Korozyon ve Korozyonu Önleme Yöntemleri

Konu Anlatımı

Ne Öğreneceğiz?

Bu konunun iki temel başlığı vardır: korozyon ve korozyonu önleme yöntemleri. Korozyon, metallerin kendi iyonlarına yükseltgenerek çözünmesi ve çevreden oksijen ya da su alarak yeni bileşikler oluşturmasıdır. Bu olay bir hata değil, metalin doğal ömrünün bir parçasıdır; ancak demir gibi metallerde çok hızlı ilerlediği için boruları, köprüleri ve makine parçalarını kullanılamaz hâle getirir. Korozyonu durdurmadan önce korozyonu tanımak gerekir; bu yüzden önce metalin neden yükseltgendiği, sonra ortam koşullarının bu hızı nasıl değiştirdiği, en son da korozyonu önleme yöntemleri ele alınacaktır.

Ön Bilgi: Korozyon Bir Redoks Olayıdır

Korozyonu açıklarken yükseltgenme-indirgenme kuramı kullanılır. Demir bir yüzeyde ikiye ayrılır: anot bölgede metal çözünür ve Fe → Fe²⁺ + 2e⁻ yarım tepkimesi yürür; katot bölgede oksijen indirgenir ve O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ yarım tepkimesi oluşur. Bu iki yarım tepkime toplandığında 2Fe + O₂ + 2H₂O → 2Fe(OH)₂ denklemi elde edilir. Oluşan demir(II) hidroksit çabuk oksitlenerek hidratlı demir(III) oksit tabakasına dönüşür; bu tabaka pas olarak adlandırılır. Demir oksitlendiği için kütlesi artar, ortamdaki oksijen ve su ise katotta tüketilir.

Korozyon hızını belirleyen temel etken metallerin aktifliğidir. Standart İndirgenme Potansiyeli (eski adıyla Standart Elektrot Potansiyeli) daha negatif olan metal daha kolay yükseltgenir. E°(Zn²⁺/Zn) = −0,76 V, E°(Fe²⁺/Fe) = −0,44 V ve E°(Cu²⁺/Cu) = +0,34 V değerlerinde çinko en aktif, bakır ise en pasif metaldir. Aynı ortamda bu üçü bir araya getirildiğinde çinko anotta çözünür, bakır katotta korunur. Korozyon için yalnızca su ve oksijen yetmez; metal yüzeyi üzerinde elektrolit bulunmalıdır. Ter, tuzlu su, asit yağmuru ve nemli toprak bu elektrolit görevini görür.

Basit Örnek: Pasın Oluşumu

Bir demir çiviliği ıslak bir zeminde bırakıldığında birkaç gün içinde yüzeyinde turuncu renkli bir tabaka belirir. Bu tabaka hidratlı demir(III) oksittir ve metal yüzeyinden kopmaya başladığında çivi gücünü kaybeder. Su ve oksijen sağlandığı sürece korozyon devam eder; yüzey bir kez çok ince bir tabakayla kapansa bile altındaki metal yine korozyonlanır. Demirin pasını yüzeyden temizlemek tek başına çözüm değildir, çünkü koruyucu bir tabaka uygulanmadıkça ortamdaki etkenler yeni korozyonu başlatır.

İleri Örnek: Deniz Ortamı ve Sanayi Bölgeleri

Deniz kenarındaki bir çelik platformda korozyon çok hızlıdır. Deniz suyundaki klorür iyonları, pas tabakasındaki çatlaklardan yüzeye ulaşarak elektrolit iletkenliğini artırır; klorür derişimi yükseldikçe korozyon hızı da artar. Sanayi bölgelerinde kükürt dioksit ve azot oksit içeren hava, yağmışla birleşerek asidik çözeltiler oluşturur; asidik ortam da yüzeyi zayıflatıp oyuk tipi korozyona yol açar. Bu nedenle yalnızca boya atmak yeterli değildir, kaplama öncesi yüzey hazırlığı da yapılmalıdır.

Galvanik bir çift oluşturulduğunda korozyon hızı daha da artar. Su geçirir bir köprü bağıyla bakır ile demir bağlandığında, bakırden gelen su demir yüzeyine ulaşır. Demir yüzeyi bu noktada diğer bölgelere göre daha küçük bir alana sıkışır; korozyon derin oyuklar hâlinde ilerler. Bu olay galvanik korozyon olarak adlandırılır ve temas kesilmedikçe demir çok daha hızlı bozulur.

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Bir demir kabın yüzeyinden alınan 1,00 gram numune, 25 gün korozyona bırakıldıktan sonra tartıldığında 0,975 gram geldiği görülüyor. Adım 1: Kaybedilen kütleyi bulun: 1,00 − 0,975 = 0,025 gram. Adım 2: Kaybı süreye bölerek ortalama günlük korozyon hızını hesaplayın: 0,025 ÷ 25 = 0,001 gram/gün. Adım 3: Sonuç, korozyonun başlangıçta doğrusal seyrettiği kabul edilirse bu hızın devam edeceği anlamına gelir; gerçekte hız zamanla azalır ve yüzeyde oluşan tabaka koruyucu bir örtü hâline gelir. Adım 4: Karar verirken korozyonun türü belirleyicidir: yüzeyin altına işleyen oyuk tipi korozyon, yüzeydeki ağır pas tabakasından çok daha tehlikelidir.

