INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · F: serbestlik derecesi (denge halindeki sitemin...

FAZ ÇİZGELERİ Sıcaklık Basınç ve Bileşim

1

INS211

Güncelleme 30.12.2019

KARIŞIMLAR

Maddelerin kimyasal olarak parçalanamayan en küçük yapı taşlarına atom denir.

Aynı cins atom toplulukları elementtir ve bu elementlerin sabit oranlar dahilinde birleşerek

oluşturdukları yeni özellikli maddelere bileşik denir.

Katı sıvı ve gaz hallerinde bulunabilecek element ve bileşiklerin hiçbir kurala uymaksızın bir

araya gelmesiyle oluşan sistemlere genel olarak karışım denir.

Karışımda yer alan, saf olarak elde edilebilen ve belli bir kimyasal formüle sahip element ve

bileşikler bileşen olarak adlandırılır.

2

KARIŞIMLAR VE FAZ

Bir karışımda tüm şiddet özelliklerinin aynı olduğu bölgelere faz denir.

Maddenin ölçülebilir özellikleri iki grupta toplanır: bunlar kapasite özellikleri ve şiddet

özellikleridir.

Kapasite özelliği, madde miktarına bağlı özellikler bütünüdür. Kütle ve Hacim kapasite

özelliğidir.

Şiddet özelliği, madde miktarına bağlı olmayan özelliklerdir. Yoğunluk ve Sıcaklık şiddet

özelliğidir. Şiddet özellikleri kapasite özellikleri gibi toplanamaz.

3

ÇÖZÜNEBİLİRLİK

Birçok alaşım (daha genel olarak karışım) sisteminde

belirli bir sıcaklıkta çözünen atomların, çözen içerisinde

ulaşabileceği ve bir üst konsantrasyon değeri vardır. Bu

değere çözünürlük denir.

Bu çözünebilirlik sınırının üzerinde yapılan bileşen

ilavesinde, başka bir katı çözelti veya bileşik meydana

gelmektedir.

4

FAZ

Sistemin homojen fiziksel ve kimyasal özellikler gösteren parçası olarak tanımlanabilir.

Bildiğimiz maddenin katı sıvı gaz halleri dışında farklı kristal istif yapıları da fazdır.

5

Çözelti Adı Çözücü Çözünen Örnek

Katı çözelti

Katı Katı Bakır - Gümüş

Katı Sıvı Çinko - Civa

Katı Gaz Paladyum - Hidrojen

Sıvı çözelti

Sıvı Katı Su - Bakır Sülfat

Sıvı Sıvı Su - Etil Alkol

Sıvı Gaz Su - Karbondioksit

Gaz çözelti

Gaz Katı Azot - İyot

Gaz Sıvı Azot - Su

Gaz Gaz Azot - Oksijen

FAZ VE MADDENİN HALLERİ

6

FAZ ÇİZELGELERİ

Faz, karışımda yapı ve bileşim olarak bir diğer bölgeden farklı olan bölgedir.

Faz çizelgeleri malzeme sistemlerinde değişik sıcaklık basınç ve bileşimlerde hangi

fazların bulunduğunu gösteren çizelgelerdir. Faz çizelgelerinden elde edilebilecek

bilgiler:

Yavaş soğuma koşullarında (denge) değişik sıcaklıklarda ve bileşimlerde hangi fazların mevcut

olduğu.

Bir bileşenin bir diğeri içerisindeki denge durumundaki çözünürlüğü.

Denge koşullarında soğumakta olan bir alaşımın katılaşmaya başladığı sıcaklık ile katılaşmanın

devam ettiği sıcaklık aralığı.

Farklı fazların hangi sıcaklıklarda erimeye başladığı.

7

8

Su ve şeker karışımının faz

çizelgesinde bileşenlerin

kütlece karışım oranlarına

karşın (skalanın yatay kolu)

sıcaklık değerleri (dikey

eksen) verilmiştir.

Faz sınırının sol kısmı

homojen çözeltiyi

tanımlarken; sağ taraf

heterojen çökelmeyi

betimler.

FAZLARDA DENGE

Denge serbest enerji adı verilen bir termodinamik büyüklük ile tanımlanan kavramdır.

Serbest enerji bir sistemin iç enerjisi ile atom veya moleküllerinin rastgeleliği veya

düzensizliğinin (entropi) bir fonksiyonudur.

Faz dengesi deyimi sıklıkla içinde birden fazla faz bulunduran sistemlerin denge halini

tanımlamada kullanılır.

Faz dengesi bir sisteme ait faz özelliklerinin zamanla değişmediğini ifade eder.

Özellikle katı sistemlerde denge haline ulaşma çok yavaş olduğundan, tam denge haline

ulaşılmaz ve bu tür sistemler dengesiz veya yarı-kararlı halde bulunur.

9

FAZ DİYAGRAMLARI

Belirli bir sistemin faz yapısına ait bilginin birçoğu, faz diyagramları veya denge

diyagramları olarak da isimlendirilen grafikler yardımıyla elde edilir.

Faz çizelgeleri bir bileşenli, iki bileşenli ve üç bileşenli olabilir.

Çok bileşenli faz çizelgeleri birbiri içinde her oranda karışabilen bileşenlerden

meydana gelen izomorfik sistemler olabileceği gibi;

belli oranlarda homojen belirli oranlarda heterojen karışım veren ötektik sistemler

de olabilir.

10

izomorfik sistemler hem katı hem sıvı fazda her oranda karışabilen sistemlerdir.

BİR BİLEŞENLİ FAZ DİYAGRAMI

Faz diyagramlarını etkileyen ve kontrol edilebilen üç dış parametre sıcaklık, basınç ve

kimyasal bileşim olup, faz diyagramları bunların çeşitli kombinasyonlarının birinin diğerine

göre çizilmesiyle belirlenir.

Bir bileşenli faz çizelgelerinde ikinci bir bileşen olmadığında sadece sıcaklığa karşı basınç

değerleri bulunmaktadır.

11

100KPa=0,986923atm ; (0,0098°C ve 4,575 tor için bir üçlü nokta vardır) ; c noktası kritik noktadır. 12

13

Demir artan ısıyla birlikte kristal

yapısını değiştirerek α-demir, γ-

demir ve δ-demir formlarına

dönüşüm sergiler.

1538°C den sonra bir diğer faz

olan sıvı faza geçer.

GİBBS FAZ KURALI

Faz kuralı eşitliği, sistemin tanımlanabilmesi için gerekli değişken sayısının belirlenmesinde kullanılan

bir araçtır. Denge halinde bir arada bulunabilecek fazların sayısını hesaplamaya imkan veren bir

eşitliktir.

P + F = C + 2

P: bir arada bulunabilecek fazların sayısı

C: sistemdeki bileşenlerin sayısı

F: serbestlik derecesi (denge halindeki sitemin serbest değişken sayısı). Serbestlik derecesi sistemdeki

fazların sayısını değiştirmeden bağımsız olarak değiştirilebilecek ortam koşullarını gösterir.

14*bir önceki diyagramın çeşitli noktalarının serbestlik değerlerini bularak yorumlayın.

