Aşınma - Corrosion

Cıvata ve somun dahil açıkta kalan metalde korozyon

Korozyon , rafine edilmiş bir metali oksit , hidroksit , karbonat veya sülfür gibi kimyasal olarak daha kararlı bir forma dönüştüren doğal bir süreçtir . Malzemelerin (genellikle bir metal ) çevreleriyle kimyasal ve/veya elektrokimyasal reaksiyon yoluyla kademeli olarak yok edilmesidir . Korozyon mühendisliği , korozyonu kontrol etmeye ve önlemeye adanmış alandır.

Kelimenin en yaygın kullanımında bu , metalin oksijen veya sülfatlar gibi bir oksitleyici ile reaksiyona girerek elektrokimyasal oksidasyonu anlamına gelir . Demir oksitlerin oluşumu olan paslanma , elektrokimyasal korozyonun iyi bilinen bir örneğidir. Bu tür bir hasar tipik olarak orijinal metalin oksit (ler) ini veya tuz (lar) ını üretir ve belirgin bir turuncu renkle sonuçlanır. Bu bağlamda "bozunma" terimi daha yaygın olmasına rağmen, seramik veya polimer gibi metal dışındaki malzemelerde de korozyon meydana gelebilir . Korozyon, sıvılara ve gazlara dayanıklılık, görünüm ve geçirgenlik dahil olmak üzere malzemelerin ve yapıların faydalı özelliklerini bozar.

Birçok yapısal alaşım, yalnızca havadaki neme maruz kalmaktan korozyona uğrar, ancak süreç, belirli maddelere maruz kalmaktan güçlü bir şekilde etkilenebilir. Korozyon, bir çukur veya çatlak oluşturacak şekilde lokal olarak yoğunlaşabilir veya geniş bir alana yayılarak yüzeyi az çok üniform olarak aşındırabilir. Korozyon, difüzyon kontrollü bir süreç olduğundan, açıkta kalan yüzeylerde meydana gelir. Sonuç olarak, pasivasyon ve kromat dönüşümü gibi maruz kalan yüzeyin aktivitesini azaltmaya yönelik yöntemler , bir malzemenin korozyon direncini artırabilir. Bununla birlikte, bazı korozyon mekanizmaları daha az görünür ve daha az tahmin edilebilirdir.

Korozyon kimyası karmaşıktır; elektrokimyasal bir fenomen olarak kabul edilebilir . Demirden yapılmış bir nesnenin yüzeyindeki belirli bir noktada korozyon sırasında oksidasyon meydana gelir ve bu nokta bir anot gibi davranır . Elektronlar ile bu anodik noktada hareket de serbest metal ve metal üzerinde başka bir noktaya git ve azaltmak H varlığında bu noktada oksijen + edinilebilir olduğuna inanılmaktadır ( H 2 CO 3 bağlı çözünmesine oluşan karbon dioksit ile ilgili atmosferin nemli hava koşulunda suya hava. Atmosferdeki diğer asidik oksitlerin çözünmesi nedeniyle sudaki hidrojen iyonu da mevcut olabilir). Bu nokta bir katot gibi davranır .

galvanik korozyon

Bir alüminyum levhanın galvanik korozyonu, levha bir yumuşak çelik yapısal desteğe bağlandığında meydana geldi.

Galvanik korozyon, iki farklı metalin birbiriyle fiziksel veya elektriksel teması olduğunda ve ortak bir elektrolite daldırıldığında veya aynı metal farklı konsantrasyonlarda elektrolite maruz kaldığında meydana gelir. Bir galvanik çiftte , daha aktif metal (anot) hızlandırılmış bir hızda korozyona uğrar ve daha asil metal (katot) daha yavaş bir hızda korozyona uğrar. Ayrı ayrı daldırıldığında, her metal kendi hızında korozyona uğrar. Ne tür metal(ler)in kullanılacağı galvanik seriler takip edilerek kolaylıkla belirlenir . Örneğin, çinko genellikle çelik yapılar için kurban anot olarak kullanılır. Galvanik korozyon, denizcilik endüstrisi ve ayrıca suyun (tuz içeren) borular veya metal yapılarla temas ettiği her yerde büyük ilgi görmektedir.

Anotun bağıl boyutu, metal türleri ve çalışma koşulları ( sıcaklık , nem , tuzluluk vb.) gibi faktörler galvanik korozyonu etkiler. Anot ve katodun yüzey alanı oranı , malzemelerin korozyon oranlarını doğrudan etkiler. Galvanik korozyon, genellikle kurban anotların kullanılmasıyla önlenir .

galvanik serisi

Herhangi bir ortamda (bir standart ortam, havalandırılmış, oda sıcaklığındaki deniz suyudur ), bir metal , iyonlarının yüzeye ne kadar güçlü bağlandığına bağlı olarak diğerlerinden daha soylu veya daha aktif olacaktır . Elektriksel temas halindeki iki metal aynı elektronları paylaşır, böylece her yüzeydeki "savaş çekme" iki malzeme arasındaki serbest elektronlar için rekabete benzer. Elektroliti aynı yönde iyon akışı için bir konakçı olarak kullanan soy metal, aktif olandan elektron alacaktır. Ortaya çıkan kütle akışı veya elektrik akımı, ilgilenilen ortamda bir malzeme hiyerarşisi oluşturmak için ölçülebilir. Bu hiyerarşiye galvanik seri denir ve korozyonu tahmin etmede ve anlamada faydalıdır.

korozyon giderme

Korozyon ürünlerini kimyasal olarak uzaklaştırmak çoğu zaman mümkündür. Örneğin, deniz jölesi formundaki fosforik asit genellikle pası gidermek için demirli aletlere veya yüzeylere uygulanır. Korozyon giderme , pürüzsüz bir yüzey oluşturmak için alttaki metalin bazı katmanlarını kaldıran elektro-parlatma ile karıştırılmamalıdır . Örneğin, fosforik asit bakırı elektro-parlatmak için de kullanılabilir, ancak bunu bakır korozyon ürünlerini değil, bakırı çıkararak yapar.

