Kimyasal korozyon, agresif bir dış ortamla etkileşime girdiğinde metalin tahrip edilmesinden oluşan bir süreçtir. Korozyon işlemlerinin kimyasal çeşitliliği elektrik akımının etkileri ile ilgili değildir. Bu tip korozyonda, tahrip edilecek malzemenin aynı zamanda ortamın elemanları için bir indirgeyici madde olduğu bir oksidatif reaksiyon meydana gelir.
- Gaz korozyonu
- Oksit filmin özellikleri
- Korozyon oranı
- Elektrolit olmayan sıvılarda korozyon
- Korozyondan Korunma Yöntemleri
- Organosilikat kaplamalar
Çeşitli agresif ortamların sınıflandırılması iki tür metal yıkımı içerir:
- elektrolit olmayan sıvılarda kimyasal korozyon;
- kimyasal gaz korozyonu.
Gaz korozyonu
Kimyasal korozyonun en yaygın biçimi olan gaz, yüksek sıcaklıklarda gazlarda oluşan aşındırıcı bir işlemdir. Bu sorun, birçok teknolojik ekipman ve parçanın (fırın, motor, türbin vb. Parçaları) çalışması için tipiktir. Ek olarak, ultra yüksek sıcaklıklar, yüksek basınç altında metallerin işlenmesinde kullanılır (haddelemeden önce ısıtma, damgalama, dövme, termal işlemler, vb.).
Yüksek sıcaklıklarda metallerin durumunun özellikleri, özelliklerinden ikisi ile belirlenir - ısı direnci ve ısı direnci. Isı direnci, bir metalin mekanik özelliklerinin aşırı yüksek sıcaklıklarda kararlılık derecesidir. Mekanik özelliklerin stabilitesi altında, uzun süre mukavemet ve sürünme direnci korunur. Isı direnci, bir metalin yüksek sıcaklıklarda gazların aşındırıcı aktivitesine direncidir.
Gaz korozyonunun gelişme hızı, aşağıdakileri içeren bir dizi gösterge ile belirlenir:
- atmosfer sıcaklığı;
- metal veya alaşıma dahil bileşenler;
- gazların bulunduğu çevresel parametreler;
- gazlı ortam ile temas süresi;
- aşındırıcı ürünlerin özellikleri.
Korozyon işlemi, metal yüzeyinde ortaya çıkan oksit filmin özelliklerinden ve parametrelerinden daha fazla etkilenir. Oksit oluşumu kronolojik olarak iki aşamaya ayrılabilir:
- oksijen moleküllerinin atmosferle etkileşime giren metal bir yüzeye adsorpsiyonu;
- metal yüzeyin gazla temas ettirilmesi kimyasal bir bileşik ile sonuçlanır.
İlk aşama, bir oksijen atomu metalden bir çift elektron aldığında, oksijen ve yüzey atomlarının etkileşiminin bir sonucu olarak bir iyonik bağın ortaya çıkması ile karakterize edilir. Ortaya çıkan bağ olağanüstü gücü ile ayırt edilir - oksijenin oksit içindeki metalle olan bağından daha büyüktür.
Bu bağlantının açıklaması, atomik alanın oksijen üzerindeki etkisinde yatmaktadır. Metal yüzey bir oksitleyici ajan ile doldurulur doldurulmaz (ve bu çok hızlı bir şekilde gerçekleşir), düşük sıcaklıklarda, van der Waals'ın gücü sayesinde, oksitleyici moleküllerin adsorpsiyonu başlar. Reaksiyonun sonucu, zamanla kalınlaşan ve oksijen erişimini zorlaştıran en ince monomoleküler filmin ortaya çıkmasıdır.
İkinci aşamada, ortamın oksitleyici elemanının metalden değerlik elektronları aldığı kimyasal bir reaksiyon meydana gelir. Kimyasal korozyon reaksiyonun sonucudur.
içeriğe ↑
Oksit filmin özellikleri
Oksit filmlerin sınıflandırılması üç tip içerir:
- ince (özel cihazlar olmadan görünmez);
- ortam (renk değişikliği);
- kalın (çıplak gözle görülebilir).
Ortaya çıkan oksit filmin koruyucu özellikleri vardır - kimyasal korozyon gelişimini yavaşlatır veya hatta tamamen engeller. Ayrıca, bir oksit filmin varlığı metalin ısı direncini arttırır.
Bununla birlikte, gerçekten etkili bir film bir dizi özelliği karşılamalıdır:
- gözenekli olmamalı;
- sürekli bir yapıya sahip;
- iyi yapışma özelliklerine sahiptir;
- atmosfere göre kimyasal etkisizlik bakımından farklılık gösterir;
- sert ve aşınmaya dayanıklı olmalıdır.
