Malzeme bilimi ve mühendisliği alanında, korozyon, oksidasyon ve pas terimleri genellikle birbirinin yerine kullanılır. Bununla birlikte, bu süreçlerin ilişkili olsa da, farklı özellikleri ve etkileri vardır. Farklılıklarını anlamak, inşaattan havacılığa kadar değişen endüstriler için çok önemlidir, çünkü bu fenomenler malzeme ve yapıların uzun ömürlülüğünü ve güvenliğini önemli ölçüde etkileyebilir.
Korozyon nedir?
Korozyon , kimyasal veya elektrokimyasal reaksiyonların neden olduğu malzemelerin, genellikle metallerin kademeli olarak bozulmasıdır. Malzemeyi zayıflatır ve yapısal bütünlüğünü etkiler. Kontrol edilmeden bırakılırsa korozyon başarısızlığa yol açabilir.
Malzeme özelliklerinin bozulması
Korozyon meydana geldiğinde, malzemenin fiziksel özelliklerini değiştirir. Bu güç, görünüm ve hatta iletkenliği içerir. Metal ve çevresi arasındaki elektrokimyasal reaksiyonlar bu bozulmaya neden olur.
Korozyon türleri
Her senaryoda korozyon aynı değildir. Farklı ortamlar ve malzemeler farklı korozyon formlarına yol açar. Aşağıda bazı yaygın türler:
Tekdüze Saldırı : Bu en yaygın korozyon şeklidir. Bir malzemenin tüm yüzeyi aşındırıcı bir ortama maruz kaldığında, hatta bozulmaya neden olur.
Galvanik korozyon : Bu tip korozyon, iki farklı metal bir elektrolit varlığında birbirleriyle temas ettiğinde gerçekleşir. Daha az asil metal anot haline gelir ve daha hızlı aşınır.
ECELL = E⁰cathode - E⁰anode - (RT/NF) LN ([OX]/[kırmızı])
ECELL = hücre potansiyeli, E0 = standart elektrot potansiyelleri, r = gaz sabiti, t = sıcaklık, n = aktarılan elektron sayısı ve F faraday sabitidir.
Korozyon hızı ∝ [Cl–] E (-∆G/RT)
Bu denklemde, ΔG, Gibbs serbest enerjisindeki değişikliktir, R gaz sabitidir ve T sıcaklıktır.
Çukurlama : Bu, bir metalin yüzeyinde küçük delikler veya çukurlarla sonuçlanan lokalize bir korozyon şeklidir. Tespit edilmesi zor olabilir ve hızlı başarısızlığa yol açabilir.
Basüler korozyon : Bu tip korozyon, genellikle safsızlıkların çökelmesi veya farklı fazların oluşumu nedeniyle bir metalin tane sınırları boyunca meydana gelir.
Erozyon Korozyonu : Korozif bir sıvı, yüksek hızlarda metal bir yüzey üzerinde hareket ederek hem mekanik aşınmaya hem de kimyasal bozulmaya neden olduğunda olur.
Stres korozyonu çatlaması : Bu, bir metal hem çekme gerilimi hem de aşındırıcı bir ortama maruz kaldığında meydana gelir, bu da çatlakların oluşumuna ve yayılmasına yol açar.
Seçici liçleme : Bu tip korozyon, bir alaşımdan bir elemanın seçici olarak çıkarılmasını içerir ve zayıflamış, gözenekli bir yapıyı geride bırakır.
Korozyondan etkilenen malzemeler
Korozyon sadece metalleri etkilemez. Diğer malzemeler de bozabilir:
Metaller : Demir, alüminyum, bakır ve alaşımları en çok korozyondan etkilenir.
Seramikler : Daha az yaygın olsa da, seramikler çevreleriyle kimyasal reaksiyonlar yoluyla bozulabilir.
Polimerler : Korozlar yerine, polimerler bozulur. Bu zayıflama çatlamaya, bükülmeye veya renk değişikliğine yol açabilir.
Oksidasyon nedir?
Oksidasyon, bir malzemenin tipik olarak oksijen ile reaksiyona giren elektronları kaybettiği kimyasal bir işlemdir. Günlük kimyanın bir parçasıdır, genellikle renk veya doku gibi görünür değişikliklere neden olur.
