir (pirinçlerde “çinkosuzlaşma”). 

 

Diğer bazı alaşım elementlerinin ise ortamla reaksiyona girmeleri halinde yüzeylerinde koruyucu bir film oluşur ve metalde çözünme durur; bu film “pasif film” olarak bilinir. Pasifleşebilen metalleri içeren alaşımlar da pasifleşebilirler ve korozyona üstün direnç gösterebilirler. Örneğin paslanmaz çeliklerdeki krom, nikel, alüminyum alaşımlarındaki ve titanyum metali. Pasif filmle korunan metal ve alaşımlarda özellikle klorür iyonu içeren (deniz suyu gibi) ortamlarda pasif film yer yer tahrip olur, metal “oyuklanır”. Pasifleşebilen metal ve alaşımların maruz kaldığı en büyük tehlike “oyuklanma korozyonudur”. Pasifleşebilen metalleri içeren alaşımlara katılan bazı asil metaller pasifleşme için gerekli ön çözünmeyi teşvik ederek metalin hızla pasifleşmesini sağlarlar. Örnek olarak aside dayanıklı çeliklerde bakır, gümüş, paladyum ve platin, titanyumda paladyum ve platin.

 

Daha önce de belirtildiği gibi bazı metallerle tercihli bileşik yapan elementler de doğrudan veya dolaylı olarak korozyonu yavaşlatırlar. Örneğin bazı paslanmaz çeliklerde karbonla bileşerek tane sınırlarının kromca fakirleşmesini engelleyen titanyum, niyobyum, tantal, çelik içinde kükürdü bağlayan seryum, titanyum, bakır, alüminyumda demir ve silisi bağlayan magnezyum ve manganez.

 

Yüksek sıcaklıklarda çalışan sistemlerde ortama dayanıklı oksit üreten bileşikler de içine katıldıkları malzemenin korozyon direncini artırırlar; ısıya dirençli çeliklerde krom, alüminyum, silis, bakırda alüminyum, berilyum ve magnezyum gibi.

3. Gerilimler: Metal ve alaşımlarda sabit veya periyodik değişen gerilimlerin oluşturduğu “gerilimli korozyon çatlaması” veya “korozyonlu yorulma” gibi olaylar metal yüzeyinde çekme gerilimi yerine basma gerilimleri oluşturarak önlenebilir. Bunun için metalik yüzeylere çelik bilyalar püskürtülür.

 

4. Yüzey özellikleri: Metal yüzeyleri parlak, çiziksiz ve gözeneksiz, kenarlar çentiksiz ve yüzeyler temiz olursa sistemin korozyon direnci yükselir.

 

Korozyona neden olan ortamlar basit olarak aşağıdaki 6 grupta sınıflandırılabilirler

1. Nemli ortamlar

a. Atmosfer

b. Sulu ortamlar  

– Tabii sular

– Denizler  

– Kimyasal çözeltiler

c. Toprak altı

d. Beton içi

2. Kuru ortam: Yüksek sıcaklıkta gazlarla korozyon

3. Organik sıvılar

4. Ergimiş ortam

- Tuzlar

- Metaller

5. Kaçak akım 

6. Mikrobik aktivite

 

Bu yazıda ancak korozyonun elektrokimyasal mekanizmaya bağlı olarak geliştiği “nemli ortamlardan” bahsedilecektir. Gerek atmosferde gerekse toprak altına gömülü metallerin yüzeyinde atomal veya mikron boyutta da olsa her zaman su filmi mevcuttur.

 

Atmosferin korozif bileşenleri su buharı, havanın oksijeni, kirletici gazlar ve katı partiküllerdir. Sıcaklık, rüzgâr gibi atmosferik koşullar da korozif bileşenlerin etkinliğine tesir eder.

 

Atmosferdeki “bağıl rutubetin” fonksiyonu olarak metal yüzeyinde muhtelif kalınlıkta su filmi oluşur.  Bu filmin kalınlığı angströmden (10-8 cm), mm’ye kadar değişebilir. Çok düşük su filmi kalınlıklarında korozyon “kuru ortamdaki” korozyona benzer şekilde meydana gelir. 1 mm’den kalın su filmi altında gelişen korozyon ise atmosferik değil “sulu ortam korozyonu” karakterindedir.

 

Metal yüzeyinde su filmi kapiler etki, adsorpsiyon ve bazı kimyasal tuzların suyu yoğuşturma özelliği nedeni ile düşük bağıl rutubetlerde dahi meydana gelebilir. Örneğin su buharının su damlası haline dönüşmesi yani çiğlenmesi için bağıl rutubetin teorik olarak %100 olması gerekir. Hâlbuki ortam sıcaklığında metal yüzeyinde %60 bağıl rutubette dahi önemli miktarda adsorplanmış su molekülleri (demir yüzeyinde 20 molekül kalınlığında) bulunabileceği gibi su kapiler etki ile de yoğuşabilir. 

Bilindiği gibi ortam sıcaklığının artışı havanın birim hacmi içinde yoğuşmadan kalabilecek maksimum su buharı miktarını artırır (%100 bağıl nem).  Ani sıcaklık düşüşünde ise su buharının bir kısmı soğuk metal yüzeyinde “su” olarak açığa çıkar. Her sıcaklıkta hava içinde %100 bağıl rutubete tekabül eden su buharı miktarı değişiktir ve sıcaklıkla artar.

 

Metallerin korozyon hızları bağıl rutubetle çok yakından ilişkilidir. Örneğin demir çelik ürünlerinin korozyonu %60’ın üzerindeki bağıl rutubette hızla artar. Bağıl rutubetin çok düşük olduğu çöl atmosferinde veya suyun tamamen donduğu kutuplarda metaller hemen hemen hiç korozyona uğramazlar.

 

Atmosferik korozyonda ortamın gaz veya katı partiküllerle kirlenmesi korozyonu hızlandıran diğer önemli faktördür. Özellikle hava kirliliğine sebep olan kükürt dioksit başta olmak üzere kükürtlü gazlar ve katı-sıvı yakıtların yanma ürünleri, başta demir çelik alaşımları olmak üzere, birçok metalin korozyon hızını büyük oranda artırırlar. Kükürt dioksit; ortamın rutubeti ve paslı metal yüzeyinin katalitik etkisi ile sülfürik asit oluşturarak özellikle demir çelik ürünlerini çözündürür. Ayrıca amonyak ve klorürler de havadaki diğer önemli kirleticilerdir. Amonyak, bakır ve alaşımları, klorürler ise tüm metaller için zararlıdır. Havadaki katı tuz, kül vb. partiküller de korozif etkinlikleri yanında su filmi oluşumunu teşvik etmeleri nedeni ile de korozyonu hızlandırıcı etki yaparlar. Atmosferdeki sıcaklık artışı eğer bağıl rutubet yüksek ise korozyon hızını artırır.