Kavram Karşılaştırma Tablosu: Korozyon Türleri

Korozyon, ortama göre farklı adlar alır. Aşağıdaki tablo en sık karşılaşılan dört tipi karşılaştırır.

Biyokorozyonda yeraltındaki boruların altındaki bölgede oksijen tükenir; bakteri faaliyeti ortamda hidrojen sülfür üretir ve sülfürtü bakterilerin oluşturduğu demir sülfür, bölgeye göre tamamen farklı bir korozyon tabakası meydana getirir. Bu yüzden toprağa gömülen boruların dış yüzeyi kaplanarak korunur.

Kavram Karşılaştırma Tablosu: Önleme Yöntemleri

Korozyonla mücadele yöntemleri, metali katot konumuna getirmek ya da yüzeyi ortamdan ayırmak mantığına dayanır.

Paslanmaz çelik adı yanıltıcıdır: bu malzeme de korozyonlanabilir, yalnızca yüzeyinde çabuk oluşan ince krom oksit tabakası sayesinde hızlanma büyük ölçüde engellenir. Kromun yüzde 12'den fazla olması bu korumanın sağlanması için gereklidir. Nikel ve krom kaplama yapılan çeliklerde ise kaplama bittiğinde altındaki çelik çabuk paslanır. Elektro galvanizleme ile sıcak daldırma arasındaki temel fark tabaka kalınlığı ve görünümüdür; sıcak daldırmada çinko fazlası yüzeyde kalın bir tabaka oluşturur ve kesitler yuvarlatılır.

Korozyonu Önleme Yöntemleri

Yöntemler dört ana başlıkta toplanır. Yüzey kaplama ile metal su, oksijen ve tuzdan yalıtılır. Metot seçimi yapılırken korozyona uğraması istenmeyen yüzeyler krom, nikel gibi daha pasif metallerle kaplanır. Katodik koruma başlığında korunan metal katot konumuna getirilerek yükseltgenmesi engellenir; bu işlem harici bir güç kaynağıyla ya da kendinden daha aktif bir yardımcı metal bağlanarak yapılabilir. Ortam koşullarının düzenlenmesi yoluyla nem, klorür derişimi ve pH kontrol altına alınır. Tasarım aşamasında korozyona dayanıklı malzeme seçmek ve birbirine temas eden farklı metalleri yalıtmak en kalıcı çözümdür.

Sık Yapılan Hatalar

Birkaç yaygın hata vardır. Birincisi, yalnızca kaplama yöntemi seçip yüzey hazırlığını atlamaktır; kir, yağ ve paslı tabaka kaldırılmadan yapılan kaplama kısa sürede kabaran bir tabaka olarak bozulur. İkincisi, galvanizlenmiş yüzeye hasar verildiğinde yalnızca üzerini boyamakla yetinmektir; çinkonun altındaki demir galvanik yolla daha hızlı çözünür. Üçüncüsü, paslanmaz çeliği hiç korozyonlanmayan bir malzeme sanmaktır. Dördüncüsü, sıcak daldırma ile elektro galvanizlemeyi aynı yöntem sanmaktır.

Sınav Odaklı Ek Not

Sorularda önce korozyonun türü, sonra etkeni, en son çözümü sorulur. Verilen ortam nemli toprak, deniz suyu, asidik yağmur, galvanik bağlantı veya yüksek sıcaklık olarak tanımlanırsa sırasıyla biyokorozyon, klorür etkisi, asit korozyonu, galvanik korozyon ve sıcaklık korozyonu aranır. Tablo tipi sorularda genellikle hangi yöntemin hangi durumda seçileceği sorulur; korozyonu en çok hızlandıran etkenle en etkili korumanın eşleştirilmesi gerekir. Zor sorularda ise iki metale ait E° değerleri verilir; daha negatif E° değerine sahip metalin anotta çözündüğü ve diğerinin korunduğu sonucuna varılır. Kutuplu hücre sorularında ise E°hücre = E°katot − E°anot bağıntısı kullanılır.

Özet ve Kendini Dene

Özetle korozyon, metalin yükseltgenip çevreden oksijen ve su ile birleşmesidir; anotta metal çözünür, katotta oksijen indirgenir. Korozyon hızı nem, klorür, asit, sıcaklık ve metallerin birbirine teması ile değişir. Koruma yöntemleri yüzey kaplama, korozyona dayanıklı malzeme seçimi, katot konumuna getirme ve ortam koşullarını düzenlemedir. Kendini dene: Bir demir borunun bir bölümü boyanıp diğer bölümü açık bırakılmıştır. Açık bırakılan bölümde neden daha hızlı korozyon görülür, boyalı bölümde korozyon nasıl durdurulur, bozulan boyanın altındaki bölge için hangi yöntem kullanılmalıdır? Sorularını yanıtlarken her adımda hangi elektrot bölgesinin söz konusu olduğunu belirtmelisin.