Korozyona karşı direnç

Bazı metaller, diğerlerinden daha fazla korozyona karşı daha dirençlidir (bazı örnekler için galvanik serilere bakınız ). Metalleri korozyondan (oksidasyondan) korumanın boyama, sıcak daldırma galvanizleme , katodik koruma ve bunların kombinasyonları gibi çeşitli yolları vardır .

iç kimya

Altın külçeleri , jeolojik zaman ölçeğinde bile doğal olarak korozyona uğramazlar.

Korozyona en dayanıklı malzemeler, korozyonun termodinamik olarak elverişsiz olduğu malzemelerdir. Altın veya platinin herhangi bir korozyon ürünü kendiliğinden saf metale ayrışma eğilimindedir, bu nedenle bu elementler Dünya'da metalik formda bulunabilir ve uzun süredir değerlidir. Daha yaygın "baz" metaller yalnızca daha geçici yollarla korunabilir.

Bazı metaller , korozyonları termodinamik olarak uygun olmasına rağmen, doğal olarak yavaş reaksiyon kinetiğine sahiptir . Bunlar çinko , magnezyum ve kadmiyum gibi metalleri içerir . Bu metallerin korozyonu sürekli ve devam ederken, kabul edilebilir derecede yavaş bir oranda gerçekleşir. Aşırı bir örnek, oksidasyon üzerine büyük miktarlarda enerji açığa çıkaran , ancak normal koşullar altında elektrokimyasal korozyona karşı etkili bir şekilde bağışık olduğu kadar yavaş kinetiklere sahip olan grafittir .

Pasivasyon

Pasivasyon, metalin yüzeyinde daha fazla oksidasyona karşı bir bariyer görevi gören, pasif film olarak bilinen ultra ince bir korozyon ürünleri filminin kendiliğinden oluşumunu ifade eder. Pasif bir filmin kimyasal bileşimi ve mikro yapısı, alttaki metalden farklıdır. Alüminyum, paslanmaz çelikler ve alaşımlar üzerindeki tipik pasif film kalınlığı 10 nanometre içindedir. Pasif film, ısıtıldığında oluşan ve mikrometre kalınlık aralığında olan oksit katmanlarından farklıdır - pasif film, çıkarılırsa veya hasar görürse iyileşir, ancak oksit tabakası iyileşmez. Hava, su ve toprak gibi doğal ortamlarda orta pH'da pasifleşme alüminyum , paslanmaz çelik , titanyum ve silikon gibi malzemelerde görülür .

Pasivasyon öncelikle metalurjik ve çevresel faktörler tarafından belirlenir. pH'ın etkisi, Pourbaix diyagramları kullanılarak özetlenir , ancak diğer birçok faktör etkilidir. Pasivasyonu engelleyen bazı koşullar arasında alüminyum ve çinko için yüksek pH, paslanmaz çelik için düşük pH veya klorür iyonlarının varlığı, titanyum için yüksek sıcaklık (bu durumda oksit elektrolit yerine metalde çözülür) ve silikon için florür iyonları bulunur. . Öte yandan, olağandışı koşullar, betonun alkali ortamının çelik inşaat demiri için yaptığı gibi, normalde korumasız olan malzemelerin pasifleşmesine neden olabilir . Cıva veya sıcak lehim gibi sıvı bir metale maruz kalmak genellikle pasivasyon mekanizmalarını atlatabilir.

Pasifleştirilmiş malzemelerde korozyon

Pasivasyon, korozyon hasarını azaltmada son derece faydalıdır, ancak yüksek kaliteli bir alaşım bile, pasifleştirici bir film oluşturma kabiliyeti engellenirse paslanır. Bu malzeme grubunun uzun ömürlü performansı için, belirli ortam için doğru malzeme sınıfının doğru seçimi önemlidir. Pasif filmde kimyasal veya mekanik faktörlerden dolayı bozulma meydana gelirse, sonuçta ortaya çıkan ana korozyon modları, oyuk korozyonu , çatlak korozyonu ve gerilme korozyonu çatlamasını içerebilir .

çukur korozyon

Çukur korozyonunun enine kesitini gösteren diyagram

Düşük oksijen konsantrasyonları veya anyon olarak rekabet eden klorür gibi türlerin yüksek konsantrasyonları gibi belirli koşullar, belirli bir alaşımın pasifleştirici bir filmi yeniden oluşturma kabiliyetine müdahale edebilir. En kötü durumda, yüzeyin neredeyse tamamı korunacak, ancak küçük yerel dalgalanmalar oksit filmi birkaç kritik noktada bozacaktır. Bu noktalardaki korozyon büyük ölçüde artacaktır ve koşullara bağlı olarak çeşitli tiplerde korozyon çukurlarına neden olabilir . Korozyon çukurları sadece oldukça aşırı koşullar altında çekirdeklenirken , bir çukurun içi doğal olarak oksijenden yoksun olduğundan ve yerel olarak pH çok düşük değerlere düştüğünden ve korozyon hızı nedeniyle korozyon hızı arttığından koşullar normale döndüğünde bile büyümeye devam edebilirler. otokatalitik bir süreç. Aşırı durumlarda, aşırı uzun ve dar korozyon çukurlarının keskin uçları, aksi takdirde sert alaşımların parçalanabileceği noktaya kadar gerilim konsantrasyonuna neden olabilir; gözle görülemeyecek kadar küçük bir delikle delinmiş ince bir film, başparmak büyüklüğündeki bir çukuru görüntüden gizleyebilir. Bu sorunlar özellikle tehlikelidir çünkü bir parça veya yapı bozulmadan önce tespit edilmesi zordur . Oyuklanma, pasifleştirilmiş alaşımlarda en yaygın ve zarar verici korozyon biçimleri arasında yer alır, ancak alaşım ortamının kontrolü ile önlenebilir.