 

Atmosferik korozyonu etkileyen diğer bir etken denizel ortamdır. Denizel ortamdaki klorürlü su damlaları ve tuz kristalleri metallerin korozyonunu büyük oranda artırır. Atmosferik ortamlar birçok metal üzerinde artan korozif etkisi açısından şu şekilde sınıflandırılabilir:

1 - Kırsal Atmosfer 

2 - Şehir Atmosferi 

3 - Denizel Atmosfer

4 - Kirli Şehir Atmosferi

5 - Kirli - Denizel - Şehir Atmosferi

 

Atmosferik Koşulları Değiştirerek Korozyondan Korunma

Atmosferik ortamda bir metalin korozyon hızı ortamdaki bağıl rutubet-kirlilik-sıcaklık ve diğer koşullara bağlı olarak birkaç yüz defa değişebilir.

 

Genelde açık ortamda atmosferin korozif etkisini ortam koşullarını değiştirerek azaltmak imkânı yoktur. Bu koşullarda en çok uygulanan yöntem metali ortama daha dayanıklı kılmak ve metal ortam ara yüzeyini ortama daha dayanıklı malzemelerle kaplamaktır. Atmosferik ortamdaki hava kirliliğinin azaltılması bu açıdan tek ve en önemli olumlu etkisi olan yaklaşımdır. Hava kirliliğinin azaltılması yalnız insan sağlığını iyi yönde etkilemekle kalmaz metallerin korozyon ömrünü de artırır.

 

Kapalı ortamlarda, yani bina içleri, depolar veya paketlerin içindeki korozyonu azaltmada ortamın bağıl rutubetinin azaltılması en yaygın kullanılan yöntemdir. Kapalı ortamların dışarıya göre 6-10 oC ısıtılması bağıl rutubeti azaltır. Ayrıca rutubet tutucular (silika jel, aktif alumina, kalsiyum oksit) bağıl rutubetin azaltılmasında yaygın kullanılırlar; örneğin eskiden Birinci Boğaz Köprüsünün (15 Temmuz Şehitler K.) gövdesi içinde olduğu gibi (silika jel ile). Kapalı ortamlarda, buharlaşabilen inhibitörler de (frenleyiciler) kullanılmaktadır.

 

Tabii sular ve denizel ortamda korozyon su içinde çözünmüş oksijen miktarı ve onun metal yüzeyine erişme hızı ile orantılı ve kontrollüdür. Bu tip ortamlarda en önemli katodik reaksiyon olan oksijen redüksiyonu metallerin korozyon hızını tayin eden en önemli etkendir. Gerek tatlı sularda gerekse denizel ortamda çözünen oksijen miktarı, normal koşullarda 8 ppm (ppm: mg/lt veya 8 ppm: 5,6 ml/lt) civarındadır. Dolayısı ile metallerin tabii sular ve deniz içindeki korozyon hızı atmosferik veya toprak altı koşullarında olduğu gibi çok büyük farklılıklar göstermez, bilakis birbirine çok yakındır.

 

Deniz suyu direnci (20-30 ohm cm) tabii sulara göre (200-5000 ohm cm) çok düşük olduğu için denizel ortamda hem mikro hem de makro korozyon hücreleri etkindir. Bu nedenle metallerin denizel ortamda yüzeylerinde yer yer daha fazla korozyon meydana gelmesine rağmen çözünme genelde daha homojendir. Yalnız yüzeyi pasif filmle kaplı metal ve alaşımlarda bölgesel “oyuklar” meydana gelir (304 kalite paslanmaz çelikte olduğu gibi). Deniz suyunun düşük direncine neden, içinde çözünmüş tuzlardır (başta sodyum, magnezyum ve klorür iyonları olmak üzere). Tatlı sularda metalin temas ettiği suyun farklı oksijen içeren bölgeleri oksijen konsantrasyonu farklılığı ile oluşan makro korozyon hücrelerini ön plana çıkarır. Tatlı sularda bölgesel korozyona daha fazla rastlanır.

 

Metal ile su (tatlı veya denizel) arasındaki rölatif hızın artışı metal yüzeyine erişen oksijen miktarını artıracağı için korozyon hızını da birkaç kat artırabilir. Suyun çok hızlı hareketi mekanik tahribatla başlayan korozyon türlerini (kavitasyon ve erozyon korozyonu gibi) önemli hale getirir. Özellikle denizel ortama dalan çelik yapıların “çırpıntı” bölgesi olarak bilinen deniz yüzeyinin takriben 100 cm içinde ve dışında kalan bölgelerinde, bölgesel oksijen konsantrasyon hücrelerinin etkisi ile, metalin diğer bölgelerindekinden daha fazla (6 kat) korozyon meydana gelir.

 

Gerek tatlı sularda gerekse denizel ortamda korozyon hızını kontrol eden diğer önemli faktör bu suların pH’leri, karbondioksit, bikarbonat, kalsiyum ve magnezyum içerikleridir. Zira örneğin tatlı sularda suyun pH’si ve içerdiği diğer iyonların dengesine göre kalsiyum karbonat ve silikatlar çökebilir. Bu çökelti metal yüzeyini kaplayarak korozyonunu durdurabilir. Fakat çok miktarda çökelme özellikle borularda kesit daralmasına ve ısı iletimi gereken yerlerde (ısıtma-soğutma sistemleri gibi) ısı iletimini engeller. Eğer bu iyonların konsantrasyonu ve suyun pH’si uygun değilse çökelme olmaz ve metalin korozyonu engellenmeden devam eder.

 

Denizel ortamda çöken kalsiyum karbonat ve magnezyum hidroksit de metal yüzeylerinin korozyonunu azaltır. Özellikle oksijenin redüklendiği bölgelerde ve katodik koruma uygulanması halinde oluşan alkali hidroksit iyonları bu çökelmeyi teşvik eder.

 

Tatlı ve tuzlu sularda biyolojik aktivitenin oluşturduğu korozyon da önemlidir. Denizel ortamda metal yüzeyine muhtelif deniz organizmalarının tutunarak gelişmesi ve biyolojik aktivite ile açığa çıkan asitler, o bölgelerde koruyucu boyaların tahribine ve metalin korozyonuna neden olur. Tatlı sulardaki biyolojik aktiviteler de suyun korozif etkinliğini artırır.

