Teknik Makale

Korozyon, “Bir malzemenin veya etkileşime girdiği çevrenin veya her ikisinin de işlevsel özelliklerinde önemli bir bozulmaya yol açan bir fizikokimyasal etkileşim.” olarak tanımlanabilir^[1]. Korozyonun yaygın olarak metal çözünmesi gibi elektrokimyasal bozulmayı içerdiği anlaşılsa da ISO standart tanımına göre yukarıda belirtildiği üzere metal olmayanların bozulmasını da kapsadığını belirtmek önemlidir. Tanım, üretim veya hizmetin bir sonucu olarak malzemede uygulanan veya artık gerilimlerden ve malzeme mikro yapısından ek olarak etkilenen çevresel (kimyasal ve / veya elektrokimyasal) bozulma kombinasyonlarını içeren süreçleri içerir. Bununla birlikte, mekanik aşırı gerilim veya polimerlerin ultraviyole radyasyon altında bozunması gibi çevresel etkileşimi içermeyen mekanizmalardan kaynaklanan malzeme bozunması, bu korozyon tanımının dışında kalır.

Korozyon Ortamları
Malzemelerde korozyon hasarı çeşitli ortamlardan kaynaklanabilir. Daha spesifik olarak, korozyon hasarına yol açan malzeme ve çevre kombinasyonlarıdır. En yaygın olarak anlaşılan durum, elektrolitler (yani tuzlar) ve reaktanlar (örneğin, çözünmüş oksijen) gibi çözünmüş türler içeren veya içermeyen sulu ortamlardaki metalik (elektrokimyasal) korozyondur. Bununla birlikte, korozyon hasarı farklı malzeme - çevre kombinasyonlarından da kaynaklanır. Polimerik malzemelerin solventle çatlaması, klorlu hidrokarbonlarda alüminyumun “akması” korozyonu ve beton gibi çimentolu malzemelere sülfat saldırısı örnek olarak verilebilir. Korozyon hasarı ayrıca malzemelerin hava, buhar vb. gibi gazlı atmosferlere maruz kalmasından da kaynaklanır (yüksek sıcaklık korozyonu).

Sulu Metalik Korozyonun Temelleri
Genel korozyon süreci, zorunlu olarak en az iki eş zamanlı reaksiyon barındırır. Elektron alışverişi yoluyla bağlanan ve bu nedenle elektrokimyasal reaksiyonlar olarak bilinen bir oksidasyon (anodik) reaksiyon ve bir indirgeme (katodik reaksiyon).

Bu nedenle bir korozyon hücresi mutlaka bir anot, bir katot ve bir elektrolit (anodik ve katodik reaksiyonlarda yer alan iyonik türlerin taşındığı bir ortam) içerir. Sulu korozyon için elektrolit ayrıca aşındırıcı ortam veya maddeler içerir ve çözünmüş korozyon ürünleri (örneğin, iyonlar, kolloidler ve nötr türler) barındırır.

Korozyon hasarının (örneğin, metal kaybı) genellikle anodik konumlarda meydana geldiğine, katodik konumlarda ise korozyon hasarı oluşmadığına dikkat etmek önemlidir. Genel korozyona maruz kalan alaşımlar için anotların ve katotların yerleri metal yüzeyi üzerinde rastgele hareket etme eğilimindedir ve ortalama olarak metal incelme nispeten düzgün bir şekilde meydana gelir. Bununla birlikte, bir pasif oksit film ile kaplanmış olan korozyona dirençli alaşımlar için bir anotun yeri kuvvetli bir şekilde lokalize olma eğilimindedir. Bundan dolayı lokal korozyon (örneğin, çukur korozyonu çatlak korozyonu ve stres korozyonu) hasarına yol açar.

Korozyonun Çevreye Etkileri
Metallerin bulunduğu bazı çevresel ortam şartları diğer ortamlara göre daha korozif bir durum ortaya çıkarabilir. İstisnalar olsa da aşağıdaki ifadeler genellikle korozyon hızı ve dayanımı açısından genel kabullerdir:
• Nemli hava, kuru havaya göre daha koroziftir.
• Sıcak hava, soğuk havadan daha koroziftir.
• Kirli hava temiz havadan daha koroziftir.
• Sıcak su, soğuk sudan daha koroziftir.
• Tuzlu su, taze (düşük klorür içerikli) sudan daha koroziftir.
• Asitler, çelikler için bazlardan (alkaliler) daha koroziftir.