Çukurlaşma, genellikle küçük bir alanın pasifleştirilmesinin bir sonucu olarak metalde küçük bir delik veya boşluk oluştuğunda ortaya çıkar. Bu alan anodik hale gelirken, kalan metalin bir kısmı katodik hale gelerek lokalize bir galvanik reaksiyon üretir. Bu küçük alanın bozulması metale nüfuz eder ve arızaya neden olabilir. Bu korozyon formunun, genellikle nispeten küçük olması ve korozyon tarafından üretilen bileşiklerle kaplanıp gizlenebilmesi nedeniyle tespit edilmesi genellikle zordur.

Kaynak çürümesi ve bıçak hattı saldırısı

Tip 304 paslanmaz çelik yüzeyin normal mikro yapısı
Daha geniş taneler arası sınırlar gösteren hassaslaştırılmış metalik mikro yapı

Paslanmaz çelik, pasivasyon davranışı büyük bir alaşım bileşeninin ( krom , en az %11,5) varlığına bağlı olduğundan, özel korozyon zorlukları oluşturabilir . Kaynak ve ısıl işlemin yüksek sıcaklıkları nedeniyle, paslanmaz alaşımların tane sınırlarında krom karbürler oluşabilir . Bu kimyasal reaksiyon, tane sınırına yakın bölgedeki krom malzemesini soyarak bu alanları korozyona karşı daha az dirençli hale getirir. Bu, yakınlarda iyi korunan alaşımla birlikte galvanik bir çift oluşturur ve bu da yüksek düzeyde aşındırıcı ortamlarda "kaynak çürümesine" (ısıdan etkilenen bölgelerde tane sınırlarının aşınmasına) yol açar. Bu işlem zamanla kaynaklı bağlantıların mekanik mukavemetini ciddi şekilde azaltabilir.

Mikro yapıda krom karbürler oluşursa paslanmaz çeliğin "hassaslaştığı" söylenir. Normalleştirilmiş tip 304 paslanmaz çeliğin tipik bir mikro yapısı , hiçbir hassasiyet belirtisi göstermezken, aşırı derecede hassaslaştırılmış bir çelik, tane sınırı çökeltilerinin varlığını gösterir. Hassaslaştırılmış mikro yapıdaki koyu çizgiler, tane sınırları boyunca oluşan krom karbür ağlarıdır.

Titanyum ve niyobyum (sırasıyla tip 321 ve 347'de) gibi düşük karbon içeriğine sahip veya ilave karbon " alıcıları " olan özel alaşımlar bu etkiyi önleyebilir, ancak ikincisi, benzer fenomeni önlemek için kaynaktan sonra özel ısıl işlem gerektirir. "bıçak saldırısı". Adından da anlaşılacağı gibi, korozyon, kaynağa bitişik çok dar bir bölge ile sınırlıdır, genellikle sadece birkaç mikrometre çapındadır, bu da onu daha da az fark edilir hale getirir.

çatlak korozyonu

Deniz suyunu tuzdan arındırma tesisindeki bir ısı eşanjörünün boru ve boru levhası (her ikisi de tip 316 paslanmaz çelikten yapılmıştır ) arasındaki aralıkta korozyon

Aralık korozyonu , çalışma sıvısının ortamdan erişiminin sınırlı olduğu kapalı alanlarda (yarıklar) meydana gelen lokalize bir korozyon şeklidir. Bir diferansiyel havalandırma hücresinin oluşumu, çatlakların içinde korozyona yol açar. Yarık örnekleri, parçalar arasındaki boşluklar ve temas alanları, contaların veya contaların altı, çatlakların ve dikişlerin iç kısımları, tortularla dolu boşluklar ve çamur yığınlarının altıdır.

Aralık korozyonu, aralık tipinden (metal-metal, metal-ametal olmayan), aralık geometrisinden (boyut, yüzey kalitesi) ve metalurjik ve çevresel faktörlerden etkilenir. Aralık korozyonuna duyarlılık, ASTM standart prosedürleri ile değerlendirilebilir. Kritik bir çatlak korozyon sıcaklığı, bir malzemenin çatlak korozyonuna karşı direncini sıralamak için yaygın olarak kullanılır.

Hidrojen kanal açma

Gelen Kimyasal sanayi , hidrojen oluk açma , bir aşındırıcı maddenin etkileşimi, aşınmış boru bileşenlerinin yarattığı ve oluklar ile boru korozyona hidrojen gazı kabarcıkları . Örneğin, sülfürik asit ( H 2 S O 4 ) çelik borulardan aktığında, çelikteki demir asitle reaksiyona girerek demir sülfat ( Fe S O 4 ) ve hidrojen gazından ( H 2 ) oluşan bir pasivasyon kaplaması oluşturur . Demir sülfat kaplama çeliği daha fazla reaksiyondan koruyacaktır; ancak, hidrojen kabarcıkları bu kaplama ile temas ederse, kaldırılacaktır. Böylece, seyahat eden bir kabarcık tarafından bir oluk oluşturulacak ve daha fazla çeliği aside maruz bırakacaktır: bir kısır döngü . Kanal açma, sonraki kabarcıkların aynı yolu takip etme eğilimi nedeniyle daha da kötüleşir.