 

Tatlı Sularda Ortam Koşullarını Değiştirerek Korozyonun Engellenmesi 

Tatlı sular genelde: 

a) içme ve gündelik kullanımda (ziraat dâhil) 

b) ısıtma ve soğutmada

c) buhar kazanlarında kullanılır.

 

Her üç halde de bu suların korozif etkinliği başta içerdikleri çözünmüş oksijen olmak üzere bileşimlerine bağlıdır.

 

İçme ve gündelik kullanım amacı ile harcanan büyük miktardaki sulara, bunların korozifliğini azaltma açısından müdahale edilmez. Daha küçük miktarda gündelik kullanıma sunulan suların ise sertliklerinin kısmen veya tamamen giderilmesi, asit iseler alkalileştirilmeleri gibi müdahalelerde bulunulabilir.

 

Isıtma ve soğutma sularında ise koruyucu katı çökelti oluşumunu kontrol altına almak için yumuşatma yani suyun sertlik yapıcı iyonlarından temizlenmesi, oksijenin katkı maddeleri ile giderilmesi ve suyun korozif etkisini azaltmak için frenleyici (inhibitör) ilavesi yapılabilir. Suyun tamamen yumuşatılması ve zararlı iyonlarından temizlenmesi anyonik ve katyonik reçineler vasıtası ile bu iyonlar tutularak veya membran teknolojisi (ters ozmos) ile gerçekleştirilir. Suyun oksijeni ise ısıtılarak azaltılabileceği gibi hidrazin ve sülfitler kullanılarak da redüklenebilir; böylece su çözünmüş oksijeninden temizlenmiş olur. Buhar kazanlarında kullanılan sularda bu işlemler kısmen değil tamamen ve çok dikkatli olarak yapılır.

 

Denizel Ortam Koşullarının Değiştirilerek Korozyonun Engellenmesi

Denizel ortamda suyun karakteristik özelliklerine müdahale ederek korozyonu yavaşlatmak ve kontrol altına alma imkânı yoktur. Korozyondan koruma yöntemleri hemen hemen tümü ile “metal-deniz” ara yüzey özelliklerini değiştirmeye dayanır. Katodik koruma iskele, liman gibi denizel yapıların ve gemi gövdelerinin korunmasında yaygın kullanılan bir yöntemdir. Metalin özelliklerini değiştirme yolunda alınan önlemler ise daha çok klorürlü ortama dayanıklı metal ve alaşım kullanımı yönündedir.

 

Kimyasal çözeltiler asit -nötr- alkali karakterdedirler, ayrıca oksitleyici -nötr- redükleyici karaktere de sahip olabilirler. 

 

Belirli bir kimyasal ortam için en uygun metal ve alaşım seçilir. Daha önceki bahislerde görüldüğü gibi ortamın koşullarını değiştirmek yeni bir “ortam” yaratır: kullanılmaz. Kimyasal ortamlarda korozyon ile mücadele temelde “uygun” malzeme seçimi ile yapılır. Ortamlarda klorür iyonlarının bulunması pasif tabakayı bölgesel olarak korozyona uğratır, oyuklar oluşur. İndirgen ortamlarda ise pasif filmle kaplı metalik yüzeylerdeki pasif film indirgenir, metalik yüzey korumasız kalır. 

 

Günümüzde gittikçe artan oranda metalik malzemeler, borular, tanklar, kablolar vb. toprak altına gömülmektedir. Toprak, korozyon hücresinin “elektrolitik” iletkeni olarak davranır, yani heterojen, gözenekli ve kapiler yapıya sahip bir elektrolit olarak tanımlanabilir.

 

Toprak içindeki metalik yapılar yüzeylerindeki su filmi ve bunun içindeki çözünmüş oksijenin etkisi ile korozyona uğrarlar. Toprakta hareket olmadığı için su ve içerdiği oksijen gibi korozif ögelerin metal yüzeyine erişmesi, toprağın fiziksel yapısı ve bileşimi ile yakından ilgilidir. Killi toprakta gözenek azdır; çakıllı, iri taneli toprakta ise taneler arası hava ve su ile dolabilir.  Bu sonuncu tip topraklar bol oksijen içerdiklerinden toprak altında hem killi hem de iri taneli topraktan geçen bir çelik borunun iri taneli topraktaki bölümü katot (yüksek oksijenli) killi bölgedeki bölümü ise anot olarak davranır (oksijen paradoksu) ve korozyona uğrar. Toprak altı korozyon hücreleri genelde makro korozyon hücreleri ve korozyon da bölgesel niteliktedir.

 

Toprak altı korozyonuna etki eden faktörler toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleridir.

Toprağın yapısı: Toprak muhtelif boyutta inorganik bileşiklerden ve bozunmuş organik malzemelerden oluşur. 

Toprağın rutubeti: Toprak içinde su “serbest yeraltı suyu - yüzey suyu - kapiler su” halinde bulunur. Rutubet toprak altı korozyonunu etkileyen en önemli faktördür.

Toprak içinde havanın nüfuzu: Toprağın yüzeyine yakın bölgelerindeki boşluklar atmosferik bileşime yakın gazlarla doludur. Daha derinlere havanın nüfuzu meteorolojik faktörlerin hızlandırdığı yayınma ile gerçekleşir. 

Toprağın pH’si ve tuz oranı: Toprağın içindeki çözünmüş tuzlar ve alkali-asit iyonlar, toprak içindeki su ile ona iletkenlik kazandırırlar. Toprağın korozifliği iletkenliği ile orantılıdır. Yüksek iletkenlikteki topraklar korozif topraklardır.

Toprağın sıcaklığı: Genelde ± 50 oC arasında değişir. Sıfırın altındaki sıcaklıklarda korozyon durur. Yüksek sıcaklıklar ise korozyon hızını büyük oranda etkilemez.

Biyolojik aktivite: Toprak içindeki biyolojik aktivite genelde oksijeni harcar. Fakat toprak altında “anaerobik” yani oksijene ihtiyaç göstermeyen bakteriler, örneğin sülfat indirgeyici olanlar önemli boyutta metalik korozyona neden olurlar. 

 

Toprak altı korozyonundan korunmada, toprağın özelliklerini değiştirerek korozyonu kontrol ve engelleme pratik ve ekonomik bir yöntem değildir. Yalnız toprak altına gömülen bazı borularda hendek içinde boruyu çevreleyecek şekilde belirli özellikte dolgu malzemesi (kum) kullanılır. Bu da sınırlı oranda “ortam” değiştirme olarak kabul edilebilir. Toprak altındaki metalik yapılar genel olarak, metal-ortam ara yüzey özelliklerini değiştirmeye yönelik yöntemlerle korunurlar: boyalar, metalik ve organik kaplamalar, katodik koruma gibi. Toprak altı korozyonunda korozyon hızı 105 düzeyinde değişiklik gösterebilir.