Herhangi bir bölgenin, devletin veya ülkenin ekonomik gelişimi, yalnızca doğal kaynaklarına ve üretken faaliyetlerine değil, aynı zamanda sahip oldukları kaynakların kullanılması işlenmesi ve pazarlanmasından sorumlu altyapıya da bağlıdır. Sulama sistemleri, yollar, köprüler, havaalanları, deniz, kara ve hava taşımacılığı, okul binaları, ofisler ve konutlar ile endüstriyel tesislerde meydana gelen korozyon hasarları ülke ekonomisini önemli derece etkilemektedir. Ayrıca oluşan bu hasarlar neticesinde can ve mal kayıpları olmaktadır. Korozyon, doğal ve endüstriyel ortamları güçlü bir şekilde etkileyen dünya çapında önemli bir sorundur. Günümüzde birçok kirleticinin korozyonu hızlandırması ve pas gibi korozyon ürünlerinin de su kütlelerini kirletmesi nedeniyle korozyon ve kirliliğin birbiriyle ilişkili zararlı süreçler olduğu genel olarak kabul edilmektedir. Her ikisi de çevre kalitesini endüstrinin verimliliğini ve altyapı varlıklarının dayanıklılığını bozan zararlı süreçlerdir.

Metaller gaz halindeki kirleticiler ve diğer reaktif çevresel ajanlarla temas ettiğinde, farklı türde çökeltiler oluşturmak için kimyasal olarak reaksiyona girerler ve yavaş yavaş korozyona uğrarlar. Bazı durumlarda, olası hizmet ömrü süresi, malzemenin kalınlığı ve diğer hizmet koşulları göz önünde bulundurularak metalik bir nesnenin veya yapının tasarımında korozyon payları verilir. 0°C’nin üzerindeki sıcaklıklar ve %80’in üzerindeki bağıl nem malzemelerin hızlı bir şekilde korozyona uğramasına neden olur. Çözünmüş hava kirlilikleri, atmosferde bulunan zehirli gazlar, metal tozları ve farklı kirlilikler atmosferik korozyonu kolaylaştırır. 

Genellikle döküm firmalarında uygun hava filtresi kullanılmadığında baca gazlarından çıkan dumanlarla taşınan metal partikülleri yakın çevredeki metal ve alaşımlarının korozyona uğramasına ve korozyon hızının artmasına neden olmaktadır.

Malzemeye yüzeyine yapışan diğer metal partiküller malzeme yüzeyinin farklı bölgelerinde galvanik hücreler oluşturur. Oluşan galvanik hücreler sonrasında malzemenin yüzeyinde korozyon hasarı ve korozyon ürünleri görülmektedir.

Farklı ortamların koroziflik seviyeleri de birbirlerinden farklılık göstermektedir. Literatürde korozif ortamların seviyesini ve büyüklüğünü ele alan standartlar bulunmaktadır. Bu standartlardan biri, çeşitli metaller ve alaşımlar üzerinde farklı atmosferlerin aşındırıcılığını sınıflandıran ISO 9223:2012’dir. Ortamlar üç temel faktöre göre sınıflandırılır: ıslak süre, kükürt dioksit kirliliği ve havadaki klorür içeriği. Çelik, çinko, bakır ve alüminyumun ilk üç yıldaki korozyon hızı için yol gösterici değerler ISO 9224’te kategorize edilmiştir. Diğer iki standart da metallerin atmosfer ve daldırma yoluyla korozyonunu kategorize eder. EN ISO 12944-2, ortamları boya ve verniklerle korunan çelik yapılar üzerindeki aşındırıcı etkilerine göre sınıflandırır. ISO 14713, çinko ve alüminyum kaplamalar kullanarak demir ve çelik yapıların korozyona karşı korunmasını kapsamaktadır^[1-3]. Malzemelerin korozyon sonucunda deformasyona uğrama süreleri de bulundukları atmosferlere bağlı olarak değişiklik gösterir.

Sulu Ortamlarda Korozyon
Suyun canlılar için önemli olan birçok özelliği bulunmaktadır. Bu özelliklerinden biri, yerkabuğunda ve atmosferde bulunan maddeleri bir dereceye kadar çözme, suyun belirli miktarda safsızlık içermesine izin verme yeteneğidir. Bu da metal yüzeyde kireç birikmesi sorunlarına neden olur. Özellikle boru hatlarında, kazan borularında ve su ile temas eden her türlü yüzeyde bahsedilen bu soruna sebep olmaktadır^[2].