Yüksek sıcaklık korozyonu

Yüksek sıcaklık korozyonu , ısıtma sonucunda bir malzemenin (tipik olarak bir metalin) kimyasal olarak bozulmasıdır. Bu galvanik olmayan korozyon şekli, bir metal oksijen, kükürt veya ilgili malzemeyi oksitleyebilen (veya oksitlenmesine yardımcı olan) diğer bileşikleri içeren sıcak bir atmosfere maruz kaldığında meydana gelebilir. Örneğin, havacılıkta, enerji üretiminde ve hatta araba motorlarında kullanılan malzemeler, potansiyel olarak oldukça aşındırıcı yanma ürünleri içeren bir atmosfere maruz kalabilecekleri yüksek sıcaklıkta sürekli sürelere dayanmak zorundadır.

Yüksek sıcaklıkta korozyon ürünleri potansiyel olarak mühendisin avantajına dönüştürülebilir. Örneğin paslanmaz çelikler üzerinde oksit oluşumu, daha fazla atmosferik saldırıyı önleyen koruyucu bir tabaka sağlayarak, bir malzemenin hem oda hem de yüksek sıcaklıklarda düşmanca koşullarda uzun süreler boyunca kullanılmasına izin verebilir. Bu tür yüksek sıcaklıktaki korozyon ürünleri, sıkıştırılmış oksit tabaka sırları biçiminde , metalik (veya metalik ve seramik) yüzeylerin yüksek sıcaklıktaki kayan teması sırasında aşınmayı önler veya azaltır. Termal oksidasyon , nanoteller ve ince filmler dahil olmak üzere kontrollü oksit nanoyapıların elde edilmesine yönelik bir yol olarak da yaygın olarak kullanılmaktadır .

mikrobiyal korozyon

Mikrobiyal korozyon veya yaygın olarak mikrobiyolojik etkilenmiş korozyon (MIC) olarak bilinen, mikroorganizmalar , genellikle kemoototroflar tarafından neden olunan veya teşvik edilen bir korozyondur . Oksijen varlığında veya yokluğunda hem metalik hem de metalik olmayan malzemelere uygulanabilir. Sülfat indirgeyen bakteriler oksijen yokluğunda (anaerobik) aktiftir; hidrojen sülfür üretirler ve sülfid stres çatlamasına neden olurlar . Oksijen varlığında (aerobik), bazı bakteriler demiri doğrudan demir oksitlere ve hidroksitlere oksitleyebilir, diğer bakteriler sülfürü oksitleyebilir ve biyojenik sülfit korozyonuna neden olan sülfürik asit üretebilir . Konsantrasyon hücreleri , korozyon ürünlerinin tortularında oluşarak lokal korozyona neden olabilir.

Hızlandırılmış düşük su korozyonu (ALWC), düşük su gelgiti işaretinin yakınında deniz suyundaki çelik yığınları etkileyen özellikle agresif bir MIC formudur. Asitle işlendiğinde hidrojen sülfit kokan turuncu bir çamur ile karakterize edilir. Korozyon oranları çok yüksek olabilir ve tasarım korozyon payları kısa sürede aşılarak çelik yığının erken bozulmasına neden olabilir. İnşaat sırasında kaplanmış ve katodik korumaya sahip kazıklar ALWC'ye duyarlı değildir. Korunmasız kazıklar için, korozyonu önlemek için etkilenen bölgelere yerel olarak kurban anotlar yerleştirilebilir veya tamamen yenilenmiş bir kurban anot sistemi kurulabilir. Etkilenen alanlar ayrıca, metali daha fazla saldırıya karşı korumaya yardımcı olacak kalkerli bir tortu oluşturmak için kurban anotlar kullanarak veya inert bir anoda akım uygulayarak katodik koruma kullanılarak da tedavi edilebilir.

Metal tozu

Metal tozuma , hassas malzemeler sentez gazı ve diğer yüksek CO'lu ortamlar gibi yüksek karbon aktivitelerine sahip ortamlara maruz kaldığında meydana gelen yıkıcı bir korozyon şeklidir. Korozyon, dökme metalin metal tozuna parçalanması olarak kendini gösterir. Şüphelenilen mekanizma, ilk olarak, buhar fazındaki genellikle karbon monoksitten (CO) metalin yüzeyinde bir grafit tabakasının birikmesidir . Bu grafit tabakası daha sonra yarı kararlı M oluşturmak üzere düşünülmektedir 3 metal yüzeyden uzağa göç (M metaldir) C türü. Bununla birlikte, bazı rejimlerde hiç M 3 C türleri grafit tabakası içine metal atomlarının doğrudan transferi belirten görülmektedir.

Korozyona karşı koruma

ABD ordusu , helikopterler gibi ekipmanları korozyondan korumak ve böylece milyonlarca dolar tasarruf sağlamak için sarar .

Hava koşullarına, tuzlu suya, asitlere veya diğer düşmanca ortamlara maruz kalan metalik nesnelerde korozyon hasarını yavaşlatmak için çeşitli işlemler kullanılır. Bazı korunmayan metal alaşımları olarak kullanılanlar gibi, korozyona karşı son derece hassas olan mıknatıslar , hangi parçacık doğru korozyon caydırmak için tedavi edilmediği sürece, daha kuru sıcaklık-stabil kapalı ortamları toz haline parçalamak ya da.