Elektron kaybını içeren kimyasal işlem
Oksidasyonda, bir madde elektronları diğerine bırakır. Oksijen genellikle onları kabul eden maddedir. Bu reaksiyon hem organik hem de inorganik malzemelerde ortaya çıkabilir ve özelliklerini değiştirebilir. Genel bir oksidasyon reaksiyonu şu şekilde temsil edilebilir:
M → M⁺ + E⁻
Burada 'M ', pozitif yüklü bir iyon (M⁺) haline gelen malzemeyi (genellikle metal) kaybeden elektronları temsil eder.
Günlük yaşamda oksidasyon örnekleri
Oksidasyon her gün kullandığımız malzemeleri etkiler. İşte bazı yaygın örnekler:
Bu kırmızımsı kahverengi tabaka metali zayıflatır.
Gümüşün Karşılaştırılması : Gümüş havada kükürt bileşikleri ile reaksiyona girerek gümüş sülfür oluşturur. Kimyasal denklem:
2ag + h₂s → ag₂s + h₂
Bu siyah tabaka gümüş takılar veya çatal bıçaklarının parlaklığını köreltiyor.
Organik maddelerde oksidasyon
Oksidasyon canlı organizmalarda da olur. Ancak metallerden farklı olarak, etkiler yararlı olabilir:
Metabolizmada artış : Vücudumuzda oksidasyon, enerji için yiyeceklerin yakılmasına yardımcı olur ve metabolizmayı hızlandırır.
Daha düşük kanser riski : Hücrelerdeki bazı oksidasyon süreçleri, kanser riskini düşürebilen zararlı serbest radikallerin yayılmasını önlemeye yardımcı olur.
Pas nedir?
Pas, demir ve çelik gibi alaşımlarını etkileyen belirli bir korozyon türüdür. Kırmızımsı kahverengi bir renk ve lapa lapa dokusu ile karakterizedir.
Bu korozyon biçimi, demir nem ve oksijene maruz kaldığında ortaya çıkar. Pas oluşumu işlemi birkaç adım içerir:
Oksidasyon reaksiyonu : Demir elektronları kaybeder ve demir (II) iyonları oluşturmak için su varlığında oksijen ile reaksiyona girer.
Fe → fe⊃2; ⁺ + 2e⁻
Demir hidroksit oluşumu : Fe⊃2; ⁺ iyonları, demir (II) hidroksit oluşturmak için su ve oksijen ile reaksiyona girer.
Fe⊃2; ⁺ + 2h₂o + o₂ → fe (oh) ₂
Demir hidroksitin oksidasyonu : demir (II) hidroksit, demir (III) hidroksit oluşturmak için daha da oksitlenir.
4FE (OH) ₂ + O₂ + 2H₂o → 4fe (OH) ₃
Pas oluşumu : Demir (III) Hidroksit dehidratları, genellikle pas olarak bilinen demir (III) oksit-hidroksit oluşturmak için. Bu pas, demir oksitlerin ve hidroksitlerin karmaşık bir karışımıdır.
4fe (oh) ₂ → fe₂o₃ · 3h₂o
Birkaç koşul pas oluşumunu teşvik edebilir:
Nem varlığı : Su bir elektrolit görevi görür ve paslanma için gerekli oksidasyon azaltma reaksiyonlarını sağlar. Yüksek nem veya yağmura doğrudan maruz kalma süreci hızlandırabilir.
Oksijen ve elektrolitlere maruz kalma : Pas oluşumu için oksijen gereklidir. İyi havalandırma veya yüksek oksijen konsantrasyonuna sahip alanlar paslanmaya daha yatkındır. Tuzlar ve asitler ayrıca metalin elektrokimyasal aktivitesini arttırabilir ve paslama işlemini hızlandırabilir.
Çevresel Faktörler : Sıcaklık pas oluşumunda rol oynar. Daha yüksek sıcaklıklar, kimyasal reaksiyon oranlarını artırabilir ve daha hızlı paslanmaya yol açabilir. Kir veya yağ gibi yüzey kirleticileri, metal yüzeye karşı nemi yakalayabilir ve paslanmaya karşı savunmasız lokalize alanlar yaratabilir.
Korozyon, oksidasyon ve pas
| boyu | korozyon | oksidasyon | pas arasındaki farklar |
| Tanım | Çevre ile kimyasal veya elektrokimyasal reaksiyonlar nedeniyle malzemelerin bozulması | Bir maddenin genellikle oksijeni içeren elektronları kaybettiği kimyasal işlem | Demir ve demir alaşımlarını etkileyen özel korozyon biçimi |
| Kapsam | Çeşitli malzeme bozulma biçimlerini kapsayan en geniş terim | Spesifik kimyasal reaksiyon türü | Demir oksidasyonun spesifik ürünü |
| Etkilenen malzemeler | Metaller, seramikler ve polimerler dahil çeşitli malzemeler | Hem organik hem de inorganik maddeler | Özellikle demir ve alaşımları |
| Çevresel faktörler | Elektrolit gerektirir | Oksijene veya başka bir oksitleyici maddeye ihtiyaç duyar | Hem oksijen hem de nem gerektirir |
| Ürünler | Çeşitli bileşiklerle sonuçlanabilir | Oksitler üretir | Demir oksitler ve hidroksitler oluşturur |
| Kimyasal işlem | Genellikle malzeme ve çevre arasında elektron transferini içerir | Genellikle oksijene elektron kaybı | Demir oksijen ve su ile reaksiyona girer |
| Dış görünüş | Çeşitli formlar (örneğin, çukur, ölçeklendirme) | Malzemeye bağlı olarak görünür veya görünmez olabilir | Ayırt edici kırmızımsı kahverengi renk |
| Darbe | Genellikle malzeme özelliklerine zararlı | Faydalı olabilir (örn., Koruyucu katmanlar) veya zararlı olabilir | Demir bazlı malzemelere her zaman zararlı |
| Ekonomik etki | Çeşitli endüstrilerde önemli | Bağlam'a bağlı olarak değişir | Demir kullanan endüstrilerde önemli |
Korozyon, oksidasyon ve pasın etkisi
Korozyon, oksidasyon ve pas, malzemelerin bozulmasının ötesine uzanan geniş kapsamlı sonuçlara sahiptir. Önemli ekonomik kayıplara yol açabilir, güvenlik risklerine neden olabilir ve hatta çevreye zarar verebilirler.
Ekonomik sonuçlar
Korozyon, oksidasyon ve pas ile ilişkili maliyetler şaşırtıcıdır. NACE International tarafından yapılan bir araştırmaya göre, küresel korozyon maliyetinin yılda 2,5 trilyon dolar olduğu tahmin ediliyor ve bu da dünya GSYİH'sının% 3,4'üne eşdeğer.
Bu maliyetler şunları içerir:
Aşınmış malzemelerin ve yapıların değiştirilmesinin veya onarılmasının doğrudan maliyetleri
Üretim kaybı, çevresel hasar ve dava gibi dolaylı maliyetler
Korozyon önleme ve kontrol önlemleri için bakım maliyetleri
Korozyondan en çok etkilenen endüstriler şunları içerir:
Petrol ve gaz
Ulaşım (Otomotiv, Havacılık, Ray ve Deniz)
Altyapı (köprüler, boru hatları ve binalar)
Üretim ve işleme tesisleri
Güvenlik Endişeleri
Korozyon, oksidasyon ve pas binaların, araçların ve altyapının yapısal bütünlüğünü tehlikeye atabilir. Bu bozulma, hayatları riske atarak felaket başarısızlıklarına yol açabilir.
Korozyonun neden olduğu güvenlik tehlikelerinin bazı örnekleri şunlardır:
Zayıflamış çelik takviyeleri nedeniyle köprülerin veya binaların çökmesi
Boru hatlarının başarısızlığı, petrol dökülmelerine veya gaz sızıntılarına yol açar
Uçak veya araçlarda kritik bileşenlerin arızalanması
Aşınmış borulardan içme suyunun kirlenmesi
Çevresel çıkarımlar
Korozyon, oksidasyon ve pasın da önemli çevresel sonuçları olabilir. Aşınmış yapılar başarısız olduğunda, tehlikeli maddeleri çevreye serbest bırakabilirler.
Örneğin:
Aşınmış depolama tankları, toprağı ve yeraltı suyunu kirleterek kimyasalları veya petrol ürünlerini sızdırabilir
Paslanmış metal atık, ağır metalleri ekosisteme sokabilir
Altyapı bozulması, sera gazı emisyonlarını artırarak verimsizliklere yol açabilir
Önleme ve azaltma stratejileri
Korozyon, oksidasyon ve pasın önlenmesi ve azaltılması çok yönlü bir yaklaşım gerektirir. Bu, dikkatli malzeme seçimi, tasarım hususları, koruyucu tedaviler, çevre kontrolü ve düzenli izlemeyi içerir.
Malzeme Seçimi ve Tasarım
Korozyonu önlemenin en etkili yollarından biri, doğal olarak dirençli malzemeleri kullanmaktır. Korozyona dayanıklı alaşımların bazı örnekleri şunlardır:
Bu malzemeler yüzeylerinde koruyucu bir oksit tabakası oluşturur ve bu da daha fazla korozyonu önlemeye yardımcı olur.
Tasarım ayrıca korozyonun en aza indirilmesinde önemli bir rol oynar. Mühendisler:
Aşındırıcı maddelerin birikebileceği keskin köşelerden ve çatlaklardan kaçının
Duran suyu önlemek için uygun drenajı sağlayın
Mümkün olduğunda cıvatalı veya perçinlenmiş bağlantılar yerine kaynaklı eklemler kullanın
Koruyucu kaplamalar ve tedaviler
Bir malzemenin yüzeyine koruyucu kaplamalar ve tedavilerin uygulanması korozyonun önlenmesine yardımcı olabilir. Bazı yaygın yöntemler şunları içerir:
Boyalar ve yağlar : Bunlar, metal ve çevre arasında bir bariyer oluşturarak aşındırıcı ajanlara maruz kalmayı önler.
Galvanizasyon : Bu, demir veya çeliğin altta yatan metali korumak için kurban olarak aşındıran bir çinko tabakası ile kaplamayı içerir.
Elektrokaplama : Krom veya nikel gibi daha korozyona dayanıklı bir metalin ince bir tabakasını başka bir metalin yüzeyine biriktirir.
Anodizasyon : Bu işlem, alüminyum gibi metallerin yüzeyinde kalın, koruyucu bir oksit tabakası oluşturur.
Pasivasyon : Koruyucu bir oksit tabakasının oluşumunu arttırmak için bir metal yüzeyinin kimyasal bir çözelti ile işlenmesini içerir.
Çevre kontrolü
Çevreyi kontrol etmek, aşındırıcı ajanlara maruz kalmayı en aza indirmeye yardımcı olabilir. Bazı stratejiler şunları içerir:
Havadaki nemi azaltmak için düşük nem seviyelerinin korunması
Korozyonu hızlandırabilecek aşırı dalgalanmaları önlemek için sıcaklığın düzenlenmesi
Çevreyi kontrol etmek için nem alıcıları, klimalar veya ısıtıcılar kullanma
Kuru, iyi havalandırılan alanlarda malzemeleri aşındırıcı maddelerden uzakta saklamak
Korozyon izleme ve muayenesi
Düzenli izleme ve muayene, korozyonun erken tespit edilmesine yardımcı olabilir ve zamanında müdahaleye izin verebilir. Bu şunları içerir:
Renk değişikliği, çukurlaşma veya dökülme gibi korozyon belirtileri için yüzeyleri görsel olarak incelemek
Malzemeye zarar vermeden korozyonun derecesini değerlendirmek için ultrasonik kalınlık ölçümü veya radyografi gibi tahribatsız test yöntemlerini kullanmak
Korozyonun zaman içinde ilerlemesini izlemek için denetim sonuçlarının ayrıntılı kayıtlarını tutmak
Korozyon önleme ve teknolojideki gelişmeler
Korozyona karşı savaş devam ettikçe, araştırmacılar ve mühendisler etkilerini önlemek ve azaltmak için yenilikçi çözümler geliştiriyorlar. Bu gelişmeler yüksek performanslı kaplamalardan gerçek zamanlı izleme sistemlerine ve yeni malzemelere kadar uzanmaktadır.