Oksijen suda çözünen gazların başında gelmektedir. Ayrıca çözünmüş oksijen (DO), temas ettiği metallerde aşındırıcı etkisi nedeniyle boruların ve ekipmanın maliyetli bir şekilde değiştirilmesinden sorumludur. Tüm su kaynakları, kara kütlelerinden ve okyanuslardan buharlaşan ve daha sonra atmosferden çöken nemdir. Hava koşullarına bağlı olarak su yağmur, kar, çiy veya dolu şeklinde düşebilir. Düşen su, atmosferde bulunan toz, duman ve endüstriyel dumanlar ve volkanik emisyonlar şeklinde gazlar ve partikül maddelerle temas eder.

Suda çözünmüş, koloidal veya askıda halde bulunan çeşitli maddelerin konsantrasyonları düşüktür, ancak önemli ölçüde farklılık gösterir. Örneğin, kalsiyum karbonatın milyonda 400 parçadan (ppm) daha yüksek bir su sertliği değeri bazen kamuya arzda tolere edilir. Ancak 1 ppm çözünmüş demir kabul edilemez olmalıdır. Yüksek basınçlı kazan için arıtılmış suda veya nükleer reaktörlerde olduğu gibi radyasyon etkilerinin önemli olduğu yerlerde, kirlilikler milyarda parça (ppb) gibi çok küçük miktarlarda ölçülür.

Doğal suların pH’ı tipik olarak 4,5 ilâ 8,5 aralığındadır. Daha yüksek pH değerlerinde, metal pasivasyonu ile çeliğin korozyonunun bastırılması olasılığı vardır. Örneğin bakır metali (Cu), asidik ortamda pH değişiminden büyük ölçüde etkilenir ve suda az miktarda bakır metalini iyon şeklinde serbest bırakarak korozyonun başlamasına sebep olur. Ayrıca, alüminyum veya galvanizli çinko korozyon hücrelerinin yüzeylerinde Cu iyonlarının birikmesi, metallerde ciddi korozyona neden olan yeni bimetalik temasa yol açar.

Maden suyu doygunluğu, çözünmeyen tuzların (karbonatların) kolaylıkla çökeltilebilmesi nedeniyle metal duvarlarda daha büyük bir kirlenme olasılığı üretir. Bu etkiyi kontrol etmek için Doygunluk Endeksleri’ni bilmek ve kullanmak gerekir. Su doygunluğu, bir bileşiğin çözünürlük ürününü ifade eder ve iyon aktivitesi ile çözünürlük ürününün oranı olarak tanımlanır. Örneğin, tuzun suda çözülmesi artık mümkün olmadığında su, kalsiyum karbonat ile doyurulur ve ardından kireç olarak çökelmeye başlar. Aslında çözeltinin bekletilmesi üzerine karbonat çökelmesi meydana geldiğinde aşırı doymuş olarak adlandırılır. 

Bazen şebeke suları, gübre gibi tarım alanlarından gelen diğer kimyasalların karışması nedeniyle kirlenir. Bu gibi durumlarda sudaki nitritler, nitratlar vb. iyonik ajanlar, birçok metalde hızlandırılmış bir bölgesel korozyon sürecine ve bunun sonucunda korozyon deformasyonuna neden olur.

İçme Suyu Sistemlerinde Korozyon
Korozyon, içme suyu taşıyan boruların herhangi bir yerinde, özellikle farklı kimyasal kompozisyona sahip olan metalik yapılar arasındaki temas noktalarında oluşum gösterir. Genellikle metallerin korozyon davranışı, kimyasal kompozisyonu, suyun iyonik bileşimi ve pH’ına bağlı olarak farklılık gösterebilir. Çözünmüş tuz oranı (su sertliği) yüksek olan sular, ekipmanın farklı bölümlerinde az ya da çok yapışık olan kireç oluşumunu destekler. Bu tortular sert veya kırılgan olabilir, bazen çimento görevi görerek metal ve su arasında fiziksel bir bariyer oluşturarak korozyonu engeller. Kalsiyum karbonat (Ca-CO₃) en yaygın ölçektir; kökeni, sudaki karbondioksit gazının (CO₂) varlığı ile ilişkilidir. Bazen bu tortular macunsu veya jelatinimsi hidratlı demir oksitler veya bakteri kolonileri ile doldurulur^[3].