Yüzey işlemleri

Korozyonu caydırmak için yüzey işlemleri kullanıldığında, boşluklar, çatlaklar veya iğne deliği kusurları olmadan tam kapsama sağlamak için büyük özen gösterilmelidir. Küçük kusurlar, bir " Aşil topuğu " gibi davranabilir , korozyonun içeriye nüfuz etmesine ve dış koruyucu tabaka belli bir süre bozulmadan kalsa bile büyük hasara neden olmasına izin verebilir.

Uygulanan kaplamalar

galvanizli yüzey

Kaplama , boyama ve emaye uygulaması en yaygın korozyon önleyici işlemlerdir. Zarar veren ortam ile yapısal malzeme arasında korozyona dayanıklı malzemeden bir bariyer sağlayarak çalışırlar. Kozmetik ve üretim sorunlarının yanı sıra, mekanik esneklik ile aşınmaya ve yüksek sıcaklığa karşı direnç arasında farklılıklar olabilir. Kaplamalar genellikle yalnızca küçük bölümlerde başarısız olur, ancak kaplama alt tabakadan daha soyluysa (örneğin, çelik üzerindeki krom), galvanik bir çift , açıkta kalan herhangi bir alanın kaplamasız bir yüzeyden çok daha hızlı korozyona uğramasına neden olur. Bu nedenle, çinko veya kadmiyum gibi aktif metallerle kaplamak genellikle akıllıca olur . Çinko kaplama yeterince kalın değilse, yüzey kısa sürede belirgin paslanma ile çirkin hale gelir. Tasarım ömrü doğrudan metal kaplama kalınlığı ile ilgilidir.

Elektrikli bir demiryolu hattında aşındırıcı çelik portal

Dar alanlar için rulo veya fırça ile boyama daha çok tercih edilir; çelik güverteler ve deniz kenarı uygulamaları gibi daha büyük kaplama alanları için sprey daha iyi olacaktır. Örneğin Durabak-M26 gibi esnek poliüretan kaplamalar, oldukça dayanıklı, kaymaya karşı dirençli bir zar ile korozyon önleyici bir yalıtım sağlayabilir. Boyalı kaplamaların uygulanması nispeten kolaydır ve sıcaklık ve nem kuruma sürelerinin değişmesine neden olsa da hızlı kuruma sürelerine sahiptir. Günümüzde petrol bazlı polimer kullanılarak yapılan organik kaplamalar, yenilenebilir kaynak bazlı birçok organik kaplama ile değiştirilmektedir. Çeşitli araçlar veya bağlayıcılar arasında poliüretanlar, bu tür girişimlerde en çok araştırılan polimerdir.

reaktif kaplamalar

Ortam kontrol edilirse (özellikle devridaim sistemlerinde), genellikle korozyon önleyiciler buna eklenebilir. Bu kimyasallar, elektrokimyasal reaksiyonları bastırmak için açıkta kalan metal yüzeyler üzerinde elektriksel olarak yalıtkan veya kimyasal olarak geçirimsiz bir kaplama oluşturur. Bu tür yöntemler, metalin açığa çıktığı her yerde ekstra inhibitörler sağlanabileceğinden, sistemi kaplamadaki çiziklere veya kusurlara karşı daha az hassas hale getirir. Korozyonu engelleyen kimyasallar arasında sert sudaki bazı tuzlar (Roma su sistemleri mineral yataklarıyla ünlüdür ), kromatlar , fosfatlar , polianilin , diğer iletken polimerler ve yüzey aktif maddelere benzeyen çok çeşitli özel olarak tasarlanmış kimyasallar (yani uzun zincirli organik maddeler) bulunur. iyonik uç grupları olan moleküller).

eloksal

Bu tırmanma merdiveni sarı bir kaplama ile anodize edilmiştir.

Alüminyum alaşımları genellikle bir yüzey işlemine tabi tutulur. Banyodaki elektrokimyasal koşullar , metalin oksit filminde birkaç nanometre genişliğinde tek tip gözenekler görünecek şekilde dikkatlice ayarlanır . Bu gözenekler, oksitin pasifleştirme koşullarının izin verdiğinden çok daha kalın büyümesine izin verir. İşlemin sonunda gözeneklerin kapanmasına izin verilir ve normalden daha sert bir yüzey tabakası oluşturulur. Bu kaplama çizilirse, hasarlı bölgeyi korumak için normal pasivasyon işlemleri devreye girer.

Eloksal, hava koşullarına ve korozyona karşı çok dirençlidir, bu nedenle bina cephelerinde ve yüzeyin elementlerle düzenli temas halinde olacağı diğer alanlarda yaygın olarak kullanılır. Esnek olurken, sık sık temizlenmelidir. Temizlenmeden bırakılırsa panel kenarlarında doğal olarak lekelenme meydana gelir. Anotlama, daha aktif bir anotla temas ettirerek bir anodu katoda dönüştürme işlemidir.

Biyofilm kaplamalar

Yüksek derecede aşındırıcı ortamlarda metallerin yüzeyine belirli bakteri film türlerinin uygulanmasıyla yeni bir koruma şekli geliştirilmiştir. Bu işlem, korozyon direncini önemli ölçüde artırır. Alternatif olarak, sülfat indirgeyen bakterilerden kaynaklanan yumuşak çelik korozyonunu önlemek için antimikrobiyal üreten biyofilmler kullanılabilir .