İKİ BİLEŞENLİ FAZ DİYAGRAMLARI

İkili faz diyagramları alaşımların bulundukları sıcaklıkta ve sahip oldukları kimyasal

bileşimde iç yapılarında hangi fazları denge halinde bulundurduğunu, bu fazların

hangi oranlarda mikroyapıya dağıldığını ve fazların kimyasal bileşimleri hakkındaki

bilgileri veren haritalardır.

15

HUME-ROTHERY KOŞULLARI

İkili metalik sistemlerinde birbiri içinde her oranda karışabilen bileşenlere sahip

alaşımlar eşbiçimli (izomorfik) sistemlerdir. Bu tam çözünürlük koşullarının

sağlanabilmesi için:

Katı çözeltideki bileşenlerin her birinin aynı kristal yapıya sahip olmalı

Her bir elementin atomik çap farkı %15 i geçmemelidir.

Elementler birbiri ile bileşik oluşturmamalıdır.

Atom değerlikleri aynı olmalıdır.

16

Cu-Ni elementlerinin hem sıvı hem de katı

hallerde gösterdiği tam çözünürlük

özelliğinden dolayı, bu sistem izomorfik

olarak nitelendirilir.

A noktasında olduğu gibi tek bir fazın

mevcut olması durumunda fazın kimyasal

bileşimi ile alaşımın kimyasal bileşimi

aynıdır.

B noktasında ise sıvı faz içerisinde α fazı

katılaşmaya başlar. Buna çökelme denir.

17

İki fazın birlikte bulunduğu bölgeler için

(örnek B noktası) durum biraz daha

karmaşıktır (sıvıgen-katıgen çizgileri

arası).

Tüm iki fazlı bölgelerde her bir sıcaklık

için yatay eksene paralel olarak uzanan

hayali doğrular düşünülebilir. Bu tip

doğruların iki fazlı bölgenin faz sınırı

çizgileri arasında kalan kısmı genel

olarak bağ çizgisi veya izoterm doğrusu

olarak bilinmektedir.

18

İZOMORFİK ALAŞIMLARDA MİKROYAPININ OLUŞUMU

19

Ağırlıkça %35 Ni ve %65 Cu içeren

alaşımda dengeli katılaşma sırasında

mikroyapı oluşumunun şematik gösterimi.

SAF METALLERDE SOĞUMA

20

Tek bileşenli sistemler ısı kaybı

sonucu faz değiştirirken ergime

sıcaklığı noktasında tüm kütle faz

dönüşümünü tamamlayana kadar

sıcaklık değişimi göstermezler.

İZOMORFİK ALAŞIMLARDA SOĞUMA

21

FAZ ORANLARININ BELİRLENMESİKALDIRAÇ KURALI

Bileşim ve sıcaklığı tanımlayan nokta, iki fazlı

bölgede ise faz bileşenleri kaldıraç kuralı

yöntemi ile hesaplanır.

22

𝑓𝑎𝑧 𝑦ü𝑧𝑑𝑒𝑠𝑖 =𝑓𝑎𝑧𝑎 𝑧𝚤𝑡 𝑚𝑎𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙𝑎 𝑘𝑜𝑙𝑢 𝑢𝑧𝑢𝑛𝑙𝑢ğ𝑢

𝑏𝑎ğ ç𝑖𝑧𝑔𝑖𝑠𝑖𝑛𝑖𝑛 𝑡𝑜𝑝𝑙𝑎𝑚 𝑢𝑧𝑢𝑛𝑙𝑢ğ𝑢× 100

𝑊𝑠 =𝑆

𝑅 + 𝑆=

𝐶𝛼 − 𝐶0

𝐶𝛼 − 𝐶𝑠

𝑊α =𝑅

𝑅 + 𝑆=

𝐶0 − 𝐶𝑠

𝐶𝛼 − 𝐶𝑠

KALDIRAÇ KURALI ve TÜRETİMİ

1 gram alaşımı inceliyor olalım. Bu alaşım A ve B metallerinden oluşmuş olsun.

23

İki fazlı karışımda B nin ağırlığı = sıvı fazdaki B nin ağırlığı + katı fazdaki B nin ağırlığı

1𝑔 × 𝐶𝑜 = (1𝑔 × 𝐶𝑠) × 𝑊𝑠 + (1𝑔 × 𝐶𝑘) × 𝑊𝑘

𝐶𝑜 = 𝐶𝑠 × 𝑊𝑠 + 𝐶𝑘 × 𝑊𝑘

𝐶𝑜 = 𝐶𝑠 × 1 − 𝑊𝑘 + 𝐶𝑘 × 𝑊𝑘

𝐶𝑜 = 𝐶𝑠 − 𝐶𝑠𝑊𝑘 + 𝐶𝑘𝑊𝑘

𝐶𝑜 − 𝐶𝑠 = −𝐶𝑠𝑊𝑘 + 𝐶𝑘𝑊𝑘

𝐶𝑜 − 𝐶𝑠 = 𝑊𝑘 𝐶𝑘−𝐶𝑠

𝑾𝒌 =𝑪𝒐 − 𝑪𝒔

𝑪𝒌−𝑪𝒔

𝑊𝑠 + 𝑊𝑘 = 1

𝑊𝑠 = 1 − 𝑊𝑘

𝑊𝑘 = 1 − 𝑊𝑠

𝑊𝑠 =𝐶𝑘 − 𝐶0

𝐶𝑘−𝐶𝑠

C0 belirlenen bileşen yüzdeleri

Cs manivela koluna göre sıvı faz bileşeni

Ck manivela koluna göre sıvı faz bileşeni

24

1300°C deki bir bakır nikel alaşımı ağırlıkça %47 Cu ve %53 Ni den oluşmaktadır. Yukarıdaki şekli kullanarak:a) Bu sıcaklıkta sıvı ve katı fazlardaki bakırın ağırlık yüzdelerini bulunuz.b) Bu alaşımdaki sıvı ve katı fazların ağırlık yüzdeleri nelerdir.

25

a) 1300°C de bağ çizgisinin sıvıgen sınırını kestiği noktada %55 Cu (100 – 45), katıgen sınırını kestiği noktada %42 Cu

(100 – 58) vardır.

b) Bu sıcaklıktaki sıvı ve katı fazların:

W0=%53 Ni ws=%45 Ni wk=%58 Ni

Sıvı fazın ağırlık oranı

𝑊𝑠 =𝑤𝑘 − 𝑤0

𝑤𝑘 − 𝑤𝑠=

58 − 53

58 − 45=

5

13= 0,38

Katı fazın ağırlık oranı

𝑊𝑘 =𝑤0 − 𝑤𝑠

𝑤𝑘 − 𝑤𝑠=

53 − 45

58 − 45=

8

13= 0,62

DENGESİZ SOĞUMA HALİ

Ağırlıkça %35 Ni ve %65 Cu içeren alaşımda

dengesiz katılaşma sırasındaki mikroyapı

oluşumunun şematik olarak gösterimi.

Bu tür denge dışı çok fazlı yapıları önlemek

için sonradan benzeştirme ısıl işlemi

uygulanarak katı hal yayınımı hızlandırılır.