Metallerin korozyondan korunmasında en yaygın olarak kullanılan, gerek “önleyici” gerekse “düzeltici” önlemlerin başında metal-ortam ara yüzeyini veya bu yüzeyin özelliklerini değiştirmeye yönelik olanlar gelir. Metallerin sulu ortamda korozyonu, metal yüzeyi ile ortam arasındaki fiziksel, kimyasal, fizikokimyasal ve mekanik ilişkilerin sonucu oluşan karmaşık bir olaydır. Bir yüzey olayı olan korozyonun kontrol altına alınması da metal yüzeyi ile ortam arasındaki korozyon oluşturan ilişkilerin ortadan kaldırılması, değiştirilmesi veya yavaşlatılması ile mümkündür. 

 

Ara yüzeyle ilgili koruma önlemlerini aşağıdaki gibi sınıflandırabiliriz:

 

I. Metal yüzeyini ortama daha dayanıklı başka bir malzeme ile kaplayarak koruma

a. Metal ve/veya alaşımlar gibi elektriksel iletkenliğe sahip malzemelerle kaplama

b. İnorganik ve elektriksel olarak yalıtkan malzemelerle kaplama

c.  Organik ve genelde elektriksel olarak yalıtkan malzemelerle kaplama (boyalar, plastikler, lastik ve bantlar gibi)

 

II. Metal yüzeyinin ortamla tepkimesi sonucu oluşan katmanın yüzeyi ortama daha dayanıklı kılması (“dönüşüm kaplama”)

a. Dışarıdan akım uygulaması veya oksitleyici bir ortamın etkisi ile metal veya alaşımın yüzeyini oksit veya koruyucu bir katman ile kaplama (alüminyumun oksitlenmesi, paslanmaz çeliğin pasifleştirilmesi gibi)

b. Metalin içine daldırıldığı çözelti ile tepkimeye girerek yüzeyinin yalıtkan bir katmanla kaplanması (fosfatlama, kromatlama)

 

III. Çözelti (ortam) içine katılan kimyasal maddelerin, frenleyicilerin (inhibitör), metal yüzeyinin özelliğini değiştirmesi sureti ile koruma.

a. Metal yüzeyinde koruyucu bir katman oluşturan veya mevcut katmanı kuvvetlendiren frenleyiciler.

b. Metal yüzeyinde, asit ortamlarda anodik ve katodik davrann bölgelere adsorbe olarak çözünmeye engel olanlar.  

 

IV. Metal yüzeyinin elektrokimyasal özelliğini değiştirerek koruma

a. Katodik koruma

b. Anodik koruma

Şimdi de sırası ile bu yöntemlerin en önemlilerini kısaca tanıyalım.

 

Metalik bir malzemeyi korumak amacı ile üzerine kaplanan metal veya alaşım ya bu metale göre ortama daha dayanıklı ve “asildir” veya bu metalden daha “aktiftir”; yani içinde bulunduğu ortamda taban, metalden önce tercihli olarak çözünür ve kaplandığı metalin çözünmesine engel olur. 

 

Birinci tip yani “asil” kaplama metallerine örnek bakır üzerine altın veya gümüş, çelik üzerine kalay, kurşun veya krom (nikel-krom olarak) kaplamadır. İkinci tip, yani “aktif” kaplama metallerine ise çelik üzerine çinko, kadmiyum, alüminyum kaplamalar örnek gösterilebilir.

 

Asil kaplama metallerindeki hatalar yani devamsızlıklar (çizikler, gözenekler, kesik-çentik kenarlar) altından açığa çıkan alt metal tercihli olarak çözünür. Bu tip kaplamalarda kaplama hataları çok tehlikeli sonuçlar doğurur; dolayısıyla kaplama kalitesi ve devamlılığı çok önemlidir.

 

Aktif kaplama metallerindeki küçük devamsızlıklar altında açığa çıkan alt metal ise korozyona uğramaz, zira metal kaplama kendisini harcayarak onu korur. Aktif metallerin ayrıca yüzeyleri oksitlenerek yüzeyde bir kromat veya fosfat tabakasını da oluşturulabilir. Bu durumda çözünmeleri azalacağı için koruma ömürleri artar veya daha ince bir metal kaplama katmanı istenilen koruma için yeterli olabilir.

 

Metalik kaplamalar yüzeylerine kaplandıkları metalleri yalnız korozyondan korumakla kalmazlar; onlara dekoratif çekicilik ve değişik mühendislik özellikleri de kazandırırlar. Metalik kaplamalarda çok katlı katmanlar, örneğin çelik üzerine “bakır-yarı parlak nikel-parlak nikel-mikro çatlaklı krom” gibi dörtlü katmanlar “asil-aktif” metal ilişkisinden yararlanarak korozyonun yalnız parlak nikel katmanında bölgeselleşmesini sağlayarak alt metali daha uzun süre korurlar. Bu yöntem otomobil tamponlarının kaplanmasında uzun yıllar kullanılmıştır. 

 

Metalik kaplamaların bileşimleri, yapıları, içerdikleri organik, inorganik veya metalik safsızlıklar korozyon dirençlerine etki eder. Bu özellikler kaplama yöntemine bağlı oldukları gibi aynı yöntemin değişik uygulamaları da değişik özellikte kaplamalar verir. Ayrıca kaplama sonu uygulanan işlemler de kaplamanın özelliklerini değiştirebilir. 

 

Metalik kaplamaların seçiminde ortam, metal kaplanmış parçanın kabul edilebilir ömrü, dekoratif etki, alt metalin türü, parçanın şekli ve boyutu, bilahare uygulanacak imalat yöntemleri ve mekanik faktörler rol oynar.

 

Metalik kaplamalarla sağlanmak istenen korozyon direncinin en yüksek olması için ise metalik malzemenin kullanılacağı ortam, üzerine kaplanacağı alt metal, kaplamanın türü, uygulama şekli, kaplamanın alt ve üstünde başka kaplama bulunup bulunmadığı gibi faktörler önemlidir.

 

Metalik kaplamaların başarılı görev yapmalarında en önemli etken kaplanacak metalin yüzeyinin kaplamaya hazırlanma derecesidir. Metal yüzeyleri yağ-kir-oksit-boya vb. maddelerle kaplı olabilir. Yüzeyin mekanik-ısıl-kimyasal-elektrokimyasal olarak temizlenmesi, kaplama metali ile yüzey arasında iyi bir bağ oluşmasını ve kaplamanın devamlılığını sağlayarak koruma etkinliğini artırır.
 

