ÇUKUROVA ÜN VERS TES

FEN B L MLER ENST TÜSÜ

YÜKSEK L SANS TEZ

Volkan AKKUM

GALVAN K ANOTLA YAPILAN KATOD K KORUMAUYGULAMALARINDA ANOT VER ML L N N BEL RLENMES VEÖLÇÜLMES

K MYA ANAB L M DALI

ADANA, 2006

ÇUKUROVA ÜN VERS TES

FEN B L MLER ENST TÜSÜ

GALVAN K ANOTLA YAPILAN KATOD K KORUMAUYGULAMALARINDA ANOT VER ML L N N

BEL RLENMES VE ÖLÇÜLMES

Volkan AKKUM

YÜKSEK L SANS

K MYA ANAB L M DALI

Bu tez ……/……/2006 Tarihinde A a daki Jüri Üyeleri Taraf ndan Oybirli i/Oyçoklu u le Kabul Edilmi tir.

mza.................... mza……………….. mza………………..

Prof. Dr. Mehmet ERB L Prof. Dr. Birgül YAZICI Prof. Dr. Hamide KAVAKDANI MAN ÜYE ÜYE

Bu tez Enstitümüz Kimya Anabilim Dal nda haz rlanm t r.

Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ

Enstitü Müdürü

Not: Bu tezde kullan lan özgün ve ba ka kaynaktan yap lan bildiri lerin, çizelge, ekil ve foto raflar nkaynak gösterilmeden kullan m , 5846 say l Fikir ve Sanat Eserleri Kanundaki hükümlere tabidir.

I

ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ

GALVANİK ANOTLA YAPILAN KATODİK KORUMA

UYGULAMALARINDA ANOT VERİMLİLİĞİNİN BELİRLENMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

Volkan AKKUM

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ KİMYA ANABİLİM DALI

Danışman: Prof. Dr. Mehmet ERBİL

Yıl: 2006, Sayfa: 62 Jüri: Prof. Dr. Mehmet ERBİL

Prof. Dr. Birgül YAZICI Prof. Dr. Hamide KAVAK

Korozyona karşı katodik koruma uygulamalarında, kullanılacak galvanik

anodun bileşimi ve hazırlanma koşulları onun verimliliğini ve ömrünü belirler.

Doğru bir verimlilik için doğru bir anot ömrü tahmini yapılmalıdır. Bu çalışmada

lineer polarizasyon direnci yöntemiyle polarizasyon dirençleri belirlenmiştir. % 3,5

NaCl çözeltisinde Fe ile galvanik olarak eşlenmiş Al’ un kütle kaybı belirlenmiştir.

Karşılaştırmak amacı ile aynı çözeltide ve sürede sadece Al plakanın kütle kaybı

hesaplanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Katodik koruma, Galvanik Anot, Anot Verimi,Anot İhtiyacı

II

ABSTRACT

MSc THESIS

DETERMINATION OF GALVANIC ANODE EFFICIENCY IN CATHODIC PROTECTION APPLICATIONS

Volkan AKKUM

ÇUKUROVA UNIVERSITY

INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES CHEMISTRY DEPARTMENT

ADVİSER: Prof. Dr. Mehmet ERBİL Year: 2006, Pages: 62

Jury: Prof. Dr. Mehmet ERBİL Prof. Dr. Birgül YAZICI

Prof. Dr. Hamide KAVAK

The composition and preparation conditions of galvanic anode, which is using

in cathodic protection against corrosion, determines its productivity and life time. An

accurance anode life time must be estimated for an accurance productivity. In this

study, the polarization resistances were determined using linear polarization

resistance technique. Iron and aluminum samples were galvanized coupled in 3,5 %

NaCl solution and the weight loss of aluminum was determined. For comparison, the

weight loss of aluminum plates was calculated for same solution and exposure time.

Key Words: Cathodic protection, Galvanic anode, Anode productivity, Anode

requirement

III

TEŞEKKÜR

Yüksek lisans eğitimim boyunca bana yol gösteren, araştırmamın

gerçekleştirilmesi ve değerlendirilmesi sırasında yardımlarını esirgemeyen danışman

hocam Sayın Prof. Dr. Mehmet ERBİL’e sonsuz teşekkür ederim.

Çalışmalarım sırasında yakın ilgi ve desteğini gördüğüm ve bütün çalışmam

süresince bilgilerinden istifade ettiğim saygıdeğer hocam, Sayın Prof. Dr. Birgül

YAZICI’ ya, teşekkür ederim.

Her konuda desteklerini gördüğüm Arş. Gör. Süleyman YALÇINKAYA’ya,

Arş. Gör. Ramazan SOLMAZ’a ve Arş.Gör. Hülya KELEŞ’e teşekkür ederim.

Ayrıca her konuda desteğini esirgemeyen sevgili aileme teşekkür ederim.

IV

İÇİNDEKİLER SAYFA

ÖZ ........................................................................................................................ I

ABSTRACT ........................................................................................................ II

TEŞEKKÜR…..................................................................................................... III

İÇİNDEKİLER .................................................................................................... IV

ÇİZELGELER DİZİNİ ........................................................................................ V

ŞEKİLLER DİZİNİ ............................................................................................ VI

SİMGE VE KISALTMALAR ............................................................................. VII

1. GİRİŞ ................................................................................................................. 1

1.1. Korozyon……………………..………………………………………. 1

1.2. Korozyon Hızı………………………………………………………… 2

1.3. Korozyon Hızını Belirleme Yöntemleri...…………………………….. 3

1.3.1. Kütle Kaybı Yöntemi.……………………………………… 4

1.3.2. Gaz Ölçüm Metodu . ……………………………………… 4

1.3.3. Tafel Ekstrapolasyonu Yöntemi….………………………… 5

1.3.4. Katodik Polarizasyon Eğrisinin Korozyon Potansiyeline

Estrapolasyonu Yöntemi……….…………………………… 6

1.3.5. Lineer Polarizasyon Yöntemi………………………………… 7

1.3.6. Alternatif Akım Empedans Yöntemi(AC)……...…………… 8

1.3.7. Akım Potansiyel Eğrilerini Elde Etme Yöntemleri…………. 8

1.3.7.1. Potansiyostatik Yöntem…………………………….. 9

1.3.7.2. Galvanostatik Yöntem………………….………… 9

1.4. Sulu Ortamlarda Korozyon Hızını Etkileyen Faktörler………….… 10

1.5. Korozyon Reaksiyonları …………..…………………………………. 13

1.6. Metallerin Gerilim Sırası ….. ……………………………………… 13

1.7. Korozyona Etki Eden Faktörler………….. ……………………………15

1.7.1. Ortamın Etkisi……………………………………………….. 15

1.7.2. Sıcaklığın Etkisi………………………………………………16

1.7.3. Malzeme Seçiminin Etkisi….………………………………...16

V

1.7.4. Taneler Arası Özellik Farkları………………………………..16

1.7.5. Sistem Dizaynı……………………………………………… 17

1.7.6.Sistemin Bulunduğu Ortamın Oksijen Konsantrasyonu………17

1.7.7. Zemin Elektriksel Özgül Direncinin Etkisi… ………………..17

1.8. Korozyon Tipleri………………………………………………………..18

1.8.1. Homojen Korozyon…………...………………………………18

1.8.2. Galvanik Korozyon…………………………………………...18

1.8.3. Çatlak Korozyon…………………………………………… 19

1.8.4. Oyuklanma korozyonu………………………………………..19

1.8.5. Taneler Arası Korozyon …………………………………….19

1.8.6. Tabakalaşma Korozyonu……………………………………..20

1.8.7. Seçimli Korozyon…………………………………………….20

1.8.8. Erozyon Korozyonu…………………………………………..20

1.8.9. Biyolojik Korozyon…………………………………………...20

1.8.10. Kaplama Bozukluğu Korozyonu…………………………….21

1.8.11. Gerilmeli Korozyon………………………………………….21

1.8.12. Kavitasyon korozyonu……………………………………….21

1.8.13. Bıçak Çizgisi Korozyonu……………………………………22

1.8.14. Aralık Korozyonu……………………………………………22

1.9. Korozyondan Korunma Yöntemleri …………………………………..22

1.9.1. Uygun Malzeme Seçimi ……………………………………..23

1.9.2. Kaplamalar ……………………………………… ………..23

1.9.3. Doğru Tasarım ……………………………………………….23

1.10. Katodik Koruma……………………………………………………... 24

1.11. Katodik Koruma Esasları…………………………………………….. 25

1.12. Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma…………………………………25

1.12.1. Dış Akım Kaynaklı Sistem Elemanları……………………. 27

1.12.1.1. Trafo Redresör Ünitesi…………………………….27

1.12.1.2. Platinize Titanyum Anotlar………………………..28

1.12.1.3. Karma Metal Oksit Kaplı Titanyum Anotlar…… .28

1.13.Galvanik Anotlu Katodik Koruma Sistemi…………………………... 28

VI

1.13.1. Aluminyum Anotlar………………………………………. .30

1.13.2. Magnezyum Anotlar………………………………………. 31

1.13.3. Çinko Anotlar……………………………………………… 32

1.13.4. Sabit Tip Referans Elektrot……………………………… 32

1.14. Anot İhtiyacı…………………………………………………………. 35

1.14.1. Kaplamalarla Birlikte Kullanma…………………………… 35

1.14.2. Potansiyel Ölçümleri………………………………………. 35

1.14.3. Katodik Koruma İçin Gerekli Anot Miktarlarının

Hesaplanması……………………………………………… 36

1.14.4. Genel Anot Gerekliliği…………………………………….. 36

1.14.5. Materyal Bileşimi………………………………………….. 37

1.14.6. Anot Katkıları……………………………………………… 39

1.14.7. Üretim Metodu…………………………………………….. 39

1.14.8. Anotların Fiziksel Şekilleri……………………………….. . 40

1.14.9. Anotların Yerleştirilmesi…………………………………... 40

1.14.10. Anot Verimi……………………………………………… 41

1.14.11. Anot Kapasitesi…………………………………………... 41

1.14.12. Anot ve Katot Potansiyelleri………………..……………. 42

1.14.13. Koruma Gerektiren Çeliğin Alanı……………………….. 42

1.14.14. Anot Performansına Elektrolit Ortamın Etkisi…………… 43

1.14.15. Çelik Yapıya Bağlı Olarak Anodun Pozisyonu…………. 43

1.1.5.16. Dizayn Parametreleri………..…………………………… 43

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR ................................................................................. 45

3. MATERYAL VE METOT.................................................................................. 49

3.1. Materyal ....................................................................................................... .49

3.2. Metod ........................................................................................................... 50

3.2.1. Elektrotların Hazırlanması…………………………………........……50

3.2.2. Elektrokimyasal Ölçümler……………………………….……..…….50

4. BULGULAR VE TARTIŞMA...............................................................................52

4.1. Demirin % 3.5 NaCl İçeren Çözeltideki Polarizasyon Direnci ....….....52

4.2. Aluminyumun % 3,5 NaCl İçeren Çözeltideki Polarizasyon Direnci….53

VII

4.3. Kütle Kaybından Yararlanarak Korozyon Hızının Ölçülmesi…………54

4.4. Galvanik Eşleme……………………………………………………….56

4.5. Çelik Yüzeyi Korumak İçin Gereken Anot Kütlesi………………… 57

4.6. Kaplamalı Yüzeyleri Korumak İçin Gereken Anot Kütlesi……………58

5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER………………………………………………… 59

KAYNAKLAR……………………………………………………………………..60

ÖZGEÇMİŞ……………………………………………………………………… 62

VIII

ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA

Çizelge 1.1. Metallerin Gerilim Sırası ………………………………………….. 14

Çizelge 1.2.Çeşitli metal ve alaşımların Cu/CuSO4 elektroduna göre potansiyelleri.15

Çizelge 1.3. Zemin elektriksel özgül direnci………………………………………..17

Çizelge 1.4. Galvanik çift………………………………………………………….. 18

Çizelge 1.5. Referans elektrotlar……………………………………………………25

Çizelge 1.6. Aluminyum anotların kimyasal bileşimi………………………………30

Çizelge 1.7. Aluminyum anotların elektrokimyasal özellikleri……………………. 30

Çizelge 1.8. Magnezyum anotların kimyasal bileşimi……………………………. 31

Çizelge 1.9. Magnezyum anotların elektrokimyasal özellikleri………………….. 31

Çizelge 1.10. Çinko anotların kimyasal bileşimi………………………………… 32

Çizelge 1.11. Çinko anotların elektrokimyasal özellikleri…………………………32

Çizelge 1.12. Galvanik anotlu katodik koruma sistemi ile dış akım kaynaklı katodik

koruma sistemlerinin karşılaştırılması……………………………….. 33

Çizelge 1.13. Primer metal olarak kullanılan anotların analizi…………………… 38

Çizelge 4.1. Demirin % 3,5 NaCl içeren ortamdaki polarizasyon dirençlerinin

ortalaması…………………………………………………………….. 52

Çizelge 4.2. Aluminyumun % 3,5 NaCl içeren ortamdaki polarizasyon

dirençlerinin ortalaması……………………………………………… 54

Çizelge 4.3. Kütle kaybı yöntemiyle korozyon hızının zamanla değişimi………….55

IX

ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA

Şekil 1.1. Hidrojen gazı ölçme deney düzeneği …..………..……. …………….. 4

Şekil 1.2. Tafel ekstapolasyon yöntemiyle korozyon akımının bulunuşu………… 6

Şekil 1.3. Polarizasyon direncini belirlemek amacıyla çizilen bir akım potansiyel

eğrisi…………………………………………………………………… .. 8 Şekil 1.4. Potansiyostatik yöntem …...……….……………………………………. 9

Şekil 1.5. Galvanostatik yöntem ………………………………………………….. 10

Sekil 1.6. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi……………………………...27

Şekil.1.7. Galvanik anotlu katodik koruma…………………………………………29

Şekil 3.1. Elektrokimyasal yöntemlerle korozyon hızı belirlenirken kullanılan

deney düzeneğinin şekli………………………………………………….51

Şekil 4.1. Demirin % 3,5 NaCl İçeren Ortamdaki Ortalama Polarizasyon Direnci...52

Şekil 4.2. Aluminyumun % 3,5 NaCl İçeren Ortamdaki Ortalama Polarizasyon

direnci…………………………………………………………………… 54

Şekil.4.3. Kütle Kaybı Yöntemiyle Aluminyumun Korozyon Hızının Belirlenmesi.55

Şekil 4.4. Aluminyum anodun akım – zaman grafiği(deney 1)…….……………….56

Şekil 4.5. Aluminyum anodun akım – zaman grafiği(deney 2)…….……………….57

X

SİMGELER VE KISALTMALAR

βa :Anodik Tafel Doğrusu Eğimi

βc : Katodik Tafel Doğrusu Eğimi

Ea : Aktivasyon Enerjisi

E1 :Anot materyalinin potansiyeli

E2 :Çeliğin potansiyeli -0,80 V (Ag/AgCl)

F : Faraday sabiti (96500 As/mol)

I :Akım Şiddeti(Amper)

İcor : Akım Yoğunluğu (mA/cm2)

K : Hız Sabiti

n :Değerlik sayısı

M : Molar Kütle

mdd :Korozyon hızı( mg/dm2.gün)

Rp-1 : Polarizasyon direncinin tersi (ohm-1)

S : Yüzey Alanı

T : Sıcaklık

1.G R Volkan AKKUM

1

1. G R

Korozyondan korunma konusu, y llardan beri dile getirilen, ancak bir türlü

gereken önemin verilmedi i, son y llarda Avrupa Birli i sürecine girilmesiyle

birlikte yabanc standartlar n ve yabanc yat r mc lar n dayatmas ve ülkemizdeki

bilinçli yeti mi eleman say s n n artmas neticesinde yava yava hak etti i konuma

ula an bir konudur.

