Elektrokimyasal korozyon nedir?

Elektrokimyasal korozyon, farklı elektriksel potansiyele sahip iki metalin veya bir metalin ve çevresindeki elektrolit ortamın (genellikle su, nem, ya da asit) etkileşime girmesi sonucu meydana gelen bir korozyon türüdür. Bu süreçte, metalin bir kısmı elektrokimyasal reaksiyonlar yoluyla çözünür ve bozulur. Özellikle su ya da nemli ortamlarda gerçekleşen bu korozyon türü, metallerin oksidasyon ve indirgenme reaksiyonları sonucunda hızla bozulmasına neden olur.

Elektrokimyasal korozyon, metallerin yıpranmasına ve uzun vadede yapısal zayıflıklarına yol açtığı için önemli bir mühendislik ve güvenlik sorunudur. Bu tür korozyon, gemilerden boru hatlarına, metal köprülerden su altı yapılarına kadar birçok farklı ortamda görülebilir.

Elektrokimyasal Korozyonun Mekanizması

Elektrokimyasal korozyon, bir elektriksel devre gibi çalışır. Bu devre, anot, katot, elektrolit ve elektriksel bağlantı bileşenlerinden oluşur. Süreç şu adımlarla gerçekleşir:

1. Anot ve Katot Oluşumu

• Anot: Korozyon sürecinin başladığı metal kısmıdır. Anodun yüzeyi, elektronlarını kaybederek okside olur ve metali iyonlar halinde çözündürür. Bu noktada metal iyonları sıvı (elektrolit) ortama geçer. Bu çözünme işlemi, metalin fiziksel yapısında bozulmaya neden olur.
• Katot: Elektronların aktığı metalin başka bir kısmı ya da başka bir metal yüzeyidir. Katotta, indirgenme reaksiyonu gerçekleşir ve korozyon burada olmaz.

2. Elektrolit

Elektrolit, elektrik akımının iletilmesini sağlayan sıvı ortamdır. Genellikle su, tuzlu su, asitler ya da bazlar bu elektrolit ortamını oluşturur. Elektrolit, anod ve katod arasında elektronların ve iyonların hareketini sağlayarak korozyonun devam etmesine yol açar.

3. Elektriksel Bağlantı

Anod ve katod arasındaki elektron akışı, bir elektriksel devre oluşturur. Elektronlar, metallerin içinde serbestçe hareket eder ve bu hareket anodun daha hızlı çözünmesine neden olur. Elektriksel bağlantı, bazen doğal yolla metallerin birbirine temas etmesiyle oluşur, bazen ise harici faktörler bu bağlantıyı tetikler.

4. Korozyon Reaksiyonları

Elektrokimyasal korozyon sırasında iki ana reaksiyon gerçekleşir:

• Anodik Reaksiyon (Oksidasyon): Metal, elektronlarını kaybederek metal iyonlarına dönüşür. Örneğin, demir oksitlendiğinde Fe²⁺ iyonları serbest kalır: Fe→Fe2++2e−\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e^-Fe→Fe2++2e−
• Katodik Reaksiyon (İndirgenme): Anoddan gelen elektronlar, katotta indirgenme reaksiyonlarına neden olur. Örneğin, oksijen ve suyun bulunduğu ortamda oksijen indirgenerek hidroksit iyonları (OH⁻) oluşur: O2+2H2O+4e−→4OH−

Bu reaksiyonlar sonucunda, metal yüzeyi aşınır ve korozyon gerçekleşir.

Elektrokimyasal Korozyon Türleri

Elektrokimyasal korozyon farklı türlerde gerçekleşebilir. En yaygın türler şunlardır:

Galvanik Korozyon

Galvanik korozyon, farklı metallerin bir elektrolit ortamında bir arada bulunması sonucu oluşur. İki farklı metalin elektriksel potansiyelleri farklıdır. Daha aktif (daha az asil) olan metal anodik hale gelerek korozyona uğrar, daha asil olan metal ise katot görevi görür ve korunmuş olur.

Galvanik Korozyon Örneği:

Demir ve bakır bir arada bulunduğunda, demir daha aktif olduğu için daha hızlı çözünürken, bakır korozyona uğramaz. Deniz suyunda gemilerin metal yüzeylerinde ya da boru hatlarında bu tür korozyon yaygındır.

Arayüzey (Crevice) Korozyonu

Arayüzey korozyonu, iki metal yüzey arasındaki dar boşluklarda ya da bir metalin koruyucu kaplama ile temas ettiği bölgelerde meydana gelir. Bu boşluklarda oksijen sınırlı olduğu için anod-katod reaksiyonları daha hızlı gerçekleşir. Özellikle paslanmaz çelik gibi metallerde, contalar ya da bağlantı yerlerinde görülen bir korozyon türüdür.

