KorozyonVeKatodikKoruma

T.C.

MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI

MEGEP

(MESLEKİ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN

GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ)

KİMYA TEKNOLOJİSİ

KOROZYON VE KATODİK KORUMA

Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller;

 Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının 05.09.2008 tarih ve 186 sayılı Kararı ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında kademeli olarak yaygınlaştırılan çerçeve öğretim programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik geliştirilmiş öğretim materyalleridir(Ders Notlarıdır).  Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye rehberlik

etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında uygulanmaya başlanmıştır.  Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği kazandırmak

koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılması önerilen değişikliklerBakanlıkta ilgili birime bildirilir.

 Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulaşılabilirler.

 Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak dağıtılır.  Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında satılamaz.

AÇIKLAMALAR ...ii

GİRİŞ ... 1

ÖĞRENME FAALİYETİ–1 ... 3

1. KOROZYON DAĞILIMI... 3

1.1. Korozyon... 3

1.1.1. Korozyonun Oluşma Nedeni ... 4

1.1.2 Korozyon Reaksiyonları ... 4

1.1.3. Korozyon Hız Birimleri... 5

1.1.4. Korozyona Etki Eden Faktörler ... 6

1.1.5. Korozyon Tipleri ... 7

1.2. Atmosferik Korozyon ... 15

1.2.1. Atmosferik Korozyonun Nedenleri ... 15

1.2.3. Atmosferin Korozyon Açısından Sınıflandırılması ... 17

1.2.4. Atmosferik Korozyonun Elektrokimyasal Mekanizması... 18

1.2.5. Atmosferik Korozyondan Korunma ... 19

1.3. Elektrolitik Korozyon ... 21

1.3.1. Korozyonun Elektrokimyasal Mekanizması... 22

1.4. Korozyondan Korunma Teknikleri ... 24

1.5. Korozyondan Korunmak İçin Yapılması Gerekenler ... 25

UYGULAMA FAALİYETİ ... 26

ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ... 30

ÖĞRENME FAALİYETİ–2 ... 32

2. KATODİK KORUMA ... 32

2.1. Katodik Korumanın Esasları... 33

2.2. Katodik Korumaya Giriş... 35

2.2.1. Galvanik Katodik Koruma... 35

2.2.2. Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma Sistemi ... 40

2.3. Sistemlerin Karşılaştırılması ... 44

2.4. Yer altı Tanklarında Katodik Koruma ... 45

UYGULAMA FAALİYETİ ... 46

ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ... 49

MODÜL DEĞERLENDİRME ... 52

CEVAP ANAHTARLARI ... 55

İÇİNDEKİLER

AÇIKLAMALAR

KOD 524KI0110

ALAN Kimya Teknolojisi

DAL Petrol- Petrokimya, Petrol- Rafineri MODÜL Korozyon ve Katodik Koruma MODÜLÜN TANIMI

Korozyon çeşitleri ve dağılımı, atmosferik ve elektrolitik korozyonun oluşumu, katodik koruma ile ilgili bilgilerin verildiği öğrenme materyalidir.

SÜRE 40 / 24

ÖN KOŞUL

YETERLİLİK Metalleri korozyondan korumak

MODÜLÜN AMACI

Genel Amaç

Bu modül ile gerekli ortam sağlandığında metalleri korozyondan koruyabileceksiniz.

Amaçlar

Kurallara uygun olarak

 Metallerde elektrolitik korozyon oluşumu ve dağılımını belirlemek için gerekli olan işlemleri

gerçekleştirebileceksiniz.

 Metal sistemleri korozyondan galvanik katodik korumak için gerekli olan işlemleri gerçekleştirebileceksiniz.

EĞİTİM ÖĞRETİM ORTAMLARI VE DONANIMLARI

Ortam

Sınıf, atölye, laboratuvar, işletme, kütüphane, bilgi teknolojileri ortamı (internet) vb. kendi kendinize veya grupla çalışabileceğiniz tüm ortamlar.

Donanım

Sınıf, bölüm kitaplığı, VCD, DVD, projeksiyon, bilgisayar ve donanımları, metal (Cu, Zn, Al ve Fe) levha, beher, ısıtma düzeneği, destek çubuğu, sabitleme malzemesi, bek, metal cetvel, pH metre, zımpara, demir testeresi, eğe, hassas terazi, balon joje, voltmetre, tuz köprüsü, amyant tel.

ÖLÇME VE

DEĞERLENDİRME

Modülün içinde yer alan, her faaliyetten sonra verilen ölçme araçları ile kazandığınız bilgileri ölçerek kendi kendinizi değerlendireceksiniz.

Öğretmen, modülün sonunda, ölçme aracı (test, çoktan seçmeli, doğru-yanlış vb.) kullanarak modül uygulamaları ile

AÇIKLAMALAR

GİRİŞ

Sevgili Öğrenci,

İhtiyaçlarımızın büyük bir bölümünü metal ve alaşımlar karşılamaktadır. Metal ve alaşımları üretmek için büyük enerjiler harcanmaktadır. Korozyondan korunması, metal ve alaşımların ömrünü uzatır. Bu şekilde sektörde harcanan enerji azalır. Bu da ülke ekonomisine katkı sağlamaktır.

Korozyon mekanizması ve katodik koruma konusunda, özellikle yetişmiş iş gücünün daha deneyimli ve bilinçli hareket etmesi gerekir. Bu modülde öncelikle korozyon hakkında genel bilgiler, korozyon tipleri ve korozyondan katodik korunma metodu açıklanmıştır.

Bu modülü başarıyla bitirdiğinizde metal ve alaşımlarda korozyonun oluşumu ve metal sistemlerin korozyondan korunmasını çok daha iyi anlayabileceksiniz.

ÖĞRENME FAALİYETİ–1

Metallerde korozyon oluşumu ve dağılımı ile ilgili bilgi, beceri deneyimine sahip olabileceksiniz.

 Proseste korozyonun dışında yıpranma ve arıza nedenlerini araştırınız.  Korozyonun temizlenmesinde proseste kullanılan kimyasalları araştırınız.

1. KOROZYON DAĞILIMI

1.1. Korozyon

Korozyon, en genel anlamda malzemelerin çevre etkisiyle bozularak kullanılmaz hale gelmesidir. Ancak bu terim daha çok metallerin çevresiyle tepkimeye girerek metalik özelliklerini kaybetmesi olayını ifade etmek için kullanılmaktadır.

Korozyon ülke ekonomisi için çok önemlidir. Her yıl, yıllık çelik üretiminin dörtte biri kadar bir kayba sebep olmaktadır. Kentlerin havası, yağmur suları (sülfürik asit ya da nitrik asit izleri) ve deniz suyu korozyonun başlıca etkenleridir.

Korozyonun en fazla görüldüğü malzeme türü, elektrokimyasal reaksiyonlara eğilimlerinin yüksek olmasından dolayı metallerdir. Metallerin korozyonunda oksijenin yanı sıra birçok yan etken de mevcuttur. Örneğin alüminyum, oksijene ilgisinin iyi olmasından dolayı korozyon direnci yüksek bir malzeme hâlini alır. Alüminyumun dış yüzeyi çok hızlı oksitlenir ve yüzey tamamen oksitlendikten sonra oksitlenme durur ve daha alt yüzeylerin oksitlenmesi engellenir. Yani yüzey oksitlenmeye karşı alüminyum oksitle (Al2O3) kaplanmış olur.

Halk arasında demirin korozyonuna paslanma denir. Pas, Fe(OH)2 formüllü bir korozyon ürünüdür.

Korozyon, metalin aktiflik derecesine de bağlıdır. Bazı metallerin aktiflik derecesi küçükten büyüğe doğru Au (Altın), Pt (Platin), Hg (Cıva), Ag (Gümüş), paslanmaz çelik, Cu (Bakır), Sb (Antimon), H2 (Hidrojen), Pb (Kurşun), Sn (Kalay), Ni (Nikel) , Fe (Demir: karbonlu çelik), Cr (Krom), Zn (Çinko), Al (Alüminyum) ve Mg (Magnezyum) şeklindedir. Sıralamada sağa doğru gidildikçe metalin aktifliği artar. Bu sıralamada daha sağda bulunan bir metal, kendine göre solda olan metalin anodu olur. Örneğin, Fe’den daha sağda bulunan Mg, Al ve Zn metalleri demiri, katodik olarak korumak üzere anot olarak kullanılır.

ÖĞRENME FAALİYETİ–1

AMAÇ

Resim 1.1: Metal yüzeyinde farklı korozyon türleri

Metallerin korozyonları içerisinde en önemli ve tehlikeli boyutta olanı, demirin korozyonudur. Üretim kolaylığı ve düşük maliyet birçok yerde çelik ve demir kullanımını yaygınlaştırmıştır. Özellikle boru hatları ve tankların metal yüzeyleri, korozyona karşı koruma amaçlı kaplanmaktadır. Ancak, bu metalin herhangi bir noktasında oluşabilecek muhtemel tahribat neticesinde belli noktadan başlayarak çok hızlı şekilde korozyon mekanizması çalışmaya başlar.

1.1.1. Korozyonun Oluşma Nedeni

Bütün metaller, tabiatta bulundukları mineral hâline dönüşme eğilimindedir. Tabiatta bulunan mineraller, söz konusu metalin en düşük enerji taşıyan bileşiği, yani en kararlı hâlidir. Bu mineraller, özel metalürjik metotlarla ve enerji harcanarak metal haline getirilir. Ancak metallerin çoğu element halinde kararlı değildir. Uygun bir ortam bulması halinde üzerinde taşıdığı enerjiyi geri vererek kendiliğinden doğada bulunduğu eski bileşik haline dönmeye çalışır. Böylece korozyon reaksiyonlarında daima bir serbest enerji azalması söz konusu olur. Metallerin korozyona yatkınlığı doğrudan bu serbest enerji değişimine bağlıdır.

Örneğin, demirin tabiatta en çok rastlanan minerali, hematit(Fe2O3)tir. Bu metal

yüksek fırında kok kömürü ile indirgenerek metalik demir elde edilir. 1 ton pik demiri için 1 ton kok kömürü harcanır. Elde edilen demir, sulu çözeltiler içinde veya rutubetli atmosferde kolaylıkla korozyona uğrayarak “pas” denilen korozyon ürünlerini oluşturur. Böylece metal almış olduğu enerjiyi geri vererek doğadaki hâline dönmüş olur.