Evsel su sistemlerinin bozulmasının maliyeti ve sağlık üzerindeki etkisi, çeşitli sonuçlara yol açar. Bir evde veya binada su taşıyan boruların ve bağlantı parçalarının erken korozyonu ve arızalanması, su ısıtıcılarının düşük termal verimliliği (% 70’e kadar - kazanlar) erken arızalarına neden olabilir. İçme suyunda genellikle uygun şekilde arıtılmayan yüksek seviyelerdeki metaller veya oksitler, tuvalet lavabolarında kırmızı veya mavi - yeşil tortu ve lekelere neden olur. Estetik görünümle ilgili endişelere ek olarak, bir korozyon süreci içme suyumuzda toksik metallerin varlığına neden olabilir. Su kalitesini ve bunların aşındırıcı ve / veya kirlenme eğilimini değerlendirmek için LSI kullanılabilir. Bu analize, su pH ve iletkenlik ölçümleri ve uluslararası standartları uygulayan korozyon testleri eşlik etmelidir^[3].

Toprak Altı Korozyonu
Çelik yapıların büyük bir kısmı, su kemerleri, boru hatları, petrol boru hatları, iletişim tel halatları, yakıt depolama tankları, su boruları zehirli atık kapları, agresif topraklara gömülür. Çeşitli toprak tiplerinde büyük miktarlarda çelik betonarme yapılar da gömülüdür. Toprak nemi varlığında, agresifliği toprak tipine ve kirlilik derecesine (çürüyen organik madde, bakteri florası, vb.) bağlı olan metal yüzeyde nemli bir tabaka olması mümkündür. Böylece toprak, metal yüzey üzerinde, bir yeraltı elektrokimyasal korozyonunun gelişimi için gerekli bir element olan, değişen derecelerde agresifliğe sahip bir elektrolit kompleksi oluşturabilir. Gömülü yapıların korozyon süreci son derece değişkendir ve çok hızlı meydana gelebilir. Özellikle boru hatlarında korozyon deformasyonu olarak delik oluşumları gerçekleşebilir. Metal yapılar, işlevselliklerine ve güvenliklerine bağlı olarak gömülür. Çoğu zaman, atmosferik koşullar altında havaya maruz kalan farklı agresiflik derecelerine sahip topraklara maruz kalarak geniş arazi parçalarını kat ederler.

Borular veya tanklar korozyon nedeniyle hasar gördüğünde makro ve mikro çatlakların oluşumu, içerdiği ürünlerin veya taşınan sıvıların sızıntılarına yol açarak çevre kirliliği sorunlarına kazalara sonuç olarak can ve mal kaybıyla sonuçlanabilecek patlamalara neden olabilir. Suyu taşımak ve dağıtmak için kullanılan borularda bir sızıntı, genel olarak toplumun gelişimi için gerekli olan ve özellikle suyun kıt olduğu bölgelerde önemli olan bu hayati sıvının kaybolmasına neden olabilir, bu nedenle su kemerleri borularından sızıntı önlenmelidir. En ciddi olayları önlemek için ihtiyaç duyulan önemli bir araç, belirli bir zemin bilgisi ve bunun metal yapıların korozyonu üzerindeki etkisidir^[2-3].

Jeotermal Ortamlarda Korozyon
Santrallerde gözlemlenen korozyon, buhar türbinleri, kondenserler ve boru hatlarının bileşenlerini ve ayrıca santrali barındıran binanın içindeki ve dışındaki soğutma kulelerini ve beton yapıları etkiler. Bu durumlarda, korozif saldırının etkileri, metal duvarlarda ve gaz borularında lokal korozyon şeklinde veya türbinlerde ve diğer metal ekipmanlarda döngüsel mekanik kuvvetler veya artık gerilimlerin neden olduğu korozyon yorgunluğu veya stres korozyonu şeklinde ortaya çıkar.

Suda çözünmüş hidrojen sülfür gazının (H₂S) mevcudiyeti ile havalandırılmış nemli bir ortamın kombinasyonu, CS ve SS gibi metallerin ve alaşımların korozyonunu destekleyen çok agresif bir ortam sağlar. Jeotermal alandan ve yoğuşma döngülerinden kaynaklanan tozun varlığı, çeliğe uygulanan koruyucu kaplamaların arızalanmasına neden olur. Bu nedenle gelişen korozyon, metal tesisatların borular, makinalar, soğutma kuleleri, araçlar, aletler çitler, depolar vb. sürekli onarım ve bakımına yol açar.

Referanslar