Yerel Korozyon

Yerel korozyon, metal yüzeyinin bazı bölgelerinde meydana gelen, genellikle küçük çukurlar veya noktalar halinde görülen bir korozyon türüdür. Metal yüzeyindeki ince bir hasar ya da koruyucu kaplamanın bozulduğu noktalar bu tür korozyonun başlamasına neden olabilir.

Gerilim Korozyon

Gerilim korozyonu, metalin mekanik gerilim altında olduğu ve aynı zamanda korozyona maruz kaldığı durumlarda ortaya çıkar. Gerilim, metalin belirli bölgelerini zayıflatarak, bu bölgelerin daha hızlı korozyona uğramasına neden olur. Özellikle borular ve metal yapı elemanlarında bu tür korozyon sık görülür.

Elektrokimyasal Korozyondan Korunma Yöntemleri

Elektrokimyasal korozyonu önlemek veya yavaşlatmak için çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemler, metalin bulunduğu ortamı kontrol altına almak, korozyona neden olan elektrokimyasal süreçleri engellemek ya da geciktirmek amacıyla uygulanır.

Galvanik Kaplama

Bir metalin yüzeyine daha asil bir metal (örneğin, çinko, nikel) kaplayarak galvanik korozyondan korunmak mümkündür. Bu kaplama, metalin daha az aktif hale gelmesini sağlar ve korozyonu yavaşlatır. Galvanizleme, bu yöntemin en yaygın örneğidir.

Katodik Koruma

Katodik koruma, korunacak metalin katot olarak görev yapmasını sağlamak için daha aktif bir metalin anodik olarak kullanıldığı bir yöntemdir. Bu sayede, korunan metal yerine daha aktif olan metal çözünerek korozyona uğrar. Bu yöntem, özellikle boru hatları ve deniz yapılarında yaygın olarak kullanılır.

Kaplamalar ve Boyalar

Metal yüzeyine uygulanan boya, vernik veya plastik kaplamalar, metalin oksijen ve elektrolit ile temasını keserek korozyonu önler. Özellikle dış ortamlarda kullanılan metal yapıların boyanması, korozyona karşı korunmanın yaygın bir yoludur.

Korozyon İnhibitörleri

Kimyasal inhibitörler, korozyon sürecini yavaşlatan maddelerdir. Bu maddeler, elektrolit ortama eklenerek metalin anodik ya da katodik reaksiyonlarını yavaşlatır. Korozyon inhibitörleri, özellikle kapalı su sistemlerinde yaygın olarak kullanılır.

Pasivasyon

Pasivasyon, metalin yüzeyinde ince bir oksit tabakası oluşturarak korozyona karşı dirençli hale getirilmesini sağlar. Bu yöntem, özellikle paslanmaz çelik gibi metallerde kullanılır ve metalin çevresel etkenlerle etkileşimini minimize eder.

Elektrokimyasal Korozyonun Ekonomik ve Yapısal Etkileri

Elektrokimyasal korozyon, hem ekonomik kayıplara hem de güvenlik sorunlarına neden olabilir. Özellikle sanayi ve inşaat sektörlerinde kullanılan metal yapılar, korozyon nedeniyle ciddi hasarlar görebilir. Bu da üretim duraklamalarına, onarım ve bakım maliyetlerine yol açar.

• Ekonomik Etkiler: Korozyon nedeniyle bozulan makineler, boru hatları ve altyapı sistemleri onarım ya da yenileme maliyetlerini artırır. Ayrıca, korozyonun yol açtığı kazalar ve yapısal bozulmalar, büyük güvenlik riskleri doğurabilir.

• Çevresel Etkiler: Elektrokimyasal korozyon, özellikle petrol, kimyasal madde ve gaz taşıyan boru hatlarında çevre felaketlerine yol açabilir. Bu tür korozyonlar sızıntılara neden olabilir ve çevreye zarar verebilir.
  
  

Elektrokimyasal korozyon, metallerin çevresel etkenler ve elektrokimyasal tepkimeler sonucunda yıpranması sürecidir. Bu tür korozyon, metallerin kullanım ömrünü kısaltarak hem ekonomik kayıplara hem de güvenlik sorunlarına neden olabilir. Ancak galvanik kaplama, katodik koruma, kaplama uygulamaları ve kimyasal inhibitörler gibi çeşitli yöntemlerle elektrokimyasal korozyonun etkileri azaltılabilir.