Metal kaplama yöntemleri başlıca şu şekilde gruplandırılabilir: 

Fiziksel Metotlar: Sıcak daldırma, yayınma ile kaplama, vakum kaplama, katodik saçınım, iyon kaplama, iyon aşılama.

Mekanik Metotlar: Metal giydirme (cladding), ergimiş metal püskürtme. 

Kimyasal Metotlar: Yüksek sıcaklıkta uygulanan metotlar (değişimle, kimyasal indirgeme veya ısıl ayrışım ile), düşük sıcaklık metotları (kimyasal indirgeme yani sementasyon ve akımsız kaplama).

Elektrokimyasal Metotlar (Elektrolitik kaplamalar).

 

Yukarıda sıralanan ve dört ana grupta toplanan yöntemler arasında endüstriyel önemi büyük kaplama yöntemleri sıcak daldırma, ergimiş metal püskürtme, elektrolitik kaplama, akımsız metal kaplama, yayınma ile kaplama ve vakum altında kaplama yöntemleridir. Korozyondan korunmada en yaygın kullanılan metal kaplamalar ise çinko ve alaşımları, kadmiyum, alüminyum ve alaşımları, kurşun, bakır ve alaşımları, nikel ve alaşımları ile krom kaplamalardır.

 

Uygulamada önemli yeri olan belli başlı inorganik ve elektriksel olarak yalıtkan kaplamalar:

a. Camsı emayeler

b. Camlar 

c. Çimento kaplamalardır.

 

Bazı metalik yapıların içi ise korozyona dayanıklı tuğlalarla astarlanabilirler ve bu işlem sırasında yine korozyona dayanıklı bağlayıcılar ve harçlar kullanılır.

 

Camsı emaye kaplamalar özellikle çelik saclardan ve dökme demirlerden yapılmış alet ve teçhizatın korozyondan korunmasında yaygın olarak kullanılırlar. Ayrıca kaplandıkları yüzeye dekoratif çekicilik de kazandırırlar. 

 

Emaye ana maddesi olan frit karmaşık alkali metal aluminoborosilikat bileşimidir. Isıya dayanıklı çok değişik malzemenin karıştırılıp ergitilmesi ile oluşturulur. Frit kuru halde ve bazı renk verici maddelerle karıştırılıp, öğütülüp elde edilen toz ısıtılmış dökme demir parça üzerine dökülüp fırında 900 °C ye kadar erişebilen sıcaklıklarda ergitilirse “kuru” yöntemle emaye kaplama elde edilir.

 

Eğer frit diğer katkı maddeleri ile beraber yaş öğütülüp elde edilen çamur kaplanacak metal yüzeyine püskürtme veya daldırma yolu ile kaplanıp kurutulduktan sonra emayenin 750- 850 °C de ergitilerek metal yüzeyini kaplaması sağlanırsa buna “ıslak” metotla kaplama denir.

 

Emayeler asitler, alkaliler ve suya dayanıklıdır veya bunlardan birisine özel olarak dayanıklı olacak şekilde formüle edilebilirler. 500 °C’ye kadar sıcaklıklara ve aşınmaya da dayanıklıdırlar. Fakat hidroflüorik asit ile ergimiş veya sıcak çözelti halindeki sodyum ve potasyum hidrokside dayanıklı değildirler. Emayelerin değişik ortamlara dayanıklılığı bileşimleri ile yakından ilişkilidir. Diğer bir dezavantajları ise mekanik ve termal şok altında çatlayabilmeleridir.

 

Camlar ergimiş inorganik maddelerin kristalleşmeden (amorf) katılaşmaları ile elde edilirler. Endüstriyel camlar genelde silisyum oksit başta olmak üzere çok değişik oksitler içerirler. Çelikten mamul tanklar, reaktörler, su ısıtıcıları, borular, valfler gibi malzemelerin yüzeyleri temizlenip yüksek sıcaklıkta gerilim giderildikten sonra cam kaplanırlar.

 

Cam kaplı yüzeylerde su absorpsiyonu ihmal edilebilir düzeydedir. Cam hidroflüorik asit ve derişik fosforik asit hariç tüm asitlere dayanıklıdır. Birçok organik çözelti camda önemli bir korozyona neden olmaz. Kuvvetli alkali çözeltiler de oda sıcaklığında emniyetle kullanılabilirler; yüksek sıcaklıklarda ise korozyon önemli hale gelir. Cam kaplanmış yüzeylerdeki arızaların tamir zorluğu önemli bir dezavantajdır.

 

Çelik ve dökme demir boruların iç ve dış yüzeyleri, korozyondan korunma amacı ile çimento kaplanabilirler. Dış yüzeylere kaplanan çimentonun su altı uygulamalarında boru üzerine ağırlık yükleyerek onu dibe bastırma özelliği de vardır. Boru içine tekdüze bir kalınlıkta ve merkezkaç döndürme yolu ile kaplanan çimento alkali etkisi ve geçirimsiz olması nedeni ile metali pasifleştirir ve onu boru içinden geçen akışkana karşı korur.

 

Başta demir çelik esaslı metaller olmak üzere tüm metalik yüzeylerin korunmasında en yaygın kullanılan yöntem boyalar ve vernikler yardımı ile korumadır. Korozyondan koruma harcamalarının %85’ten fazlası boyama için yapılır.

 

Bir boya temelde üç ana bileşenden oluşur: 

Bağlayıcılar, 

Pigmentler,

Çözücüler. 

 

Ayrıca bunlara ilaveten çok değişik amaçlara hizmet etmek için değişik katkı maddeleri de sisteme katılabilir.

 

Bağlayıcılar boyanın temel bileşenidir. Yapışma, kuruma tarzı, kimyasal ve mekanik nitelikleri açısından boyaların özellikleri doğrudan bağlayıcıya bağlıdır. Bağlayıcılar organik esaslıdır. Günümüzde en yaygın kullanılanlar ise sentetik polimerlerdir.
 

Pigmentler boyaya renk yanında korozyon direnci de sağlayan organik ve inorganik katkı maddeleridir. Pigmentler 1. inert (eylemsiz) 2. frenleyici etkisi olanlar ve 3. katodik koruma etkisi olanlar şeklinde ayrılabilirler.  

 

İnert pigmentler (alüminyum veya cam pulcuklar, mikamsı demir oksit gibi) boyanın ortamın etkisine (rutubet, güneş ışını) daha dirençli olmasını sağlarlar. Frenleyiciler ise (kromatlılar ve silüen (kurşun bileşiği, halen kullanılmamaktadır vb.) metal yüzeyinin pasifleşmesini sağlayarak veya ortamın özelliğini değiştirerek (silüenin alkali ortam yaratması, oksijeni bağlaması gibi) korozyonu frenlerler. Katodik koruma etkisi yapan pigment ise çinko tozudur. 