Kontrollü geçirgenlik kalıbı

Kontrollü geçirgenlik kalıp (CPF), beton yerleştirme sırasında kaplamanın dayanıklılığını doğal olarak artırarak donatının korozyonunu önleme yöntemidir . CPF, karbonatlaşma , klorürler, don ve aşınmanın etkileriyle mücadele etmek için ortamlarda kullanılmıştır .

Katodik koruma

Katodik koruma (CP), metal bir yüzeyin korozyonunu, onu bir elektrokimyasal hücrenin katodu haline getirerek kontrol etmek için kullanılan bir tekniktir . Katodik koruma sistemleri en çok çelik boru hatlarını ve tankları korumak için kullanılır ; çelik iskele kazıkları , gemiler ve açık deniz petrol platformları .

Kurban anot koruması

Bir geminin gövdesine bağlı kurban anot

Etkili CP için, çelik yüzeyin potansiyeli, metal yüzey düzgün bir potansiyele sahip olana kadar daha negatif polarize edilir (itilir). Düzgün bir potansiyel ile, korozyon reaksiyonunun itici gücü durdurulur. Galvanik CP sistemleri için, anot malzemesi çeliğin etkisi altında korozyona uğrar ve sonunda değiştirilmesi gerekir. Polarizasyon fark ile yürütülür anottan katoda akım, neden olduğu elektrod potansiyeli anot ve katot arasında. En yaygın kurban anot malzemeleri alüminyum, çinko, magnezyum ve ilgili alaşımlardır. Alüminyum en yüksek kapasiteye sahiptir ve magnezyum en yüksek tahrik voltajına sahiptir ve bu nedenle direncin daha yüksek olduğu yerlerde kullanılır. Çinko genel amaçlıdır ve galvanizlemenin temelidir.

Etkilenen akım katodik koruma

Daha büyük yapılar için, galvanik anotlar tam koruma sağlamak için ekonomik olarak yeterli akımı sağlayamaz. Etkilenen akım katodik koruma (ICCP) sistemleri, bir DC güç kaynağına ( katodik koruma doğrultucu gibi ) bağlı anotlar kullanır . ICCP sistemleri için anotlar, çeşitli özel malzemelerin boru ve katı çubuk şekilleridir. Bunlar, yüksek silikonlu dökme demir , grafit, karışık metal oksit veya platin kaplı titanyum veya niyobyum kaplı çubuk ve telleri içerir.

anodik koruma

Anodik koruma, korunacak yapı üzerinde anodik akımı etkiler (katodik korumaya karşı). Geniş bir potansiyel aralığında pasiflik (örn. paslanmaz çelik) ve uygun şekilde küçük pasif akım sergileyen metaller için uygundur. Sülfürik asit çözeltileri gibi agresif ortamlarda kullanılır.

korozyon hızı

Bu neodimyum mıknatıslar, yalnızca 5 aylık dış maruziyetten sonra son derece hızlı bir şekilde paslandı.

Bir oksit tabakasının oluşumu, çeşitli durumlarda oksit tabakası oluşumunu tahmin etmek ve kontrol etmek için kullanılan Deal-Grove modeli ile tanımlanır . Korozyonu ölçmek için basit bir test, ağırlık kaybı yöntemidir. Yöntem, metal veya alaşımın temiz tartılmış bir parçasının belirli bir süre boyunca aşındırıcı ortama maruz bırakılmasını, ardından korozyon ürünlerini gidermek için temizlemeyi ve ağırlık kaybını belirlemek için parçayı tartmayı içerir. Korozyon oranı (R) şu şekilde hesaplanır:

burada k sabittir, W metalin t zamanındaki ağırlık kaybıdır , A maruz kalan metalin yüzey alanıdır ve ρ metalin yoğunluğudur (g/cm³ olarak).

Korozyon hızı için diğer yaygın ifadeler, penetrasyon derinliği ve mekanik özelliklerin değişimidir.

Ekonomik etki

Ohio tarafından görüldüğü gibi çökmüş Gümüş Köprü,

2002 yılında ABD Federal Karayolları İdaresi , ABD endüstrisinde metalik korozyon ile ilişkili doğrudan maliyetler hakkında "Amerika Birleşik Devletleri'nde Korozyon Maliyetleri ve Önleyici Stratejiler" başlıklı bir çalışma yayınladı. 1998'de, ABD'deki toplam yıllık doğrudan korozyon maliyeti yaklaşık olarak idi. 276 milyar dolar (ABD gayri safi yurtiçi hasılasının yaklaşık %3,2'si ). Beş özel sektöre bölündüğünde, altyapıda ekonomik kayıplar 22,6 milyar dolardır; üretim ve imalatta 17,6 milyar dolar; 29,7 milyar dolar ulaşım; hükümette 20.1 milyar dolar; ve kamu hizmetlerinde 47.9 milyar dolar.

Pas, köprü kazalarının en yaygın nedenlerinden biridir. Pas, ortaya çıkan demir kütlesinden çok daha yüksek bir hacme sahip olduğundan, birikmesi bitişik parçaları zorlayarak arızaya da neden olabilir. Mianus Nehri Köprüsü'nün 1983'te, yatakların içten paslanması ve yol levhasının bir köşesini desteğinden itmesiyle çökmesinin nedeni buydu . O sırada yoldaki üç sürücü, levhanın aşağıdaki nehre düşmesi sonucu hayatını kaybetti. Aşağıdaki NTSB soruşturması, yoldaki bir drenajın yolun yeniden kaplanması için kapatıldığını ve engelin kaldırılmadığını gösterdi; sonuç olarak, akış suyu destek askılarına nüfuz etti. Pas ayrıca , 1967'de Batı Virginia'daki bir çelik asma köprünün bir dakika içinde çöktüğü ve o sırada köprüdeki 46 sürücü ve yolcunun öldüğü Silver Bridge felaketinde önemli bir faktördü .