26

27

İKİLİ ÖTEKTİK SİSTEMLER

28

779°C nin altındaki sıcaklıklar için α fazı bölgesini α +β faz bölgesinden ayıran çizgi solvüs adını alır (CB veGH) ve benzer şekilde 779°C nin üzerindeki sıcaklıklariçin α fazı bölgesini α + S faz bölgesinden ayıran çizgisolidüs olarak tanımlanır.

Bakıra gümüş ilave edildikçe alaşımın tam olarakeridiği sıcaklık AE likidüs çizgisine bağlı olarak sürekliazalma gösterir. Aynı şeyleri gümüş için de söylemekmümkündür. Gümüşe ilave edilen bakır alaşımınergime sıcaklığı FE çizgisiyle de belirtildiği gibi, sürekliazaltmaktadır. İki likidüs çizgisi diyagramdaki BEGdoğrusu üzerindeki E noktasında birleşir. Buradaki Enoktası değişmez nokta (ötektik nokta) niteliğindeolup, CE bileşimi ve TÖ sıcaklığı ile tanımlanır.

Soğuma sırasında TÖ sıcaklığındaki sıvı faz α ve β gibi iki ayrı katı faza aynı anda dönüşür.

Aynı şekilde, ısınma sırasında da iki ayrı katı faz aynı anda sıvı faza dönüşür. Bu durum

malzeme biliminde ötektik reaksiyon adını almakta olup (ötektik kolayca ergiyen

anlamındadır), CαE ve CβE α ve β fazlarının TÖ sıcaklığındaki kimyasal bileşimlerini

vermektedir.

𝑆 𝐶𝐸

𝑠𝑜ğ𝑢𝑚𝑎 𝑣𝑒 𝚤𝑠𝚤𝑛𝑚𝑎𝛼 𝐶𝛼𝐸 + 𝛽 𝐶𝛽𝐸

α+S ve β+S faz bölgeler, içinde kristal yapının sıvıda çökelmeye başladığı bölgelerdir.

Ötektik reaksiyonun altında α+β faz bölgeleri ise tüm sıvı fazın katılaştığı ayrışma

bölgeleridir.

29

𝑠𝚤𝑣𝚤 %61,9 𝑆𝑛183°𝐶

𝛼 %18,3 𝑆𝑛 + 𝛽 %97,8 𝑆𝑛

30

Pb – Sn alaşımı için %61,9

oranında Sn içeren bir eriyik

ötektik sıcaklık olar 183°C nin

altına iniği anda ötektik

reaksiyon olarak %18,3 Sn

içeren bir α alaşımı ile %97,8

Sn içeren bir β alaşımı katılaşır.

C1 bileşimindeki kurşun-kalay alaşımının sıvı faz

bölgesinden soğutulması sırasında elde edilen

dengeli iç yapıların şematik gösterimi.

α fazı kurşunca zengin fazı,

β fazı kalayca zengin fazı temsil eder

31

C2 bileşimindeki kurşun-kalay alaşımının sıvı faz

bölgesinden soğutulması sırasında elde edilen

dengeli iç yapıların şematik gösterimi.

32

Ötektik C3 bileşimindeki kurşun

– kalay alaşımının ötektik

sıcaklığın üstündeki ve altındaki

dengeli iç yapıların şematik

gösterimi.

Ötektik reaksiyonla oluşan α ve

β katı fazlarının yapıda

katmanlar halinde ve birbirini

tekrar eder tarzda oluşması

neticesinde lamelli yapı olarak

da nitelendirilen ötektik yapı

meydana gelir (i noktası).

33

Pb – Sn alaşımının ötektik

kompozisyonundaki mikroyapı

görüntüsü. Pb - zengin α-fazı

(koyu tabakalar), Sn - zengin β-

fazı (açık renkli tabakalar)

gösterir.

34

C4 bileşimindeki kurşun – kalay

alaşımının sıvı faz bölgesinden

soğuması sırasında elde edilen

dengeli iç yapılarının şematik

gösterimi.

α fazlarını birbirinden ayırt

edebilmek için, ötektik reaksiyon

sırasında oluşanına ötektik α, ötektik

sıcaklık geçilmeden önce oluşmuş

olanına ise birincil (primer) veya

ötektik öncesi α adı verilmiştir.

35

%50 Kurşun %50 Kalay alaşıma ait

mikroyapı. Koyu siyah yuvarlak bölgeler

Pb açısından zengin ötektik öncesi α

(primer α), lamelli yapıdaki koyu bölgeler

ötektik α, lamelli yapı açık bölgeler Sn

açısından zengin β fazları.

36

37

C4 bileşimindeki kurşun – kalay

alaşımı için ötektik öncesi α ve

ötektik mikroyapı bağıl

oranlarını hesaplayalım.

Ö𝑡𝑒𝑘𝑡𝑖𝑘 𝑚𝑖𝑘𝑟𝑜 𝑦𝑎𝑝𝚤 𝑠𝚤𝑣𝚤 𝑓𝑎𝑧 𝑘𝑎𝑙𝑑𝚤𝑟𝑎ç 𝑑𝑒𝑛𝑚𝑙𝑒𝑚𝑖

𝑊𝑆 =𝑃

𝑃 + 𝑄

Primer α fazının bağıl ağırlık kaldıraç denklemi

𝑊α =𝑄

𝑃 + 𝑄

Toplam α fazının bağıl ağırlık kaldıraç denklemi

𝑊α =𝑄 + 𝑅

𝑃 + 𝑄 + 𝑅

Toplam β fazının bağıl ağırlık kaldıraç denklemi

𝑊β =𝑃

𝑃 + 𝑄 + 𝑅

38

Görseldeki 60/40 lehim telini verimli kullanabilmek için lehim havyasını kaç °C ye ısıtmak

gerekeceğini faz diyagramını kullanarak yorumlayınız. 39

Verilen kurşun kalay alaşımı ideal

katılaşma faz diyagramında verilen

noktaların faz analizini yapınız

a) 183°C de ötektiğin hemen altındaki

ötektik bileşimde.

b) %40 Sn ve 230°C sıcaklıkta b

noktasında.

c) %40 Sn ve 180°C –ΔT sıcaklığında c

noktasında.

· b

· c · a

40

41

Ötektik bileşimde (%61,9 Sn) 183°C nin hemen altında bulunan fazlar α ve βα fazı için: fazların bileşimi %18,3 Snβ fazı için: fazların bileşimi %97,8 SnAğırlıkça alfa fazı = Τ97,8 − 61,9 97,8 − 18,3 = Τ35,9 79,5 = 0,45Ağırlıkça beta fazı = Τ61,9 − 18,3 97,8 − 18,3 = Τ43,6 79,5 = 0,55

b noktasında %40 Sn ve 230°C sıcaklıkta bulunan fazlar: sıvı ve αsıvı faz için: fazların bileşimi %48 Snα fazı için: fazların bileşimi %15 SnAğırlıkça sıvı fazı = Τ40 − 15 48 − 15 = 76Ağırlıkça alfa fazı = Τ48 − 40 48 − 15 = 24

%40 Sn ve 183°C –ΔT sıcaklığında c noktasında bulunan fazlar: α ve βα fazı için: fazların bileşimi 18,3 Snβ fazı için: fazların bileşimi 97,8 SnAğırlıkça alfa fazı = Τ97,8 − 40 97,8 − 18,3 = Τ57,8 79,5 = 0,73Ağırlıkça beta fazı = Τ40 − 18,3 97,8 − 18,3 = Τ21,7 79,5 = 0,27

Verilen gümüş – bakır faz

diyagramında %50 Ag bileşeni

için 700°C, 800°C ve 900°C de

hangi fazlar bulunmaktadır?