 

Çözücüler bağlayıcıyı çözmede kullanılan organik maddelerdir. Kurumaları sonucu boya filmi katılaşır. Boya filminin kuruyup sertleşmesi ise esasta fiziksel (buharlaşma) ve kimyasal olarak (ortamla veya başka maddelerle reaksiyona girerek) gerçekleşir.

 

Korozyona karşı korumada çok katlı boya katmanları kullanılır. Temelde bu katmanlar 1. Astar (primer), 2. ara katman ve 3. örtü tabakası (üst katman) olmak üzere üç grupta incelenebilir.

 

Astarlar korozyona karşı asıl korumayı yapan boya katmanıdır. Ayrıca metale iyi yapışması, kendi içinde yüksek iç mukavemete sahip olması, korozyon ve kimyasallara dirençli olması, ara katmanla iyi bağlantı oluşturabilmesi ve uygun esnekliğe sahip olması gerekir.

 

Ara katman ise toplam kaplama kalınlığının önemli bir bölümünü oluşturması, yüksek kimyasal direnç, su buharı geçişine yüksek direnç, yüksek elektrik direnci, kuvvetli iç mukavemet ve astar ile örtü tabakasına iyi yapışma gibi özelliklere sahip olmalıdır.

 

Örtü tabakasının ise kaplama sistemini koruyucu, ortama ilk engel, keza kimyasallara, suya, atmosfere direnç, aşınmaya direnç ve güzel görünüş gibi nitelikleri bulunmalıdır. 

 

Korozyondan korunma amacı ile yapılan organik kaplamalar ve bu arada başta boyaların “koruma” işlevi:

Geçirgen olmayarak (engel),

Frenleyici etkisi göstererek veya

Katodik olarak koruyarak gerçekleşir. 

 

Bir boya sistemi bu özelliklerden en az birine sahip olacak şekilde tasarlanır. Bir boya sisteminin başarısı kaplanacağı sistemin yüzeyinin boyaya hazırlanması ile birinci derecede ilgilidir. Boya katmanı (astar boya) ile metal arasındaki bağın çok iyi olabilmesi için metal yüzeyi boyadan önce uygun yöntemlerle temizlenip bekletilmeden boyanmalıdır. 

 

Yüzey temizleme yöntemleri azalan etkinlik derecesine göre şu şekilde sıralanabilir: 

1. Beyaz metale kadar kumlama,

2. Beyaz metale yakın kumlama,

3. Tazyikli temizleme,

4. Asitle dağlama,

5. Döner tel fırça ile temizleme, 

6. Alevle temizleme,

7. Elektrikli aletlerle temizleme, 

8. El aletleri ile temizleme, 

9. Çözücü ile silme.
 

Boya sisteminin başarılı görev görmesinde boya uygulamasının da yeri büyüktür. Her tür boya istenilen herhangi bir şekilde uygulanamaz. Belli başlı boya uygulama teknikleri: 

1. Fırça tatbikatı, 

2. Döner merdane, 

3. Püskürtme, 

4. Daldırma, 

5. Akıtma, 

6. Perde, 

7. Döner varil, 

8. Elektrostatik yöntem, 

9. Elektroforetik yöntem olarak sıralanabilir.

 

Boyama işleminin başarılı olabilmesinde: 

Metale ve ortama en uygun; istenilen niteliklere sahip boyanın seçilmesi,

Metal yüzeyinin hazırlanması,

Uygulama yönteminin doğru seçilmesi,

Uygulama koşullarının (sıcaklık, rutubet, ortam kirliliği vs.) müsait olması en önemli ve mutlaka dikkate alınması gereken hususlardır.

 

Çelik tanklar, borular, valfler, pompalar gibi mekanik mukavemeti yüksek malzemelerin korozif sıvılara direnci tabii ve sentetik lastik (elastomer) kaplamalarla artırılabilir. Tabii lastik birçok inorganik tuzlara, alkaliler ve oksitleyici olmayan asitlere dayanıklıdır. Oksitleyici ortamlara ise dayanıklı değildir. Bunlar arasında nitrik asit, sülfürik asit, permanganatlar, dikromatlar, sodyum hipoklorür ve klorür dioksit sayılabilir. Aynı şekilde mineral ve bitkisel yağlara, gazyağı, benzin, tolüen, klorürlü hidrokarbonlar ve hidroklorik aside de dayanıklı değildir. Tabii lastik atmosfer ve güneşe maruz kalınca sert ve kırılgan olur.

 

Belli başlı sentetik lastikler arasında ise izopren, stiren- butadien (SBR), neopren, nitril (NBR), bütil, Hipalon, silikon ve üretan lastikler sayılabilir. Sentetik lastiklerde tabii lastiklerdeki bazı dezavantajlar ortadan kaldırılmış ve dolayısı ile daha geniş uygulama alanına kavuşturulmuşlardır. Örneğin neopren nitril yağ içeren kimyasallara, bütil atmosfere ve bazı oksitleyicilere, keza hipalon da bazı konsantrasyonlara kadar sülfürik, nitrik, kromik ve fosforik aside dayanıklıdır.

 

Alüminyum ve alaşımları uygun çözeltiler içinde (örneğin sülfürik asit, kromik asit veya oksalik asit gibi) bir elektroliz hücresinin anodu yapılarak oksitlenirse yüzeylerinde alüminyum oksitten oluşan bir katman meydana gelir. Genelde gözenekli olan bu katmanın kaynar su veya su buharında gözenekleri kapatılınca metal yüzeyini koruyan yalıtkan ve çok sert bir koruyucu tabaka elde edilmiş olur.

 

Uygulamada “eloksallama” olarak bilinen bu elektrolitik oksitleme işlemi, özellikle mimari amaçla kullanılacak alüminyum alaşımlarına mutlaka uygulanmalıdır. Oksit tabakasındaki gözeneklere kapatılmadan önce organik veya inorganik boyalar emdirilir veya içinde değişik metaller oksitler (kalay, nikel, bakır, demir gibi) çöktürülürse (alternatif akım kullanarak) güneş ışınlarına dayanıklı renkli bir oksit tabakası da elde edilir.
 

Günümüzde atmosferik koşullara maruz yüzeylerde oksit tabakaları 20 µm (yüksek korozif ortamda 25 µm), bina içinde kullanılacaklar ise 10 µm kalınlığında olmalıdır. Renkli katmanların kalınlıkları ise 20-40 µm arasında değişir.

 

Paslanmaz çeliği paslanmaz kılan yüzeyindeki çok ince (angström mertebesinde) koruyucu filmdir. Tabii olarak meydana gelebilen bu film oksitleyici kimyasal maddelerle de oluşturulabilir. Örneğin paslanmaz çelik derişik nitrik asit çözeltisiyle temas ettirilirse yüzeyinde koruyucu film oluşur veya mevcut film daha dayanıklı hale gelir. Pasif tabaka olarak bilinen bu film klorürlü ortama dayanıklı değildir ve bölgesel olarak tahrip olur. Bilindiği gibi paslanmaz çeliklerin klorürlü ortama direnci alaşım elementlerinin miktarı arttırılarak (yüksek krom, nikel) ve ilave metaller katarak (molibden) artırılabilir.

 

Başta çelik yüzeyleri olmak üzere çinko ve kadmiyum kaplamalar temelde fosforik asit olmak üzere diğer uygun iyonlar ve kimyasal maddeler içeren çözeltilere daldırılır veya yüzeylerine bu çözeltiler püskürtülürse metal yüzeyi elektriksel olarak yalıtkan bir fosfat tabakası ile kaplanır. Özellikle boyanacak yüzeylerin fosfatlanması hem boyanın metal yüzeyine kenetlenmesini kolaylaştırır hem de boya ile elde edilen koruma ömrünü arttırır. Soğuk çekme ile şekillendirilecek malzemelerin yüzeyleri de sürtünmeyi azaltmak için fosfatlanır. Fosfat kaplamaların kalınlığı 1-10 μm arasında değişebilir. 

 

Başta alüminyum, çinko, kadmiyum olmak üzere bakır, gümüş, kalay gibi metal veya metal kaplamalar temelde kromik asit veya kromat iyonla içeren çözeltilere daldırılarak oksitlenir ve yüzeylerinde bir kromat filmi oluşturulur.

 

Kromat filmi metal yüzeyine korozyon direnci kazandırdığı gibi boya tabakasının yüzeye kenetlenmesinde de önemli rol oynar. Çinko, kadmiyum, alüminyum yüzeyleri yalnız kromatlanmış olarak ve başka bir yüzey işlemine gerek kalmadan da kullanılırlar. Kromat tabakası genelde 0,5 – 1.5 μm kalınlığındadır. Herhangi bir şekilde bölgesel tahribata uğradıklarında birçok halde kendi kendilerini tamir edebilirler, yani tahrip olan yerde yeniden kromat katmanı oluşur.

 

Kromat (6+ değerlikli Cr iyonu) günümüzde birçok uygulamada kanserojen olması nedeni ile yasaklanmıştır. Yerine Cr₃₊ içeren kromatlama uygulaması ve krom iyonu içermeyen çözeltiler kullanılmaktadır.

Frenleyiciler korozif ortama çok az miktarda katılmalarına rağmen metal yüzeyine etki ederek korozyonu yavaşlatan veya pratik olarak ortadan kaldıran organik veya inorganik esaslı katkı maddeleridir. Frenleyicilerin buharlaşan veya buhar fazında etki ederek atmosferik koşullarda koruma yapan türleri de mevcuttur.

 

Frenleyiciler etkilerini ya metal yüzeyinde koruyucu bir film oluşturarak veya oluşmuş filmi takviye ederek (A tipi frenleyici) veya metal yüzeyinin anodik ve katodik bölgelerini kaplayarak (adsorbe olarak) gösterilirler (B tipi frenleyici).

 

A tipi frenleyicinin ortama katılması ile frenlenen reaksiyon “oksijenin redüksiyonu” yani “Katodik olay” olabildiği gibi metalin oksitlenmesi-çözünmesi yani “anodik olay” da olabilir. Bunlardan birinci şekilde etki edenler “katodik frenleyiciler’; ikinciler ise “anodik frenleyiciler” olarak da bilinirler.

 

A tipi frenleyiciler genelde nötr veya alkali çözeltilerde etkilidirler. B tipi frenleyiciler ise asit ortamlarda kullanılırlar.

 

A tipi frenleyicinin ortama katılması ile frenlenen reaksiyon “oksijenin redüksiyonu” yani “Katodik olay” olabildiği gibi metalin oksitlenmesi-çözünmesi yani “anodik olay” da olabilir. Bunlardan birinci şekilde etki edenler “katodik frenleyiciler’; ikinciler ise “anodik frenleyiciler” olarak da bilinirler.

 

B tipi frenleyiciler genelde organik frenleyicilerdir ve hem anodik hem de katodik bölgelere adsorbe olurlar. Metal yüzeyinin potansiyeline, frenleyicinin kimyasal yapısına ve molekül boyutuna bağlı olarak hem anodik hem de katodik reaksiyonları değişik oranda frenlerler.

 

A tipi frenleyicilerden bazıları alkali ortamda katı bileşik halinde çökerler. Örneğin katodik bölgelerde oksijenin redüklenmesi ile bölgesel alkalileşme olur ve frenleyici olarak kullanılan (katodik frenleyiciler) değişik metal tuzları (Mg, Mn, Ni, Zn gibi), kalsiyum bikarbonat ve polifosfatlar bu bölgelere çökerek katodik olayı ve dolayısıyla korozyonu frenlerler. Bu olayda metaller hidroksit, bikarbonat, karbonat ve polisfosfat ise karmaşık bir katı bileşik halinde çökerler.

 

A tipi frenleyicilerden “anodik” tipte olanları ise metal yüzeyinin çözünmesini önce hızlandırarak yüzeydeki koruyucu bir pasif film oluşmasını veya mevcut filmin takviyesini sağlayarak korozyonu engellerler. Aktif olan bölgeler pasif film ile kaplanınca korozyon yavaşlar veya pratik olarak durur. Kromatlar, nitritler bu tip frenleyicilere örnektir. Fakat frenleyiciler yeterli konsantrasyonda değilse korozyon engellenemez, bilakis bölgeselleşerek hızlanır. Bu nedenle bu tip frenleyiciler “tehlikeli” tipteki frenleyiciler olarak bilinir ve mutlaka ortama yeterli oranda katılmalıdırlar.

 

Uygulamada genellikle inhibitörler karışık olarak kullanılırlar. Bu şekilde karışımın toplam etkisi tek tek frenleyicilerin bireysel etkilerinin toplamından daha fazladır (sinerjistik etki). Uygulamada kullanılan frenleyici konsantrasyonları birkaç gram/litre mertebesindedir.

 

Özellikle demir çelikten mamul makine ve teçhizatın taşınması ve depolanmasında kullanılan buharlaşıcı veya buhar fazı frenleyicileri genelde amin nitrit, benzoat ve kromat tuzlarıdır. Bu tip frenleyiciler emdirilmiş ambalaj kâğıtlarının kullanımı da yaygındır. 

 

Metal yüzeylerinin başka bir malzeme ile kaplanmadan yalnız elektriksel davranışı değiştirilerek korozyondan korunmasına örnek katodik korumadır. Başta gemiler, çelik dubalar veya iskele kazıkları gibi deniz veya tatlı sular içindeki metalik yapılar ve borular ile yine toprak altındaki benzeri metalik tank, boru gibi malzemelerle sulu ortamlarda 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 temas ettirilerek çözünmesinin durdurulması ve yerine aktif metalin çözünmesinin sağlanmasına dayanır. Aktif metal çözünürken açığa çıkan elektronlar korunacak metal tarafından harcanır; yani korunacak metalin yüzeyinde “katodik” bir olay (redüklenme) meydana gelir.

 

Korunacak metale elektronlar aktif bir metal yerine bir akım kaynağı vasıtası ile de sağlanabilir. Aktif bir metal ile sağlanan katodik korumaya “harcanabilir anotlarla (kurban anotlarla) koruma”, harici bir akım kaynağından yararlanarak gerçekleştirilen katodik korumaya ise “hariçten akım uygulaması ile (dış akım kaynaklı) katodik koruma” denir.

 

Katodik koruma sulu ortamda ve toprak altında gömülü metalik yapılara uygulanan bir yöntemdir. Aktif bir metalle kaplı bir altlık metalin atmosferik koşullarda aktif metal tarafından korunmasının “prensibi” de katodik korumadır. Fakat uygulamada “katodik koruma yöntemleri” terimi genelde sulu ve toprak altı ortamlardaki metalik yapıların “harcanabilir anotlar” veya “hariçten akım uygulaması ile korunması” yöntemlerine verilen addır. Katodik korumada korunan yapı koruyandan bir kablo ile ayrılmıştır, doğrudan temasları yoktur.

 

Katodik davranmaya zorlanarak çözünmesi engellenecek metale, bu amaçla katodik bir akım uygulanır. Akımın miktarı yüzeyin çıplak veya kaplamalı olmasına ve ortamın korozivitesine bağlı olarak geniş sınırlar arasında değişir. Akım kaynağı ise bilindiği gibi ya aktif bir metaldir veya bir doğru akım kaynağıdır.

 

Genel olarak katodik koruma işleminin başında koruma akım ihtiyacı yüksektir. Fakat zamanla katot olarak çalışan korunacak metalin yüzeyinde alkali bir ortam oluşur. Zira daha önce de belirtildiği gibi oksijenin katodik redüklenmesi hidroksil iyonu üretir, Alkali ortam ise metal yüzeyine ortam içindeki bazı iyonların karbonat (Ca C03) veya hidroksit (Mg (OH)2) olarak çökmelerine neden olur. Böylece katodik olarak korunan yüzey ayrıca reaksiyon ürünleri ile kaplanırsa aktif alan azalır. Sonuçta koruma akım ihtiyacı da düşer. Bu olay denizel yapılarda çok etkindir.

 

Genelde deniz içindeki ortamlarda koruma akım ihtiyacı 30 ~ 10 mA/m2 civarına kadar iner. Bu akım çok daha düşük değerlere inebileceği gibi (polietilen kaplı çelik boruların toprak altı korunmasında mikroamper/m2), çok yüksek değerlere de erişebilir (ısı değiştiricilerde amper/m2 seviyesinde).

 

Hakiki akım ihtiyacına deneysel verilerin yanında daha önceki uygulamalardan elde edilen verilerin ışığında karar verilir. Fakat bu çok uzun ve zorluklar içeren bir yaklaşımdır. Genelde standartlarda tavsiye edilen koruma akım yoğunluğu değerleri hesaplarda kullanılır.  

 

Katodik olarak korunan bir metalik yapının potansiyeli negatif yöne kayar ve belli değerlere erişir. Dolayısı ile herhangi bir metalik yapının yeterli korunup korunmadığı potansiyel ölçümleri ile saptanabilir. 

 

Katodik Korumada Anotlar 

Katodik koruma anotları:

Harcanabilir anotlar: Başlıca Zn, Al, Mg “Alaşımları”

Hariçten akım uygulanmasında kullanılan anotlar: genelde “teorik olarak” çözünmeyen anotlar olarak iki guruptur.

 

Harcanabilir anotlardan çinko anotlar ile magnezyum anotlar hem toprak altında hem de sulu ortamda kullanılırlar, alüminyum anotlar ise halen yalnız denizel ortamda kullanılmaktadırlar.

 

Magnezyum anotlar yüksek dirençli ortamların (sulu çözeltilerde ortam direnci 500 ohm cm’den, toprak altında 1500 ohm cm’den yüksek olanlar) vazgeçilmez anotlarıdır.

Alüminyum ise iletkenliği 150 ohm cm altında olan sulu ortamlarda, bilhassa denizel ortamda kullanılır (özellikle indiyum ile alaşımlandırılmış olanlar). Çinko anotlar ise direnci 1500 ohm cm’den az olan toprak ve 150 ~ 500 ohm cm arasındaki sulu ortamlarda tercih edilir. 

 

Hariçten akım uygulamasında ise daha çok grafit, demir esaslı anotlar (çelik, yüksek silikonlu dökme demir gibi) ve özel durumlarda da kurşun, bakır esaslı veya kaplamalı (platin kaplı titanyum, karışık oksit kaplı titanyum gibi) anotlar kullanılmaktadır. Günümüz uygulamalarında karışık oksit kaplı titanyum anotların kullanımı yaygındır. 

 

Metallerin çözünmesini önlemek için önce onları daha yüksek hızlarda çözünmeye zorlayıp yüzeylerinde koruyucu pasif filmi oluşturmak ve böylece korozyonu yavaşlatmak “anodik korumanın” temel ilkesidir. Anodik koruma ancak içinde kullanılacağı ortamda yüzeyinde kararlı ve koruyucu bir pasif film oluşan metal ve alaşımlara uygulanır.

 

Anodik koruma sırasında metal yüzeyinin potansiyelinin koruyucu filmin kararlı ve koruyucu olduğu potansiyel aralığında tutulması gereklidir. Bunun için ise sabit potansiyel uygulama cihazı olan “potansiyostat” kullanılır.

 

Uygulamada anodik koruma uygulamasına özellikle sülfürik asit depolamada kullanılan yumuşak çelikler ile paslanmaz çeliğin korunmasında rastlanmaktadır.