Korozyon nedir?

A. GİRİŞ

Korozyon, metallerin çevresel etkilerle kimyasal veya elektro-kimyasal reaksiyonlar sonucu bozulması sürecidir. Özellikle sanayi, inşaat ve mühendislik alanlarında büyük ekonomik kayıplara neden olan bu olgu, bilimsel ve mühendislik çözümleriyle minimize edilebilir. Bu makalede, korozyonun nedenleri, türleri, mekanizmaları, matematiksel modelleri ve önleme yöntemleri ayrıntılı bir şekilde incelenecektir.

Korozyon sadece ekonomik kayıplara neden olmakla kalmaz, aynı zamanda güvenlik riski de oluşturur. Özellikle köprüler, binalar, petrol rafinerileri ve gemiler gibi büyük altyapılarda korozyonun etkileri yıkıcı olabilir. Dünya genelinde korozyonla mücadele eden birçok endüstri ve bilim insanı, bu sorunu en aza indirmek için yeni teknolojiler geliştirmektedir.

B. Korozyonun tanımı ve temel prensipleri

Korozyon, metallerin çevresel faktörlerle tepkimeye girerek oksitlenmesi veya başka bileşikler oluşturmasıdır. Genel olarak, aşağıdaki temel reaksiyonlardan biri ile meydana gelir:

Anodik reaksiyon:

Burada M, metal atomunu, n+ metal iyonunu ve e⁻ serbest elektronu temsil eder.

Katodik reaksiyon:

(Nötr ve bazik ortamda)

(Asidik ortamda)

Bu reaksiyonlar sonucu metal yüzeyinde oksit veya hidroksit tabakaları oluşarak malzeme kaybına sebep olur.

Elektrokimyasal Hücre Mekanizması Korozyon olaylarının çoğu, elektrokimyasal hücreler şeklinde gerçekleşir. Metal yüzeyinde farklı potansiyellere sahip bölgeler oluştuğunda bir anod ve katod bölgesi meydana gelir. Elektrolit aracılığıyla iyon hareketi sağlanır ve korozyon başlar.

C. Korozyon türleri

Korozyon farklı şekillerde meydana gelebilir:

Genel Korozyon: Metal yüzeyinin tamamında eşit derecede malzeme kaybına neden olur.

Çukurcuk (Pitting) Korozyonu: Metal yüzeyinde yerel çukurcuklar oluşturarak ciddi hasara yol açar.

Galvanik Korozyon: Farklı iki metalin elektrolit ortamında temas etmesiyle oluşur.

Arayüzey Korozyonu: Kaynaklı birleşimlerde veya metal-metal temas noktalarında görülür.

Gerilim Korozyonu: Mekanik gerilim altında bulunan metallerde çatlaklara sebep olur.

Erozyon Korozyonu: Yüksek akış hızlarına maruz kalan metallerde aşınmayla birlikte gerçekleşir.

Mikrobiyal Korozyon: Mikroorganizmaların etkisiyle metal yüzeyinde bozulmalar meydana gelir.

Her bir korozyon türü, belirli endüstriyel koşullarda daha yaygın olabilir. Örneğin, petrol ve gaz endüstrisinde çukurcuk korozyonu büyük bir sorunken, denizcilik sektöründe galvanik korozyon öne çıkar.

D. Korozyon mekanizmaları

Korozyon Mekanizmaları Korozyon, elektrokimyasal prensiplere dayanır. Temel mekanizmalar şunlardır:

Oksidasyon-Redüksiyon Reaksiyonları

Difüzyon Kontrollü Korozyon

Elektrokimyasal Hücre Oluşumu

Kimyasal Reaksiyonlarla Korozyon

Pasif ve Aktif Korozyon Süreçleri

E. Korozyonun matematiksel modellenmesi

Korozyon hızı, genellikle Faraday yasasına dayalı olarak belirlenir:

Burada:

r: Korozyon hızı (mm/yıl),

K: Malzeme faktörü,

I: Akım yoğunluğu (A/m²),

n: Reaksiyon başına geçen elektron sayısı,

F: Faraday sabiti (96485 C/mol).

Bir diğer yaygın kullanılan denklem Stern-Geary denklemidir:

Burada:

i_corr: Korozyon akımı yoğunluğu (µA/cm²),

B: Tafel eğimi faktörü,

R_p: Polarizasyon direnci (Ω·cm²).

Bu matematiksel modeller, korozyon hızını tahmin etmek ve koruma yöntemlerini belirlemek için önemlidir.

F. Korozyondan korunma yöntemleri

Korozyonun önlenmesi için birçok yöntem geliştirilmiştir:

Kaplama ve Boyama: Metal yüzeyini koruyucu bir tabaka ile kaplamak (örneğin epoksi kaplamalar).

Katodik Koruma: Metal yüzeyinin daha az reaktif hale getirilmesi için galvanik anot veya dış akım kaynağı kullanımı.

İnhibitör Kullanımı: Çözeltiye eklenen kimyasallarla metalin korunması.

Malzeme Seçimi: Paslanmaz çelik, titanyum gibi korozyona dayanıklı malzemelerin tercih edilmesi.

Çevresel Kontrol: Ortamdaki nem, sıcaklık ve pH gibi faktörlerin optimize edilmesi.

Tasarım Değişiklikleri: Su birikmesini önlemek ve hava akışını iyileştirmek için yapısal değişiklikler yapmak.

G. Korozyonun ekonomik ve çevresel etkileri

Korozyonun ekonomik kayıpları dünya çapında yıllık trilyonlarca doları bulmaktadır. Endüstriyel tesislerin bakım maliyetleri, altyapıların dayanıklılığı ve enerji kayıpları gibi birçok faktör, korozyon kontrolünü zorunlu hale getirmektedir.

H. Korozyonun önlenmesine yönelik son gelişmeler

Son yıllarda nanoteknoloji, polimer kaplamalar ve akıllı sensör sistemleri gibi yeni teknolojiler korozyonla mücadelede devrim yaratmıştır.

Nanomalzemelerle Korozyon Önleme

Akıllı Kaplamalar ve Kendini Onaran Kaplamalar

Yapay Zeka ve Makine Öğrenimi ile Korozyon Tahmini

I. SONUÇ

Korozyon, metal yüzeylerinin çevresel etkilerle bozunması sonucu ekonomik ve yapısal kayıplara neden olan önemli bir sorundur. Bu makale, korozyonun tüm yönlerini detaylı bir şekilde ele alarak bilimsel ve mühendislik alanında geniş bir kaynak sunmayı amaçlamaktadır.

Korozyon genel anlamı ile budur.