Bu fazların faz analizlerini

yapınız.

42faz analizi: hangi fazlardan ne kadar var ve bu her bir fazların içinde nelerden ne oranda var.

43

44

Fazlarda Ag yüzdeleri Fazların yüzdeleri

S α β Ws Wα Wβ

900°C % 50 Cu - - % 100 sıvı - -

800°C % a Cu - % b Cu 𝑏 − 𝑦

𝑏 − 𝑎- 𝑦 − 𝑎

𝑏 − 𝑎

700°C - % c Cu % d Cu - 𝑑 − 𝑧

𝑑 − 𝑐

𝑧 − 𝑐

𝑑 − 𝑐

Tabloda özet geçen hesaplamalara göre 900°C de sadece sıvı faz mevcut ve bu sıvı eriğiğin içeriğini %50 Ag % 50

Cu oluşturmakta. 800°C ve %50 Ag-Cu bileşimi β + S fazına denk gelmekte. Sıvıdaki ve β daki Cu yüzdeleri

sırasıyla a ve b. Sıvının ve β nın Cu içerikleri de kaldıraç forlülüyle tabloda görülmekte. 700°C de artık alaşım α +

β fazında. Alaşımlarda sırasıyla c ve d oranlarında Cu mevcut. Her bir fazın yüzdesi de kaldıraç formülü ile

tabloda görülmekte.

ARA FAZLAR İÇİN DENGE DİYAGRAMLARI

Örnek olarak incelenen ötektik bakır – gümüş ve kurşun – kalay faz diyagramları

sadece α ve β katı fazlarını içerir, aynı zamanda bu fazlar diyagramın iki ucuna yakın

bölgelerde oluştukları için uç katı çözeltiler olarak isimlendirilir. Diğer alaşım

sistemlerinde uç katı çözeltilerin dışında ara katı çözeltilere, yani ara fazlara da

rastlamak mümkündür. Buna benzer bir durum, bakır – çinko alaşım sistemi için

geçerlidir.

45

Bazı sistemlerde katı

çözeltilerden ziyade farklı

ara bileşiklerin yer aldığı

görülebilmektedir. Bu

bileşikler belirli tek bir

kimyasal bileşime sahip

olup, literatürde metaller

arası bileşikler olarak

isimlendirilir.

46

47

Gerçek sistemlerin çoğunda

birden fazla reaksiyon bulunur.

Arafazın tek bir kimyasal bileşik

olması durumunda metaller

arası fazlar söz konusudur.

AxBy metaller arası bileşiktir ve

bunların kimyasal bileşiklerden

farkı metalik karaktere sahip

olmalarıdır.

Demir-karbon faz diyagramında safdemir ısıtılması sırasında ergimedenönce iki defa kristal yapı değişikliğineuğrar. Oda sıcaklıklarında demir, α-demiri veya ferrit adını almakta oluphacim merkezli kübik (HMK) kristalyapıya sahiptir.

Ferrit 912°C nin üzerine çıkıldığındayüzey merkezli kübik (YMK) yapıyasahip γ-demirine veya ostenit fazınadönüşür.

Kimyasal bileşimin belirtildiği yatayeksen, sadece ağırlıkça % 6,67 Cmiktarına kadar uzanmaktadır. Fe3Cdemir karbür (sementit)

48

DEMİR KARBON ALAŞIMLARINDA MİKRO YAPI OLUŞUMU

49

Ötektik bileşimdeki ağırlıkça %0,76 C içeren

bir demir-karbon alaşımının ötektik

sıcaklığının altındaki ve üstündeki

mikroyapıların şematik gösterimi.

DEMİR KARBON DİYAGRAMINDAKİ REAKSİYONLAR

50

Ötektik reaksiyon 727°C

𝛾 %0,76𝐶𝑠𝑜ğ𝑢𝑚𝑎 𝑣𝑒 𝚤𝑠𝚤𝑛𝑚𝑎

𝛼 %0,022𝐶 + 𝐹𝑒3𝐶 (%6,7𝐶)

Ötektik reaksiyon 1147°C

𝐿𝑠𝑜ğ𝑢𝑚𝑎 𝑣𝑒 𝚤𝑠𝚤𝑛𝑚𝑎

𝛾 + 𝐹𝑒3𝐶

Peritektik reaksiyon 1493°C

𝐿 𝑠𝚤𝑣𝚤 + 𝛿 𝛾

C dışında çeliğe ilave edilen alaşım

element miktarlarına bağlı olarak

ötektoid sıcaklığının değişimi.

51

ÜÇLÜ FAZ DİYAGRAMLARI

Üçlü faz diyagramlarında genellikle bileşenlerden biri ile diğer iki bileşenin

oluşturduğu uyumlu ergiyen arafaz arasındaki dik kesitler incelenir. Bu kesitler çoğu

zaman gerçek ikili diyagramlarla aynıdır ve ikili diyagram olarak değerlendirilir.

52

Cr – Ni – Fe alaşımının 3 lü faz

diyagramında alaşımı oluşturan α, α' ve

γ fazlarının geçişleri % bileşenler olarak

görülmektedir.

53

OKSİDASYON YENİM

54

BİLİNESİ KAVRAMLAR

Yükseltgenme Atomun elektron vermesi (Oxidation)

İndirgenme Atomun elektron alması (Reduction)

Yükseltgen Karşısındakini yükseltgeyen yani kendisi indirgenen atom

İndirgen Karşısındakini indirgeyen yani kendisi yükseltgenen atom

Oksidasyon Yükseltgenme tepkimesidir (yaşlanma, korozyon, paslanma)

Rediksiyon İndirgenme tepkimesidir

Ᾱnyon Eksi yüklü atom veya iyon grup. Elektron aldığı için indirgenmiştir

Katyon Artı yüklü atom veya iyon grup. Elektron verdiği için yükseltgenmiştir

Anot Elektroliz hücresi için artı yüklü uçtur, anyonun () ilerlediği koludur

Katot Elektroliz hücresi için eksi yüklü uçtur, katodun (+) ilerlediği koludur

55

YENİM, BOZUNMA

Yenim malzemenin ortam tarafından deformasyonudur.

Metal, seramik ve polimer malzemelerde bozunma mekanizması birbirlerinden

farklıdır.

Metallerde ya çözünme (korozyon) ya metal olmayan tufal ya da film (oksidasyon)

oluşumu ile fiziki malzeme kaybı yaşanır.

Seramik malzemeler, çoğunlukla korozyon ve bozunmalara karşı oldukça dayanıklıdır.

Polimerler için, korozyon mekanizmaları ve sonuçları metal ve seramiklere göre daha

farklıdır ve çoğunlukla bozunma terimi kullanılır.

56

MADDENİN DOĞADAKİ HALLERİ

Maddeler doğanın tahribatına karşı hep en kararlı (düşük

entropili) bileşik hallerinde bulunma eğilimindedirler.