Korozyondan dolay u ranan ekonomik kay p geli mi ülkelerde GSMH’nin %1’i

iken az geli mi ve geli mekte olan ülkelerde bu oran %5’lere ula maktad r. Bu oran

ülkemizin kaybetmeye tahammül edemeyece i kadar yüksek rakamlarda kaynak

kayb anlam na gelmektedir.

1.1. Korozyon

Malzemelerin zaman içerisinde bulunduklar ortam n etkisiyle tahribata

u ramas korozyon olarak tan mlan r. Korozyonun en fazla görüldü ü malzeme türü

ise elektrokimyasal reaksiyonlara e ilimlerinin yüksek olmas ndan dolay

metallerdir. Metallerin korozyona u rama miktarlar oksijene olan ilgileriyle

alakal d r. Serbest halde kararl olan (Titanyum vb) metallerin korozyon dayan mlar

daha yüksekken oksijen ilgisi nispeten daha fazla olan (demir vb) metaller daha

kolay oksitlenme e ilimindedirler. Metallerin korozyona u ramalar için ana kriter

oksijen ilgileriyken bunun yan s ra birçok yan etken de mevcuttur. Mesela

Aluminyum oksijen ilgisinin iyi olmas ndan dolay korozyon direnci yüksek bir

malzeme halini al r. öyle ki aluminyumun d yüzeyi çok h zl oksitlenir ve yüzey

tamamen oksitlendikten sonra oksitlenme durur ve daha alt yüzeylerin oksitlenmesi

engellenir. Yani yüzey oksitlenmeye kar aluminyum oksitle kaplanm olur. Halk

aras nda demirin korozyonuna paslanma adi verilir. Pas; Fe(OH)2 formüllü bir

korozyon ürünüdür. Metallerin korozyonlar içerisinde en önemli ve tehlikeli boyutta

olan demirin korozyonudur.

1.G R Volkan AKKUM

2

Üretim kolayl klar ve dü ük maliyet bir çok yerde çelik ve demir kullan m n

yayg nla t rm t r. Özellikle boru hatlar nda ve tanklarda metal üzeri korozyona kar

korunma amaçl kaplanmaktad r. Ancak bu kaplaman n herhangi bir noktas nda

olu abilecek muhtemel tahribat neticesinde belli noktadan ba layarak çok h zl

ekilde korozyon mekanizmas çal maya ba lar.

1.2. Korozyon H z

Metal ve ala mlar n korozyon dayan mlar hakk nda fikir edinmek için her

birinin nicel olarak hesaplanan korozyon h zlar na bak lmal d r. Korozyon h z ,

metalin birim zamandaki çözünme miktar d r. Bölgesel korozyonun oldu u

bölgelerde korozyon h z , korozyonun derinli ine ilerlemesi biçiminde verilir.

Korozyon h z n n en k sa sürede ölçülmesi elektrokimyasal yöntemlerle mümkün

olmaktad r. Bu yöntemlerde h z, ak m yo unlu u olarak verilmektedir (Erbil 1984).

Elektrokimyasal olarak yürüyen korozyon olay metal yüzeyinde veya metal/çözelti

ara yüzeyinde yürür. Korozyon s ras ndaki anodik ve katodik tepkimeler, tepkimenin

oldu u yerler aras ndaki serbest entalpi fark ndan dolay yürür. Korozyona u rayan

metal, k sa devre yapan bir pile benzer. Korozyon hücresinde M metalin anot

tepkimesinde korozyona u ramas genel olarak u ekilde gösterilebilir.

M Mn+

+ ne-

Asitli ortamlarda meydana gelen korozyonda, katot bölgesinde yürüyen iki

indirgenme reaksiyonu, H2gaz olu mas ve oksijenin indirgenmesidir.

2H+

+ 2 e-

H2

O2+4H

++4e

-2H

2O

1.G R Volkan AKKUM

3

Nötr ve alkali ortamlarda ise suyun ve çözünmü oksijenin indirgenme

reaksiyonlar d r. (Shreir 1979,TretheweyandChamberlain1995), olup

2H2O + 2e- 2OH- + H2

O2 + 2H2O + 4e- 4OH-

Ayr ca, metal iyonun indirgenmesi,

Mn+ + ze- M(n-z)+

ve metal çökmesi,

Mn+ + ne- M

Tepkimeleri de söz konusudur.

1.3. Korozyon H z n Belirleme Yöntemleri

Bir metalin korozyona u ramas , iletken bir ortamda çözünmesi demektir.

Çözünmenin az yada çok olmas , bulundu u çevresel faktörlere ba l d r ve metalin

korozyona olan yatk nl n n bir ifadesidir. Bu ifade, korozyon h z ad alt nda

de i ik yöntem ve ekillerle saptan r. Korozyon h z n belirlemek için kullan lan

yöntemleri öyle s ralayabiliriz (Aksüt 1989, Üneri 1998).

Kimyasal yoldan korozyon h z ;

1. Korozif ortamda bulunan metalin kütle kayb n n ölçülmesi,

2. Gaz ölçüm metodu,

3. Tafel ekstrapolasyon yöntemi,

4. Katodik polarizasyon e rilerinde Tafel bölgelerinin korozyon potansiyeline

ekstrapolasyonu,

5. Lineer polarizasyon yöntemi,

6. Alternatif ak m empedas ölçme yöntemi (Mansfeld 1973, Aksüt 1989, Sykes

1990, Trethewey ve Chamberlain 1995, Üneri 1998) ile belirlenir.

1.G R Volkan AKKUM

4

1.3.1. Kütle Kayb Yöntemi

Bu yöntemle korozyon h z belirlenirken çözünmenin homojen olmas ve

korozyon ürünlerinin ya tamamen çözünür ya da uygun çözeltide çözünerek metal

yüzeyinden uzakla mas gerekir. Korozyon ak m faraday yasalar ndan yararlan larak

u e itli e göre bulunabilir;

icor

= m . n . F / M . S . t (1.1)

Bu e itlikte kütle kayb m, korozyona u rayan metalin çözeltiye geçme de erini n,

Faraday sabitini F (96500 C), zaman aral n t, metalin mol kütlesini M ve yüzey

alan ise S olarak verilmi tir. Korozyon h z n kütle kayb yöntemiyle belirlemek

hem zaman al r hem de kesin sonuç vermeyebilir. Bu yüzden günümüzde

elektrokimyasal yöntemlerle ak m-potansiyel e rilerinin incelenmesi daha çok önem

kazanm t r.

1.3.2. Gaz Ölçüm Metodu

Korozyon süresince olu an gaz ürünlerinin miktar belirlenerek de tepkimeye giren

madde miktar dolay s yla korozyon h z bulunur. Örne in, korozyon esnas nda

olu an hidrojen miktar ölçülebilir. Hidrojen gaz ölçme deney düzene i ekil 1.1’de

verilmi tir.

2H++2e

-H

2

ekil 1.1. Hidrojen gaz ölçme deney düzene i (Heitz vd 1983)

1.G R Volkan AKKUM

5

1.3.3. Tafel Ekstrapolasyonu Yöntemi

Anodik ve katodik polarizasyon e rilerinin Tafel bölgelerinin korozyon

potansiyeline ekstrapole edilmesiyle korozyon ak m yani korozyon h z belirlenir.

Anodik ve katodik Tafel bölgeleri bir arada elde edilmedi i zaman sadece birinin

korozyon potansiyeline ekstrapolasyonu ile de korozyon h z bulunabilir. Korozyon

olaylar bir tek çözünme tepkimesinden olu maz. Elektrot yüzeyinde bir çok

indirgenme ve yükseltgenme tepkimesi birlikte yürür. Özellikle ala mlar için bu

tepkimeler daha çok karma kt r. Bu yüzden elektrokimyasal yöntemlerle korozyon

olay incelenirken tüm sistemin davran topluca gösteren karma potansiyel

kuram ndan yararlan l r. Tek bir elektrokimyasal olayda, yükseltgenme ak m n

indirgenme ak m na e it oldu u potansiyele denge potansiyeli (Ed), iki veya daha

fazla indirgenme ve yükseltgenme tepkimesinin birlikte yürüdü ü bir ortamda

toplam indirgenme ak m n toplam yükseltgenme ak m na e it oldu u potansiyele ise

korozyon potansiyeli (Ecor) denir. Korozyon potansiyelinde net bir ak m vard r.

Ama toplam anodik ak m, toplam katodik ak ma e it oldu undan bu ak m okunmaz.

Do rudan ölçülmeyen bu ak ma korozyon ak m ( cor) denir.

Korozyon ak m n n elektrodun yüzey alan na bölünmesiyle de elde edilen ak m

yo unlu u ( cor), metalin korozyon h z n verir. Ak m-potansiyel e rileri, ya ak m ya

da potansiyellerden birinin kontrollü olarak de i tirilmesiyle di erinin ald de erler

grafi e geçirilerek elde edilir. Korozyona u rayan bir metal için anodik ve katodik

Tafel e rileri deneysel yoldan belirlenir. Deney sonuçlar grafi e geçirildi inde

çizgisel olan k s mlar uzat l r ve kesim noktalar nda o sistem için Korozyon h z

bulunur. Korozyon ak m cor ve korozyon potansiyeli Ecor ekil 1.2’de

gösterilmi tir.

1.G R Volkan AKKUM

6

ekil 1.2’de görüldü ü gibi korozyon potansiyeli civar nda polarizasyon e rileri

lineer bölge gösteriyorlarsa korozyon h z hakk nda kantitatif bilgi elde edilebilir. Bu

lineer k s mlar Tafel bölgesidir.

1.3.4. Katodik Polarizasyon E risinin Korozyon Potansiyeline Ekstrapolasyonu

Yöntemi

Katodik polarizasyon e rileri yard m ile korozyon h z belirleme yöntemi ilk

defa 1955’te Stern (Stern 1958) taraf ndan önerilmi tir. Önerilen yöntem ile yaln zca

katodik polarizasyon e risi elde edilir. Yöntemin duyarl l k derecesi yüksek olup,

çok küçük korozyon h z n k sa sürede belirlemek ve sistemin korozyon h z n sürekli

olarak denetlemek mümkündür. Ancak, bu yöntemin uygulamas nda bir çok

s n rlama vard r. Do rulu undan emin olmak için Tafel bölgesi en az on kat bir ak m

yo unlu u bölgesinde uzanmal d r. Bir çok korozyon sistemlerinde, bu duruma

deri im polarizasyonu ve di er etkenler nedeniyle eri ilemez.

Ayr ca, bu yöntem yaln z bir indirgenme olay içeren sisteme uygulan r. Çünkü,

birden çok indirgenme olay n n yürüdü ü sistemlerde Tafel bölgesinde sapma olur.

ekil 1.2. Tafel Ekstrapolasyonu yöntemi ile korozyon ak m n n ( cor ) bulunu u

1.G R Volkan AKKUM

7

Bu yöntem özellikle, direnç polarizasyonu nedeniyle anodik Tafel e risi elde

edilmiyorsa korozyon h z n n çabuk belirlemesinde kullan l r.

1.3.5. Lineer Polarizasyon Yöntemi

Günümüzde, korozyon h z n n belirlenmesinde polarizasyon direnci yöntemi

veya çizgisel polarizasyon yöntemi yayg n olarak kullan lmaktad r. Bu yöntem ile ilk

çal may yapanlar, 1955’te Simmons, 1957’de Skold ve Larson’dur. Ad geçen

bilim adamlar , yapm olduklar deneylerde potansiyel ile katodik ve anodik ak m

aras nda do rusal bir ili kinin varl n ortaya ç karm lard r. Yöntemin kurama ba l

temelleri ise 1957’de Stern ve Geary (Stern ve Geary 1957, Stern 1958, Üneri 1987)

taraf ndan verilmi tir. Stern ve Geary aktivasyon polarizasyonu taraf ndan

denetlenen bir sistemde, korozyon potansiyeline yak n olarak uygulanan E

(±10mV) potansiyel fark ile devreden geçen I ak m aras nda a a daki ba nt n n

geçerli olabilece ini göstermi lerdir.

icor

= a. c/2,303 ( a+ c).( I/ E)= a. c/2,303 ( a+ c).1/Rp =B/Rp (1.2)

Buradaki icor

korozyon ak m n , a anodik, c katodik Tafel do rular n n

e imidir. Burada, e im polarizasyonu direncinin tersi olup; I/ E=1/Rp’dir. Rp

polarizasyon direncini göstermektedir. Ak m yo unlu u-potansiyel e risinin

korozyon potansiyeli dolay ndaki do rusal k sm n e iminden polarizasyon direnci

bulunup, Stern-Geary e itli inde yerine konularak da korozyon h z belirlenebilir.

1.G R Volkan AKKUM

8

ekil 1.3. Polarizasyon direncini belirlemek amac yla çizilen bir ak m potansiyele risi

1.3.6. Alternatif Ak m Empedans Yöntemi (AC)

Son y llarda geni kullan m alan bulan alternatif ak m empedans ölçme tekni i ile

korozyon h z belirlenebildi i gibi, kaplamalar n korozyon direnci, dielektrik

ölçümleri, elektro organik sentezde adsorpsiyon ve desorpsiyon mekanizmalar

saptanabilir. AC yöntemi korozyon h z n n bulunmas n n esas Stern-Geary

e itli indeki polarizasyon direncinin belirlenmesidir. Yöntemin esas , metal/çözelti

ara yüzeyinde olu an çift tabakan n uygulanan alternatif ak m ile empedans n n

ölçülmesine dayanmaktad r. Yöntemin uygulanmas nda, çift tabaka kapasitesi ve

metal yüzeyi ile çözeltinin iç k sm aras ndaki dirençlerden olu an bir “elektronik

e de er devre” tasarlanarak polarizasyon direnci belirlenmeye çal lm t r.

Bulunan polarizasyon direnci (Rp) de eri Stern-Geary e itli inde yerine konularak,

korozyon h z hesaplan r

.

1.3.7. Ak m-Potansiyel E rilerini Elde Etme Yöntemleri

Ak m-potansiyel e rileri potansiyostatik ve galvanostatik yöntem olmak

üzere iki ekilde elde edilir.