Benzer şekilde, beton kaplı çelik ve demirin korozyonu, betonun parçalanmasına neden olarak ciddi yapısal problemler yaratabilir. Betonarme köprülerin en yaygın başarısızlık modlarından biridir . Yarı hücre potansiyeline dayalı ölçüm cihazları, beton yapının tamamen bozulmasına ulaşılmadan önce potansiyel korozyon noktalarını tespit edebilir.

20-30 yıl öncesine kadar, tek ve çok aileli konut sakinleri için içme suyu sistemlerinde, ayrıca ticari ve kamu inşaatlarında galvanizli çelik boru yaygın olarak kullanılıyordu. Bugün, bu sistemler uzun zaman önce koruyucu çinko tüketmiştir ve dahili olarak korozyona uğrayarak düşük su kalitesine ve boru arızalarına neden olmaktadır. Sigorta endüstrisi boru arızaları nedeniyle bir talep dalgasına hazırlanırken, ev sahipleri, apartman sakinleri ve kamu altyapısı üzerindeki ekonomik etkinin 22 milyar dolar olduğu tahmin ediliyor.

Ametallerde korozyon

Çoğu seramik malzeme korozyona karşı neredeyse tamamen bağışıktır. Onları bir arada tutan güçlü kimyasal bağlar , yapıda çok az serbest kimyasal enerji bırakır; zaten aşınmış olarak düşünülebilirler. Korozyon meydana geldiğinde, elektrokimyasal bir işlemden ziyade neredeyse her zaman malzemenin veya kimyasal reaksiyonun basit bir çözünmesidir. Seramik korozyona karşı koruma genel bir örneği olan kireç soda-kireç ilave cam su içinde çözünürlüğünü azaltmak için; Saf sodyum silikat kadar çözünür olmasa da , normal cam neme maruz kaldığında mikroskobik kusurlar oluşturur. Kırılganlığı nedeniyle , bu tür kusurlar, oda sıcaklığında ilk birkaç saat boyunca bir cam nesnenin mukavemetinde çarpıcı bir azalmaya neden olur.

Polimerlerin korozyonu

Polimer bozunması , birkaç karmaşık ve genellikle yeterince anlaşılmamış fizyokimyasal süreçleri içerir. Bunlar, burada tartışılan diğer süreçlerden çarpıcı biçimde farklıdır ve bu nedenle "korozyon" terimi onlara yalnızca kelimenin geniş anlamıyla uygulanır. Büyük moleküler ağırlıkları nedeniyle, belirli bir polimer kütlesini başka bir maddeyle karıştırarak çok az entropi elde edilebilir, bu da genellikle çözülmesini oldukça zorlaştırır. Çözünme, bazı polimer uygulamalarında bir sorun olsa da, buna karşı tasarım yapmak nispeten basittir.

Daha yaygın ve ilgili bir problem, küçük moleküllerin yapıya sızdığı, mukavemeti ve sertliği azalttığı ve hacim değişikliğine neden olduğu "şişme"dir. Tersine, birçok polimer (özellikle esnek vinil ) , yapıdan sızarak kırılganlığa veya diğer istenmeyen değişikliklere neden olabilen plastikleştiricilerle kasıtlı olarak şişirilir .

Bununla birlikte, en yaygın bozulma şekli, polimer zincir uzunluğundaki bir azalmadır. Polimer zincirlerini kıran mekanizmalar, DNA üzerindeki etkilerinden dolayı biyologlara aşinadır : iyonlaştırıcı radyasyon (en yaygın olarak ultraviyole ışık), serbest radikaller ve oksijen, ozon ve klor gibi oksitleyiciler . Ozon çatlaması , örneğin doğal kauçuğu etkileyen iyi bilinen bir sorundur . Plastik katkı maddeleri bu süreci çok etkili bir şekilde yavaşlatabilir ve UV emici bir pigment (örneğin titanyum dioksit veya karbon siyahı ) kadar basit olabilir . Plastik alışveriş poşetleri genellikle bu katkı maddelerini içermez, böylece çok ince çöp parçacıkları olarak daha kolay parçalanırlar .

Camın korozyonu

Cam korozyonu

Cam, yüksek derecede korozyon direnci ile karakterize edilir. Yüksek su direncinden dolayı, çoğu ilaç sulu bir solüsyonda muhafaza edildiğinden, ilaç endüstrisinde genellikle birincil ambalaj malzemesi olarak kullanılır. Cam, suya dayanıklılığının yanı sıra, kimyasal olarak agresif belirli sıvılara veya gazlara maruz kaldığında da sağlamdır.

Cam hastalığı , sulu çözeltilerdeki silikat camların korozyonudur . : Bu iki mekanizma tarafından yönetilir difüzyon - kontrol edilen yıkama (iyon değişimi) ve cam ağının hidrolitik çözünme. Her iki mekanizma da temas eden çözeltinin pH'ına güçlü bir şekilde bağlıdır: iyon değişim hızı pH ile 10 −0.5pH azalırken hidrolitik çözünme hızı pH ile 10 0.5pH artar .