Metallerin, soy metaller gibi birkaç istisna hariç tümü

doğada bileşikleri halinde bulunur.

Örneğin demir cevherleri doğada Manyetit (Fe3O4),

Hematit (Fe2O3), Limonit (2Fe2O3·2H2O), Götit

(Fe2O3·H2O), Siderit (FeCO3) ve Pirit (FeS2) mineralleri

şeklinde bulunmaktadır.

57

pirit kristalleri

KİMYASAL KOROZYON

Korozyon, kimyasal maddelerin (katı, sıvı, gaz) katı nesnelerinyüzeyleriyle kimyasal etkileşim sonucu kütle yitirmesine nedenolmasıdır.

Korozyonu engellemek genelde olanaksızdır. Endüstriyelmalzemelerin tamamı doğada kararlı halleri olan bileşiklerihalindedir. Üretim metalurjisinin enerji harcayan *redükleyiciyöntemleri bu bileşikleri metal haline döndürür. Ortamdaki oksijen,metal ve alaşımları oksitleyip tekrar bileşik haline döndürmeyeçalışır. Bu bir döngüdür.

Atmosfer, sulu çözeltiler, toprak, asitler, bazlar, inorganik çözücüler,ergimiş tuzlar, sıvı metaller başlıca korozif ortamlardır.

58

asit yağmuru etkisi

*indirgeyici

FİZİKSEL KOROZYON vs EREZYON

Organik sıvıların yada ergimiş metallerin neden olduğu

korozyon türüdür. Korozyon doğrudan fiziksel

çözünme yada katı hal değişimi ile gerçekleşir. Civa

yada ergimiş alüminyumun metal malzeme yüzeyinde

korozyona neden olması fiziksel korozyona örnek

olarak gösterilebilir.

Mekanik aşınma ise *triboloji bilminin konusudur.

59*sürtünme, aşınma ve yağlama konularını inceleyen bilim dalıdır.

METALLERİN KOROZYONU

Korozyon, genel olarak bir metalin istenmeyen ve tahrip edici bir reaksiyona

(çözünmeye) maruz kalması olarak tanımlanır. Bu, elektrokimyasal bir reaksiyondur ve

genellikle yüzeyden başlar. Biz bunu pas olarak biliriz.

60

YÜKSELTGENME İNDİRGENME

Oksidasyon reaksiyonunda, metal atomları

karakteristik olarak elektron verirler.

𝑀yükseltgenme

𝑀+𝑛 + 𝑛𝑒−

Bir atomun elektron vermesi

yükseltgenmedir. Elektronu alan atom

indirgenmiş olur.

61

YÜKSELTGENME

Oksidasyondur. Yükseltgenme atomun elektron vermesidir.

Oksidasyon (anotta gerçekleşir)

𝐴 𝐴+ + 𝑒−

Redüksiyon (katotda gerçekleşir)

𝐵 + 𝑒− 𝐵−

redoks

𝐴 + 𝐵 𝐴+ + 𝐵−

62

OKSİDASYON – YAŞLANMA

Oksidasyonun yer aldığı taraf anot dur, anodik reaksiyon

olarak da anılır. Bir yükseltgenme reaksiyonudur.

Oksidasyon sonucu, her bir metal atomundan verilen

elektronlar diğer bir kimyasal maddeye transfer edilir. Bu

reaksiyona indirgenme (redüksiyon) reaksiyonu denir.

𝐹𝑒 𝐹𝑒2+ + 2𝑒−

anodik oksitdasyon reaksiyonu

63

64

Bir metal yüzeyindeki oksidasyon

sürecinin şematik gösterimi. Metal

elektron vererek oksitlenir, yükseltgenir,

paslanır, yaşlanır.

Tufal tabakası yükseltgenmiş metalin

oksit bileşiğidir, pastır. İndirgenme

ürünüdür.

65

2𝐻+ + 2𝑒− 𝐻2

𝑂2 + 4𝐻+ + 4𝑒− 2𝐻2𝑂

𝑂2 + 2𝐻2𝑂 + 4𝑒− 4𝑂𝐻−

Bir asit çözeltisindeki hidrojen iyonlarının indirgenmesi

Çözünmüş oksijen içeren bir asit çözeltisinin indirgenmesi

Çözünmüş oksijen içeren bir nötr çözeltisinin indirgenmesi

𝑀𝑛+ + 𝑒− 𝑀(𝑛−1)+Çok değerlikli metal iyonunun indirgenmesi

𝑀𝑛+ + 𝑛𝑒− 𝑀Bir metal iyonunun yüksüz hale

indirgenmesi

KİMYASAL KOROZYON

Metal malzemelerin direkt olarak ortamla reaksiyona girmesi

sonucu oluşur. Yani metal ile reaksiyona giren diğer element

arasında doğrudan bir elektron alışverişi söz konusudur. Bu

sırada metal elektron verir. Kimyasal korozyonda diğer

element çoğunlukla oksijen olduğundan, reaksiyon ürünü

metal oksittir. Örneğin;

2 𝑀𝑔 + 𝑂2 2𝑀𝑔𝑂

4 𝐶𝑢 + 𝑂2 2𝐶𝑢2𝑂

2 𝐶𝑢 + 𝑂2 2𝐶𝑢𝑂66

oksitlenmiş bakır

ELEKTRO KİMYASAL KOROZYON

Metal ve alaşımlarının sulu ortamlar içindeki korozyonudur. Elektro kimyasal korozyonun

meydana gelmesi için elektrik akımının iletilebileceği sulu bir elektrolit ortamın

bulunması gerekir. Elektrolit içinde iyon hareketi olan bir ortamdır.

Katot reaksiyonu 𝑛𝑀+ + 𝑛𝑒− 𝑀

Anot reaksiyonu 𝑀 𝑛𝑀+ + 𝑛𝑒−

67

korozyona dayanıklı soy metal

68

Çinkonun korozyonu

ELEKTROKİMYASAL SERİ

69

Metaller için standartelektrot yarım hücregerilimleri

GALVANİK SERİ

70

Galvanik seri, gerçek ortamlarda metal potansiyellerinin sıralı termodinamik seridir.

Pla

tin

Alt

ın

Gra

fit

Tita

nyu

m

Gü

mü

ş

31

6 p

asla

nm

az ç

elik

(p

asif

)

30

4 p

asla

nm

az ç

elik

(p

asif

)

İnko

nel

(80

Ni-

13

Cr-

7Fe

) (p

asif

)

Nik

el (

pas

if)

Mo

nel

(7

0N

i-3

0C

u)

Bak

ır –

nik

el a

laşı

mla

rı

Bro

nzl

ar (

Cu

-Sn

alaş

ımla

rı)

Bak

ır

Pir

inçl

er (

Cu

-Zn

ala

şım

ları

)

İnko

nel

Nik

el

Kal

ay

Ku

rşu

n

31

6 p

asla

nm

az ç

elik

(ak

tif)

30

4 p

asla

nm

az ç

elik

(ak

tif)

Dö

kme

dem

ir

Dem

ir v

e Ç

elik

Alü

min

yum

ala

şım

ları

Kad

miy

um

Tica

ri s

aflık

ta a

lüm

inyu

m

Çin

ko

Mag

nez

yum

ve

alaş

ımla

rı

𝐢𝐧𝐞𝐫𝐭 𝐤𝐚𝐭𝐨𝐝𝐢𝐤 𝐦𝐞𝐭𝐚𝐥𝐞𝐫 𝐚𝐤𝐭𝐢𝐟 𝐚𝐧𝐨𝐝𝐢𝐤 𝐦𝐞𝐭𝐚𝐥𝐥𝐞𝐫

71

Her biri 1M lık kendi iyonu içine

daldırılmış demir ve bakır elektrotlar

içeren elektrokimyasal hücre. Demir

korozyona uğrarken bakır ise elektrolitik

olarak kaplanmaktadır.

72

Her biri 1M lık kendi iyonu içine

daldırılmış demir ve çinko elektrotlar

içeren elektrokimyasal hücre. Demir

elektrolitik olarak kaplanırken çinko

korozyona uğramaktadır.

KOROZYONUN ÖNLENMESİ

Korozyonun tamamen önlenebilmesi ancak malzemenin saf ve homojen olması ve korozif

maddelerle temas etmemesi gibi şartlar altında mümkün olabilir. Bunun dışında korozyonun

önlenebilmesi için alınabilecek tedbirleri üç ana başlık altında toplamak mümkündür.

1) Yalıtım: Korunması istenen malzeme ile elektrolitin temasını önlemek. Bunun için yağlama,

boyama, ziftleme, plastik kaplama, koruyucu tabaka oluşturma (oksit filmi oluşturma,

fosfatlama), emaye kaplama gibi işlemler uygulanır. Korozyondan pasif korumadır.

2) Homojenisazyon: Farklı malzeme konstrüksiyonlarından kaçınarak galvanik kutupların

oluşumunu önlemek. Böylece oluşabilecek kutuplar arasındaki potansiyel farkını minumuma

indirmek.

73

KATODİK KORUMA SİSTEMLERİ

3. Galvanik (Katodik) Koruma: Korozif ortamda daima anot

durumda olan malzeme korozyona uğrayıp tahrip

olduğundan, korunması istenen malzeme katod durumuna

getirilir. Oksitlenen (korozyona uğrayan) metale kurban anot

adı verilir. Bu korozyon için kesin çözümdür.

Galvanik (Katodik) koruma sistemleri iki şekilde uygulanır.

a. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi

b. Galvanik anotlu katodik koruma sistemi (Mg, Al, Zn gibi)74

75

Yeraltı tankında dış akım kaynaklı koruma. Bir transformatör *redresör sisteminden elde edilen

doğru akımın eksi ucu korunacak olan metale, artı ucu ise yardımcı anota bağlanır. Toprak altı

yapılarda en sık kullanılan sistemlerdir.

Redresör alternatif akımı (AC) doğru akıma (DC) çeviren doğrultucu düzeneklerdir.

76

Magnezyum kurban anot kullanılan yeraltı

boru hattı. İzole bakır tel yardımıyla çelik

boruya elektron akışı sağlanır. Galvanik

serinin en aktif metallerinden olan

magnezyum çeliğe göre anot görevi

üstlenir. Harcanan oksitle nen magnezyum

olacaktır.

elektron akış yönü ile elektrik akımının yönü terstir. Hareket eden olgu elektron olsa da akım yönü + dan – ye kabul edilir.

ÇİNKO ANOT VE TUTYA

77

Çinko anotlar düşük rezistiviteli zeminler içinde ve

özellikle deniz yapılarının katodik korunmasında galvanik

anot olarak kullanılmaktadır. Çinko anotlar Tutya olarak

da adlandırılırlar.

Saf çinko anotlarla korunan demir metali arasında

yaklaşık olarak 250mV luk bir potansiyel fark oluşur. Bu

fark katodik koruma için yeterlidir.

78

Gemi gövdelerini korozif deniz suyu ortamından korumak için tutya kullanılır.

GALVANİZE DEMİR

Katodik koruma maksadıyla sanayide üretilen demir malzemeler eriyik çinko

banyosundan geçirilir.

79

80

Çinko kaplama yoluyla çeliğin galvanik

olarak korunması. Çinko anot davranış

sergileyerek harcanmaktadır.

81

Metal kaplamalar korunan malzemeye göre düşük veya

yüksek potansiyelli olabilir. Daha asal metalden olan

koruma tabakası üstün dayanım göstermekle beraber,

herhangi bir nedenle yerel bozulmaya uğrarsa ana

malzeme anodik olarak çözünür (Krom veya nikel kaplı çelik

parçaların paslanması).

82

Özellikle çelik üzerinde çinko gibi asal olmayan bir kaplama ise, böyle bir durumda koruyucu

anot işlevini görür. Oluşan korozyon ürünleri katodik bölgelere yani ana malzemenin ortaya çıkan

yüzeylerine birikerek reaksiyonu durdurur.

Tasarım sırasında da korozyondan koruyucu etkin önlemler alınabilir. Örneğin çok farklı

potansiyele sahip malzeme çiftleri arasındaki korozyon akımı ara yalıtkan tabakalar ile

engellenebilir.

BEYAZ PAS

Galvanize metaller; musluk suyu, deniz suyu, tuzlu çözeltiler gibi

nötr ve bazik çözeltiler alkali ortamlarda korozyona uğrarlarsa beyaz

pas oluşur.

Eğer çinko su yada nemli havada korozyona uğrarsa aşağıdaki

reaksiyonlar gereğince beyaz pas oluşur.

Zn + Τ12 O2 ZnO Çinko oksit

ZnO + H2O Zn OH 2 Çinko Hidroksit (Beyaz Pas)

83

PASLANMAZ ÇELİK

84

Paslanmaz çelik paslanmaya karşı dirençli bir çelik türüdür. Malzemeye bu özelliklerini

krom kazandırır. Krom yeterli miktarda olduğunda yüzeyde oksitlenme sonucu krom

oksit tabakası oluşur. Gözle görülemeyecek kadar ince olan bu tabaka alaşımın ışıltılı

görünmesine sebep olur ve koruma sağlar.

KOROZYON HIZI

Korozyon hızı pratik olarak, birim yüzey alanından birim zamanda

uzaklaşan metal kütlesi şeklinde tanımlanır. Örneğin 1 dm2 yüzeyden, 1

gün içinde kaybolan metal kütlesi (g/dm2·gün) olarak korozyon hızını ifade

eder. Ancak genellikle zaman birimi olarak gün yerine yıl seçilir.

Pratikte hesapları kolaylaştırmak için korozyon hızının metal kalınlığının

belli bir süre içindeki azalışı şeklinde ifade edilmesi tercih edilir. Bir çok

uygulama için kabul edilebilir korozyon hızı < 0,5 mm/yıl dır.

85

KOROZYON HIZI BİRİMLERİ

Bilimsel çalışmalarda korozyon hızı daha çok akım yoğunluğu ile ifade edilir. Birim metal

yüzeyinden, birim zamanda geçen akım miktarı doğrudan korozyon hızını verir. Faraday

Yasasına göre devreden 1 Faraday akım geçtiğinde anotta 1 eşdeğer gram madde

iyon haline geçer. Elektrokimyada korozyon hızı (μA/cm2) olarak verilir.

86

KOROZYON HIZI BİRİMLERİ

Akım yoğunluğu tanım olarak, birim anot yüzey alanından geçen akım şiddeti korozyon hızını

verir. Özellikle katodik koruma hesaplarında korozyon hızı birimi olarak anot akım

yoğunluğunun (mA/m2) veya (μA/cm2) olarak kullanılması tercih edilir.

Kütle kaybı birim yüzeyden birim zamanda kaybolan madde kütlesi de korozyon hızı olarak

tanımlanmaktadır. Bu nedenle en çok kullanılan korozyon birimi, gram/m2·gün (gmd) ve

mg/dm2·gün (mdd) dir.

Penetrasyon Korozyon hızının derinlik olarak ifade edilmesidir. Korozyon hızı olarak

genellikle (mm/yıl) birimi kullanılır.

87

FARADAYIN 1. ELEKTROLİZ KANUNU

88

Bir elektroliz devresinde açığa çıkan madde miktarı, devreden geçen elektrik yük

miktarı ile doğru orantılıdır.

𝑚 = 𝑄 ×ൗ𝑀𝑎

𝑛

𝐹

m: Elektrotlarda değişen madde miktarı

Q: Elektrik yük miktarı

Ma: Elementin molekül kütlesi

n: Alınan veya verilen elektron sayısı

F: faraday sabiti 96500 C/mol

FARADAYIN 2. ELEKTROLİZ KANUNU

89

Aynı miktar elektrik yükü farklı elektrolitlerde geçirilirse, elektrotlarda değişen

madde miktarları, bu maddelerin eşdeğer kütleleriyle doğru orantılıdır. Buna göre

devreden 1 faradaylık elektrik miktarı geçerse, elektrotlarda 1 eşdeğer gram madde

açığa çıkar.

𝑄 = 𝐼 × 𝑡

Q: Yük miktarı (Coulomb)

I: Akım şiddeti (Amper)

t: zaman (saniye)

elektron yükü 1,6x10-19 C dur.

Bir bakır kaplama işleminde (Cu2+), bakır katot kimyasal olarak çözünürken

(yenerken) 15 A akım kullanılmaktadır. Anotta 8,50 g madde toplanması ne kadar

zaman alacaktır? Ma 63,5 g/mol

90

𝑚 = 𝑄 ×𝑀𝑎

𝐹 × 𝑛

𝑚 = 𝐼 × 𝑡 ×𝑀𝑎

𝐹 × 𝑛

8,5 𝑔 = 15 𝐴 × 𝑡 𝑠 ×63,5 𝑔/𝑚𝑜𝑙

96500 𝐴 · 𝑠/𝑚𝑜𝑙 × 2

𝑡 =8,5 × 96500 × 2

63,5 × 15= 1722,3097 𝑠 = 28,7 𝑑𝑎𝑘

Demirin (Fe2+) korozyon hızını belirlemek için yapılan korozyon testinde korozyon

akım yoğunluğu 0,1 µA/cm2 olarak belirlenmiştir. Buna göre demirin korozyon

hızını g/yıl·cm2 ve mm/yıl olarak hesaplayınız. Fe Ma 56 g/mol,

ρ 7,8 g/cm3

91

𝑄 = 𝐼 × 𝑡

𝑄 = 0,1 × 10−6 × 60𝑠𝑎𝑛𝑖𝑦𝑒 × 60𝑑𝑎𝑘 × 24𝑠𝑎𝑎𝑡 × 365𝑔ü𝑛 = 3,154 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏

𝑚 = 𝑄Τ𝑀𝑎 𝑛

𝐹𝑣𝑒 F: faraday sabiti 96500 C/mol

𝑚 = 3,154 ×56

96500 × 2= 0,915 × 10−3𝑔/𝑐𝑚2𝑦ı𝑙

0,915 × 10−3 𝑔/𝑐𝑚2𝑦ı𝑙

7,8 𝑔/𝑐𝑚3= 0,00012 Τ𝑐𝑚 𝑦𝚤𝑙 = 0,0012 𝑚𝑚/𝑦ı𝑙

Çıkan değerin yoğunluğa bölümü g/cm2·yıl birimini g·cm3/g·cm2·yıl birimime çevirir.

Demir metali (Fe2+) için 1 µA/cm2 akım yoğunluğuna karşılık gelen korozyon hızını

gmd, mdd ve mm/yıl olarak hesaplayınız. Ma 56 g/mol ; ρ 7,84 g/cm3

92

𝑚 =𝐼 × 𝑡 × ൗ𝑀𝑎

𝑛

𝐹

1 µA/cm2 = 0,01 A/m2

𝑚 =0,01 Τ𝐴 𝑚2 × 86400 𝑠 × ൗ56

296500 𝐶/𝑚𝑜𝑙

m = 0,250 g/m2·gün (gmd)

gmd → mdd

0,250𝑔

𝑚2 × 𝑔ü𝑛= 0,250 ×

𝑔

𝑚2 × 𝑔ü𝑛×

1000𝑚𝑔

1𝑔×

1𝑚2

100𝑑𝑚2

0,250 gmd = 2,50 mg/dm2·gün (mdd)

mdd → mm/yıl

2,50𝑚𝑔

𝑑𝑚2 × 𝑔ü𝑛= 2,50 ×

𝑚𝑔

𝑑𝑚2 × 𝑔ü𝑛×

1𝑔

1000𝑚𝑔×

1𝑑𝑚2

100𝑐𝑚2×

365𝑔ü𝑛

1𝑦𝚤𝑙

2,50 mg/dm2·gün = 0,009125 g/cm2·yıl

2,5 𝑚𝑑𝑑 =0,009125 𝑔/𝑐𝑚2𝑦𝚤𝑙

7,84 𝑔/𝑐𝑚3= 1,16 × 10−3 Τ𝑐𝑚 𝑦𝚤𝑙 = 0,0116 Τ𝑚𝑚 𝑦𝚤𝑙

Bir tuz çözeltisi içinde demirin (Fe2+) korozyon hızı 0,15 mm/yıl olarak

ölçülmüştür. Buna göre korozyon hızını gmd ve µA/cm2 cinsinden hesaplayınız. Ma

56g/mol ; ρ 7,84 g/cm3

93

Önce 1 m2 yüzey alanından 1 yılda ayrılan demir hacmi

V = alan × derinlik

𝑉 = 1𝑚2 × 0,15𝑚𝑚 ×1𝑚

1000𝑚𝑚= 0,00015 𝑚3 = 150 𝑐𝑚3

1 m2 alanda korozyona uğrayan demirin kütlesi

𝑚 = 𝑉 × 𝜌 = 150 𝑐𝑚3 × 7,84 Τ𝑔 𝑐𝑚3 = 1176 𝑔 (yılda)

1 m2 alanda 1 günde korozyona uğrayan demirin kütlesi

𝑚 = Τ1176 365 = 3,22 Τ𝑔 𝑚2𝑔ü𝑛 (𝑔𝑚𝑑)

1 m2 yüzey alanında meydana gelen

korozyon hızı µA/cm2 cinsinden

𝑚 =𝐼 × 𝑡 × ൗ𝑀𝑎

𝑛

𝐹

3,22 =𝐼 × 86400 𝑠 × ൗ56

296500 𝐶/𝑚𝑜𝑙

I = 0,13 A/m2 = 0,13 × (106/104) = 13 μA/cm2

Bir çelik kazık deniz suyu içinde 2,5 g/m2·gün korozyon hızı ile bozulmaktadır.