1.G R Volkan AKKUM

9

1.3.7.1. Potansiyostatik Yöntem

Polarizasyon e rilerini elde etmek için yayg n olan potansiyostatik yöntem

kullan l r. Kullan lan potansiyostatlar bir yandan elektroliz devresine ak m veren bir

elektrik kayna görevi üstlerken di er yandan elektroliz hücresinde söz konusu

metalin potansiyelini önceden belirlenen bir de erde tutmak için gereken ak m

iddetini özel düzenleyici arac l yla ayarlar. Yani potansiyel denetlenerek

potansiyele ba l ak m iddetinin de i imi incelenir. Potansiyelin de i im h z na

ba l olarak da s n fland r l r. Potansiyel sürekli belli bir h zda de i tirilip, buna kar

ak m de i imi gözleniyorsa buna potansiyodinamik yöntem, potansiyel ad m ad m

de i tiriliyorsa buna kar l k gelen ak m büyüklükleri kaydediliyorsa buna yar

kararl potansiyodinamik yöntem ve potansiyel belirli miktarda de i tirilip, ak m n

sabit kalmas beklenir ve ak m sabit kal nca, potansiyel yeniden de i tiriliyorsa da

kararl potansiyodinamik yöntem ad n al r. ekil 1.4.’de potansiyostatik yöntem

emas verilmi tir.

ekil 1.4. Potansiyostatik yöntem

1.3.7.2. Galvanostatik Yöntem

Polarizasyon e rilerinin elde edilmesinde yak n zamana de in galvanostatik

yöntem uygulanmaktayd .

1.G R Volkan AKKUM

10

Galvanostatik yönteme göre anodik ya da katodik polarizasyon e rileri elde

etmek üzere incelenen metal anot olarak ba lanarak belirli bir ak m, R direnci

de i tirerek, bu elektrotlara uygulan r ve onlar kar layan potansiyeller yüksek

dirençli bir voltmetre ile ölçülür. Yani ak m sabit tutulup, potansiyel de i imi

gözlenir. Yar kararl ve kararl galvanostatik yöntem olmak üzere iki ekilde

uygulan r (Üneri 1998). Ak m-potansiyel e rileri yard m yla malzemenin korozyon

h z , inhibitör etkinli i, anodik koruma potansiyeli, pasifle me durumu, çukur olu ma

ve kritik çukur olu ma potansiyeli gibi çe itli korozyon özellikleri belirlenir. ekil

1.5.’de galvanostatik yöntemin emas verilmi tir.

ekil 1.5. Galvanostatik yöntem

1.4. Sulu Ortamlarda Korozyon H z n Etkileyen Faktörler

a) S cakl k

b) Bas nç

c) Yap t n Geometrik ekli

d) Mekanik Faktörler

e) Biyolojik Faktörler olarak s ralanabilir.

1.G R Volkan AKKUM

11

Yukar da ki faktörleri tek tek ele al rsak;

a) S cakl k; S cakl n artmas ya da azalmas özellikle atmosferik bak mdan çok

önemlidir. S cakl k dü tü ü zaman atmosferdeki nem metalik yap tlar üzerinde

yo unla r. Yo unla rken atmosferdeki kirlilikler de nemde çözünür. Atmosferde

SO2, SO3 ve NO2 gibi gazlar n bulunmas halinde çökelen s v , su filmi içinde asit

olu ur. Olu an asit, nemin korozifli ini artt r r. S cakl n yükselmesi ile metalik

yap t üzerindeki nem buharla r ancak içinde bulunan safs zl klar metal yüzeyinde

kal r. S cakl k tekrar dü tü ünde yeni nem ve yeni safs zl klar metal yüzeyinde

çökelmi bulunan eski safs zl klar üzerinde çökerek safs zl n deri imini artt r r.

S cakl n periyodik olarak de i mesi süresince bu çökelmeler devam edece inden

ortam gittikçe daha korozif ve dolay s yla korozyon gittikçe daha tehlikeli hale gelir.

S cakl n korozyon h z na etkisi Arhenius ba nt s yla verilebilir.

k= A. e-Ea / RT (1.3)

Burada k h z sabiti, Ea

aktivasyon enerjisi, R gaz sabiti ve T s cakl vermektedir.

Genellikle s cakl k artt kça korozyon h z artar. Aktivasyon enerjisini belirlemek,

ak m yo unlu u-s cakl k de i iminin grafi e geçirilmesiyle bulunan e imden

hesaplamak mümkün (Shreir 1979, Bazzi vd 1995) olup, bu tepkimenin olu umunu

anlamam z sa lar.

b) Bas nç; Bas nç etkisi hem mekanik hem de elektrokimyasald r. Metallerin

bulundu u ortama göre, korozyonu azaltt gibi artt rmas da söz konusudur.

Örne in, sa lad yeterli oksijenle pasifle en bir yüzeyde, mekanik olarak aç lan bir

çukurda korozyon h zl olabilir.

c) Yap t n Geometrik ekli; Yap tlar n geometrisi çe itli amaçlar için

kullan lmaktad r. Fakat mümkün oldu unca yap t geometrisi homojen olmal d r.

Örne in malzemeler tasarlan rken keskin dirsekli ve ölü noktal yerlerin

olmamas ndan kaç n lmal d r. Yoksa yanl tasar m i kazalar na ya da boru

hatlar nda çatlak olu umuna olanak verir.

1.G R Volkan AKKUM

12

Özellikle boru sistemlerinde yap lacak korumada anot yerlerini seçerken, aktif

potansiyel ya da korumaya kar ölü noktalar b rakmayacak ekilde seçilmelidir.

Koruma ak m n n yüzeyin her taraf na ayn oranda ula mas gibi önlemler yap larak

mekanik faktörler en aza indirilmelidir.

d) Mekanik Faktörler; Mekanik gerilimler korozyon h z n etkileyen bir di er

faktördür. Metallerin haz rlanmas s ras ndaki gerilimler daha çok s l i lemlerden

kaynaklan r. Ayr ca dövme, çekiçleme, kal plama vb. i lemlerde gerilimler olu turur.

e) Biyolojik Faktörler; Mikrobiyolojik korozyon, organizmalar n metabolik

faaliyetleri sonucunda direkt ve indirekt olan korozyon i lemiyle metalin

bozunmas d r (MIC). Bu faktör, yer alt nda gömülü yap lar n korozyonunda

önemlidir. Aerobik ve anaerobik bakteriler korozyonu h zland r c ortam olu turur.

Do rudan korozyona kat lan mikroorganizmalar da söz konusudur. Baz sülfat

indirgeyici bakteriler, hidrojenaz enzimi içerirler ve bu enzim sayesinde H2’yi enerji

kayna olarak kullanabilirler. Korozyon i lemiyle ili kili biyokimyasal reaksiyon

için klasik olan teori hidrojenaz enzimiyle katodik depolarizasyondur. Metal

yüzeyinden H2’ nin uzakla t r lmas hidrojenaz enzimi sayesinde olur. Bu etki çukur

korozyonunda ikinci bir role sahiptir. Anerobik bakteriler metabolizmalar nda

elektron al c s olarak sülfatlar , hidrojen sülfite indirger bu da çözeltiye geçmi

demir iyonlar ile demir sülfidi olu turarak korozyona neden olur.

4 Fe + CaSO4 + 4 H2O FeS + 3 Fe (OH)2 + Ca (OH)2

Mikrobiyolojik bakteriler kadar makrobiyolojik organizmalarda (mantarlar, küfler

vb.) korozyona neden olurlar (Erbil 1984). Mikrobiyolojik korozyonu önlemek için

katodik koruma yap labilir.

1.G R Volkan AKKUM

13

1.5. Korozyon Reaksiyonlar

Korozyon s ras nda anodik (elektron veren, yükseltgenme ) reaksiyonlar ile

katodik (elektron alan, indirgenme) reaksiyonlar birlikte olu ur. Demir metalinin

bulundu u ortamdaki anodik ve katodik reaksiyonlar unlard r.

Anodik Reaksiyon Fe0 Fe+2 + 2e- (iyonla ma)

Katodik Reaksiyon ½ O2 + H2O + 2e- 2(OH)-

2H+ +2e- H2 (asitli ortamda)

Toplam Reaksiyon Fe0 + ½ O2 + H2O Fe(OH)2 (pas)

1.6. Metallerin Gerilim S ras

Metallerin oksitlenme e ilimini Çizelge 1.1. yard m yla ö renebiliriz. Bu

skala, 1 atmosferde ve 25ºC’ de 1 mol / lt iyon sulu çözeltisi hidrojen gaz ile

temastaki platin elektrodu standart referans elektrot kabul edilerek, her bir metalin

25 0C’ deki çözeltisinde metal ile çözelti aras nda ölçülen potansiyel de erlerinin

s ras d r. Bu skalada hidrojene göre daha negatif olan metaller daha aktif, yani

iyonla ma e ilimi daha fazla olan metali; hidrojene göre daha pozitif olan metaller

ise daha soy, yani iyonla ma e ilimi daha az olan metali karakterize etmektedir. Bir

metalin aktifli i, elektronunu verme e ilimi, di er bir ifade ile reaksiyona girme

e ilimidir. Metaller aktifle tikçe daha kolay korozyona maruz kal r. Bu skalada

verilen elektrot potansiyelleri, standart potansiyellerdir. Pratikte su ve zemin

içerisindeki elektrot potansiyeli için kalomel veya doygun Cu / CuSO4 (Bak r / Bak r

sülfat) referans elektrotu kullan l r. Bu elektrodlar n standart hidrojen elektroduna

göre ölçülen elektrod potansiyelleri;

Kalomel elektrot = +0,280 V

Cu / CuSO4 = +0,316 V

1.G R Volkan AKKUM

14

Çizelge 1.1. Metallerin Gerilim S ras

Metal Reaksiyon ndirgenmePotansiyeli

Lityum Li+ + e- ó Li -3,03

Potasyum K+ + e- ó K -2,925

Sodyum Na+ + e- ó Na -2,713

Magnezyum Mg++ + 2e- óMg -2,371

Aluminyum Al+++ + 3e- ó Al -1,66

Çinko Zn++ + 2e- ó Zn -0,763

Krom Cr++ + 2e- ó Cr -0,74

Demir Fe++ + 2e- ó Fe -0,44

Kadminyum Cd++ +2 e- ó Cd -0,402

Nikel Ni++ +2 e- ó Ni -0,23

Kalay Sn++ + 2e- ó Sn -0,14

Kur un Pb++ +2 e- ó Pb -0,126

Hidrojen 2H+ + 2e- ó H2 0

Bak r Cu++ +2 e- ó Cu +0,337

Civa Hg++ +2 e- ó Hg +0,792

Gümü Ag+ + e- ó Ag +0,799

Platin Pt++ + 2e- ó Pt +1,2

Alt n Au+++ + 3e- ó Au +1,45

1.G R Volkan AKKUM

15

Çizelge.1.2. Çe itli Metal ve Ala mlar n Cu / CuSO4 elektroduna göre potansiyelleri

1.7. Korozyona Etki Eden Parametreler

1.7.1. Ortam n Etkisi

Metallerin korozyona u rama h z büyük ölçüde bulundu u ortamla

alakal d r. Ortamdaki nem miktar , asitlik – baziklik durumu, havan n oksijenin veya

suyun ortam taraf ndan geçirilebilme yetene i, kaçak ak mlar ve çe itli bakteriler

korozyonu ba lat c ve h zland r c etken olarak kar m za ç kar.

1.G R Volkan AKKUM

16

1.7.2. S cakl n Etkisi

Ortam s cakl n n artmas iyon hareketini artt rarak korozyon h z n artt r r.

Ortam s cakl –50 ila +50 santigrad derece aras nda de i en toprak s f r derecede

donar ve iyon hareket h z minimuma dü er. S cakl n artmas n n oksijen

konsantrasyonunu dü ürücü ve dolay s yla korozyon h z n dü ürücü etkisi de vard r.

Ancak bu etki iyon hareketinin artmas ndan dolay olan reaksiyonlar n yan nda

oldukça zay f kalmaktad r.

1.7.3. Malzeme Seçiminin Etkisi

Korozyona sebep olan etkenlerden biri de birbiriyle potansiyel fark bulunan

metallerin bir arada kullan lmas d r. Bu durum korozyonu ba lat c ve h zland r c bir

etkendir. Mesela çok dü ülen bir hata olarak çelik saçtan yap lan panolar n üzerine

konulan paslanmaz çelik c vata ve contalar bulunduklar bölgede galvanik korozyona

sebep olmaktad r. Bu tip durumlarda ana yüzeyde c vatalarla da contalar plastik

c vatalar ile izole edilmelidir.

1.7.4. Taneler Aras Özellik Farklar

Metallerin tane boyutlar aras ndaki farklar ve iki tanedeki farkl

konsantrasyonlar neticesinde iki tanenin s n r korozyon ba lang c için uygun bir

ortam olu turur. Çok dü ülen bir hata olarak paslanmaz çelik malzemeden imal

edilen tanklar ve benzeri yap lardaki kaynak bölgeleri üretici taraf ndan hiç

beklemedi i halde korozyona u ramaktad r. Bu korozyonun önüne geçmenin yolu ya

elektrodlu kaynak kullanmamak ya da önleyici olarak galvanik anotlu katodik

koruma sistemi uygulamakt r.

1.G R Volkan AKKUM

17

1.7.5. Sistem Dizayn

Korozif malzemelerin depoland sistemlerde korozif ortam n (su vb)

birikmesini engellemeye yönelik tasar mlar uygulanmal d r. Ayr ca aras nda s v

birikintisine sebep olabilecek çok ince aral klardan kaç n lmal d r.

1.7.6. Sistemin Bulundu u Ortam n Oksijen Konsantrasyonu

Ayn tip toprak içerisinde çözünmü hava konsantrasyonu her yerde ayn

olmayabilir. Farkl havaland rma ko ullar ndaki sistemlerde yan yana duran sistem

bir bölgede anot iken hemen yan ndaki bölgede katot görevi görerek elektro kimyasal

korozyona sebep olabilir.

1.7.7. Zemin Elektriksel Özgül Direncinin Etkisi

Dü ük elektriksel özgül dirençli bölgelerde iletkenli in yüksek olmas iyonik

ortam n daha aktif olmas na sebep olmaktad r. Bundan dolay korozyon mekanizmas

daha h zl geli ir.

Çizelge 1.3. Zemin Elektriksel Özgül Direnci

1.G R Volkan AKKUM

18

1.8. Korozyon Tipleri

1.8.1. Homojen Korozyon

Metal yüzeyinde e de er iddette olu an korozyon türüdür. Korozyon sonucu

metal kal nl her noktada ayn miktarda azal r. Atmosfer ortam nda ve herhangi bir

d etkenden etkilenmeyen tamam ayn cins malzemeden üretilmi olan metaller

homojen korozyona u rar.

1.8.2. Galvanik Korozyon

Farkl potansiyel farkta iki malzemenin bir arada kullan lmas ndan ya da

zemin yap s n n farkl l ndan kaynaklanan korozyon cinsidir. Farkl Malzeme

Kullan m ndan Kaynaklanan Korozyon; Farkl potansiyelde iki metal birbiriyle

temas halinde iken aralar nda bir galvanik pil olu tururlar ve aktif olan metal anot,

soy metal ise katot görevi görerek aktif metalde korozyona sebep olur. Örne in bak r

ile çeli in temas etmesi durumunda bak rdan dolay çelik korozyona u rayacakt r.

Çok rastlanan galvanik hücreler a a da listelenmi tir.

Çizelge 1.4. Galvanik Çift

1.G R Volkan AKKUM

19

1.8.3. Çatlak Korozyon

Metal yüzeyinde bulunan bir çatlak içinde veya dar bir aral kta olu an

korozyon çe ididir. Bu korozyonun temel nedeni, çatlak içi ile çevre elektrolit

aras nda oksijen konsantrasyonu veya metal iyonu konsantrasyonunun farkl

olu udur. Çatlar n d k s mlar katot olaca ndan bu bölgede korozyon görülmez.