Yukarıdaki koşullardan biri - sağlam bir yapı özellikle önemlidir. Süreklilik durumu, oksit filmin moleküllerinin metal atomlarının hacmi üzerindeki hacminin fazlalığıdır. Süreklilik, oksidin tüm metal yüzeyini sürekli bir tabaka ile kaplama kabiliyetidir. Bu koşul karşılanmazsa, film koruyucu olarak kabul edilemez. Bununla birlikte, bu kuralın istisnaları vardır: bazı metaller için, örneğin, magnezyum ve alkalin toprak gruplarının (berilyum hariç) elemanları için süreklilik kritik göstergelere ait değildir.
Oksit filmin kalınlığını belirlemek için çeşitli teknikler kullanılır. Filmin koruyucu nitelikleri, oluşumu sırasında netleştirilebilir. Bunu yapmak için, metal oksidasyon hızını ve zaman içindeki hız değişiminin parametrelerini inceliyoruz.
Zaten oluşturulmuş oksit için, filmin kalınlığı ve koruyucu özelliklerinin incelenmesinden oluşan başka bir yöntem kullanılır. Bunu yapmak için yüzeye bir reaktif uygulanır. Daha sonra uzmanlar, reaktifin nüfuz etmesi için geçen süreyi kaydeder ve elde edilen verilere dayanarak film kalınlığının olduğu sonucuna varırlar.
içeriğe ↑Dikkat! Son olarak oluşan oksit filmi bile oksitleyici ortam ve metal ile etkileşime devam eder.
Korozyon oranı
Kimyasal korozyonun gelişme yoğunluğu sıcaklık rejimine bağlıdır. Yüksek sıcaklıklarda, oksidatif süreçler daha hızlı gelişir. Dahası, reaksiyon sırasında termodinamik faktörün rolündeki azalma süreci etkilemez.
Soğutma ve değişken ısıtma çok önemlidir. Termal gerilimler nedeniyle, oksit filmde çatlaklar oluşur. Delikler boyunca oksitleyici eleman yüzeye çarpar. Sonuç olarak, yeni bir oksit filmi tabakası oluşur ve birincisi soyulur.
En az rol gazlı ortamın bileşenleri tarafından oynanmaz. Bu faktör farklı metal türleri için bireyseldir ve sıcaklık dalgalanmaları ile tutarlıdır. Örneğin, bakır oksijene temas ederse çabuk paslanır, ancak sülfür oksit ortamında bu işleme dayanıklıdır. Nikel için, aksine, sülfürik oksit ölümcüldür ve oksijen, karbondioksit ve su ortamında stabilite gözlenir. Ancak krom tüm bu ortamlara karşı dayanıklıdır.
Dikkat! Oksitin ayrılma basınç seviyesi, oksitleyici elemanın basıncını aşarsa, oksidasyon işlemi durur ve metal termodinamik kararlılık kazanır.
Alaşımın bileşenleri de oksidatif reaksiyonun hızını etkiler. Örneğin, manganez, kükürt, nikel ve fosfor demirin oksidasyonuna katkıda bulunmaz. Ancak alüminyum, silikon ve krom işlemi yavaşlatır. Kobalt, bakır, berilyum ve titanyum demirin oksidasyonunu daha da yavaşlatır. Vanadyum, tungsten ve molibden katkı maddeleri, bu metallerin eriyebilirliği ve uçuculuğu ile açıklanan süreci daha yoğun hale getirmeye yardımcı olacaktır. Oksidasyon reaksiyonları, yüksek sıcaklıklara en iyi adapte olduğu için östenitik yapı ile en yavaş ilerler.
Korozyon hızının bağlı olduğu diğer bir faktör, işlenmiş yüzeyin karakteristiğidir. Pürüzsüz yüzeyler daha yavaş, pürüzlü yüzeyler daha hızlı oksitlenir.
içeriğe ↑Elektrolit olmayan sıvılarda korozyon
İletken olmayan sıvılar (ör.elektrolit olmayan sıvılar) aşağıdakiler gibi organik maddeleri içerir:
- benzen;
- kloroform;
- alkoller;
- karbon tetraklorür;
- fenol;
- yağ;
- benzin;
- gazyağı vb.
Ek olarak, sıvı brom ve erimiş kükürt gibi az miktarda inorganik sıvılar elektrolit olmayan sıvılar olarak sınıflandırılır.
Organik çözücülerin kendilerinin metallerle reaksiyona girmediğine dikkat edilmelidir, ancak az miktarda kirlilik varlığında yoğun bir etkileşim süreci meydana gelir.
Yağdaki kükürt elementleri korozyon oranını arttırır. Ayrıca, yüksek sıcaklıklar ve sıvıda oksijen bulunması korozyon süreçlerini arttırır. Nem, elektromekanik prensibe uygun olarak korozyon gelişimini yoğunlaştırır.
Korozyonun hızlı gelişiminde bir başka faktör sıvı bromdur. Normal sıcaklıklarda özellikle yüksek karbonlu çeliklere, alüminyum ve titanyuma zarar verir. Bromin'in demir ve nikel üzerindeki etkisi daha az önemlidir. Sıvı bromine en büyük direnç kurşun, gümüş, tantal ve platin ile gösterilmiştir.