Bu çelik kazık için katodik koruma akım ihtiyacını hesaplayınız. Ma 56g/mol ; n 2

94

1 m2 yüzey alanındaki korozyon için harcanan akım şiddeti Faraday yasası ile

𝑚 =𝐼 × 𝑡 × ൗ𝑀𝑎

𝑛

𝐹

2,5 =𝐼 × 86400 𝑠 × ൗ56

296500 𝐶/𝑚𝑜𝑙

𝐼 =2,5 × 96500 𝐶/𝑚𝑜𝑙

86400𝑠 × 28

I = 0,9972 ≈ 0,1 A/m2 = 100 mA/m2

KOROZYON ÇEŞİTLERİ

Çeşitli ortamlarda değişik etkilerle ve mekanizmalarla

oluşan korozyon olayları birbirinden farklıdır. Pratik

olarak birbirinden ayırt edilebilen farklı korozyon

çeşitleri bilinmektedir. Bu korozyon çeşitlerinin oluş

nedenleri ve karakteristik özellikleri şu şekilde

açıklanabilir.

95

HOMOJEN (UNİFORM) KOROZYON

Homojen korozyon elektro-kimyasal korozyonun bir çeşididir. Malzeme yüzeyini eşit

yoğunlukta etkiler ve geride genellikle oksit tabakası (tufal) bırakır.

96

ÇUKUR KOROZYON

Metal yüzeyinde çukur oluşturarak meydana gelen korozyondur. Oyuklanma korozyonu da

denir. Metal yüzeyinde bir kısım bölgenin anodik bir diğer bölgelerinin katodik davranlası

sonucu oluşur.

97

GALVANİK KOROZYON

Bileşimleri farklı iki metal veya alaşım elektriksel

olarak birleştirilir ve bir elektrolit (çözelti) etkisinde

kalırsa galvanik korozyon oluşur.

98

ÇATLAK KOROZYONU

Metal yüzeyindeki bir çatlağın veya metal/metal ara

yüzeylerine sızmış elektrolitin çevresindeki daha yüksek

oksijen konsantrasyonunun çözelti ile oluşturduğu

korozyondur. Milimetrenin binde biri kadar çatlaklarda dahi bu

korozyon oluşabilir.

99

FİLİ FORM KOROZYON

Metal yüzeyindeki boya veya kaplamanın

altında yürüyen korozyondur. Metal

kaplamasının zayıf veya yırtık noktalarında

oluşur.

100

SEÇİMLİ KOROZYON

Bir alaşım içinde bulunan elementlerden birinin

korozyona uğrayarak ortamdan ayrılmasıdır. Örneğin

pirinçten (%70 Cu + %30 Zn) çinkonun ayrılması.

101

TANELER ARASI KOROZYON

Bir metalin kristal yapısında tanelerin sınır çizgisi boyunca

meydana gelen korozyondur. Ergitilmiş metallerin

katılaşması veya ısıl işlemler esnasında farklı bölgelerin

farklı işlemlere maruz kalması sonucu oluşur.

102

EROZYON KOROZYONU

Erozyon – korozyonu akışkan hareketinin bir sonucu olarak, kimyasal etki ile mekanik

aşınma veya yıpranmanın birlikte etkimesiyle meydana gelir.

103

KAVİTASYON KOROZYONU

Elektrolitik akışkan içinde bir gaz, hava veya

buhar kabarcığının bulunması halinde metal

yüzeyinde oluşan korozyondur.

104

HİDROJEN KIRILGANLIĞI

Korozif etkilerle metal çatlaklarına sızan hidrojen atomlarının

birleşerek hidrojen molekülleri oluşturmaları sonucu metalin

çatlaması halidir.

Çeşitli metal alaşımlarında, özellikle bazı çeliklerde, hidrojen

atomlarının malzemenin içine nüfuz etmesiyle malzemenin

süneklik ve çekme dayanımında önemli ölçüde azalma

meydana gelir. Bu olaya uygun bir tanımlama olarak, hidrojen

gevrekliği adı verilmiştir.

105

KAÇAK AKIMI KOROZYONU

Herhangi bir doğru akım kaynağından zemine salınan

kaçak (serseri) akımların, yolları üzerinde rastladıkları

metalleri terk ettiği noktalarda oluşturduğu

korozyondur.

106

MİKROBİYOLOJİK KOROZYON

Mikrobiyolojik canlıların hayat

faaliyetleri sonucu oluşan asit ve

sülfür gibi bileşiklerin neden

olduğu korozyondur. Oksijenli ve

oksijensiz ortamlarda oluşabilir.

107

ASİT YAĞMURLARI VE NEDENLERİ

Asidik kimyasalların yağmurudur, kar, sis,

çiy veya kuru parçacıklar şeklinde olabilir.

Asit yağmurları, fosil yakıtların yakılmasıyla

oluşur, özellikle sanayi devriminden sonra

kükürt ve azot gazlarının atmosferde hızla

birikmesiyle etkisini hissettirmeye

başlamıştır.

Asit yağmurları yükseltgen etkilerinden

dolayı koroziftir.

108

SERAMİK MALZEMENİN KOROZYONU

Seramik malzemeler, metal ve metal dışı elementler arasında

yer alan bileşiklerdir ve hali hazırda korozyona uğramış

olarak düşünülebilir. Bu nedenle, özellikle oda sıcaklığında

hemen hemen tüm ortamlarda korozyona karşı son derece

yüksek dirence sahiptirler. Seramik malzemelerin korozyonu,

metallerde gözlenen elektrokimyasal süreçlerin aksine

genellikle basit bir kimyasal çözünmeden ibarettir.

109

SERAMİK TÜRLERİ

Seramikler genel olarak iki sınıfa ayrılırlar:

a) Hidratlı alüminasilikatların küçük kristallerini birinci derecede içeren pişmiş killer,

b) Maliyeti yüksek ileri teknoloji ürünü saf yoğun oksitler, nitrürler, karbürler ve

borürler.

Her iki tür seramik de kararlı kimyasal yapılarından ötürü oksidatif etmenlere karşı

dayanıklıdır. Gevrek yapıya sahip seramik malzemeler genellikle mekanik aşınmalar

sonucu yenime uğrarlar.

110

111Anfora

POLİMERİK MALZEMELERDE YENİM

Polimerler de çevresel etkileşimler sonucu bozunmaya (ayrışmaya) uğrarlar.İstenmeyen etkileşimler neticesinde ortaya çıkan olay, bozunma olaraknitelendirilmekle birlikte temel oluşum süreçleri korozyonunkine benzemediği içinkorozyondan farklıdır.

Polimerler ayrılma olarak adlandırılan molekül zincir bağlarının kopması ya dabölünmesiyle bozunur. Bu olay, zincir bölüm noktalarında parçalara ayrılma vemolekül ağırlığında azalmaya neden olur.

Bağ kopması olayı, malzemenin radyasyon veya ısıya maruz kalması ve kimyasalreaksiyona uğraması sonucunda oluşabilir.

112