1.1.2 Korozyon Reaksiyonları

Korozyon sırasında anodik (elektron veren-yükseltgenme) reaksiyonlar ile katodik (elektron alan-indirgenme) reaksiyonları birlikte oluşur. Demir metalinin bulunduğu ortamdaki anodik ve katodik reaksiyonlar aşağıdaki gibidir:

 Anodik Reaksiyon: Metalik iletkenden iyonik iletkene olan pozitif yük transferini gerçekleştiren elektron reaksiyonudur. Anodik reaksiyon daima bir oksitlenme reaksiyonudur.

- Katodik Reaksiyon: Metalden elektrolite negatif yükün transfer olduğu elektrot reaksiyonudur. Katodik reaksiyon daima indirgenme reaksiyonudur.

 Elektrot Reaksiyonu: Elektrolit ve metal ara yüzeyinde yük transferine neden olan kimyasal reaksiyondur.

Anodik Reaksiyon: Fe0 → Fe+2+ 2e–(İyonlaşma) Katodik reaksiyon : ½ O2+ H2O + 2e

– _{→ 2(OH)}–

2H+ + 2e → H2(Asitli Ortamda)

Toplam Reaksiyon: Fe0 + ½ O2+ H2O → Fe(OH)2(Pas)

Şekil 1.1: Korozyon reaksiyonunun oluşumu

1.1.3. Korozyon Hız Birimleri

 Metallerin korozyon hızları prensip olarak iki ayrı şekilde ifade edilir:  Birim zamanda, birim yüzeyde meydana gelen kütle kaybı  Birim zamanda metal yüzeyinde meydana gelen kalınlık azalması  Korozyon hızı aşağıdaki birimlerle ifade edilir:

 Korozyon Penetrasyonu: Korozyon sonucu metal kalınlığında bir yılda meydana gelen azalma, mm/yıl (MPY)

 Ağırlık Kaybı: Korozyon sonucu metal yüzeyinin 1 m2sinde 1 günde meydana gelen ağırlık kaybı, g/m2 gün (GMD)

Elektron

1. ÇÖZÜLME

3. GEÇİŞ

 Korozyon Akım Yoğunluğu: Metal yüzeyinin 1 cm2deki anodik akım yoğunluğu , µA/cm2

Demir metali söz konusu olduğunda bu birimlerin karşılıklı eşdeğerleri şöyledir: 1 µA/cm2= 11,6 µm/yıl = 0,25 g/m2gün

Bilinen korozyon hızı Çarpılacak sayı Elde edilecek korozyon hızı

MDD mg / dm2gün 10 GMD g/m2gün

MDD mg / dm2gün 0,03652 / d(*) MPY mm /yıl

GMY g/m2yıl 0,0274 MDD mg/dm2gün

İPY İnç /Yıl (694,4) d(*) MDD mg/dm2gün

PYF Pound /ft2.yıl 133,8 MDD mg/dm2gün

Korozyon akım yoğunluğu 8,95 MA/t (**) GMD g/m 2

gün (*) : Söz konusu metalin yoğunluğu, g/cm3

(**) : MA= Söz konusu metalin atom kütlesi, t metalin değerliği

Tablo 1.1: Değişik korozyon hızlarının birbirine dönüştürme faktörleri

1.1.4. Korozyona Etki Eden Faktörler

 Ortamın Etkisi: Metallerin korozyona uğrama hızı büyük ölçüde bulunduğu ortamla ilgilidir. Ortamdaki nem miktarı, asitlik–baziklik durumu, havanın, oksijeninin veya suyun ortam tarafından geçirilebilme yeteneği, kaçak akımlar ve çeşitli bakteriler korozyonu başlatıcı ve hızlandırıcı etken olarak karşımıza çıkar.  Sıcaklığın Etkisi: Ortam sıcaklığının artması iyon hareketini artırarak korozyon

hızını artırır. Ortam sıcaklığı -50 ile +500C arasında değişen toprak 00C derecede donar ve iyon hareket hızı minimuma düşer. Sıcaklığın artmasının oksijen konsantrasyonunu düşürücü etkisi de vardır. Ancak bu etki iyon hareketinin artmasından kaynaklanan reaksiyonların yanında oldukça zayıf kalmaktadır.

 Malzeme Seçimini Etkisi: Korozyona sebep olan etkenlerden biri de birbiriyle potansiyel farkı bulunan metallerin bir arada kullanılmasıdır. Bu durum korozyonu başlatıcı ve hızlandırıcı bir etkendir. Örneğin, çok düşülen bir hata olarak çelik sacdan yapılan panoların üzerine konulan paslanmaz çelik cıvata ve contalar bulundukları bölgede galvanik korozyona sebep olmaktadır. Bu tip durumlarda ana yüzeye cıvatalar ya da contalar plastik ile izole edilmelidir.

 Taneler Arası Özellik Farkları: Metallerin tane boyutları arasındaki farklar ve iki tanedeki farklı konsantrasyonlar neticesinde iki tanenin sınırı, korozyon başlangıcı için uygun bir ortam oluşturur. Çok düşülen bir hata olarak paslanmaz çelik malzemelerden imal edilen tanklar ve benzeri yapılardaki kaynak bölgeleri üretici tarafından hiç beklemediği halde korozyona uğratmaktır. Bu korozyonun önüne geçmenin yolu ya elektrotlu kaynak kullanmak ya da önleyici olarak galvanik anotlu katodik koruma sistemi uygulamaktır.

 Sistem Dizaynı: Korozif malzemelerin depolandığı sistemlerde korozif ortamın (su vb.) birikmesini önlemeye yönelik tasarımlar uygulanmalıdır. Ayrıca arasında sıvı birikintisine neden olabilecek çok ince aralıklardan kaçınılmadır.

 Sistemin Bulunduğu Ortamın Oksijen Konsantrasyonu: Aynı tip toprak içerisinde çözünmüş hava konsantrasyonu her yerde aynı olmayabilir. Farklı havalandırma koşullarındaki sistemlerde yan yana duran sistem bir bölgede anot iken hemen yanındaki bölgede katot görevi görerek elektrokimyasal korozyona sebep olabilir.

 Zemin Elektriksel Özgül Direncinin Etkisi: Düşük elektriksel özgül dirençli bölgelerde iletkenliğin yüksek olması iyonik ortamın daha aktif olmasına sebep olmaktadır. Bundan dolayı korozyon mekanizması daha hızlı gelişir.

Zemin Elektrik Özgül Direnci (



) _{Zemin Korozif Özelliği}



< 1.000 _{Çok korozif}

1.000 <



< 3.000 _Korozif

3.000<



< 10.000 _{Orta korozif}

10.000 <



_{Az korozif}

Tablo 1.2: Zeminin elektriksel özgül direncine göre koroziflik sıralaması

1.1.5. Korozyon Tipleri

15 tip korozyon vardır.

1.1.5.1. Homojen (Uniform) Korozyon

Metal yüzeyinde eşdeğer şiddette oluşan korozyon türüdür. Korozyon sonucu metal kalınlığı her noktada aynı miktarda azalır. Atmosfer ortamında ve herhangi bir dış etkenden etkilenmeyen tamamı aynı cins malzemeden üretilmiş olan metaller homojen korozyona uğrar.

1.1.5.2. Galvanik Korozyon

Farklı potansiyele sahip iki malzemenin bir arada kullanılmasından ya da zemin yapısının farklılığından kaynaklanan korozyon cinsidir. Farklı malzeme kullanımından kaynaklanan korozyon, farklı potansiyelde iki metal birbiriyle temas halinde iken aralarında bir galvanik pil oluştururlar ve aktif olan metal anot, soy metal ise katot görevi görerek aktif metalde korozyona sebep olur. Örneğin, bakır ile çeliğin temas etmesi durumunda bakırdan dolayı çelik korozyonuna uğrayacaktır.

Özetle, bir elektrolit içine daldırılmış iki farklı metalin birbiri ile teması halinde daha elektronegatif olan metal yüzeyinde meydana gelen korozyon olayıdır.

 Elektrolit: Elektrik akımını ileten iyonları içeren çözelti veya rutubetli malzemelerdir.

Resim 1.2: Farklı metallerin oluşturduğu korozyon (Galvanik Korozyon)

Galvanik Çift Korozyona Uğrayan Metal

Çelik ve bakır yüzey Çelik

Çelik ve alüminyum Alüminyum

Çelik ve kurşun Çelik

Yeni ve eski boru Yeni boru

Tablo 1.3: Çok karşılaşılan galvanik hücreler  Galvanik Anot (Kurbanlık Anot)

Galvanik anot, bir yapıyı katodik olarak korumak üzere kullanılan ve bulunduğu ortamda pozitif iyon halinde çözünerek akım üretimini sağlayan elektrottur. Korozyona uğramakta olan bir metale kendinden daha aktif olan bir metal (galvanik anot) bağlanacak olursa bu durumda katot reaksiyonu için gerekli olan elektronlar galvanik anot olarak bağlanan metalin kendiliğinden yürüyen yükseltgenme reaksiyonu ile sağlanır. Böylece korunan metal yüzeyindeki bütün anodik reaksiyonlar tam olarak durur. Galvanik anotlu katodik koruma da bu temel ilkeye dayanır.

Bir çelik boru hattını galvanik anotlarla katodik olarak korumak için boru hattına kendinden daha aktif bir metal, örneğin, magnezyum anot bağlanır. Böylece oluşan galvanik pilde magnezyum anot, çelik boruda katot olur. Anotta magnezyum çözünerek elektron açığa çıkarır. Bu elektronlar, katodik reaksiyon elektron ihtiyacını karşılar. Sistemin kendiliğinden çalışabilmesi için anot ve katot arasında devre direncini yenebilecek kadar bir potansiyel farkın olması gerekir.

Şekil 1.2: Çeliğin çinko ile galvanik korunması  Galvanik Anot Çeşitleri

o Magnezyum anot o Çinko anot o Alüminyum anot

olmak üzere üç çeşit galvanik anot vardır.

1.1.5.3. Çatlak Korozyonu

Metal yüzeyinde bulunan bir çatlak içinde veya dar bir aralıkta oluşan korozyon çeşididir. Bu korozyonun temel nedeni, çatlak içi ile çevre elektrolit arasında oksijen konsantrasyonu veya metal iyonu konsantrasyonunun farklı oluşudur. Çatlağın dış kısımları katot olacağından bu bölgede korozyon görülmez.

Resim 1.3: Metalde çatlak korozyonun oluşumu ve çatlak

Çelik

1.1.5.4. Oyuklanma Korozyonu

Korozyonun çok dar bölgeler üzerinde yoğunlaşması sonucu derin ve dar oyuklar şeklinde meydana gelen korozyona oyuklanma korozyonu denir. Bu çukurların derinliği, yaklaşık olarak çapı büyüklüğündedir. Çukurların ağız bölgeleri genellikle korozyon ürünleri ile doludur. Metal yüzeyinde karıncalanma görünümünde, tehlikeli bir bölgesel hasardır. Korozyonun sebep olduğu malzeme kaybı diğer homojen korozyonlara göre çok az olmasına rağmen parçalar kısa zamanda delinerek kullanılmaz hale gelir. Oyuklar çekirdeklenme ve ilerleme aşaması olmak üzere iki aşamadan meydana gelir. Oyuk çekirdeklendiği zaman ilerlemesi oyuğun tabanında artan asitlik sebebiyle oyuk içindeki metal çözünmesinin artması ile olur.

Resim 1.4: Oyuk korozyonu ve oluşumu

1.1.5.5. Taneler Arası Korozyon

Metal atomlar daima geometrik bir düzen içinde kristalleşir. İki veya daha fazla metalden oluşan homojen yapıdaki alaşımlar da belli bir düzen içinde kristalleşir. Bunlara katı çözelti denilebilir. Heterojen yapıdaki alaşımlarda ise iki veya daha fazla katı fazlı karışım söz konusudur. Böyle bir alaşımda kristaller homojen bir yapıda değildir. Taneler arası korozyon, taneler arası sınır çizgisinde meydana gelir. Bu bölgede metallerden biri diğerine göre daha düşük konsantrasyonda bulunur. Bu nedenle sınır çizgileri korozyon için uygun bir ortam oluşturur. Paslanmaz çelikte kaynak yapılan bölgede bu tip taneler arası korozyon meydana gelir.

Örneğin, Ostenitik çelikler (% 18 Cr +% 8 Ni) 400–9000C arasına çıkarıldığında veya soğuma esnasında bu sınırlar arasını geçerken tane sınırlarında karmaşık bir karbür çökelmesi olur. Bu olay taneler arasında korozyona yatkınlık kazandırmaktadır. Böyle bir çelik artık daha zayıf korozyon koşullarından etkilenir. Klor, flor ve iyot içeren ortamlarda duyarlılık özellikle artar.

1.1.5.6. Tabaklaşma Korozyonu

Taneler arası korozyon, ektrüzyon veya hadde yüzeyine paralel olarak gerçekleşirse buna tabakalaşma korozyonu denir. Alüminyum ve alaşımlarında görülen bu tür korozyonda hasar, haddeleme yönünde uzamış tane sınırından meydana gelir. Korozyona

uğramış metal tabakalar birbirinden ayrılır ve oluşan korozyon ürünleri malzemenin tabakalar halinde birbirinden ayrılmasına sebep olur.

1.1.5.7. Seçimli Korozyon

Bir alaşım içinde bulunan metallerden birinin diğerinden önce korozyona uğramış hâlidir. % 70 Cu + % 30 Zn’den oluşan pirinç içinde bulunan Zn kolayca korozyona uğrayabilir. Korozyon sonucu alaşım yüzeyinde Zn konsantrasyonu azalır ve normal sarı renk, bakır kırmızısına dönüşür. Çok sık rastlanan bu seçimli korozyon olayına “çinko azalması” adı verilir.

1.1.5.8. Erozyon Korozyonu

Resim 1.5: Borunun dış ve iç görünümü ile erozyon korozyonu

Özellikle boru sistemlerinde ve limanlarda çok rastlanan bu tür korozyonda metal ile korozif ortam arasındaki bağıl hareket nedeniyle metalin aşınma hızı artar. Metal yüzeyinde delikler, oluklar ve hendekler oluşur. Su içinde hareket halindeki birçok yapıda kendini gösterir. Ortamda katı parçacıkların varlığı korozyon hızını daha da artırır.

1.1.5.9. Biyolojik Korozyon

Bazı topraklarda metali kimyasal ya da elektrokimyasal olarak etkileyen bakteri ve mikroplar bulunabilir. Bu durum dökme demirde fark edilen ve genellikle grafitlenme olayı ile açıklanan hızlı korozyonun da başlıca sebeplerindendir. Bakteriler içerisinde en tehlikeli olanı sülfat indirgeyen bakterilerdir. Bu bakteriler, topraktaki sülfatları indirgeyerek demir alaşımlarını çok çabuk etkilediği bilinen H2S serbest hale geçirirler.

Biyolojik etkilerle meydana gelen korozyon olayının katot ve anot reaksiyonları şöyledir: Katot reaksiyonu: 8H2O + 8e –_{→ 8H}+ + 8OH– 8H++ SO4 -2_{→ S}-2 + 4H2O 4H2O + SO4 -2 + 8e–→S-2+ 8(OH)– Anot reaksiyonu: 4Fe → 4Fe+2+ 8e–

Toplam korozyon reaksiyonu: 4Fe + 4H2O + SO4

-2_{→ FeS + 3 Fe (OH)}

2+2 (OH) –

Reaksiyon sonucu oluşan hidroksit iyonları çevrede bulunan karbonat ve silikat iyonları ile yer değiştirerek karbonat veya hidroksit çökeltilerini oluşturabilir. Böylece demir yüzeyinde sert bir kabuk oluşturur. Biyolojik korozyonun etkili olduğu hallerde demir yüzeyine yapışmış korozyon ürünleri içinde daima bir miktar (FeS) bileşiğine rastlanır.

1.1.5.10. Kaçak Akım Korozyonu

Toprak zemin içerisinde tren, tramvay ve metro gibi raylı taşıtların kaçak akımı yer altı borularında çok şiddetli ve hızlı korozyona sebep olur. Hattın her noktasında toprağa doğru bir akım oluşur. Metal, Faraday Kanunu’na göre korozyona uğrar. Bilhassa raylı taşıttan yayılan kaçak akım negatif kutbun raya bağlandığı nokta civarında borudan tekrar raya döner ve korozyon riskini oluşturur.

1.1.5.11. Kaplama Bozukluğu Korozyonu

Kaplama yapılmış bir metalin potansiyeli ile kaplamasız metalin potansiyeli birbirinden farklıdır. İşçilik hataları nedeniyle kaplamanın bazı bölgelerinin bozulması veya delinmesi halinde bu bölgeler anot olacaktır ve korozyona uğrayacaktır. Bu tip korozyon, metal yüzeyinde çok küçük bölgelerde yoğunlaşan bir korozyondur.

Resim 1.7: Kaplama bozukluğunun neden olduğu korozyon

1.1.5.12. Gerilim Korozyonu

Çekme gerilmesine maruz ve saldırgan bir ortamda bulunan korozyona duyarlı malzemelerden ortaya çıkar. Çekme gerilmesine dik bölgesel çatlakların oluşumu ile malzeme hasara uğrar.

Resim 1.8: Çatlak korozyonunun görünümü

1.1.5.13. Kavitasyon Korozyonu

Kavitasyon korozyonu hızlı akan sıvıların malzeme yüzeyine yakın bölümlerinde oluşan alçak basınç kabarcıklarının büyümesi ve patlaması ile meydana gelir. Oluşan şok dalgalar, yüzeye çarparak malzeme yüzeyini örten tabakayı tahrip eder. Açığa çıkan metal çözünerek korozyona uğrar. Bu tür korozyona uğrayan yüzeylerin görünümü kaba ve deliklidir, oyuklar sıktır. Yüzeyde petek görünümü oluşur.

Resim 1.9: Kavitasyon korozyonunun görünümü

1.1.5.14. Bıçak Çizgisi Korozyon

Stabilize edilmiş paslanmaz çelikler (Ti ve Nb’lu çelikler), 1100 0C ısıtıldığı zaman (genellikle kaynak sırasında) Ti ve Nb karbürler çözünür. Hızla soğutulduğunda çözelti içinde kalırlar. Daha sonra metal krom karbür çökelme sıcaklığına ısıtıldığı zaman Ti ve Nb karbür oluşturmaz ve alaşım sanki stabil olmamış gibi davranır. Korozyon hasarı kaynağa komşu çok dar bir bölgede meydana gelir.

1.1.5.15. Aralık Korozyonu

Perçin, cıvata, conta gibi altı örtülü yüzeylerde ve aralıklarda meydana gelen önemli bir korozyondur. Bu tür korozyonunun meydana gelmesi için aralık, çözeltinin girebileceği kadar geniş, aynı zamanda çözeltinin çıkamayacağı kadar dar olmalıdır. Aralık içinde bulunan sözü geçen çözelti doygun olduğu için gerekli oksijen kısa zamanda tükenir. Böylece aralığın içi ve dışı arasında oksijen iyonu konsantrasyonu farkı, aralık korozyonuna sebep olur.

1.2. Atmosferik Korozyon

Atmosferik korozyon çok sık rastlanan bir korozyon türüdür. Yapılan araştırmalar tüm metalik yapıların yaklaşık % 80’inin atmosferik etki altında kaldığını göstermiştir. Direkler, köprüler, korkuluklar, demiryolları, depolar, çatı örtüleri, her çeşit taşıt araçları vb. birçok çelik yapı sürekli olarak atmosferin etkisinde kalmaktadır.

Özellikle endüstriyel olarak kirlenmiş atmosferin etkisinde kalan çıplak haldeki çelik yapılar kısa sürede korozyona uğrar. Çeliğin atmosfer içindeki korozyon hızı, su altı ve yer altı korozyon hızına göre çok az olmasına rağmen, atmosferik korozyonun neden olduğu

kayıplar, toplam korozyon zararının hemen hemen yarısını oluşturur. Korozyon kayıplarının büyük bir bölümü korozyonu önlemek üzere yapılan masraflardan meydana gelir. Endüstride üretilen boyaların ve çinkoların yarısına yakını çeliğin korozyondan korunmasında kullanılır.

Atmosfer korozyonunu önlemek amacıyla, projenin tasarımı aşamasından başlanarak malzeme seçiminde, yüzey temizliği ve boya cinsinin belirlenmesinde bilimsel önlemler alınarak yapı ömrü istenildiği kadar artırılabilmektedir.

1.2.1. Atmosferik Korozyonun Nedenleri

Demir ve çelik, atmosfer içinde bulunan oksijen ve rutubetin etkisi ile korozyona uğrayarak pası oluşturur. Fiziksel olarak yumuşak ve geçirgen bir yapıda olan pas, diğer metallerde olduğu gibi demiri korozyondan koruyucu bir kabuk özelliği göstermez. Aksine, metal yüzeyinde su buharının yoğunlaşması ve kükürt oksitlerinin absorbsiyonu için uygun bir ortam oluşturur.

Atmosferik korozyon hızı çevresel faktörlere bağlıdır. Bu faktörlerin en önemlileri şunlardır:

1.2.1.1. Hava Rutubetinin Etkisi

Doğal halde bulunan temiz atmosfer bileşiminde su buharı dışında korozyon yapacak başka bir bileşen mevcut değildir. Havadaki su buharı doygun halden daha az olduğu zaman bile korozyona neden olabilir. Sıcaklık arttıkça relatif rutubet (Birim hacimdeki hava içinde bulunan su buharı kütlesinin, aynı sıcaklıkta ve aynı hacimde doygun hava içinde bulunan su buharı kütlesine oranı.) azalır, buna karşılık sıcaklık azaldıkça relatif rutubet yükselir. Relatif rutubetin % 100 olduğu sıcaklık, söz konusu havanın çiğlenme noktasıdır. %70’ten yukarı olması halinde gece-gündüz sıcaklık farkı nedeniyle metal yüzeyinde yoğunlaşma sonucu ince bir sıvı filmi oluşur. Metal yüzeyinde sıvı filminin oluşmasına neden olan minimum

Şekil 1.3: Atmosferik korozyonunun oluşumu

relatif rutubete “Kritik relatif rutubet” denir. Rutubetin bu değerden daha düşük olduğu zamanlarda metal yüzeyinde sıvı tabakası görünmez. Ancak, çok ince kapiler boşluklar içinde sıvı halde su bulunabilir. Eğer metal yüzeyinde toz ve kir gibi kapiler özelliği olan katı tanecikler mevcutsa su buharının yoğunlaşması daha kolay olur.

1.2.1.2. Endüstriyel Kirlenmenin Etkisi

Atmosferik korozyon açısından en önemli faktör endüstriyel kirlenmedir. Başta yanma olayları olmak üzere endüstriyel işlemlerde atmosfere birçok kimyasal gaz, buhar ve katı tanecikler karışır. Bunlardan en yaygın ve etkili olanı kükürt oksitlerdir. Bu oksitler havada bulunan su buharı ile birleşerek asitler, amonyak ve klorürle de atmosfer içine karışabilir. Özellikle denize açık atmosferlerde rüzgâr ile taşınan mikroskobik tuz parçacıkları bulunur. Bu tuzlar metal yüzeylere çökerek birikinti oluşturur.

Kirleticiler Yer Konsantrasyon mg/ m3

Kükürt dioksit (SO2) Endüstriyel bölge Kırsal bölge Kış Yaz Kış Yaz 350 100 100 40

Amonyak Endüstriyel bölge

Kırsal bölge 4,8 2,1 Klorür * (*) Yağışta ölçülen klorür (mg/L)

Endüstriyel iç bölge

Kırsal deniz kıyısı

Kış Yaz Kış Yaz 7,9 5,3 57 18 Katı tanecikler Endüstriyel bölge Kırsal bölge Kış Yaz Kış Yaz 250 100 60 15

Tablo 1.4: Atmosferik kirleticiler tipik konsantrasyonları

1.2.1.3. Sıcaklığın Etkisi

Atmosferik korozyon hızı, metal yüzeyinde oluşan sıvı filminin yüzeyde kalış süresine bağlı olduğundan korozyonda sıcaklığın büyük etkisi vardır. Sıcaklık düşük olduğu sürece metal yüzeyinde kuruma gerçekleşecek ve korozyon devam edecektir. Bu nedenle atmosferik korozyon hızı sıcaklığın düşük olduğu kuzey bölgelerinde, güney bölgelere nazaran daha fazladır. Bunun dışında sürekli değişen sıcaklık, metal yüzeyindeki yoğunlaşmayı kolaylaştıracağı için korozyonu artırıcı olarak rol oynamaktadır.

1.2.1.4. Yağış ve Rüzgârın Etkisi

Atmosferik korozyonun yürümesi için mutlaka suya ihtiyaç vardır. Bu nedenle yıllık yağış miktarı ile korozyon hızı arasında doğrudan bir ilişki vardır. Ancak yağış miktarı

önemli rol oynamaktadır. Rüzgâr kurumayı çabuklaştırdığı gibi yüzeyde toplanan kir ve tozların sürüklenerek uzaklaşmasına da neden olur.

1.2.3. Atmosferin Korozyon Açısından Sınıflandırılması

Atmosferin korozyonu 4 şekilde sınıflandırılır.

1.2.3.1. Hafif Korozif Atmosfer

Hafif kırsal atmosferler bu sınıfa girer. Bu sınıftaki atmosferlerin karakteristik özellikleri şöyledir:

 Yıllık yağış 300 mm’den azdır,

 Relatif rutubet genellikle % 50’den düşüktür,  Denizden uzaklık en az 50 km’dir,

 Çevrede endüstriyel kirleticiler mevcut değildir. 1.2.3.2. Orta Korozif Atmosfer

Az miktarda endüstriyel kirlenmenin mevcut olduğu şehir atmosferleri bu sınıfa girer. Bu sınıftaki atmosferlerin karakteristik özellikleri şöyledir:

 Yıllık yağış 300 mm – 1000 mm arasındadır,  Relatif rutubet % 50 – 60 arasındadır,  Denizden uzaklık en az 15 km’dir,

 Çevrede endüstriyel kirleticiler mevcut değildir. 1.2.3.3. Korozif Atmosfer

Endüstriyel kirletmenin mevcut olduğu rutubetli atmosferler bu sınıfa girer. Bu sınıfın karakteristik özellikleri şöyledir:

 Yıllık yağış 1000 mm’den fazladır,  Relatif rutubet % 50 – 80 arasındadır

 Yüksek oranda kükürt dioksit konsantrasyonu mevcuttur. 1.2.3.4. Şiddetli Korozif Atmosfer

Endüstriyel kirlenmenin yoğun olduğu rutubetli atmosferler bu sınıfa girer. Bu sınıftaki atmosferlerin karakteristik özellikleri şöyledir:

 Deniz rüzgârlarının etkisinde kalacak şekilde denize yakındır,  Relatif rutubet çok yüksektir,

Atmosfer Cinsi Koroziflik Derecesi Korozyon Hızı*_(*)

_

_m/yıl Kuru kırsal atmosfer

Kuru endüstriyel atmosfer Hafif korozyon 1 – 5

Kırsal rutubetli atmosfer

Şehir atmosferi Orta korozyon 10

Endüstriyel olarak kirlenmiş rutubetli

atmosfer. Korozif 20

Yoğun şekilde kirlenmiş deniz

atmosferi Şiddetli korozif 35

( * ) Korozyon hızı değerleri 10 yılın ortalaması olarak verilmiştir.

Tablo 1.5: Çeliğin çeşitli atmosfer içindeki korozyon hızı

1.2.4. Atmosferik Korozyonun Elektrokimyasal Mekanizması

Atmosferik korozyon metal yüzeyinde meydana gelen bir dizi fizikokimyasal olayın sonucu olarak ortaya çıkar. Korozyon reaksiyonunun meydana gelmesi için önce metal yüzeyinde yeteri kalınlıkta bir sıvı filminin bulunması gerekir. Bu film, yağışlarda veya atmosfer içinde bulunan su buharının yoğunlaşmasından meydana gelir. Yapılan araştırmalar, metal yüzeyinde 30 – 400A kalınlığında bir sıvı tabakası oluştuğu zaman mikro korozyon hücrelerinde elektrokimyasal reaksiyonların başladığını göstermiştir. Demir ve çelik yüzeyinde cereyan eden anot-katot reaksiyonu şöyledir:

Anotta demir elektron vererek yükseltgenir.

Fe → Fe +2+ 2e–

Katot reaksiyonu metal yüzeyinde bulunan sıvı filmi içinde çözünmüş olan oksijenin hidroksil haline indirgenmesi halinde olur.

½ O2+ H2O 2e

–_{→ 2OH}–

Bu iki reaksiyonun aynı anda yürümesi gerekir. Katot reaksiyonu için mutlaka oksijene ihtiyaç vardır. Sıvı filmin kalınlığı II I K o ro z y o n h ız ı VI III

Şekilde I. bölgede sıvı filmi henüz yeterli kalınlıkta değildir. Bu nedenle korozyon hızı ihmal edilecek düzeydedir.

II. bölgede sıvı filmi kalınlığı 0,1–1,0



m kalınlıktadır. Bu bölgede korozyon hızı maksimumdur. III. bölgede sıvı filmin kalınlığı 1



m – 1mm arasındadır. Oksijen difüzyonundaki güçlük nedeniyle bu bölgede korozyon hızı azalmaktadır. Sıvı filmi kalınlığının 1 mm’den daha büyük olması halinde korozyon hızı yaklaşık olarak sabit kalmaktadır.

1.2.4.1. Kirletici Bileşenlerin Korozyona Etkisi

Hava içinde bulunan inert katı partiküller metal yüzeyine yapışarak yüzeyde sıvı filmin oluşması için uygun bir ortam yaratırlar. Böylece metal yüzeyinin ıslak kalma süresinde artış olduğu gibi korozyon hücrelerinin oluşması da kolaylaşır.

Kükürt dioksit (SO2) gibi korozyon bakımından aktif bileşenler ise doğrudan

reaksiyona girerler.

Fe + SO2 + O2→ FeSO4

Bu reaksiyon için suya ihtiyaç yoktur. Metal yüzeyinde oluşan demir sülfat, su buharı absorbe etmek için uygun bir ortam oluşturur. Böylece ikinci bir reaksiyonun meydana gelmesine imkân hazırlamış olur.

4FeSO

4

+ O

2

+ 6H

2

O →

4Fe(O

H)

O

+ 4 H

2

SO

4

Reaksiyon sonunda açığa çıkan sülfürik asit, demir ile yeniden reaksiyona girer.

Fe + 4 H2SO4 + 2O2 → 4FeSO4 + 4 H2O

Böylece yürüyen zincirleme reaksiyon sonucu demir sürekli olarak pasa çevrilir. Ortamda kömür tozu gibi kükürt dioksiti absorbe edebilen tanecikler bulunması bu reaksiyonun daha şiddetli yürümesine neden olur.

1.2.5. Atmosferik Korozyondan Korunma

Korozyon, metal ile ortam arasında “ara yüzeyde” meydana gelen bir olaydır. Korozyondan korunma yöntemlerinin temel ilkesi ara yüzeyde yürüyen reaksiyonları durdurmak veya yavaşlatmak amacını taşır.

Atmosferik korozyondan korunmak üzere uygulanan yöntemler üç grup altında toplanabilir:  Ortam koşullarına daha dayanıklı bir metal seçmek veya metal yüzeyini başka bir

metal ile kaplamak,

 Bilinçli bir tasarım ile korozyon reaksiyonu hızını minimuma indirmek,  Boya ve benzeri organik kaplamalar ile metali çevreden tam olarak yalıtmak.

Bu önlemlerden hangisinin veya hangilerinin seçileceğine ekonomik analizler sonucu karar verilir. Esasen korozyonla mücadelenin temel amacı ekonomik kazanç sağlamaktır. Dolayısı ile ekonomik olmayan koruma önlemleri çözüm yolu sayılmaz.

1.2.5.1. Malzeme Seçimi

Malzeme seçiminde aşağıdaki hususlar göz önünde bulundurulmalıdır:

 Çevre koşulları (yağış, rutubet, kimyasal kirlenme, toz ve katı partiküller vb.),  Yapının işletme ömrü,

 Kullanılması uygun malzeme maliyetleri (adi çelik, alaşım çeliği, demir dışı metaller, plastikler, seramik, tahta veya beton kullanılması halinde birim maliyetleri),

 Daha asil metal tuzlarının anodik özellikte olan metaller ile teması önlenmelidir. Örneğin; demir metali ile temas eden bakır iyonları ile demiri korozyona uğratır.

Cu+2+ Fe → Fe +2+Cu

 İki farklı metalin bir arada kullanılması halinde galvanik etki (çeliğe göre katot ve anot olan metaller)

Çeliğe göre katot olan metaller*

Çeliğe göre anot olan metaller

Kurşun Kalay Pirinç Bakır Nikel İnconel Monel Paslanmaz çelik Kadmiyum Alüminyum Çinko

(*) Aşağıya doğru inildikçe çeliğin korozyonunda artış görülür.

Tablo 1.6: Çelik ile galvanik etki yapan bazı metaller

Çeliğin içinde az miktarda krom, nikel, bakır gibi metaller bulunması korozyona karşı büyük dayanıklılık sağlar. Bunun nedeni metal yüzeyinde dayanıklı bir oksit filmi oluşturması sonucu çeliğin pasif hale gelmesidir. Çeliğin içinde az miktarda molibden bulunması halinde korozyona direnci daha da artar.

1.2.5.2. Tasarım Sırasında Alınacak Önlemler

Atmosferik korozyonu önlemek üzere tasarım sırasında şu kurallara uymak gerekir:

 Yapının hiçbir tarafında su birikintisine neden olabilecek çukur, aralık, cep, raf vb. kısımlar bulunmamalıdır. Bu bölgelerde suyun kendiliğinden akması sağlanmalıdır.  Kaynak çapakları taşlanarak düzetilmeli, çukur bölgeler doldurulmalıdır. Boru

 Hava sirkülasyonunun zayıf olduğu kapalı bölgeler bulunmamalıdır. Bu bölgelere sonradan boya uygulamak da mümkün olmaz.

 Yapının doğrudan atmosfer etkisinde kalan bölgeleri mümkün olduğunca küçültülmelidir.

 Yuvarlak uçlar köşeli uçlara tercih edilmelidir. Keskin kenarlar en az 3 mm yarıçaplı olacak şekilde yuvarlatılmalıdır.

 Düzgün yüzey sağlanması bakımından kaynak yapılması perçin veya cıvataya tercih edilmelidir. Cıvatalar galvanizlenmiş olmalıdır.

 Malzemelerin çıplak olarak zeminle teması önlenmelidir.

 Çeliğin katodik karakterli başka bir metal ile teması zorunlu ise bu bölgeler tam olarak izole edilmeli, tahta, alçı gibi ıslatıcı maddelerle teması önlenmelidir.

1.3. Elektrolitik Korozyon

İyon içeren sulu çözeltilere elektrolit denir. Elektrolit içine daldırılmış bir metalin korozyonu, elektrolit ara yüzeyinde elektron transferi ile birlikte yürür. Çeşitli nedenlerle metal yüzeyinde değişik potansiyellere sahip alanlar meydana gelir. Bunun sonucunda makro ve mikro büyüklükte korozyon hücreleri oluşur. Elektrotlar metal bünyesi içinden potansiyelin daha negatif olduğu bölgelere doğru akar. Pozitif potansiyele sahip bölgeler anot, negatif potansiyele sahip bölgeler katot olarak rol oynar. Böylece katot bölgesinde biriken elektronlar, katotta meydana gelen redüksiyon (indirgenme: elektron alış verişinde kazanan taraf) reaksiyonu ile harcanır. Anota ise oksidasyon (yükseltgenme: elektron alış-verişinde kaybeden taraf oksidasyona uğramış olur veya maddelerin oksijen ile kimyasal olarak birleşmeleri) reaksiyonu sonucu elektron açığa çıkar. Anot ve katotta bu iki reaksiyon bir arada yürür.

Şekil 1.4: Alüminyum ve çinko metallerinin elektrolitik korozyonu ←Anyon Katyon→ e–→ e–→ Voltmetre Anahtar Oksidasyon Alk→Al+3+3e– Elektron (-) Anod Alk Znk Al+3(aq) Al+3(aq) Zn+2(aq) e _e Redüksiyon Zn+2+ e–→Zn Elektron (+) Katod

Bir korozyon hücresinin oluşması için aşağıdaki üç unsurun bir arada bulunması gerekir:

 İyon İçeren Bir Sulu Çözelti (Elektrolit): Elektrolit direnci ne kadar düşük ise, korozyon hücresinden gecen akım şiddeti de o kadar fazla olur. Çözeltinin elektriksel iletkenliği çözünmüş halde bulunan tuzların konsantrasyonu ve cinsine bağlıdır.

 Yeteri Kadar Negatif Potansiyelli Bir Anot: Anot metali elektronlarını vererek pozitif yüklü iyon haline geçer.

 Anottan Daha Pozitif Potansiyelli Bir Katot: Çözelti içinde bulunan iyonlara elektron vererek indirgenme reaksiyonunu oluşturur.

Anot ve katottaki elektron alışverişi elektrot yüzeyindeki kimyasal reaksiyonlarla birlikte yürür. Anotta yükseltgenme, katotta indirgenme reaksiyonları meydana gelir. Bu iki reaksiyon aynı anda yürür ve anot ve katottan eşdeğer miktarda akım geçmesine neden olur. Anot veya katot reaksiyonlarının birinin yavaşlaması toplam korozyon olayının da yavaşlamasına neden olur.

1.3.1. Korozyonun Elektrokimyasal Mekanizması

Korozyon olayı anotta meydana gelir. Anotta yükseltgenme reaksiyonu ile metal iyon haline geçer.

Me → Me +2+ 2e

Açığa çıkan elektron metal üzerinde toplanır. Bunlar, metal gövdesi üzerinde katot bölgesine taşınır. Korozyon olayının devam edebilmesi için açığa çıkan elektronların dış bağlantı yoluyla katoda taşınması gerekir. Eğer anotta toplanan elektronlar taşınamıyorsa anot reaksiyonu kısa bir süre sonra dengeye erişerek durur.

Şekil 1.5: Demir metalinin anotta yükseltgenmesi

e

e

e

Fe

++

Fe

++

e

e

Anot reaksiyonu sonucu oluşan metal iyonları çözeltiye geçer. Ancak bazı halde çözünmeyen bileşikler halinde anot yüzeyinde toplanabilirler. Bu durumda anodun çözünmesi gittikçe güçleşir. Buna anot polarizasyonu denir.

1.3.1.1. Katot Reaksiyonları

Katotta daima indirgenme reaksiyonu meydana gelir. Doğal sular ve zeminler içinde katodik olay için iki temel reaksiyon vardır:

 Hidrojen Çıkışı İle Yürüyen Katot Reaksiyonu

Sulu çözeltiler içinde daima [H+] iyonu mevcuttur. [H+] iyonu konsantrasyonu çözeltinin pH değerine bağlıdır. Saf suda pH = 7’dir. Doğal su ve zeminlerin pH değeri 4<pH< 9 arasında değişir. pH ne kadar

küçük ise hidrojen çıkışı da o kadar kolaylaşır. Hidrojen çıkışı ile yürüyen katot reaksiyonu iki basamakta gerçekleşir.

2H+ + 2e–→ 2H 2H → H2

Çözelti içinde bulunan [H+] iyonları katottan elektron alarak önce (H) atomu haline geçer. Bu hidrojen atomları metal yüzeyine yapışır. Hidrojenin gaz halinde uzaklaşabilmesi için iki hidrojen atomunun birleşerek hidrojen molekülü haline dönüşmesi gerekir. Bu olay katot yüzeyinde yeterli miktarda hidrojen atomunun toplanması ile meydana gelebilir. Bu durum metal yüzeyinde aşırı gerilimin doğmasına neden olur. Buna katodik polarizasyon denir. Hidrojen çıkışı katot bölgesinde hidroksil iyonları (OH) birikmesine neden olur. Bu iyonlar anotta oluşan metal iyonları ile birleşerek metal hidroksitleri oluşturur. Böylece korozyon için gerekli olan oksijen sudan sağlanmış olur.

 Oksijen İndirgenmesi Yoluyla Yürüyen Katot Reaksiyonu

Doğal sular içinde daima çözünmüş bir miktar oksijen bulunur. Bu oksijen katottan elektron alarak hidroksil haline dönüşür.

½ O2+ H2O +2e → 2OH–

Doğal su ve zeminler içinde katot reaksiyonu bu yolla yürür. Bu reaksiyon sonucunda da katot bölgesinde yine hidroksil iyonları oluşur.

Katot bölgesine oksijen difüzyonu genellikle atmosferden olur. Eğer katot bölgesi yeterli oksijen almazsa bu reaksiyon

belli bir süre sonra durur. Şekil 1.7: Metal yüzeyinde oluşanmikrokorozyon hücresi

H+ Fe++ H+ Fe++ Fe++ Fe++ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ Metal H2 e e Katod e e Anod H+ H+ OH -H+ H+ H+ H+ H+ OH -H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ OH -H+ H+ H+ OH -Metal

e

Katod

H

2

2

H

2

2

H

2

2

e

e

e

Anot ve katot bölgeleri çoğu zaman birbirine çok yakın, mikrokorozyon hücreleri şeklinde olabilir. Bu durumda anot ve katot hücreleri yan yana yürür.

Bu tip korozyon metal yüzeyinin her noktasında üniform bir dağılım gösterir. Korozyon ürünleri metal yüzeyinde koruyucu bir kabuk oluşturur. Demir korozyonunda oluşan Fe(OH)2çevrede bulunan oksijen ile yeniden reaksiyona girerek demir (III) hidroksit

[Fe(OH)3] haline dönüşür.

1.3.1.2. Polarizasyon

Korozyon hücresinden bir miktar akım geçtikten sonra anot ve katotta meydana gelen kimyasal reaksiyonların etkisi ile elektrot potansiyelinde değişme olur. Katot polarizasyonuna metal yüzeyinde hidrojen birikmesi neden olur. Anot ise oluşan korozyon ürünleri çözünmeyen bileşikler halinde yüzeyi kaplayarak polarizasyona neden olur. Polarizasyon sonucu korozyon hücresinin anot ve katot potansiyel farkı gittikçe azalır. Anot ve katottaki polarizasyon özellikleri pratikte korozyonun önlenmesi açısından büyük önem taşır. Korozyonu önlemek için alınan tedbirler de polarizasyona dayanır. Pratikte korozyonu önlemek üzere başlıca iki yöntem uygulanmaktadır. Bunlardan birisi metal yüzeylerinin kaplanmasıdır. Böylece anodik potansiyel artırılmış olur. İkincisi ise katodik koruma yapılarak katodun polarize edilmesidir.

1.3.1.3. Pasiflik

Bir metalin korozyona dayanıklı olup olmadığı termodinamik olarak (∆G) serbest enerji değişiminin işareti ile belirlenebilir. Ancak çoğu zaman belli bir ortamda termodinamik olarak korozyona uğraması beklenilen bir metalin pratikte korozyona uğramadığı görülmektedir. Bunun nedeni pasiflikle açıklanmaktadır. Bir metalin standart elektron potansiyeli serisinde bulunduğu yerden daha asil bir metal gibi davranmasına pasiflik denir.

Bazı metallerin korozyonu sonucu oluşan oksit filmi metal yüzeyinde sağlam bir kabuk oluşturmaktadır. Bu kabuk metali çevre etkilerinden korumaktadır. Alüminyum ve krom gibi bazı metallerde oksit filmi metali korozyondan tam olarak koruyabilmektedir. Demirde meydana gelen oksit filmi ise belli bir potansiyele kadar metali koruyabilmektedir.

1.4. Korozyondan Korunma Teknikleri

 Korozif elemanların ortamdan uzaklaştırılması,  Ortama frenleyici ilavesi,

 Anodik frenleyiciler,  Katodik frenleyiciler,  Çift etkili frenleyiciler,

 Konsantrasyonun değiştirilmesi,  Sıcaklığın değiştirilmesi,

 Korozif ortamın hızının değiştirilmesi,  Uygun malzeme seçimi,

 Kaplama (Metalik kaplama-püskürtme, Elektrolitik kaplama, Daldırma, Difüzyonla kaplama, Organik kaplamalar, İnorganik kaplamalar),

 İşletmede alınan tedbirler.

1.5. Korozyondan Korunmak İçin Yapılması Gerekenler

Korozyondan korunmak için yapılması gerekenler maddeler halinde

:

 Uygun tasarım,

 Uygun malzeme seçimi,  Yeterli yüzey kaplaması,  Katodik koruma,

 Anodik koruma olarak sıralanabilir.

Bu önlemler grubundan katodik koruma dışındakiler korozyon hızını azaltan, başka bir deyimle korozyonu kısmen önleyen yöntemlerdir. Katodik koruma ise korozyonu tamamen önleyen etkili ve rakipsiz bir yöntemdir

UYGULAMA FAALİYETİ

Metalleri elektrokimyasal etkimelerden korumak için

Kullanılan araç gereçler: Beher, alüminyum ve çinko levha, hassas terazi, cetvel, ince zımpara, eğe, balon joje, voltmetre, tuz köprüsü, pamuk.

İşlem basamakları

Öneriler

 1 M’lık 250 ml Al2(SO4)3çözeltisi

hazırlayınız.

 Laboratuvar önlüğünüzü giyerek çalışma tezgâhınızı düzenleyiniz.  Kullanacağınız malzemeleri

öğretmeninizden alınız.

 Çözeltileri kurallara uygun olarak hazırlayınız.

 1 M’lık 250 ml ZnSO4çözeltisi hazırlayınız.

 Çözelti hazırlamayı kuralına göre yapınız.

 Al ve Zn levha hazırlayınız.

 Levhaları mengenede dikkatlice kesiniz.

 Levhaların üzerindeki oksitlenmeyi

zımparalayarak temizleyiniz. _{ Levhalar üzerinde oksitlenme} kalmamasına dikkat ediniz.  Zımpara tozlarını bezle

temizleyiniz.

 Levhaları hassas terazide ayrı ayrı tartınız.

 Kütleleri rapor kâğıdınıza not ediniz.

 Çözeltileri iki ayrı behere boşaltınız.

 Beherlerin üzerine çözeltilerin adını yazınız.

 Tuz köprüsü için KCl çözeltisi hazırlayınız.

 Tuz köprüsünü dolduracak kadar çözelti hazırlayınız.

 Tuz köprüsünün içini KCl çözeltisi ile doldurunuz ve uçlarını pamukla tıkayınız.

 Tuz köprüsüne çözeltiyi mezürle boşaltınız.

 İki çözeltiyi tuz köprüsü ile birleştiriniz.

 Tuz köprüsünü sabitlemek için spor ve kıskaç kullanınız.

 Levhaları dikey olarak behere yerleştiriniz.

 Levhaların dik durmasına dikkat ediniz.

 Metalleri kendi çözeltilerine yerleştiriniz.

 İki levha arasına voltmetre bağlayınız.

 Bağlantılarda temasın ve iletkenliğin iyi olmasına dikkat ediniz.

 İletkenler arası gerilim farkını ölçüp raporunuza yazınız.  mV değerinden ölçünüz.  Süreyi 60 dakikaya ayarlayınız.

 Çözeltilerde değişim olup olmadığını kontrol etiniz.

 Levhaları maşa ile beherden alınız.

 Metal maşa kullanınız.  Çıplak elle levhalara

dokunmayınız.

 Levhaları yıkayınız.

 Levhaları kurutunuz.

 Nemi gidinceye kadar kurutunuz.  Bek alevi yerine etüvü de

kullanabilirsiniz.

 Uzun süre bek alevinde tutarsanız metaller eriyebilir.

 Kuruttuktan sonra sıcaklıklarının ortam sıcaklığına inmesini bekleyiniz.

 Levhaları hassas terazide tartınız.

 Kütleleri raporunuza not ediniz.

 İlk kütleleri ile son kütlelerini karşılaştırınız.

 Kütle değişmesine dikkat ediniz.

 Malzemelerinizi temizleyip teslim ediniz.  Cam malzemeleri dikkatli yıkayınız.

 Rapor hazırlayınız.

 Raporunuzu neden sonuç ilişkisine göre hazırlayınız.

UYGULAMALI TEST–1

Uygulama sorusu: Cu(NO3)2 ve Zn(NO3)2 çözeltilerindeki bakır, alüminyum

metallerinin elektrolitik korozyonunda, korozyona uğrayan metalin kütle kaybını deneyle hesaplayınız.

Gerekli malzemeler: Beher, alüminyum levha, bakır levha, hassas terazi, cetvel, ince zımpara, eğe, voltmetre, tuz köprüsü, pamuk, balon joje.

Bu faaliyet kapsamında aşağıda listelenen davranışlardan kazandığınız becerileri Evet ve Hayır kutucuklarına (X) işareti koyarak kontrol ediniz.

DEĞERLENDİRME KRİTERLERİ

Evet

Hayır

1 İş önlüğünüzü giyip çalışma masanızı düzenlediniz mi? 2. 1 M’lık Zn (NO3)2çözeltisi hazırladınız mı?

3. 1 M’lık 250 ml Cu(NO3)2çözeltisi hazırladınız mı?

4. 2 x 10 cm Zn ve Cu levha hazırladınız mı?

5. Levhaların üzerindeki oksitlenmeyi temizlediniz mi?

6. Çözeltileri iki ayrı behere boşaltıp levhaları içine yerleştirdiniz mi?

7. Tuz köprüsü için KCl çözeltisi hazırladınız mı?

8. Tuz köprüsüne çözeltiyi boşaltıp uçlarını pamukla kapattınız mı?

9. İki çözeltiyi tuz köprüsü ile birleştirdiniz mi?

10. Levhaları dikey olarak behere yerleştirip voltmetre ile birleştirdiniz mi?

11. 60 dakika sonunda metallerdeki değişimi gözlemlediniz mi? 12. Levhaları maşa ile beherden alıp temizlediniz mi?

13. Levhaları kurutup hassas terazide tartınız mı?

14. Korozyona uğrayan levhanın kütle kaybını hesapladınız mı? 15. Malzemelerinizi temizleyip teslim ettiniz mi?

16. Raporunuzu hazırladınız mı?

DEĞERLENDİRME

.

ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME

Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerlere doğru kelimeleri yazınız.

1. Bir metalin çevresi ile verdiği kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonlar sonucu parçalanması olayına ………..denir.

2. Elektrik akımını ileten iyonları içeren çözelti veya rutubetli malzemelere ………..denir.

3. Korozyonun en fazla görüldüğü malzeme türü ………dir.

4. Halk arasında demirin korozyonuna ………denir.

Aşağıdaki soruları dikkatlice okuyarak doğru seçeneği işaretleyiniz.

5. Aşağıdakilerden hangisi metallerin korozyona uğramasında etkili olmaktadır?

A) Oksijen B) Helyum C) Argon D) İyot

6. 6.Halk arasında pas olarak ifade edilen maddenin kimyasal formülü aşağıdakilerden hangisidir?

A) Fe2O3 B) FeO C) Fe(OH)2 D) Fe3O4

7. Korozyon metalin aktiflik derecesine bağlıdır. Buna göre aşağıdaki metallerin hangisinin aktiflik derecesi büyüktür?

A) Au B) Al C) Fe D) Zn

8. Metalik iletkenden iyonik iletkene olan pozitif yük transferini gerçekleştiren elektron reaksiyonu aşağıdakilerden hangisi ile ifade edilir?

A) Katodik reaksiyon B) İndirgenme reaksiyonu

C) Elektrot reaksiyonu D) Anodik reaksiyon

9. Aşağıdakilerden hangisi korozyona etki eden faktörlerden değildir?

A) Ortam B) Sıcaklık C) Malzeme D) Basınç

10. Aşağıdakilerden hangisi korozyon çeşidi değildir?

A) Homojen B) Heterojen C) Galvanik D) Çatlak

11. Bir elektrolit içine daldırılmış iki farklı metalin bir biri ile teması halinde, daha elektronegatif olan metal yüzeyinde meydana gelen korozyon çeşidi aşağıdakilerden hangisidir?

A) Aralık B) Çukur C) Galvanik D) Tabakalaşma

12. Aşağıdakilerden hangisi atmosferik korozyon hızını etkileyen çevresel faktörlerden değildir?

A) Havanın rutubeti B) Endüstriyel kirlenme

C) Zeminin yapısı D) Yağış ve Rüzgâr

13. Aşağıdakilerden hangisi atmosferik korozyondan korunma yöntemlerinden değildir? A) Sistemi organik kaplamalarla kaplamamak

B) Ortam koşullarına dayanıklı bir metal seçmek C) Metal yüzeyini başka bir metalle kaplamak

D) Korozyon reaksiyonunun hızını minimuma indirmek.

14. Bir korozyon hücresinin oluşması için aşağıdaki unsurlardan hangisi gerekmez? E) İyon içeren sulu bir çözelti

F) Yeteri kadar negatif potansiyelli bir anot G) Yeteri miktarda hidrojen

H) Anottan daha pozitif potansiyelli bir katot

15. Aşağıdakilerden hangisi sistemi korozyondan korumak için yapılması gereken en önemli koruma yöntemidir?

A) Uygun tasarım B) Uygun malzeme seçimi

C) Katodik Koruma D) Anodik koruma

DEĞERLENDİRME

Sorulara verdiğiniz yanıtlar ile cevap anahtarını karşılaştırınız. Cevaplarınız doğru ise uygulamalı teste geçiniz. Yanlış cevap verdiyseniz öğrenme faaliyetinin ilgili bölümüne dönerek konuyu tekrar ediniz.

ÖĞRENME FAALİYETİ–2

Gerekli ortam sağladığında kuralına uygun olarak katodik koruma ile ilgili bilgi ve beceri deneyimine sahip olabileceksiniz.

 Proseste dolum tanklarına yapılan katodik korumayı araştırınız.

 Akaryakıt istasyonlarında tanklara uygulanan katodik korumayı araştırınız.  Galvanizli saçlarda katodik korumayı araştırınız.

2. KATODİK KORUMA

Katodik koruma sistemi toprağa gömülü ve sıvı içindeki metalik yapıların korozyonunu önlemek veya kontrol altına almak için kullanılan elektrokimyasal bir metottur. Temel ilkeleri elektrokimyasal korozyon temellerine dayanmaktadır. Katodik koruma sistemi korozyonu kontrol altına almak için elektrik akımına dayanan aktif bir sistemdir. Eğer koruma elektrik akımı kesilirse, korozyon materyal/çevre kombinasyonu için normal değerlerde gelişmesine devam edecektir. Eğer besleme akımı bütün koruma için yetersizse korozyon azaltılmış değerde gelişecektir. Katodik koruma sistemi tesis edilip gerekli ayarları yapılıp ve yeterli koruma akımı sağlandıktan sonra akımlar ve potansiyeller önceki duruma göre genellikle sabit kalacak, akımlarda ve potansiyellerdeki aşırı değişimler sistem arızası olarak görülecektir.

Katodik koruma uygulanan alanlar:

 Yer altı yakıt ve petrol depolama tankları ve toprak seviyesi tank tabanları  Yakıt ve petrol dağıtım sistemleri

 Toprak seviyesi veya üstündeki sıvı depolama tanklarının iç kısımları  İçme suyu dağıtım sistemleri

 Doğal gaz dağıtım sistemleri  Sıkıştırılmış hava dağıtım sistemleri  Yangın sistemleri

 Kanalizasyon sistemleri

 Deniz rıhtımlarının çelik kazıkları  İskele çelik kazıkları

ÖĞRENME FAALİYETİ–2

AMAÇ

2.1. Katodik Korumanın Esasları

Katodik korumanın temeli korunacak metali, pilin katodu haline getirmektir. Katodik koruma dıştan akım verilerek anodun potansiyellerinin açık devre potansiyeline getirilmesi şeklinde de uygulanabilir. Bunun sonucu olarak metalin bütün yüzeyi aynı potansiyele ulaşır ve korozyon durur. Anodun açık-devre potansiyeli FA ötesinde polarize olursa korozyon için bu fazla akımın değeri yoktur. Bu durum kaplamalara zararlı olabilir. Bundan dolayı asıl uygulamada bu akım kuramsal olarak minimuma yakın tutulur. Eğer akım, komple korunma için gerekli olan seviyenin altına düşerse koruma kısmi olur, yeterli olmaz. Demir ve çelik yapıların tam olarak korunabilmesi için gerekli olan ölçüt, metalin her noktasında ölçülen potansiyel değerinin Cu / CuSO4 referans elektrotuna göre –850 mV veya daha negatif

olmasıdır.

Katodik koruma, korozyona uğrayan (korozyon sisteminde anot olarak davranan) bir metalin potansiyelini değiştirerek onu katot olarak davranmaya zorlamaktadır. Çözünmeyen bir soy anot yardımıyla korunacak bir yapı, devrenin negatif kutbunu oluşturacak şekilde doğru akım devresine bağlanır. Bu tip korumaya “Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma” denir.

Katodik korumanın bir başka şekli ise korunacak metalden daha aktif bir metali anot olarak kullanarak yapay bir pil devresi oluşturup aktif metalin korozyonu ile korozyona karşı korunacak yapıya elektron transferi sağlayarak yapıyı katot haline getirerek korumaktır. Bu metoda “Galvanik Anotlu Katodik Koruma” denir.

Galvanik anotlar koruma sırasında belirli hızlarla çözünerek ağırlıklarını kaybederler. Bunları uygun zaman aralıklarıyla yenileyerek koruma işlevine süreklilik kazandırılır. İkinci yöntemde korunan metal ve anot çiftinin akım üretir nitelikte olması gerekmez. Çünkü koruma için gerekli akım uygun bir dış kaynaktan çekilir. Yavaş çözünürlük yanında ekonomik olan malzemeler anot malzemesi olarak kullanılır.

Galvanik anotlu, katodik koruma sistemlerinde kullanılan anot malzemeleri genellikle çinko(Zn), alüminyum(Al) ve magnezyum(Mg)dur. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde Fe-Si, Pb-Sb, Ag-Ti bazlı anotlar kullanılır.

Katodik olarak bir metal yapıyı korumak için aşağıda belirtilen referans elektrotların karşısındaki koruma potansiyel değerlerini sağlamak gerekir:

Referans Elektrot Koruma Potansiyeli (mili Volt) Doygun kalomel elektrot (Hg2Cl2) –780

Gümüş-Gümüş Klorid (Ag/AgCI) –810 Bakır-Bakır-Sülfat (Cu/CuS04) –850

Çinko (Zn) +250

Katodik korumanın amacı, belirli bir ortamda her metal için sabit bir potansiyel eşiğin altında metali toprağa göre daha negatif olarak yükleyerek her tür korozyondan korumaktır.

Şekil 2. 1: Metalin korozyonu ve katodik koruması

Sonuçta metal yapının her noktasından birim alana devamlı olarak akım gelmektedir. Bu akım yoğunluğu, kaplamanın direncine ve o bölgedeki potansiyel farkına bağlıdır. Dolayısıyla, koruma için seçilen ölçüt, metalin toprak / deniz ile bağının kuracağı minimum potansiyelidir. Ölçümler genellikle bakır / bakır sülfat (Cu / CuSO4) elektrotu referans

alınarak yapılmaktadır.

Bu şartlar altında;

Demir için katodik koruma –850 mili Voltun altında,

Bakır için katodik koruma –250 mili Voltun altında sağlanmaktadır.

Toprak / deniz ile temas halindeki metalin her noktasında minimum potansiyele erişilmiş olması gerekir.

Elektrik akım yönü

A

N

O

T

K A T O T Elektron akım yönü Elektron akım yönü Elektrik akım yönü İy o n a k ım y ö n ü İy o n a k ım y ö n ü Elektrolit Elektrolit

2.2. Katodik Korumaya Giriş

Katodik koruma alelade metali anod olarak çalıştırarak korozyona uğratmak ve buna karşılık korozyondan korunacak yapıyı veya yapıları katot olarak çalıştırmak suretiyle korozyona karşı koruyan geniş bir korozyon hücresi oluşturmaktır. Katodik koruma iki yolla gerçekleştirilir.

2.2.1. Galvanik Katodik Koruma

Şekil 2.2: Galvanik anodlu katodik koruma sistemi

Galvanik anot sisteminde gerekli katodik koruma akımı aktif olan bir metali korozyona uğratarak sağlanır. Galvanik anotlu (Bu anotlar kurban anot olarak da adlandırılır.) farklı metal veya alaşımlarından meydana gelen korozyon reaksiyonları vasıtasıyla kurulan korozyon hücresi potansiyelindeki farklılıklara göre çalışır. Örneğin demirin bakır / bakır sülfat referans elektrotuna göre arasındaki potansiyel farkı -0,4 ve 0,6’dır. Çinkonun bakır / bakır sülfat referans elektrotuna göre potansiyel farkı -1,1 Volttur. Eğer bu iki metal elektriksel olarak birbirleriyle bağlanırsa demir ve çinko arasında 0,5–0,7 Volt potansiyel farkı olacak ve çinko anot olarak çalışarak korozyona uğrayacak ve aynı zamanda koruma akımı sağlayan bir akım kaynağı olacak ve demiri katot haline geçirerek demirin korozyona uğraması önlenecektir.

Sistemin galvanik anotlu olarak belirlenmesinin daha uygun olduğu koşullarda anot tipinin en ekonomik ve en uzun ömürlü olanını tercih etmek gereklidir. Aşağıda anot tipleri hakkında genel bilgiler sunulmuştur.

Yer Seviyesi

Akımın Dönüş

Hattı

Galvanik

ÇELİK BORU KATOT E le k tr o n A k ım

 Magnezyum Anotlar

Zemin içindeki elektrot potansiyeli yüksek olduğu için yer altı yapılarının katodik korumasında genellikle magnezyum anot kullanılır. Pratikte iki tip magnezyum anot kullanılır. Bunun biri Az–63 standardındaki magnezyum, diğeri de yüksek potansiyelli magnezyum anottur.

 Grafit Anotlar

Petrol kokunun yüksek sıcaklıkta eritilerek grafit haline getirilmesi ile grafit anot yapısı elde edilir. Grafit anotlardan en fazla 2 mA/cm2akım çekilebilir. Fakat zemin içinde 1mA/cm2den fazla akım çekilmesi halinde anot 1–2 yıl içerisinde kullanılmaz hale gelir.

 Demir Silikon Anotlar

% 14–15 oranında silisyum ve % 1–2 oranında karbon ve mangan elementlerinden oluşan bu anot tipi, yüzeyinde SiO2 den bir film tabakası ile kaplanmıştır. Bu film tabakası

sayesinde pasifleşerek anot ömrü uzatılmıştır. Buna rağmen deniz suyu ve klor iyonu bulunan ortamlarda, yüzeydeki film tabakası kalkarak anodun kütle kaybının hızlanmasına neden olmaktadır.

 Alüminyum Anotlar

Alüminyum anotlar genelde galvanik anot olarak kullanılmaktadırlar. Ucuz ve hafif oluşu ve korozyon ürünleri (alüminyum tuzları) içme suyunu kirletmedikleri için su tanklarının dış akım kaynaklı katodik korumasında yardımcı anot olarak kullanılmak üzere tercih edilirler.

 Gümüş-Kurşun Anotlar

Kurşun değişik alaşımlar hâlinde deniz suyu içerisinde kullanılır. Kurşun anotların yüzeyleri, elektriksel iletkenliği çok yüksek olan kurşun peroksit tabakası ile kaplanmaktadır. Bu oksit tabakası anodun tahrip olmadan uzun süre yüksek performans ile çalışabilmesini sağlamaktadır. Örneğin % 1–2 oranında gümüş kurşun anotlardan 300 mA/m2 akım çekilebilmektedir. Endüstride daha çok Ag + Sb + Pb alaşımları anot olarak kullanılmaktadır. 5 cm çapında ve 30 cm boyundaki bir kurşun anottan deniz suyu içinde 5– 20 amper akım çekebilmek mümkündür.

 Çinko Anotlar

Yer altı ve su altı yapılarında galvanik anot olarak saf çinko kullanılabilir. Deniz içinde kullanılan anotlar % 0,1–0,5 oranında alüminyum içerir.

Aşağıda verilen şekillerde çinko, magnezyum, alüminyum alaşımlarının hepsi demir veya çeliğe göre daha fazla negatif potansiyele sahip olduğundan anot durumuna geçerek ve demir veya çeliği katot yaparak korozyona karşı koruyacaktır.

Şekil 2.3: Galvanik (kurban) anotların doğrudan bağlanması suretiyle yapılan katodik koruma sistemi

Boru hatlarında olduğu gibi yer altı yapılarının katodik korumasında anotlar yapıya çoğunlukla doğrudan bağlanmayıp aşağıda verilen resimde görüldüğü gibi test kutusu üzerinden bağlanırlar.

Şekil 2.4: Galvanik katodik koruma sisteminin bağlantısı

2.2.1.1 Galvanik Katodik Koruma Sistemlerinin Avantajları  Tesisi ekonomik olarak uygundur,

 İşletilmesi ve bakımı kolaydır,

 Aşırı koruma potansiyeli yönünden oldukça uygundur,

 Diğer metalik yapılar üzerindeki kaçak akım etkileri oldukça azdır,  Dış akım kaynağına gerek yoktur,

 Tesisi kolaydır,

Katod

 Tankların korunmasında tankın dış çapı etrafında uniform akım dağılışı vardır,  Minimum istimlâk ve irtifak maliyetinin az olmasıdır.

2.2.1.2. Galvanik Katodik Koruma Sisteminin Dezavantajları

 Küçük koruma geriliminin elde edilmesi (sınırlı potansiyel farkı),

 Yüksek dirençli elektrolitlerde oldukça küçük akımların elde edilmesi (tipik 1–2 A),  Büyük veya genişletilen yapılarda yeni anotların yerleştirilmesi ve tesisi ekonomik

olarak uygun değildir.

 Yüksek özgül dirençli ortamlarda etkisiz kalması (özellikle 5.000 ohm.cm’den daha büyük ortamlarda bu sistem kullanılamaz.)

 Tank korumada bir sistem ancak bir tankı koruyabilir. Diğeri için ayrı bir sistem yapılması gerekir.

 Korozyonu ve sistemi kontrol etme ve izleme zorluğudur. 2.2.1.3. Galvanik Anotların Tesis Edilmesi

Toprağa gömülü yapıların korunması için kullanılan galvanik anotlar korunan yapıya kısa mesafede gömülür ve korunacak yapıya izole bakır hat (kablo) ile bağlanır.

Çoğunlukla kimyasal dolgu malzemesi toprağa tesis edilecek kurban anotların etrafında anot yataklarının teşkilinde kullanılır. Dolgu kuru, sulu bulamaç çamur şeklinde veya paketlenmiş şekilde kullanılır. Özel dolgular verimli ve güvenilir bir tarzda gerekli elektriksel koruma akımını sağlayabilmek, toprağın direncini daha düşük tutmak, anot yatağının nemliliğinin sürekli olmasını sağlamak ve uniform elektrolit sağlayabilmek için kullanılır.

Dolgu malzemesi % 70 toz hâline getirilmiş alçı taşı, % 20 bentonit, % 5 sodyum sülfattan meydana gelir.

Aşağıdaki şekil, kurban anodun tesis edilmesini gösterir. Tükenen anodun sökülmesi gerekmez, yanına yenisi tesis edilir.

2.2.1.4. Galvanik Anotların Korunacak Yapıya Bağlanması

Galvanik anotlarla korunacak yapıların arasındaki elektriksel bağlantı, yapıların katodik korunmasında hayati önem taşımaktadır.

Anotlar korunacak yapıya ya doğrudan kaynak edilerek veya yapı üzerinde bulunan cıvatalar kullanılarak bağlanır. Su içinde askıda olan anotlarla yapı arasındaki bağlantı ya yapı üzerine doğrudan monte ederek veya izole bakır atlamaları ile hem anoda hem de korunan yapıya kaynak yapmak suretiyle sağlanır. Hatlar, anodun içine ya imalat esnasında anodun içine yerleştirilmek suretiyle veya sonradan anot çekirdeğine kaynak yaparak bağlanır. Termit kaynak katodik koruma sisteminin tesis edilmesi, bakım ve tamirinde geniş bir suretle uygulanan birleştirme metodudur. Tüm bağlantılar ve ekler iyi bir elektrik teması sağlanması için izole edilirler.

2.2.1.5. Galvanik Katodik Koruma Sistemi Test İstasyonları

Gömülü yapıları korumak üzere tesis edilen galvanik anotlu katodik koruma sisteminde sistemin kontrol edilmesini sağlayan test istasyonları vardır. Bu test istasyonları ya toprak üzerinde bağlantı kutusu olarak veya toprak yüzeyine yerleştirilirler.

Aşağıda verilen resimlerde test istasyonlarının yapım şekli görülmektedir.

Şekil 2.6: Toprak üzerinde test istasyonu

Test istasyonları katodik koruma sistemlerinde birçok farklı testler için kullanılır. Aşağıdaki şekilde potansiyel-akım test istasyonu görülmektedir.

Şekil 2.7: Potansiyel akım test istasyonu

2.2.2. Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma Sistemi

Şekil 2.8: Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi

Doğru Akım Kaynağı

+

–

Yer

Seviyesi

Yardımcı Anotlar

ÇELİK BORU

KATOT