Erimiş kükürt, başta kurşun, kalay ve bakır olmak üzere hemen hemen tüm metallerle agresif bir reaksiyona girer. Çelik ve titanyum sülfürün karbon dereceleri daha az etkilenir ve alüminyumu neredeyse tamamen yok eder.
İletken olmayan sıvı ortamlarda bulunan metal yapılar için koruyucu önlemler, belirli bir ortama dirençli metaller (örneğin, yüksek krom içeriğine sahip çelikler) eklenerek gerçekleştirilir. Ayrıca, özel koruyucu kaplamalar kullanılır (örneğin, çok fazla kükürt bulunan bir ortamda alüminyum kaplamalar kullanılır).
içeriğe ↑Korozyondan Korunma Yöntemleri
Korozyon kontrol yöntemleri şunları içerir:
- baz metalin koruyucu bir tabaka ile işlenmesi (örneğin, boya uygulanması);
- inhibitörlerin kullanımı (örn. kromatlar veya arsenitler);
- korozyon işlemlerine dayanıklı malzemelerin tanıtılması.
Belirli bir malzemenin seçimi, kullanımının potansiyel etkinliğine (teknolojik ve finansal dahil) bağlıdır.
Metal korumanın modern prensipleri bu tekniklere dayanmaktadır:
- Malzemelerin kimyasal direncini arttırmak. Kimyasal olarak dirençli malzemeler (yüksek polimer plastikler, cam, seramik) başarıyla kanıtlanmıştır.
- Agresif bir ortamdan malzeme izolasyonu.
- Teknolojik çevrenin saldırganlığını azaltmak. Bu tür eylemlerin örnekleri arasında, aşındırıcı ortamlarda asitliğin nötralizasyonu ve uzaklaştırılması ve çeşitli inhibitörlerin kullanımı yer alır.
- Elektrokimyasal koruma (harici bir akım empoze).
Yukarıdaki yöntemler iki gruba ayrılır:
- Metal işleme başlamadan önce artan kimyasal direnç ve yalıtım uygulanır.
- Çevrenin agresifliğinin azaltılması ve elektrokimyasal koruma, metal bir ürünün kullanılması sürecinde zaten kullanılmaktadır. Bu iki tekniğin uygulanması, değişen çalışma koşulları ile koruma sağlanan yeni koruma yöntemlerinin kullanılmasını mümkün kılar.
Metal - galvanik korozyon önleyici kaplamanın korunmasında en yaygın kullanılan yöntemlerden biri, geniş yüzey alanları için ekonomik olarak kârsızdır. Nedeni, hazırlık sürecinin yüksek maliyetidir.
Koruma yöntemleri arasında lider yer, metallerin boya ve verniklerle kaplanmasıdır. Korozyonla mücadele yönteminin popülaritesi, birkaç faktörün bir kombinasyonundan kaynaklanmaktadır:
- yüksek koruyucu özellikler (hidrofobiklik, sıvıların itilmesi, düşük gaz geçirgenliği ve buhar geçirgenliği);
- üretilebilirlik;
- dekoratif çözümler için geniş fırsatlar;
- idame;
- ekonomik gerekçe.
Aynı zamanda, yaygın olarak bulunan malzemelerin kullanımı dezavantajlar olmadan değildir:
- metal yüzeyin eksik ıslanması;
- kaplamanın, korozyona dayanıklı kaplama altında elektrolit birikmesine yol açan ve böylece korozyona katkıda bulunan ana metal ile kırık yapışması;
- gözeneklilik, artan nem geçirgenliğine yol açar.
Yine de, boyalı yüzey metali, filme kısmen zarar vermesine rağmen korozif işlemlerden korur, kusurlu galvanik kaplamalar ise korozyonu hızlandırabilir.
içeriğe ↑Organosilikat kaplamalar
Yüksek kaliteli korozyon koruması için, yüksek düzeyde hidrofobiklik, sulu, gaz ve buhar ortamlarında geçirimsizliği olan metallerin kullanılması önerilir. Bu malzemeler organosilikatları içerir.
Kimyasal korozyon pratik olarak organosilikat malzemelere uygulanmaz. Bunun nedenleri, bu tür bileşimlerin artan kimyasal stabilitesinde, ışığa karşı dirençlerinde, hidrofobik niteliklerde ve düşük su emiliminde yatmaktadır. Organosilikatlar ayrıca düşük sıcaklıklara dayanıklıdır, iyi yapışma özelliklerine ve aşınma direncine sahiptir.
Korozyonun etkileri nedeniyle metallerin tahrip edilmesi sorunları, onlarla savaşmak için teknolojilerin geliştirilmesine rağmen kaybolmaz. Bunun nedeni, metal üretiminde sürekli artış ve bunlardan ürünlerin gittikçe zorlaşan çalışma koşullarıdır. Sorunu bu aşamada nihayet çözmek imkansızdır, bu nedenle bilim adamlarının çabaları korozyon süreçlerini yavaşlatmak için fırsatlar bulmaya odaklanmıştır.