1.8.4. Oyuklanma Korozyonu

Korozyonun çok dar bölgeler üzerinde yo unla mas sonucu derin ve dar

oyuklar eklinde meydana gelen korozyona oyuklanma korozyonu denir. Bu

çukurlar n derinli i, yakla k olarak çap büyüklü ündedir. Çukurlar n a z bölgeleri

genellikle korozyon ürünleri ile doludur. Metal yüzeyinde kar ncalanma

görünümünde, tehlikeli bir bölgesel hasard r. Korozyonun sebep oldu u malzeme

kayb di er homojen korozyonlara göre çok az olmas na ra men parçalar k sa

zamanda delinerek kullan lmaz hale gelirler. Bu bak mdan en tehlikeli korozyon

çe ididir. Oyuklar çekirdeklenme ve ilerleme a amas olmak üzere 2 a amada

meydana gelir. Oyu un çekirdeklenmesi için pasif filmin hasara u ramas gerekir.

Oyuk çekirdeklendi i zaman ilerlemesi oyu un taban nda artan asitlik sebebiyle

oyuk içindeki metal çözünmesinin artmas ile olur.

1.8.5. Taneler Aras Korozyon

Metal atomlar daima geometrik bir düzen içinde kristalle ir. ki veya daha

fazla metalden olu an homojen yap daki ala mlar da belli bir düzen içinde

kristalle ir. Bunlara kat çözelti denebilir. Heterojen yap daki ala mlarda ise, iki

veya daha fazla kat fazl kar m söz konusudur. Böyle bir ala mda kristaller

homojen bir yap da de ildir. Taneler aras korozyon, taneler aras s n r çizgilerinde

meydana gelir. Bu bölgelerde metallerden biri di erine göre daha dü ük

konsantrasyonda bulunur.

1.G R Volkan AKKUM

20

Bu nedenle s n r çizgileri korozyon için uygun bir ortam olu turur. Paslanmaz çelikte

kaynak yap lan bölgede bu tip taneler aras korozyon olay meydana gelir.

1.8.6. Tabakala ma Korozyonu

Taneler aras korozyon, ektrüzyon veya hadde yüzeyine paralel olarak

gerçekle irse buna ‘tabakala ma korozyonu’ denir. Aluminyum ve ala mlar nda

görülen bu tür korozyonda hasar, haddeleme yönünde uzam tane s n rlar nda

meydana gelir. Korozyona u ram metal tabakalar birbirinden ayr l r ve olu an

korozyon ürünleri malzemenin tabakalar halinde birbirinden ayr lmas na sebep olur.

1.8.7. Seçimli Korozyon

Bir ala m içinde bulunan metallerden birinin di erinden önce korozyona

u ram halidir. %70 Cu + %30 Zn’den olu an pirinç içinde bulunan Zn kolayca

korozyona u rayabilir. Korozyon sonucu, ala m yüzeyinde Zn konsantrasyonu

azal r ve normal sar renk,bak r k rm z s na dönü ür. Çok s k rastlanan bu seçimli

korozyon olay na ‘’çinko azalmas ’’ ad verilir.

1.8.8. Erozyon Korozyonu

Özellikle boru sistemlerinde ve limanlarda çok rastlanan bu tür korozyonda

metal ile korozif ortam aras ndaki ba l hareket nedeniyle metalin a nma h z artar.

Metal yüzeyinde delikler ,oluklar ve hendekler olu ur. Su içinde hareket halindeki

birçok yap da kendini gösterir. Ortamda kat parçac klar n varl korozyon h z n

daha da art r r.

1.8.9. Biyolojik Korozyon

Baz topraklarda metalleri kimyasal ya da elektrokimyasal olarak etkileyen

bakteri ve mikroplar bulunabilir.

1.G R Volkan AKKUM

21

Bu durum ,dökme demirde fark edilen ve genellikle grafitlenme olay ile aç klanan

h zl korozyonun da ba l ca sebeplerindendir. Bakteriler içerisinde en tehlikeli olan ,

sülfat indirgeyen bakterilerdir. Bu bakteriler, topraktaki sülfatlar indirgeyerek, demir

ala mlar n çok çabuk etkiledi i bilinen H2S’ serbest hale geçirirler.

1.8.10. Kaplama Bozuklu u Korozyonu

Kaplama yap lm bir metalin potansiyeli ile kaplamas z metalin potansiyeli

birbirinden farkl d r. çilik hatalar nedeniyle kaplaman n baz bölgelerinin

bozulmas veya delinmesi halinde bu bölgeler anot olacakt r ve korozyona

u rayacakt r. Bu tip korozyon metal yüzeyinde çok küçük bölgelerde yo unla an bir

korozyondur.

1.8.11. Gerilmeli Korozyon

Çekme gerilmesine maruz ve sald rgan bir ortamda bulunan korozyona

duyarl malzemelerde ortaya ç kar. Çekme gerilmesine dik bölgesel çatlaklar n

olu umu ile malzeme hasara u rar.

1.8.12. Kavitasyon Korozyonu

Kavitasyon korozyonu h zla akan s v lar n malzeme yüzeyine yak n

bölümlerinde olu an alçak bas nç kabarc klar n n büyümesi ve patlamas ile meydana

gelir. Olu an ok dalgalar yüzeye çarparak malzeme yüzeyini örten tabakay tahrip

ederler. Aç a ç kan metal çözünerek korozyona u rar. Bu tür korozyona u rayan

yüzeylerin görünümü kaba ve deliklidir, oyuklar s kt r, yüzeyde petek görünümü

olu ur.

1.G R Volkan AKKUM

22

1.8.13. B çak Çizgisi Korozyonu

Stabilize edilmi paslanmaz çelikler, (Ti ve Nb’lu çelikler) 1100°C’ a

s t ld zaman (genellikle kaynak s ras nda) Ti ve Nb karbürler çözünür. H zla

so utuldu unda çözelti içinde kal rlar. Daha sonra metal krom karbür çökelme

s cakl na s t ld zaman Ti ve Nb karbür olu turamaz ve ala m sanki stabil

olmam gibi davran r. Korozyon hasar kayna a kom u çok dar bir bölgede

meydana gelir.

1.8.14. Aral k Korozyonu

Perçin, c vata, conta gibi alt örtülü yüzeylerde ve aral klarda meydana gelen

önemli bir korozyondur. Aral k korozyonunun meydana gelmesi için aral n

çözeltinin girebilece i kadar geni , ayn zamanda çözeltinin ç kamayaca kadar dar

olmal d r. Sistemin mekanizmas ; aral k içinde bulunan sözü geçen çözelti durgun

oldu u için gerekli oksijen k sa zamanda tükenir. Böylece aral n içi ve d aras nda

oksijen iyonu konsantrasyonu fark aral k korozyonuna sebep olur.

1.9. Korozyondan Korunma Yöntemleri

Korozyondan korunmak için uygulanan en yayg n yöntemler a a da

s ralanm t r.

· Uygun Malzeme Seçimi

· Kaplamalar

· Do ru Tasar m

1.G R Volkan AKKUM

23

1.9.1. Uygun Malzeme Seçimi

Metalin çal ma ortam na uygun, birbiriyle galvanik çift olu turmayacak

ekilde malzeme seçiminin yap lmas korozyonu ba lamadan engellemenin en

önemli art d r. Endüstride malzeme seçimi hatalar ndan kaynaklanan ekonomik

zararlar çok yüksek boyutlardad r. Özellikle otomobil ve uçak fabrikalar kendi

içlerinde malzeme seçim bölümleri bar nd rmaktad r

1.9.2. Kaplamalar

Epoksi, bitüm, polietilen, galvaniz v.b. kaplama malzemeleriyle metalin d

ortamla irtibat kesilerek elektrokimyasal korozyonun engellenmesi sa lan r. Etkili

bir yöntem olmas n n yan s ra beraberinde birtak m riskleri de getirmektedir.

Herhangi bir d etkenle kaplaman n aç lmas durumunda kaplaman n aç ld bölge

ile kaplamal bölge aras nda potansiyel fark olacak ve bunun sonucu olarak

kaplamas z bölgede galvanik korozyon görülecektir. Daha geli mi bir kaplama olan

termal püskürtme ile seramik kaplama daha etkin bir koruma sa lamaktad r.

Özellikle makine di li çarklar na uygulanan bu yöntemle metalin yüzeyi seramik

oksitlerle kaplanarak hem a nma korozyonuna hem de elektrokimyasal korozyona

kar tedbir al nm olur.

1.9.3. Do ru Tasar m

Sistemler dizayn edilirken korozyona sebebiyet verebilecek durumlar n göz

önüne al narak kar tedbirlerin al nmas korozyonu önleyici bir etkendir. Mesela

boru hatlar nda ak kan h z n n yüksek olmas kav ak bölgelerinde erozyon

korozyonuna sebebiyet verdi inden ak kan h z n kav ak bölgelerine yakla rken

dü ürücü tedbirler al nmaktad r. Otomobil benzin depolar tasarlan rken içerisinde

hiçbir ekilde birikinti kalmayacak ekilde tasarlanmaktad r.

1.G R Volkan AKKUM

24

Perçin, c vata vb elemanlar metale temas edece i zaman ya çevresiyle bir izolasyon

tedbiri al nmal ya da galvanik çift olu turmayacak malzemeler seçilmelidir. Kaynak

yap lacak malzemelerde kaynak elektrodu olarak galvanik çift olu turmayacak

elektrodlar kullan lmal d r.

1.10. Katodik Koruma

Dünya çap nda, boru hatlar , depolama tanklar , kuyu iç borular , yap

destekleri, ileti im kablolar ve daha bir ço u gibi yeralt metalik yap lara çok büyük

yat r mlar yap lmaktad r. Bu metalik elemanlar toprakla do rudan temas halinde

olurlarsa ve korunmam larsa, korozyona maruz kal rlar. Yüzeye uygulanan çok

çe itli kaplama biçimleri kullan larak bu sorun a lmaya çal lm t r. Böyle

kaplamalar etkili olabilmi lerse de küçük delikler daima varolmu tur. Bu mikro

delikler kaplanmam ç plak metale geçi imkan sa lar ve korozyonun

gerçekle mesine izin verir. Sonradan uygulanan onar mlar fazlas yla pahal d r. Buna

ek olarak, ortaya ç kar lmam zay f noktalar (veya s z nt ) kazalara neden olabilir

veya yollar n çökmesi yada petrol s z nt lar n n çevreye zarar vermesi gibi tehlikelere

yol açabilir. Katodik koruma ile, ç plak metaller ve kaplanm metallerdeki

korozyon tamamen önlenebilir. Uygulamada çelik, bak r, pirinç, kur un ve

aluminyum gibi metaller, her türlü toprakta ve hemen hemen bütün dengeli

ortamlarda korozyona kar katodik koruma ile korunabilirler.

Ayr ca katodik koruma, intergranuler korozyonu, stres-korozyon çatlamas n n

pirincin çinko kayb n veya paslanmaz çeli in deniz suyu içinde ve çeli in yeralt nda

çukurla mas n ortadan kald rmada da etkili olarak kullan l r. Katodik koruman n

temel ilkeleri elektro- kimyasal korozyon teorisine dayanmaktad r. Katodik koruma

korozyona u rayan metallerin katot olarak polarizasyonunu gerektirir. Bu korunacak

metali daha aktif bir metal ile (galvanik anot veya kurban anot) e leyerek sa lanaca

gibi d tan ak m uygulayarak da gerçekle tirilebilir. Galvanik anotlar koruma

s ras nda belirli h zlarla çözünerek a rl klar n kaybederler. Bunlar uygun zaman

aral klar yla yenileyerek koruma i levine süreklilik kazand r l r. kinci yöntemde

korunan metal ve anot çiftinin ak m üretir nitelikte olmas gerekmez.

1.G R Volkan AKKUM

25

Çünkü koruma için gerekli ak m uygun bir d kaynaktan çekilir. Yava çözünürlük

yan nda ekonomik olan malzemeler anot malzemesi olarak kullan l r. Galvanik

anotlu, katodik koruma sistemlerinde kullan lan anot malzemeleri genellikle çinko,

aluminyum ve magnezyumdur. D ak m kaynakl katodik koruma sistemlerinde Fe-

Si, Pb-Sb-Ag ve Ti bazl anotlar kullan l r. Katodik olarak korunmu olan bir metal

yap n n korunup korunmad a a da belirtilen referans elektrotlar n kar s ndaki

koruma potansiyel de erlerini sa lamak gerekir.

Çizelge 1.5. Referans Elektrotlar

1.11. Katodik Koruman n Esaslar

Katodik Koruma korozyona u rayan metalin (korozyon sisteminde anot

olarak davranan metalin) potansiyelini de i tirerek onu katot olarak davranmaya

zorlamaktad r.

1.12. D Ak m Kaynakl Katodik Koruma

Çözünmeyen bir soy anot yard m yla korunacak bir yap devrenin negatif kutbunu

olu turacak ekilde do ru ak m devresine ba lan r. Bu tip korumaya "DI AKIM

KAYNAKLI KATOD K KORUMA" denir.

Korunacak yap , elektrik devresinin katodik kutbunu olu turdu u için do ru

ak m kayna ndan buraya sürekli bir elektron beslenmesi söz konusudur.

1.G R Volkan AKKUM

26

Bu ise sürekli bir elektron ç k ile Fe Fe+2 + 2e- çözünmesi söz konusu

olan metalin korozyonunun durmas na neden olur. Çünkü çözünme an nda sal nan ve

korozyon hücresinin katoduna akan elektronlar do ru ak m kayna ndan fazlas ile

geri beslenecektir. Koruma metale d tan bir do ru akim uygulanarak yap l r. Bir

transformatör redresör sisteminden elde edilen do ru akim (-) ucu korunacak olan

metale (+) ucu da bir yard mc anoda ba lan r. D akim kaynakl sistemde yard mc

anot olarak; toprak alt yap lar nda en yayg n olarak kullan lan anot tipi silis katk l

demir anotlard r. Bu anotlar n d nda yurt d ndan ithal edilen grafit ve metal oksit

kapl titanyum anotlarda kullan lmaktad r. Galvanik anotlu katodik koruma

sistemlerinde korunmas istenilen metal yap ya kendisinden daha negatif

potansiyelde metal (anot) ba lanarak bir galvanik pil olu turulur. Böylece metal yap

katot haline getirilir. Galvanik anotlar kendiliklerinden çözünerek aynen bir pil gibi

ak m üretirler. Anodun çözünmesi sonucu aç a ç kan elektronlar, d ba lant dan

katoda (korunan metal yap ) ta narak katodik reaksiyon için gerekli olan elektronlar

sa lar. Galvanik anotlar, koruma s ras nda belirli h zlarla çözünerek a rl klar n

kaybederler.

D Ak m Kaynakl Katodik Koruma Sisteminde Alternatif Ak m Do ru

Ak ma çeviren Trafo/Redresör (T/R) üniteleri kullan lmaktad r. Bu üniteler; 220 V

veya 380 V A.C. beslemeli, Hava veya Ya so utmal , istenilen D.C. Volt ve Amper

Ç k de erine göre ayarlanabilir, Voltaj regülasyonu manuel, otomatik, varyakl

veya faz kontrollü, sabit referans kontrollü, PLC' li Bilgisayar kontrollü SCADA

Uyumlu tipte olmaktad r.

1.G R Volkan AKKUM

27

Sekil 1.6. D ak m kaynakl katodik koruma sistemi

1.12.1. D Ak m Kaynakl Sistem Elemanlar

1.12.1.1. Trafo Redresör Ünitesi

D ak m kaynakl Katodik Koruma sisteminde gerekli olan do ru ak m için

trafo redresör ünitesi kullan l r. Trafo redresör ünitesi ebekeden ald alternatif

ak m trafo ünitesi ile do ru ak ma çevirip istenilen gerilime dü ürür. Bu ak m

redresörden geçirilerek pozitif uç anoda negatif uç katoda ba lan r. T/R ünitesi

korunan metalin bulundu u ortamdaki de i ikliklere göre referans elektrodlar

yard m yla gerekli ak m ihtiyac n tespit ederek otomatik olarak verilecek ak m

ayarlamakta ve sisteme vermektedir. Transformatör Redresör Ünitesi kullan ld

iklim ko ullar na veya yerine göre hava ve ya so utmal olarak tasarlan l r.

T/R tipinin seçiminde en önemli etken trafo ünitesinin en kolay nas l

so utulabilece idir. T/R ünitesi ayn zamanda el ile ve otomatik olarak

çal abilmektedir. Ön gösterge panelinde boru ile referans elektrot aras ndaki

potansiyeli fark , ba l olan anotlardan çekilen ak m (amper) ve anot voltaj n

gösterir.

1.G R Volkan AKKUM

28

1.12.1.2. Platinize Titanyum Anotlar

Titanyum metali üzerine 5-10 mm kal nl nda platin kaplanarak 150-300

A/m2 ak m üretebilen yard mc anotlar elde edilebilmektedir. Bu anotlar n deniz suyu

içerisinde bile kütle kay plar çok azd r. Yakla k olarak 5x10-6 kg/A x y l d r. Bu

anotlar genellikle deniz suyu içerisinde verimlidir.

1.12.1.3. Karma Metal Oksit Kapl Titanyum Anotlar

Titanyum üzerine iletkenli i çok yüksek metal oksitler kaplanarak elde edilen

anotlarda kütle kayb yok denecek kadar azd r. Anot yüzeyi polarize olmad için

sürekli aktif halde kal r. Bu anotlar hem zemin içerisinde hem de deniz suyunda

kullan labilmektedir. Asitlere kar tam dayan kl d r. Deniz Suyu içerisinde 600 A/m2

ak m çekebilmektedir.

1.13. Galvanik Anotlu Katodik Koruma Sistemi

Katodik koruman n bir ba ka ekli ise korunacak metalden daha aktif bir

metali anot olarak kullanarak suni bir pil devresi olu turup, aktif metalin korozyonu

ile korozyona kar korunacak yap ya elektron transferi sa layarak yap y katot

haline getirerek korumaktad r, bu metoda "GALVAN K ANOTLU KATOD K

KORUMA" denir.

Korozyona u ramakta olan bir metale kendinden daha aktif olan bir metal

(galvanik anot) ba lanacak olursa, bu durumda katot reaksiyonu için gerekli olan

elektronlar galvanik anot olarak ba lanan metalin kendili inden yürüyen

yükseltgenme reaksiyonu ile sa lan r. Böylece korunan metal yüzeyindeki bütün

anodik reaksiyonlar tam olarak durur. Galvanik anotlu katodik koruma da bu temel

ilkeye dayan r. Bir çelik boru hatt n galvanik anotlarla katodik olarak korumak için,

boru hatt na kendinden daha aktif bir metal örne in magnezyum anot ba lan r.

Böylece olu an galvanik pilde magnezyum anot, çelik boruda katot olur.

1.G R Volkan AKKUM

29

Anotta magnezyum çözünerek elektron aç a ç kar r. Bu elektronlar katodik

reaksiyonun elektron ihtiyac n kar lar. Sistemin kendili inden çal abilmesi için

anot ve katot aras nda devre direncini yenebilecek kadar bir potansiyel fark n n

olmas gerekir. Çelik boru hatt homojen bir zemin içinden geçiyorsa, galvanik

anotlar boru hatt boyunca e it aral klarla yerle tirilmelidir. Ancak gerçekte boru

hatt n n geçmi oldu u zeminin elektriksel özgül direnci k sa mesafelerde büyük

farkl l klar gösterebilir. Bu durumda anotlar zeminin özgül elektriksel direncinin

dü ük oldu u yerlere yerle tirilmelidir. Bu bölgeler hem galvanik anodun verimli

çal aca , hem de boru hatt n n ak m ihtiyac n n en yüksek oldu u bölgelerdir.

Galvanik anotlar n ak m kapasiteleri ve ak m verimleri bellidir. Katodik koruma

devresine belli süre yetecek miktarda ve say da galvanik anot ba lanarak korunacak

metal yap n n yüzey alan istenilen süre katot halinde tutulabilir. Toprak alt nda veya

deniz içinde bulunan metallerden daha aktif, potansiyeli yüksek metaller yada

ala mlar seçilerek galvanik anotlar çe itli ebatlarda, çe itli a rl klarda ve muhtelif

tiplerde imal edilir. Toprak içi metal yap larda genellikle magnezyum anotlar, deniz

içi metal yap larda ise aluminyum veya çinko anotlar kullan lmaktad r.

ekil.1.7. Galvanik anotlu katodik koruma

1.G R Volkan AKKUM

30

1.13.1. Aluminyum Anotlar

Aluminyum anotlar genelde galvanik anot olarak kullan lmaktad rlar. Ucuz

ve hafif olu u ve korozyon ürünleri (aluminyum tuzlar ) içme suyunu kirletmedikleri

için su tanklar n n d ak m kaynakl katodik korumas nda yard mc anot olarak

kullan lmak üzere tercih edilirler. Ayr ca deniz suyunda yüksek performans vermesi

deniz içi boru hatlar n n katodik korumas nda aluminyum anotlar ideal yapmaktad r.

Aluminyum anotlar n kullan laca yere göre ala m miktarlar de i im

göstermektedir. TS 5141’de belirtilen kriterlere göre anot seçimi yap lmaktad r.

Çizelge1.6. Aluminyum anotlar n kimyasal bile imi

ELEMENT Al-Zn-InSi

Al-Zn-InCd

Al-Zn-InSn

Al-Zn-InMg-Sn

Zn 2.8 - 6.5 2.5 - 4.5 2.2 - 5.2 2.5 - 4.0In 0.017 - 0.025 0.018 - 0.050 0.020 - 0.045 0.020 - 0.050Si 0.08 - 0.20 0.10 % max 0.10 % max 0.10 % maxCd - 0.005 - 0.020 - -Sn - - 0.018 - 0.035 0.025 - 0.075Mg - - - 0.50 - 1.00Fe 0.12 % max 0.12 % max 0.12 % max 0.12 % maxCu 0.006 % max 0.01 % max 0.01 % max 0.01 % maxDi er 0.02 % max 0.02 % max 0.02 % max 0.02 % maxAluminyum Kalan Kalan Kalan Kalan

Çizelge1.7. Alüminyum anotlar n elektrokimyasal özellikleri

Teorik Ak m Kapasitesi 2970 A.saat/kg – 3.15 kg/A.y lAnot Ak m Verimi 90 % minGerçek Ak m Kapasitesi 2675 A.saat/kg – 3.50 kg/A.y lElektrot Potansiyeli (Cu/CuSO4) 1100 mVÇeli e Kar Devre Potansiyeli 250 mVYo unluk 2.80 g/cm³

1.G R Volkan AKKUM

31

1.13.2. Magnezyum Anotlar

Galvanik anotlu katodik koruma sistemi gereken yerlerde magnezyum anot,

direncinin yüksek olmas ve potansiyel fark n n ideal olmas na bak larak tercih edilir.

Toprak içerisinden geçen boru hatlar ve depolama tanklar için ideal galvanik anotlu

katodik koruma sistemi magnezyum anotlarla kurulmu oland r.

Çizelge1.8. Magnezyum anotlar n kimyasal bile imi

Element Yüzde Bile im

Al 5,3-6,7

Zn 2,5-3,5

Mn 0,25-0,40

Si En çok 0,3

Cu En çok 0,08

Fe En çok 0,03

Ni En çok 0,003

Çizelge 1.9. Magnezyum Anotlar n Elektrokimyasal Özellikleri

Atom A rl (gr/mol) 24,3

Yo unluk (g/cm3) 1,74

Elektrot Potansiyeli(mV) (Cu-CuSO4 referans elektroduna

göre, deniz suyu içinde)

-1500

Teorik ak m kapasitesi (amper, saat/kg) 2200

Teorik y pranma (kfc/amper.y l) 4

Anot ak m verimi (%) 50

Çeli e kar devre potansiyeli(mV) 550-700

Kullan laca zemin özgül elektrik direnci ( ohm.cm), en

çok

4000

1.G R Volkan AKKUM

32

1.13.3. Çinko Anotlar

Betonarme yap larda, su alt yap lar nda ve gemilerde galvanik anot olarak

kullan lmaktad r. Ayr ca çinko bazl galvanik boyalarla kaplama yap larak galvanik

katodik koruma sistemleri tesis edilmektedir.

Çizelge1.10. Çinko anotlar n kimyasal bile imi

ELEMENT MIL-SPEC. A-18001 J

ASTM-B418-95a TYPE I

ASTM-B418-95a

TYPE II

Al 0.1 - 0.5 0.005 % maxCd 0.025 - 0.07 0.003 % maxFe 0.005 % max 0.0014 % maxPb 0.006 % max 0.003 % maxCu 0.005 % max 0.002 % maxÇinko Kalan Kalan

Çizelge 1.11. Çinko anotlar n elektrokimyasal özellikleri

E. ÖZELL KLER MIL-SPEC. A-18001 JASTM-B418-95a TYPE I

ASTM-B418-95aTYPE II

Teorik Ak m Kapasitesi 820 A.saat/kg 10.66kg/A.y l

820 A.saat/kg 10.66kg/A.y l

Anot Ak m Verimi 95 % 90 %

Gerçek Ak m Kapasitesi 780 A.saat/kg11.22 kg/A.y l

740 A.saat/kg11.84 kg/A.y l

Potansiyel ( Cu/CuSO4 ) 1100 mV 1100 mVÇeli e Kar Devre Pot. 250 mV 250 mVYo unluk 7.13 g/cm³ 7.14 g/cm³

1.13.4. Sabit Tip Referans Elektrod

Çinko tipli, Cu/CuSO4 ve Ag/AgCl tipli olmak üzere en çok kullan lan 3 tip

referans elektrot vard r. Çinko tipli referans elektrodun çeli in korozyonuna sebep

olmas ve boya filminde fazla potansiyel gerilimi olu turmas sebebiyle kullan lmas

mahsurludur.

1.G R Volkan AKKUM

33

Ag/AgCl tipli elektrot ise daha çok deniz suyunun kirlilik faktörlerinden

etkilenmemesi ve AgCl’ nin çözünmemesi sebebiyle deniz suyundaki ölçümler için

kullan l r. Bak r/Bak r sülfat referans elektroda toprak alt yap lar n ölçülmesinde s k

kullan lan, doygun bak r sülfat çözeltisi içine elektrolitik bak r metal dald rarak

yap lan elektrodur. Doygun Bak r/Bak r sülfat referans elektrodunun standart

hidrojen elektroduna kar potansiyeli –316 mV’dur.

Kullan lacak referans elektrodundan beklenen özellikler a a daki gibi olmal d r;

· Referans Elektrot, devreden ak m geçti i zaman elektrottaki ohmik gerilim

azalmas ndan dolay ortaya ç kan hatalar düzeltmek için en az iç dirence sahip

olmal d r.

· Referans Elektrotlar, anotlara 15-20 m uzakl a monte edilmelidir.

· Ortam artlar nda kararl ve güvenilir olmal d r.

· Referans elektrotun ak m iddeti hiçbir ekilde endüktif etki olmamal d r.

· Polarize olmamal d r, yeni ölçme devresinde yüklenen ak mdan dolay potansiyel

de i memelidir.

Çizelge1.12. Galvanik anotlu katodik koruma sistemi ile d ak m kaynakl katodikkoruma sisteminin kar la t r lmas

Galvanik Anotlu Katodik Koruma

Sistemi

D Ak m Kaynakl Katodik Koruma

Sistemi

D ak m kayna na gerek yoktur.

Katodik koruma için gerekli ak m

galvanik anotlardan sa lan r.

Bu sistem elektrik ebekesi bulunmayan

bölgelerde uygulanamaz.

Bu sistemde ak m maliyeti yüksektir. Bu

nedenle ak m ihtiyac yüksek olan boru

hatlar nda tercih edilmez. Galvanik

anotlu katodik koruma sistemi 0.5 ile

1.00 mA’ den daha az ak m ihtiyac olan

boru hatlar nda ekonomik olabilir.

Elektrik ak m ebekeden al nd için

ekonomiktir. Bu nedenle ak m ihtiyac

için ak m s n r yoktur. Bu sistem, Trafo

Redresör ünitesi say s art r larak çok

uzun boru hatlar nda ekonomik olarak

uygulanabilir.

1.G R Volkan AKKUM

34

Galvanik anotlu katodik koruma

sisteminde devre potansiyeli dü ük

oldu undan, yüksek elektriksel özgül

dirençli zeminler içinde bu sistemin

uygulanmas güçle ir. 5000 ohm.cm’den

daha yüksek özgül dirençli zeminlerde

uygulanmamal d r.

D ak m kaynakl katodik koruma

sisteminde zemin özgül direnci ile ilgili

bir s n r yoktur. Anot yata n n direnci

dü ürülerek ve Trafo Redresör ünitesinin

say s art r larak istenilen ak m

uygulanabilir.

Yap m basit ve kolayd r. letme

s ras nda hiç bir ayar gerektirmez.

Proje s ras nda göz önüne al nmayan

faktörler nedeni ile de i imler meydana

gelirse, bunlar i letme s ras nda ayar

yap larak düzeltilebilir.

Anotlar, boru hatt boyunca da lm

oldu undan, i letme s ras nda kontrolü

güçtür. Ar zan n belirlenmesi için her

anodun ayr ayr kontrol edilmesi gerekir.

Trafo redresör ünitesi kolayca

eri ilebilecek yerlere konulurlar. letme

s ras nda sistemin kontrolü kolayd r.

Anot/Zemin potansiyeli dü ük

oldu undan, anot yata n n çevre metalik

yap lar üzerine interferans etkisi

önemsizdir.

Trafo redresör ünitesi kolayca

eri ilebilecek yerlere konuldu undan,

i letme s ras nda sistemin kontrolü

kolayd r.

Anottan çekilen ak m kontrol edilemez.

Borunun ak m ihtiyac polarizasyon

nedeni ile zamanla azal r.

Boru ak m ihtiyac de i tikçe sisteme

uygulanan ak m ihtiyac istenilen

seviyelerde ayarlanabilir.

Anoda yak n olan metal yüzeyinde a r

voltaj nedeni ile metal kaplamas nda

soyulma meydana gelmez.

Anoda yak n olan metal yüzeyinde

uygun ayar yap lmazsa a r voltaj nedeni

ile metal kaplamas nda soyulma

meydana gelebilir.

1.G R Volkan AKKUM

35

1.14. Anot htiyac

1 m2 yüzeyde yeterli katodik koruma sa lamak için gerekli ak ma katodik

koruma ak m ihtiyac denir. Bu ak m anot verece inden bu bilgilerden gerekli

hesaplamalar yap larak anodun boyutu tahmin edilir ve gerekli olan anot say s

bulunabilir. Daha önce gösterildi i gibi galvanik anot olarak kullan lan en yayg n üç

metal magnezyum, çinko ve aluminyumdur.

.

1.14.1. Kaplamalarla Birlikte Kullanma

Katodik koruma uygulan rken yal tkan kaplama kullanmak her zaman

avantajl d r. Böyle kaplamalar koruyucu ak m n da t lmas nda, toplam ak m

ihtiyac n n azalt lmas nda ve anodun ömrünün uzat lmas na etkili olurlar ve

kullan l d rlar. Örne in kaplanm bir boru hatt nda ak m da l m ç plak boru

hatt na göre daha düzgündür, gerekli olan anot say s ve toplam ak m daha azd r ve

bir anot boru hatt n n daha uzun bir k sm n daha uzun süre koruyabilir.

1.14.2. Potansiyel Ölçümleri

Korunan yap n n potansiyeli ölçülerek koruma derecesi nicel olarak tespit

edilebilir. Bu ölçüm genellikle kriter olarak kabul edilir ve korozyon mühendisleri

taraf ndan kullan l r. Bu tespitin temeli , korunan yap yerel etki pillerinin aç k devre

anodik potansiyeline polarize oldu unda katodik koruma tamamd r, kavram na

dayan r. Bu ölçümü yapmak için referans elektrot ohmik dü ü ten kaynaklanan

hatay ortadan kald rmak veya azaltmak için korunan yap ya mümkün oldu unca

yak n bir ekilde yerle tirilmelidir. Gömülü boru hatlar için toprak yüzeyinde

gömülü boru hizas nda uygun bir yer al n r. Katodik olarak korunan bir metal yap n n

korunup korunmad a a da belirtilen referans elektrotlar n kar s ndaki koruma

potansiyel de erlerini sa lamak gerekir. Ayr ca ba ka bir kriterde korunmu yap n n

do al potansiyelinin koruma potansiyeli aras ndaki fark n -300 mV olmas d r.

1.G R Volkan AKKUM

36

1.14.3. Katodik Koruma çin Gerekli Anot Miktarlar n n Hesaplanmas

Birim kütledeki bir anottan çekilebilecek maksimum ak m miktar na teorik

ak m kapasitesi denir. Bu miktar A.saat/kg veya kg/A.y l olarak ifade edilir. Bu

de er kullan larak belli bir miktardaki ak m ihtiyac için kaç kg anot kütlesinin

gerekli oldu u veya belli bir kütledeki bir anodun kaç y l dayanaca (ömrü)

hesaplanabilir. Ancak pratikte anot ömrüne etki yapan iki önemli faktöründe göz

önünde bulundurulmas gerekir. Bunlardan biri anot ak m verimi’dir. Anot ak m

verimi, anottan çekilen ak m miktar n n Faraday yasas ile hesaplanan ak m

miktar na oran olarak tan mlan r. Bir de anot kullanma faktörü (Eskime faktörü)

vard r. Anotlar kullan ld kça kütle kayb ile birlikte yüzey alanlar da küçülür. Bunun

sonucu olarak anot direnci gittikçe artar.

Di er taraftan anodun harcanmas hiçbir zaman üniform olarak yürümez ve anot

kütlesi tam olarak bitinceye kadar kullan lmaz. Pratikte galvanik anot kütlesinin en

çok %85’inin kullan labilece i kabul edilir.

Anod kütlesi(kg) x Anod verimi x Eskime Faktörü(0,85)Anot Ömrü(y l)= (1.5)

Çekilen ak m iddeti(A) x Teorik Ak m Kapasitesi(kg/A.y l)

1.14.4. Genel Anot Gereklili i

Ana gereklilik; anodun, çeli i ya kabul edilebilir bir maliyet ve zaman içinde

korozyonuna göz yummas yada hiç korozyona u ratmamas d r.

Bir anodun özellikleri a a daki gibi s n fland r labilir.

a) Materyal bile imi

b) Üretim metodu

c) Fiziksel ekil

d) Anot ak m ç k

e) Kapasite

1.G R Volkan AKKUM

37

f) Verim

g) Potansiyel

Anot performans yla ilgili göz önüne al nacak d faktörler ise;

a) Yal n çeli in koruma gerektiren alan

b) Hangi koruma gerekliyse onun için gereken sistem ömrü

c) Elektrolitin kimyasal bile imi

d) Elektrolit s cakl

e) Elektrolit ak oran

f) Elektrolitin hesaplanmas

g) Çelikle ili kili olarak anodun konumu

1.14.5. Materyal Bile imi

Her ne kadar aluminyum, çinko ve magnezyum yeteri kadar negatif bir çok

durumda anot olarak çeli i korumak için kullan ld ysa da bunlar n olu turdu u

kimyasal bile im ve da l m anot performans nda kritik bir duruma yol açar. Ala m

elementlerinin kritik tabiatlar ndan ötürü her bir eriyik için s k kontrolü ve

spektrografik analizleri gereklidir. Her bir eriyik içinde ayr ca ne kadar safs zl k

oldu u ölçülmelidir. Anot spesifikasyonlar n kar layabilmek için yüksek dereceli

primer metal kullan lmas laz md r. Primer metallerin ço u, bir spesifikasyondan

daha fazlas için uygundur. Bu da üretilmesine, miktar na ve safla t rma yöntemine

etki eder. Bu yüzden anot için bu ilk temel analizin yap lmas gereklidir.

1.G R Volkan AKKUM

38

Çizelge 1.13. Primer metal olarak kullan lan anotlar n analizi

99-99 % Çinko

Pb 0-003 max

Cu 0-001 max

Cd 0-003 max

Fe 0-002 max

Sn 0-001 max

99-80 % Aluminyum

Fe 0-06 max

Si 0-08 max

Cu 0-004 max

Zn 0-02 max

Sn 0-01 max

99-80 % Magnezyum

Zn 0-002 max

Al 0-008 max

Si 0-072 max

Cu 0-003 max

Pb 0-003 max

Mn 0-017 max

Sn 0-002 max

Ni 0-001 max

Ca 0-002 max

1.G R Volkan AKKUM

39

deal olarak bir anodun u özellikler sahip olmas gerekir;

· Korozyon potansiyelinin yeteri kadar negatif olmas

· Yüksek anot verimlili i için korozyona yol açan safs zl klar n ya olmamas

ya da zarars z bir hale getirilmesi

· Katodik koruman n sa land ortamda anodun aktif kalmas , pasif olarak

kalmamas ve her taraftan e it bir ekilde korozyona u ramas gerekir.

1.14.6. Anot Katk lar

Katodik koruma için çinko yada magnezyum anotlar kullan ld zaman,

toprak ko ullar nda genelde bir dolgu taraf ndan sar l rlar buda anot – toprak ara

yüzeyinde elektrik direncini dü ürür. Küçük anotlar topra a yerle tirilirlerken

genelde torbal dolgularla sar l rlar ve büyük anotlar ise gev ek olan dolgularla

sar l rlar. Dolgu, anodun toprakla temas n engeller ve bu sayede lokal korozyonun

olmas n engeller ve böylelikle verimlili i de dü ürür. Bile imi bilinen bir materyalle

anodu sard m zda, anodun toprak tuzuyla kombinasyonu engellenir ve bu da anot

yüzeyinde pasif film olu mas n engeller.

Topra a ba l olarak dolgu dü ük dirençli oldu undan sonuçta anot alan n n

artmas na yol açar. Bu da toprak hatt na dü ük direnç verilmesini gerektirir. E er

ç plak anot topra a gömülmü olsayd böylelikle dolgu topra n nemini çekecek ve

anodun çevresindeki alan n iletkenli ini artt rm olacakt . Kuru dolgular nemlenince

geni ler ve bu ekilde topra n içindeki bo lu u doldurarak paketin geni lemesini ve

bo luklar n yok edilmesini sa larlar. Yüksek dirençli topraklar için en s k kullan lan

kar m; % 75 alç ta , % 20 bentonit ve % 5 sodyum sülfat ve bu da yakla k 50

ohm.cm’ lik direnci neme doyurdu unda sa lan r.

1.14.7. Üretim Metodu

Her ne kadar birçok anotlar, a r döküm halinde yap l yorlarsa da baz anotlar

sadece döküm ve ekstrüzyon olarak yap l rlar. Döküm etkisini metodu anodun

fiziksel yap s n ve görünümünü etkiler.

1.G R Volkan AKKUM

40

Böylelikle sat ve performans da etkilenmi olur. not ala m içeriklerini

sertle tirebilir eklinde olmal d r. Ayn zamanda içinde hava bo luklar ve ba ka

maddeler olmamal d r. E er hava bo luklar olursa anodun pasifle mesi ve

kullan l rken fiziksel parçalanmas artar.

1.14.8. Anotlar n Fiziksel ekilleri

De i ik ekiller ve a rl k ili kileri, de i ik yüzeysel alanlar belirlerler. Buda

ayn a rl n farkl ekillerde farkl ak m ç kt s vermesine yol açar. Bu u demektir;

ayn a rl klar için de i ik ekillerin farkl ömürleri vard r. Genel olarak ekil, belirli

bir ak m ç kt s n n belirli bir a rl k için ve böylelikle belirli bir ömrü olmas

aç s ndan önem ta maktad r. Ba ka di er durumlarda, anot ekil ve yer itibariyle

korumas gereken çelik yap için üretilir.

1.14.9. Anotlar n Yerle tirilmesi

Bütün galvanik anotlar, korunacak çelik yap için elektriksel temas sa lamak

ve desteklemek için çelik yerle tirmeye sahiptirler. Korunan çelik yap ile çelik

yerle tirmenin elektriksel temas n n mükemmel olmas en önemli unsurdur. Ayn

zamanda anot materyali ile yerle tirme aras da mekanik bir ba olmas , iyi bir

iletkenlik sa lanmas için artt r. Anot ba lant lar bir çok ekilde ve boydad r. Bu

yerle tirme anodun a rl n ta yacak kuvvette olmal , kaynak yap labilmeli ve

korunmaya ihtiyac olan çelik yap ya mekanik olarak sabitlendirilmelidir. Toplam

kurulum masraf n n önemli bir k sm oldu u için anot sabitle tirilmesi kolayl k ve

h z bak m ndan dikkate al nmal d r. Gemilerin korunmas nda rol oynayan çe itli

kurulu lar, hangi durumda hangi metodun belirlenece ini saptamak üzere kurallar ve

ko ullar olu turmu lard r. Dikey, yatay ya da düz yüzeylere anotlar sabitle tirmede

en iyi bilinen ve kolay yoldur. Boru hatlar n n e imli yüzeylerine ve çukur yap lara

anot sabitle tirmek daha komplikedir ve daha fazla çelik yerle tirme gerektirir.

Pratikte, kaplama anodun kenar na kadar getirilir ve bütün çeli in kaplanmas yap l r.

1.G R Volkan AKKUM

41

1.14.10. Anot Verimi

I = (E1-E2) / R (1.6)

E1:Anot materyalinin potansiyeli

E2:Çeli in potansiyeli -0,80 V (Ag/AgCl)

R:Direnç

Burada çelik potansiyeli Ag/AgCl içinde -0,80 al nmaktad r.Bu potansiyel

korozyonun durduruldu unu ve iki potansiyelin negatif i aretlerinin dikkate

al nmad n gösterir.

1.14.11. Anot Kapasitesi

Anot kapasitesi ( A.h/kg) olarak ifade edilen bir ak md r. Belli bir a rl ktaki

anot materyalinden elde edilir. Verimlilik % 100 ün alt nda olaca ndan bir anodun

kapasitesi teorik Faraday kapasitesinden azd r.

Teorik olarak Faraday kanununa göre 1 e de er gram = 96500 C

Buradan 1 kg Aluminyumun º 2981 Ah’ ya e it oldu u ve elektrokimyasal olarak 1

kg anot çözünür ve de tüm yükleme metali korumak için kullan lacak olursa 1 kg

Alüminyum 2981 Ah elektronla yap y katodik olarak korur. Anot verimi( teorik

olarak anot kapasitesi), anot kullanarak yararl ak m olarak katodik koruman n

ölçülmesidir. Elektrolit olarak hangi ortamda hangi maddeyi korumak istersek bunu

hücrede de erlendirebiliriz. Belirli sürede ki anot kayb ndan ç kart r z. Bir bak r

coulombmetre seri olarak pile ba lanm t r ve deney esnas nda geçen ak m bize

verir. Bu ekilde tahmini anot verimlili ini tespit ederiz.

1.G R Volkan AKKUM

42

1.14.12. Anot ve Katot Potansiyelleri

Anot potansiyellerine kar olan standarda kar farkl elektrotlar kullan l r ve

bu yüzden hangi elektrodun referans olarak kullan laca bilinmelidir.

Genelde referans olarak kullan lacak hücreler pratikte Ag/AgCl, Cu/CuSO4,

Hg/Hg2Cl2 ve metalik çinkodur. Genelde Ag/AgCl 22 elektrodu anot ve katot

potansiyelin deniz suyunda ölçer. Bu bölümde potansiyel ölçümlerinde bu referans

elektrotlar al nm t r. Anot potansiyelinin önemi udur; potansiyel ne kadar negatif

olursa anot ç kt s o derece büyük olur. Bu ekilde çeli in ba l oldu u anodun

polarizasyon h z daha h zl olur. Di er taraftan potansiyel ne kadar daha fazla

negatif ise ak m ç kt s o kadar fazla olur ve anodun harcanmas o kadar fazla olur.

Böylelikle anodun potansiyelinin yap n n potansiyel de erini indirmeye yeterli

olmas gerekti ini anlar z.

1.14.13. Koruma Gerektiren Çeli in Alan

Galvanik anotlar, bir elektrolit veya topra a gömülü olmak kayd yla hem

ç plak hem de kapl çeli i korurlar. Atmosferdeki çeli i anotlar koruyamaz.

Korunacak olan yal n çeli in alan yap n n çiziminden elde edilir. Genelde

çeli in yüzeyinin düz oldu u kabul edilir. Etkiye maruz kalan çeli in alan öyle

hesaplan r:

a)Orijinal kaplama ile kaplanm çelik yap miktar

b)Yap n n ömrü boyunca maruz kalaca yap alan ( kaplama k r lmas ve

erozyondan ötürü)

Bu alanlar hiçbir formül taraf ndan hesaplanamaz. Ancak bu pratikten ve tecrübeden

hesaplan r. Yap n n alan n n önemi udur; alan ne kadar büyük olursa o kadar fazla

anoda ihtiyaç duyacakt r. Farkl durumlarda kurban anotlar farkl süreler için katodik

koruma sa larlar. Ölçümde, en dü ük bir, en çok k rk y ll k bir koruma istenebilir.

1.G R Volkan AKKUM

43

1.14.14. Anot Performans na Elektrolit Ortam n Etkisi

Farkl konsantrasyonlarda, farkl kompozisyonlarda ve farkl elektrolit

çözeltilerinde galvanik anotlar farkl performans gösterirler. Pratikte farkl ö elerin

olu turdu u konsantrasyonlar zaman içinde de i iklik gösterir. Bu yüzden bunun

cevab ortalama bir durum takdir etmektedir.

Kimyasal kompozisyonun önemi, kullan lacak anodun çe it ve miktar n belirlemek

için önemlidir. En önemli parametre dirençtir. Ama ayn zamanda çözeltide olan

elektrolitin belirgin tabiat da dikkate al nmal d r. Anodun performans elektrolitin

s s na da ba l d r. Is dü tü ünde elektrolitin direnci artar, anodun ç kt s dü er.

Yüksek s larda çal an baz anotlar dü ük s larda pasifle irler. Anot performans

elektrolitin ak oran na ba l d r. Bu da korunacak yap n n paslanma – korozyon

oran n etkiler. Genelde ak oran artt kça koruma için gerekli olan ak m yo unlu u

da artar. Anot ihtiyac elektrolitin havaland r lmas yla direkt alakal d r. Elektrolit ne

kadar çok havaland r l rsa oksijen bulunmas daha kolay olur ve katodun oksijenle

temas kolayla r, böylelikle koruma için gerekli ak m fazlala m olur.

1.14.15. Çelik Yap ya Ba l Olarak Anodun Pozisyonu

E er kurban anotlar çeli in üstüne veya çok yak n na yerle tirilirse, o zaman

anodun yüzeyinden ç kt s ya k s tl olur ya da çok s n rl olur.

Di er taraftan anotlar çelik yap da makul bir uzakl a yerle tirilirse, o zaman

potansiyel fark n n bir k sm anotla katot aras ndaki su direncini yenmek için

harcan r. Çeli i korumak için kurban anotlar n n da l m bilimden çok sanatt r. En

basit ekliyle standart bir geometrik ekil da l m n kullan r. Elektrolit ak na ba l

yerle tirme, elektrolit havaland r lmas ve kalkanlama oran dikkate al nmal d r.

1.14.16. Dizayn Parametreleri

Galvanik anotlar kullan larak tatmin edici katodik koruma dizayn

yap lmadan önce a a daki bilgilerin kullanabilirli ine karar verilmelidir.

1.G R Volkan AKKUM

44

a)Korunacak olan çelik yap alan n n bilgisi

b)Kullan lacak kaplama çe idi

c)Çelik yap n n elektrolitle olan temas süresi ve frekans

d)Katodik koruma sisteminde gerekli olan s tma zaman

e)Yap y korumak için kullan lacak olan ak m yo unlu u seçilmelidir. Farkl

durumlar, farkl ak m yo unlu u gerektirir. Bu ak m yo unlu u pratikte

20 mA / m2 – 4000 mA / m2 aras ndad r.

f)Do ru anot materyali seçimi için elektrod direnci belirlenmelidir.

2.ÖNCEK ÇALI MALAR Volkan AKKUM

45

2. ÖNCEK ÇALI MALAR

K. Darowicki, J. Orlikowski, S. Cebulski, S. Krakowaik (2002) Bu çal ma bize

anot gibi davranan iletken kaplamalar n katodik korunmas hakk nda bilgi

vermektedir. Günümüzde iletken kaplamalar n elektrokimyasal ölçümleri, kaplamay

olu turan polimer bir matriksle pigment karbonunun kar t r lmas yla yap lmaktad r.

Etkin empedans ölçümlerine dayal kaplama uygulamalar n n elektrokimyasal

parametreleri hesaplanm t r. Uzun süren anodik polarizasyonlar sonucu

kaplamalar n elektriksel ve elektrokimyasal parametreleri saptanm t r. Sonuçlar

istatistiksel analize tabi tutularak da l m yüzeyi belirlenmi tir. Ara t rmalar,

kaplamalar n katodik korumada kullan labilece ini göstermi ve bu esnada

elektrokimyasal paremetrelerin sa land gözlemlenmi tir.

Sonuç olarak; kaplama ara t rmalar sonucu, anot kullan larak yap lan katodik

korumalar n beton yap lar n güçlendirilebilece i sonucu ortaya ç km t r.

Bu geleneksel olmayan iletkensel kaplama ve koruma metodu, özel elektriksel ve

elektrokimyasal özelliklerin kullan m n gerektirir.

Kaplamalarda elektrokimyasal ve elektriksel ara t rmalar n uygulamalar yla

a a daki sonuçlar formüle edilmi tir.

· Kaplamalar n elektriksel ve elektrokimyasal özellikleri grafitin özelli ine

ba l d r. Uzun süreli anodik polarizasyonlarda % 50’ nin üstünde grafit

miktar içeren kaplamalar dü ük direnç ve potansiyel stabilitesi olarak

karakterize edilirler. Ancak ayn zamanda 12 gün sonra kötü mekanik

özellikler gösterirler ve gözenekli hale geçerler.

· Her ne kadar iyi elektriksel özellikleri olsa da beton korumlar için yüksek

grafit içerikli kaplamalar kullan lmamaktad r.

· % 35 ve az n içeren grafit kaplamalar uzun süreli anodik polarizasyon

sonucu direnci ve potansiyeli h zl bir ekilde artmaktad r.

2.ÖNCEK ÇALI MALAR Volkan AKKUM

46

Luiz C. Wrobel, Panayiotis Miltiadou ( 2002) Bu çal ma bize katodik koruma

problemleri hakk nda bilgi vermektedir. Korozif çevrelere yerle tirilen metallerin

elektrokimyasal özelliklerini korumak için katodik korumadan yararlan ld na

de inilmi tir. Mevcut yo unluk ve elektrokimyasal potansiyel aras ndaki lineer

olmayan ili kilere sahip polarizasyon e risi, katodik koruman n matematiksel

modellerinin s n r durumlar n n gerekliliklerini vermektedir. Polarizasyon e risindeki

bilgiler her zaman uygun de ildir ve bu sistemin tarihine ba l d r. Korozyon

mühendisli indeki di er önemli bir problem ise kaplaman n tan mlanmas d r. Bu

çal ma nda çevirme problemleri için bir algoritma kurulmu tur. Çal lan

problemler, polarizasyon e risinin karakteristik parametrelerinin tan mlanmas , anot

pozisyonunun optimizasyonu ve hangi bölgede daha yo un olaca yla alakal d r.

Sonuç olarak bu çal man n amac ; korozyon mühendisli inde çevrim problemleri

için robust ve verimli numerik tekni inin elde edilmesi arac l yla genetik algoritma

evriminin prensiplerine dayanana bir BEM formülasyonunun bir optimizasyon

yakla m yla birlikte birle tirilmesidir.

S.M.A. Shibli , V.S. Gireesh, Sony George (2003) Bu çal mada, aluminyum

galvanik anotlar n n verimli aktivasyonu için Rutenyum Dioksite ba l yüzey katalizi

incelenmi tir. Metaller aras bile ikler de dahil olmak üzere de i ik aktivatörler

kullanarak yap lan baz çal malar aluminyum ala ml galvanik anotlar n n yap sal

modifikasyonlar na odaklanmaktad rlar. Bu çal ma RuO2 ’ nin 95+ 5 Al – Zn

ala m alt taban yla aluminyum aktivasyonunun ara t r lmas ve de erlendirilmesinde

yeni bir yakla m sunmaktad r. Çal malar sonucu haz rlanan elektrotlarla, alt taban

üstünde RuO2 filmi olu turarak iyi bir yüzeysel etkile ime sahip oldu u bulunmu

ve ayn zamanda dü ük yüzey özdirenci ve aluminyumun tabakalar aras

diffüzyonunun kolayla t gözlemlenmi tir. % 3’ lük NaCl elektrolitinde

elektrotlar, de i ik deneysel ko ullarda mükemmel galvanik performanslar

göstermi lerdir. Uzun süren galvanik etkiye maruz kalan elektrot boyutunun 1/3 üne

dü mesine ra men RuO2 tabakas elektrot yüzeyinde kalmaya devam etmi tir.

2.ÖNCEK ÇALI MALAR Volkan AKKUM

47

Sonuç olarak 400 ° C de hava mevcudiyetinde RuCl3 ate lemesiyle 95 + 5 Al – Zn

ala m elektrotlar RuO2 ile kaplanm t r. RuCl3 titanyum substrat na uyguland nda

Ru +3 iyonu Ru +2 iyonuna indirgenerek Al – Zn ala m yüzeyine indirgenmi özellik

göstermektedir. Al +3 iyonunun elektrot yüzeyine difüzyonu da RuO2 tabakas nda

teyit edilmi tir. RuO2’nin yüzeyi hayli iletken ve kataliksel olarak aktif bulunmu tur.

RuO2 konsantrasyonu ve ate leme s s s ras yla 0,175 mg / cm2 de ve 400 ° C de

optimize edilmi tir. RuO2 ile k smi yüzey aktivasyonu, dü ük performansla

sonuçlanmaktad r. As l galvanik anotlar gibi de i ik deneysel artlarda elektrotlar

iyi performans göstermi tir. Kendi orijinal boyutunun 1/3 üne dü ürüldü ü halde

RuO2 filmi elektrot yüzeyinde dayan kl l k göstermi tir.

E.Santana Diaz, R.Adey(2005) Bu çal mada, katodik koruma sistemlerinde düzgün

potansiyel da l m için anot yerle iminin optimizasyonu ölçülmü tür. Katodik

koruma sistemlerinin ilk uygulamalar ndan biridir. Kurban ve bask n anotlar n

kullan m gemilerin d çeperinde, yeralt nda, borularda standart bir hale getirilmi tir.

Katodik koruma yöntemlerinin performans nda mevcut olan anotlar n gerçek

yerlerinin bilinmesi hayati önem ta maktad r. Yanl seçim ve pozisyonlama

korumas z ve güvensiz bir alan n olu umuna yol açar. Optimizasyon metotlar , s n r

elemanlar teknolojisiyle birle tirilerek bu durumun analizi için çal lm t r ve bu

gayede bir çok anot kullan lm t r.

Fidel Guadarrama – Munoz, Juan Mendoza – Flores, Ruben Duran – Romero,

j.Genesca (2005) Bu çal ma bize magnezyum anotlar n n NaCl ve CaSO4 –

Mg(OH)2 sulu solüsyonlar nda elektrokimyasal çal mas hakk nda bilgi

vermektedir. Anodik çözünme gösteren 3 örnek magnezyum anodunun, % 3 NaCl

ve CaSO4.2H2O – Mg(OH)2 içeren solusyonun test çal mas nda elektrokimyasal

verimlili i çal lm t r. Polarizasyon e rileri ve de elektrokimyasal spektrograf

kullan lm t r. Metalik elektrolit ara yüzeyinde aktivasyon prosesinin yer ald

bulunmu tur. Bu proses, iki paralel birbirine e it elektrik devresinde sunulabilir ve

ayr ca solüsyon direnciyle de seri olarak gösterilebilir.

2.ÖNCEK ÇALI MALAR Volkan AKKUM

48

Sonuç olarak iki paralel devrenin olu mas n n fiziksel anlam ; yük aktar m i leminin

olu mas ve ayr ca korozyon ürünün metal üstünde olu mas na ili kilendirilmi tir.

3. MATERYAL VE METOD Volkan AKKUM

49

3. MATERYAL VE METOD

3.1. Materyal

3.1.1. Elektrolit

Deneysel çal malar %3,5 NaCl çözeltisi içerisinde gerçekle tirilmi tir.

3.1.2. Çal ma Elektrotu

Çizelge 1.6.’ ya göre ticari olarak haz rlanm aluminyum elektrot kullan lm t r.

3.1.3. Kar Elektrot

2 cm2 yüzey alan na sahip platin elektrot kar elektrot olarak kullan lm t r.

3.1.4. Referans Elektrot

Gümü -gümü klorür elektrot (Ag, AgCl/Cl-) referans elektrot olarakkullan lm t r.

3.1.5. Manyetik Kar t r c

Çözeltileri kar t rmak için kullan lm t r.

3.1.6. Mekanik Parlat c

Elektrotlar n yüzeyinin parlat lmas nda kullan lm t r.

3.1.7. Aseton ve CCl4

Yüzey temizleme çözeltileri olarak kullan lm t r.

3. MATERYAL VE METOD Volkan AKKUM

50

3.1.8. Avometre

Sistemden geçen ak mla potansiyeli belirlemek için kullan lm t r.

3.1.9. Reosta

Elektrotlardan geçen ak m n de i mesini sa lamak için kullan lm t r.

3.2. Metot

3.2.1. Elektrotlar n Haz rlanmas

Çal ma elektrotlar silindirik metal çubuklardan 5 cm uzunlu unda kesilerek

yap lm t r. Bu elektrotlar Çizelge 1.6.’ da verilen bile imlerle ticari olarak

haz rlanm t r. Elektrotlar n üzeri epoksi boya ile kaplanarak iletkenli in sadece

taban ndan olmas sa lanm t r. Aluminyum anotlar plaka eklinde ( 42mm x 16mm x

8mm) ebatlar nda haz rlanm t r. Çal ma elektrotlar n n yüzeyleri bütün ölçümlerden

önce mekanik parlat c da de i ik tanecik boyutlu (600-1200) z mpara ka tlar ile

parlat ld ktan sonra s ras yla saf su ile y kanm , CCl4’ten geçirilmi ve saf su ile tekrar

y kand ktan sonra filtre ka d ile kurutulup çözeltiye dald r lm t r.

3.2.2. Elektrokimyasal Ölçümler

Üç elektrot tekni inden yararlan larak haz rlanan elektrotlar, iletkenlik ölçümü

yapmak için % 3,5’ lik NaCl çözeltisi içine dald r lm t r. Reosta yard m yla

dirençlerin farkl de erleri için avometre kullan larak demirin ak m-potansiyel

de erleri hesaplanm t r. Bu de erler yard m yla ak m-potansiyel grafi i çizilerek

polarizasyon direnci ölçülmü tür. Ayn metot aluminyum içinde kullan lm t r. Ak m-

potansiyel grafi i yard m yla polarizasyon h z ölçülmü ve demirle olan farkl l klar

gözlemlenmi tir.

Bir sonraki a amada kütle kayb ndan yararlanarak korozyon h z n ölçmek için, 10

adet aluminyum örnek haz rlanm t r. Bunlar n yüzey temizli i, CCl4 ve aseton

kullan larak yap lm t r. Daha sonra 100 0C’ de 1 saat boyunca s t larak aluminyumun

3. MATERYAL VE METOD Volkan AKKUM

51

korozyona u ramadan önceki ilk kütlesi ölçülmü tür. Sonraki a amada bu örnekler %

3,5’ lik NaCl çözeltisi içinde 5 gün süresince b rak lm lard r.

Her gün 2 örnek al narak kütle kay plar hesaplanm t r. 5 gün sonunda tüm kütle

kay plar grafi e geçirilerek mdd – zaman grafi i çizilmi tir.

Son a amada, aluminyumun demirle galvanik e lemesi yap lm t r. Bunun için

aluminyum plaka, silindirik demir, referans elektrot (Ag, AgCl/Cl-) ve kar elektrot (

platin elektrot) kullan lm t r. % 3,5’ lik NaCl çözeltisi içerisinde ak m uygulanarak

ak m ve potansiyelin zamanla de i imi gözlenerek, ak m – zaman grafi i çizilmi tir.

Bu ak m – zaman grafi inden yola ç k larak e rinin alt nda kalan hesaplanarak

aluminyum anotlar n ne kadar sürede ne kadar n n çözündü ü pratik olarak

hesaplanm t r.

ekil 3.1. Elektrokimyasal yöntemlerle korozyon h z belirlenirken kullan lan deneydüzene inin ekli.

Ag/AgCl

Çal ma Elektrodu (Al)

Platin Elektrod

Avometre

4.BULGULAR VE TARTI MA Volkan AKKUM

52

4. BULGULAR VE TARTI MA

4.1. Demirin % 3.5 NaCl çeren Çözeltideki Polarizasyon Direnci

Demir’in; oda ko ullar nda % 3,5 NaCl içinde elde edilen ak m – potansiyel

e rileri ekil 4.1.’ de verilmektedir. ekil 4.1.’ de örne i verilen ak m – potansiyel

e rilerinden polarizasyon dirençleri belirlendi. Belirlenen polarizasyon dirençlerinin

tersi(Rp-1), Çizelge 4.1.’ de verilmi olup büyüklü ü 5 – 10 ohm-1 (S) aral nda

de i mektedir.

y = 0,1643x + 0,4016

0,416

0,418

0,42

0,422

0,424

0,426

0,428

0,43

0 0,05 0,1 0,15 0,2I (mA)

ekil 4.1. Demirin % 3,5 NaCl çeren Ortamdaki Ortalama Polarizasyon Direnci

Çizelge 4.1. Demirin % 3,5 NaCl çeren Ortamdaki Polarizasyon DirençlerininOrtalamas

Ölçüm Say s Polarizasyon Direnci(Rp-1) Ortalama Rp-1 De eri1 5,6 ohm-1

2 5,1 ohm-1

3 7,8 ohm-1

4 5,8 ohm-1

5 7,1 ohm-1

6 6,6 ohm-1

7 5,2 ohm-1

8 5,6 ohm-1

6,1 ohm-1

Rp-1=6,1 ohm-1

4.BULGULAR VE TARTI MA Volkan AKKUM

53

Röschenbleck (1962)’ e göre

cor = -3,2

1 (dEd )Ecor (

dpHdEcor ) (4.1)

B =-3,2

1 (dpH

dEcor ) (4.2)

(dpH

dEcor ) = -0,059V idi. (Stern ve Geary)

Yukar daki denklemde yerine yazarsak;

B=0.026 V/dec bulunur.

cor = B x Rp-1 ba nt s nda B = 0,026 V/dec al narak,

cor =0,16 mA olarak hesaplanm t r.

4.2. Aluminyumun % 3,5 NaCl çeren Çözeltideki Polarizasyon Direnci

Aluminyumun; oda ko ullar nda % 3,5 NaCl içinde elde edilen( I - V )

e rileri ekil 4.2.’ de verilmektedir. ekil 4.2.’ de örne i verilen ak m – potansiyel

e rilerinden polarizasyon dirençleri belirlendi. Belirlenen polarizasyon dirençlerinin

tersi(Rp-1), Çizelge 4.2.’ de verilmi olup büyüklü ü 10 – 15 ohm-1 (S) aral nda

de i mektedir.

4.BULGULAR VE TARTI MA Volkan AKKUM

54

y = 0,0838x + 0,5767

0,583

0,584

0,585

0,586

0,587

0,588

0,589

0,59

0,591

0,592

0 0,05 0,1 0,15 0,2

I ( mA)

ekil 4.2. Aluminyumun % 3,5 NaCl çeren Ortamdaki Ortalama PolarizasyonDirenci

Çizelge 4.2. Aluminyumun % 3,5 NaCl çeren Ortamdaki Polarizasyon DirençlerininOrtalamas

Ölçüm Say s Polarizasyon Direnci(Rp-1) Ortalama Rp-1 De eri1 11,9 ohm-1

2 12,7 ohm-1

3 14,7 ohm-1

4 11,2 ohm-1

5 10,1 ohm-1

6 10,8 ohm-1

11,9 ohm-1

cor = B x Rp-1 ba nt s aluminyum içinde kullan larak, cor = 0,31mA olarak

hesaplanm t r.

4.3. Kütle Kayb ndan Yararlanarak Korozyon H z n n Ölçülmesi

Korozyon h z ölçümü için a rl k kayb yöntemi kullan lm t r. Bu yöntemde

korozyon h z n ölçece imiz aluminyum örnekler, korozif ortam içinde (%3,5

NaCl), 5 gün süresince her gün iki örnek ç kar larak belirlenen kütle kayb de erleri

mdd- gün olarak ekil 4.3.’ de gösterilmi olup bu de erler Çizelge 4.3.’ de de

verilmi tir. Görüldü ü gibi mdd olarak korozyon h z zamanla artmaktad r.

Rp-1=11,9 ohm-1

4.BULGULAR VE TARTI MA Volkan AKKUM

55

0123456789

10

0 1 2 3 4 5 6

t (gün)

ekil.4.3. Kütle Kayb Yöntemiyle Aluminyumun Korozyon H z n n Belirlenmesi

Çizelge 4.3. Kütle Kayb Yöntemiyle Korozyon H z n n Zamanla De i imi

Çal lan Gün Say s Korozyon H z (mdd) Korozyon H z ,

cor(A/cm2)x106

1.Gün 4.62 mdd 5,73 A/cm2

2.Gün 5,72 mdd 7.09 A/cm2

3.Gün 6,89 mdd 8,55 A/cm2

4.Gün 7,97 mdd 9,89 A/cm2

5.Gün 9,32 mdd 11,5 A/cm2

Yap lan ölçümler sonucu; 5. günün sonunda korozyon h z n n hemen hemen

2 kat na ç km oldu u gözlemlenmi tir. Bunun sebebi, anodik olarak kullan lan

malzemenin sürekli aktif kalmas ve kendi kendine otokatalitik olarak korozyona

u ramas d r. Bu malzemeden böyle bir davran göstermesi beklenen bir sonuçtur.

4.BULGULAR VE TARTI MA Volkan AKKUM

56

4.4. Galvanik E leme

Aluminyum anot ve silindirik demir kullan larak galvanik e leme yap lm t r.

Bunu takiben ak m - zaman grafikleri çizilerek e rinin alt nda kalan alan

hesaplanm t r. Hesaplanan alandan yola ç k larak Faraday yasalar na göre

aluminyum anotlar n ne kadar sürede ne kadar n n çözündü ü bulunmu tur. Ölçülen

galvanik ak m n zamanla de i imi ekil 4.4.’ de görülmektedir.

ekil 4.4’ den yola ç k larak aluminyum anot için e ri alt nda kalan alan

hesaplanarak, aluminyum anot için toplam kütle kayb ve toplam ak m hesab

yap lm t r.

E ri alt nda kalan alan n integrali al narak, geçen yük miktar 182,2 A x dk

hesaplanm t r. Gerekli dönü ümler yap larak korozyon h z n n 8,33 mdd oldu u

bulunmu tur.

Korozyon h z ndan yola ç k larak 15 y l boyunca 100m2 yüzeyi korumak

için gerekli olan anot kütlesinin 456 kg olaca hesaplanm t r.

y = -0,0002x + 0,4082

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 100 200 300 400 500 600t (dk)

ekil 4.4. Aluminyum anodun ak m – zaman grafi i (deney1)

4.BULGULAR VE TARTI MA Volkan AKKUM

57

Di er bir örnek için galvanik ak m n zamanla grafi i ekil 4.5.’ de verilmi

olup ayn ekilde alan hesaplanm t r.

y = -0,0002x + 0,5642

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 100 200 300 400 500 600 700

ekil 4.5. Aluminyum anodun ak m – zaman grafi i (deney2)

ekil 4.5’ den yola ç k larak aluminyum anot için e ri alt nda kalan alan

hesaplanarak, aluminyum anot için toplam kütle kayb ve toplam ak m hesab

yap lm t r.

E ri alt nda kalan alan n integrali al narak, geçen yük miktar 307 A x dk

hesaplanm t r. Gerekli dönü ümler yap larak korozyon h z n n 18.42 mdd oldu u

bulunmu tur.

Korozyon h z ndan yola ç k larak 15 y l boyunca 100m2 yüzeyi korumak için

gerekli olan anot kütlesinin 1008,5 kg olaca hesaplanm t r.

4.5.Çelik Yüzeyi Korumak çin Gereken Anot Kütlesi

Bir galvanik anodun ömrü, anot kütlesine ve anottan çekilen ak m iddetine

ba l d r. A a daki ba nt y kullan larak, 100m2 çelik yüzeyi 15 y l boyunca

korumak için gereken anot ihtiyac teorik olarak hesaplanm t r.

t (dk)

4.BULGULAR VE TARTI MA Volkan AKKUM

58

Anod kütlesi(kg) x Anod verimi x Eskime Faktörü(0,85)Anot Ömrü(y l) =

Çekilen ak m iddeti(A) x Teorik Ak m Kapasitesi(kg/A.y l)

Anot Ak m Verimi:Bir anottan çekilen gerçek ak m miktar n n, Faraday yasas esas

al narak hesap edilen teorik ak m miktar na oran d r.

Anot Kullanma Faktörü: Anot kütlesinin %15’ i kal ncaya kadar anottan ak m

çekilebilece ini gösterir.

Anot Ak m Kapasitesi: Birim kütledeki bir anottan çekilen maksimum ak m

miktar na anot ak m kapasitesi denir.

m =15 x 0,040 x 2,95 x 100

m = 231,4 kg0,9 x 0,85

Teorik olarak bulunmu olan 231,4 kg de eri, 100 m2 çelik yüzeyi 15 y l boyunca

korumak için gereken anot kütlesini verir.

4.6. Kaplamal Yüzeyleri Korumak çin Gereken Anot Kütlesi

S cak Bitüm ile kaplanm 100m2 lik bir yüzeyi 15 boyunca korumak için

gerekli olan anot miktar n n 8,82 kg olaca hesaplanm t r.(1.5)

Ayn ekilde Bitüm emdirilmi tek kat sarg l kaplama için, gerekli

hesaplamalar yap l rsa gereken anot ihtiyac n n 2,20 kg olaca hesaplanm t r.(1.5)

Bu hesaplamalarda yüzeyin büyük bir k sm kapl oldu undan, ak m ihtiyac

azalmaktad r. Bu durum gereken galvanik anot ihtiyac n da dü ürmektedir.

Yukar daki 2 de eri kar la t r rsak, kaplaman n dirençlili i artt kça anot ihtiyac n n

azalaca yorumunu ç karabiliriz.

5. SONUÇLAR VE ÖNER LER Volkan AKKUM

59

5. SONUÇLAR

· Demir ve aluminyumun cor de erleri s ras yla 0,16 mA ve 0,31 mA’ dir.

Görüldü ü üzere aluminyumun cor de eri demirinkinden daha yüksektir.

Aluminyum anodun daha h zl çözünmesi sonucu galvanik anot olarak

kullan labilece ini görülmektedir. Ancak, aluminyum yüzeylerin zamanla

pasifle ti i bilinir. Çal lan aluminyum anotta korozyon h z n n zamanla

artmas , katk lar n n pasifle meyi önledi ini göstermektedir.

· Galvanik e lemeyle yap lan anot ihtiyac belirlemesinde ç plak metal yüzeyi

korunmaya çal ld ndan, ihtiyac n oldukça büyük oldu u belirlenmi tir.

· Kapl yüzeyler için yap lan korumalarda, ak m ihtiyac n n azalmas nedeniyle

anot ihtiyac n n da azalaca örnek hesaplarla gösterilmi tir.

· Kullan lan aluminyum anodun çelik malzemeleri korumak için galvanik anot

olarak kullan labilece i anla lm t r.

· Ayn ç plak yüzeyin, çal ma yap lan ko ullardaki kuramsal ak m ihtiyac

bilinmedi inden, anodun verimlilik yüzdesi belirlenememi tir.

60

KAYNAKLAR

DAROW CK , J. ORL KOWSK , S. CEBULSK , S. KRAKOW AK, PROGRESS

N ORGAN C COAT NGS 46 (2003). Conducting Coatings as Anodes in

Cathodic Protection.

D.H. KROON, (1989). Cathodic Protection Anodes Underground, Materials

Performance.

DURAN – ROMERO, J.GENESCA, SC ENCE D RECT, FEBRUARY (2005).

Electrochemical Study on Magnesium Anodes in NaCl and CaSO4 –

Mg(OH)2 Aqueus solutions.

E.SANTANA D AZ, R. ADEY, ADVANCES N ENG NEER NG SOFTWARE

36(2005).Optimising the Location of Anodes in Cathodic Protection

Systems to Smooth Potential Distribution.

ERB L, M., 1987. Alternatf Ak m (AC) mpedans Yöntemiyle Korozyon H z

Belirlenmesi. Do a Türk Kimya Dergisi, 11 (3): 100-111.

Eski ehir, (2002). KOROZYON HIZININ AC MPEDANS TEKN

LE ÖLÇÜMÜ VE UYGULAMALARI, VII. Uluslar aras Korozyon

Sempozyumu Bildiri Kitab .

FONTANA, M. G. AND GRENE, N.D., New York. 214(1967).Corrosion

Engineering, McGraw-Hill.

GARRETT, R. M., (1964). How to Choose the Right Protective Coating, Materials

Protection.

GRENE, J. A. S. AND HONEY , E. G., (1967). Corrosion.

GONSER, B. W. AND ,STRADER, J. E. , LONDON (1948).Chapt. on ‘ Coatings’in

the Corrosion Handbook. Ed. H. H. Uhlig, Wiley, New York, and Chapman

and Hall.

I.L.SHRE R, CORROS ON, NEWNESS – BUTTERWORTHS LONDON (1976).

Sacrifical Anodes and Applications.

J.H.MORGAN, NACE, (1987). Cathodic Protection, Second Edition.

KOROZYON DERNE WEB SAYFASI www.korozyondernegi.org.tr.

M.M. GREEN, JANUARY, (1983).Cathodic Protection Design, A.F. Manual-88.

61

S.M.A SH BL , V.S. G REESH, SONY GEORGE, CORROS ON SC ENCE,

FEBRUARY(2003). Surface Catalysis Based on Ruthenium Dioxide for

Effective Activation of Aluminium Sacrifical Anodes.

S.M.A. SH BL , V.S. G REESH, APPL ED SURFACE SC ENCE 219 (2003).

Surface Activation of Aluminyum Alloy Sacrifical Anodes By IrO2 .

ÜNER SAADET, KOROZYON VE ÖNLENMES 295(1998). Galvanik Anotlar.

YALÇIN HAYR , T MUR KOÇ, MÜHEND SLER Ç N KOROZYON, N SAN

(1998). Katodik Koruma ve Uygulamalar .

ELEKTROK MYA 129(1999). Korozyondan Koruma Yöntemleri.

ZEREN AYHAN, ELEKTROK MYA 311(1999). Korozyon Olu umu.

62

ÖZGEÇM

1978 y l nda Mersin’ de do dum. lkokulu, Gazipa a lkö retim Okulu’nda,

ortaokulu Toros Kolejinde, liseyi Teyfik S rr Gür Teknik Lisesi’nde okudum. 1997

y l nda ba lad m Atatürk Üniversitesi Kimya Mühendisli i’nden 2001 y l nda

mezun oldum. 2002 y l nda Çukurova Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya

Bölümü’nde Yüksek Lisans ö renimime ba lad m.