Yüksek performanslı kaplamaların geliştirilmesi
Önemli bir ilerleme alanı, gelişmiş koruyucu kaplamaların geliştirilmesidir. Bu kaplamalar korozyon, aşınma ve kimyasal saldırıya karşı üstün direnç sağlar. Bazı önemli örnekler şunları içerir:
Epoksi ve poliüretan kaplamalar : Bunlar mükemmel yapışma, dayanıklılık ve nem ve kimyasallara karşı direnç sunar. Endüstriyel ve deniz uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Floropolimer Kaplamalar : Olağanüstü kimyasal dirençleri ve düşük sürtünme özellikleri ile bilinen PTFE (Teflon) gibi floropolimer kaplamalar zorlu ortamlar için idealdir.
Biyo-esinlenen kendi kendine iyileşen kaplamalar : Bu yenilikçi kaplamalar, canlı organizmaların kendini iyileştiren özelliklerini taklit eder. Kaplama hasar gördüğünde salınan iyileştirici maddelerle dolu mikroskobik kapsüller içerirler ve kendini onarmasına izin verir.
Katodik koruma ve korozyon inhibitörü teknolojileri
Katodik koruma, metal yapılarda korozyonu önlemek için iyi kurulmuş bir yöntemdir. Metale küçük bir elektrik akımı uygulanmasını ve onu elektrokimyasal bir hücrede katot yapmasını içerir. Bu, metalin aşındırmasını önler.
Korozyon inhibitörleri, aşındırıcı bir ortama eklendiğinde korozyon oranını azaltan maddelerdir. Metal yüzey üzerinde koruyucu bir film oluşturarak veya çevrenin kimyasını değiştirerek çalışırlar.
Bu teknolojilerdeki son gelişmeler şunları içerir:
Güneş enerjisi veya diğer yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanan mevcut katodik koruma sistemleri etkilenmiş
Bitki özlerinden ve diğer çevre dostu kaynaklardan türetilen organik korozyon inhibitörleri
Korozyon inhibitörlerini içeren ve gerektiğinde bunları serbest bırakan akıllı kaplamalar
Gerçek zamanlı korozyon izleme ve erken uyarı sistemleri
Korozyonun erken tespit edilmesi, felaket başarısızlıklarını önlemek için çok önemlidir. Gerçek zamanlı izleme sistemleri, korozyonla ilgili çeşitli parametreleri sürekli olarak ölçmek için sensörler kullanır, örneğin:
Elektrokimyasal potansiyel
Korozyon akımı
Çevresel faktörler (sıcaklık, nem, pH)
Bu sistemler, korozyon oranları kabul edilebilir seviyeleri aştığında operatörleri uyarabilir ve zamanında müdahale sağlar. Bazı gelişmiş sistemler, geçmiş verilere dayalı korozyon oranlarını tahmin etmek için makine öğrenme algoritmalarını bile kullanır.
Deniz ortamlarında korozyonun önlenmesi için yeni malzemeler ve teknikler
Korozyon önleme söz konusu olduğunda deniz ortamları özellikle zordur. Tuzlu su, biyolojik kirlenme ve mekanik stres kombinasyonu, en sağlam malzemeleri bile hızla bozabilir.
Araştırmacılar şu şekilde bu zorlukları ele almak için yeni materyaller ve teknikler geliştiriyorlar:
Yüksek seviyelerde krom, nikel ve molibden içeren korozyona dayanıklı alaşımlar
Metallerin mukavemetini polimerlerin korozyon direnci ile birleştiren kompozit malzemeler
Süper hidrofobik bir yüzey yaratan, su ve diğer aşındırıcı maddelerin metale yapışmasını önleyen nanoyapılı kaplamalar
Etkilenmiş akım katodik koruması ve kurban anotları gibi elektrokimyasal korozyon kontrol yöntemleri
Çözüm
Korozyon, oksidasyon ve pas ilişkilidir, ancak malzemeleri ve yapıları önemli ölçüde etkileyebilecek farklı süreçlerdir. Oksidasyon geniş bir kimyasal reaksiyon olsa da, korozyon özellikle malzemeleri bozar ve pas sadece demir ve alaşımlarını etkiler.
Bu farklılıkları anlamak, çeşitli varlıkların güvenliğini ve uzun ömürlülüğünü korumak için çok önemlidir. Korozyon biliminde devam eden araştırmalar, bu kalıcı zorluklarla mücadele etmek için yeni önleme stratejileri ve teknolojileri geliştirmeyi amaçlamaktadır.