Matematiksel olarak, camların korozyon hızları , suya salınan toplam tür miktarının M i (g) suyla temas eden yüzeye oranı olarak belirlenen NR i (g/cm 2 ·d) elementlerinin normalleştirilmiş korozyon hızları ile karakterize edilir. alan S (cm 2 ), temas süresi t (günler) ve camdaki elementin ağırlık oranı içeriği f i :

.

Genel korozyon hızı, her iki mekanizmanın (liç + çözünme) katkılarının toplamıdır NR i =NR x i +NR h . Difüzyon kontrollü liç (iyon değişimi), korozyonun ilk aşamasının karakteristiğidir ve camdaki alkali iyonlarının çözeltiden bir hidronyum (H 3 O + ) iyonu ile değiştirilmesini içerir. Camların yakın yüzey katmanlarının iyon seçici tükenmesine neden olur ve maruz kalma süresi ile korozyon hızının ters karekök bağımlılığını verir. Camlardan katyonların difüzyon kontrollü normalize süzülme hızı (g/cm 2 ·d) şu şekilde verilir:

,

t zaman olduğunda, D i , D i = D ben 0 ·10 –pH olarak temas eden suyun pH'ına bağlı olan i. katyon etkin difüzyon katsayısıdır (cm 2 /d) , ve ρ camın yoğunluğudur (g / cc 3 ).

Cam ağ çözünme korozyon sonraki fazların özelliğidir ve (g / cc seyreltik çözeltilerde bir zamandan bağımsız bir oranda suda çözelti içine iyonların uyumlu salınmasına neden olur 2 · d):

,

burada r h , camın sabit hidroliz (çözünme) hızıdır (cm/d). Kapalı sistemlerde sulu fazdan proton tüketimi pH'ı arttırır ve hidrolize hızlı bir geçişe neden olur. Bununla birlikte, çözeltinin silika ile daha fazla doyması hidrolizi engeller ve camın bir iyon değişimine, örneğin difüzyon kontrollü korozyon rejimine geri dönmesine neden olur.

Tipik doğal koşullarda, silikat camların normalize edilmiş korozyon hızları çok düşüktür ve 10 −7 –10 −5 g/(cm 2 ·d) mertebesindedir . Silikat camların sudaki çok yüksek dayanıklılığı, onları tehlikeli ve nükleer atıkların immobilizasyonu için uygun hale getirir.

Cam korozyon testleri

Belirli bir temel camın su korozyonuna karşı kimyasal dayanıklılığına belirli bir cam bileşeninin eklenmesinin etkisi (korozyon testi ISO 719).

Nötr, bazik ve asidik ortamlarda, simüle edilmiş çevre koşulları altında, simüle edilmiş vücut sıvısında, yüksek sıcaklık ve basınçta ve diğer koşullar altında camların korozyonunu ( kimyasal dayanıklılık olarak da adlandırılır ) ölçmek için çok sayıda standart prosedür vardır .

Standart prosedür ISO 719, nötr koşullar altında suda çözünür bazik bileşiklerin ekstraksiyonunun bir testini tanımlar: 2 g cam, partikül boyutu 300-500 µm, 98'de 50 ml deiyonize 50 ml deiyonize suda 60 dakika tutulur. °C; Elde edilen çözeltinin 25 ml'si 0.01 mol/l HCl çözeltisine karşı titre edilir . Nötralizasyon için gerekli HCl hacmi aşağıdaki tabloya göre sınıflandırılmıştır.

Ekstrakte edilmiş bazik oksitleri nötralize etmek için gereken 0,01M HCl miktarı, ml Ekstrakte Na 2 O
eşdeğeri, μg
hidrolitik
sınıf
< 0.1 < 31 1
0.1-0.2 31-62 2
0.2-0.85 62-264 3
0.85-2.0 264-620 4
2.0-3.5 620-1085 5
> 3.5 > 1085 > 5

Standartlaştırılmış test ISO 719, zayıf veya ekstrakte edilemeyen alkali bileşenlere sahip, ancak yine de su tarafından saldırıya uğrayan camlar için uygun değildir, örneğin kuvars camı, B 2 O 3 camı veya P 2 O 5 camı.

Normal gözlükler aşağıdaki sınıflara ayrılır:

Hidrolitik sınıf 1 (Tip I):

Nötr cam olarak da adlandırılan bu sınıf, borosilikat camları (örneğin Duran , Pyrex , Fiolax) içerir.

Bu sınıftaki camlar, gerekli miktarlarda bor oksitleri , alüminyum oksitleri ve alkali toprak oksitleri içerir . Nötr cam, bileşimi sayesinde sıcaklık şoklarına karşı yüksek dirence ve en yüksek hidrolitik dirence sahiptir. Alkali çözeltilere karşı zayıf alkali içeriği nedeniyle asit ve nötr çözeltilere karşı yüksek kimyasal direnç gösterir.

Hidrolitik sınıf 2 (Tip II):

Bu sınıf genellikle yüzey bitirme yoluyla yüksek hidrolitik dirençli sodyum silikat camları içerir. Sodyum silikat cam, alkali ve alkali toprak oksit ve esas olarak sodyum oksit ve Kalsiyum oksit içeren bir silikat camdır .

Hidrolitik sınıf 3 (Tip III):

3. hidrolitik sınıfın camı genellikle sodyum silikat camları içerir ve tip 1 camlardan iki kat daha zayıf olan ortalama hidrolitik dirence sahiptir.

DIN 12116 asit sınıfı ve DIN 52322 (ISO 695) alkali sınıfı, DIN 12111 (ISO 719) hidrolitik sınıfından ayırt edilmelidir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar