Upload
others
View
17
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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