1

EROZYON KOROZYONUERU MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

03.11.2011

Korozyon ve Önlenmesi Dersi

Konu Sunumu

1030112411 - Osman OLUK 1030125678 - Damla ÖZTÜRK

2

sunum planı

tanımlar (korozyon, erozyon korozyonu)

genel bilgiler (oluşumu, yüzey kusurları, pasifleşme eğilimi olan malzemeler, ısı değiştiricileri)

- erozyon korozyonunun karakteristik izleri.

etkin faktörler (akışkan, malzeme özellikleri, diğer korozyonların etkisi ve kavitatif korozyon)

önlemler (erozyon korozyonuna karşı alınacak önlemler, koruma ve ölçüm)

sonuç (kapanış, soru ve cevap)

3

giriş

korozyonmaddelerin, özellikle metal ve alaşımlarının, çevreetkileriyle kimyasal ve elktrokimyasal değişimveya fiziksel çözünme sonucu aşınmasıdır.

malzeme ömrünü kısaltan, imalat ve işletmemaliyetlerini arttıran; mühendis bakışıyla emniyet,maliyet ve konfor için kontrol altında tutulmasıgereken; bozucu, olumsuz hatta zaman zamandramatik derecede yıkıcı olabilen bir etkendir.

4

erozyon korozyonu

erozyon korozyonu, malzemelerin; temas ettikleri diğer katı veya akışkanların fiziksel etkileri ile aşınmasıdır

daha çok; hareketli akışkanların bulunduğu borular, valfler, pervaneler, pompalar, kanallar, oluklar ve çevre şartlarına (dalga, yağmur, rüzgar v.b.)açık malzeme yüzeylerinde görülür.

5

korozyona uğraması söz konusu olan metale sürtünen karşı parçalar, katı veya sıvı akışkanlar; metal yüzeyinde aşınma yapacaklar ve bu şekilde metal yüzeyinde oluşan muhtemel pasif tabaka yok olacaktır

aşındırılan pasif tabaka yeniden oluşacak ve yine yeniden silinecektir

böylece korozyon olayı durmaksızın devam edip gidecektir

ortamına göre hızlı bir korozyon türüdür

korunmak için aşınmanın önlenmesi gerekir

1. genel bilgiler1.1. erozyon korozyonunun oluşumu

6

akışkan; belli bir hızla akarken, malzeme yüzeyinde akışa türbülans kazandıran yüzey hatalarının bulunduğu noktalarda akışın hızı ve yüzeye çarpma şiddeti o noktada artar

şekil:1’de aşamaları görüldüğü gibi, bu nokta etrafında aşınma şeklinde erozyon korozyonu deformasyonu meydana gelir.

yüzey kusurları ile erozyon oluşumu

7

yüzey kusurları ile erozyonoluşumu

şekil:2’de erozyon korozyonunun koruyucu tabakayı tamamen kaldırdıktan sonra aşınmanın daha da hızlandığı evreyi görüyoruz.

Şekil:2

Şekil:1

8

pasifleşme özelliği olan metaller pasifleşme özelliği olan metaller, erozyon

korozyonuna çok duyarlıdır (alüminyum, kurşun, paslanmaz çelik vb.)

sürekli proseslerde bu metallerin erozyon etkisinde bulunan yüzeylerinde pasifleşme tabakası oluşamaz ve metal, korumasız kalan bu bölgelerde şiddetle korozyona uğrarresim.1

9

ısı değiştiricileri ısı değiştiricilerinde kullanılan karbon çeliği borular; korozif olmayan ortamlarda, akış hızının da etkisiyle erozyon korozyonuna uğrar

resim.2

10

1.2. erozyon korozyonun karakteristik izleri

erozyon korozyonu ile aşınan yüzeylerde çeşitli karakteristik şekiller oluşur

- düzgün dağılımlı “uniform” şekil (cidar kaybı) - oluk, yiv şekilleri- dalga şekli- dere yatağı şekli- damla şeklinde çukurlanma- at nalı izi şekli

gibi yüzey deformasyon şekilleri, erozyon korozyonunun tipik ayak izleridir

11

1.2.1. düzgün dağılımlı “uniform”

resim.3

12

1.2.2. oluk ve yiv şekilleri

oluk şekli

resim.4

13

yiv şekli

resim.5

14

1.2.3. dalga şekli

resim.6

15

düzensiz dalga şekli

resim.7

16

1.2.4. dere yatağı şekli

resim.8

17

dere yatağı şekli

resim.9

18

1.2.5. damla şeklinde çukurlanma

resim.10

19

1.2.6. at nalı şekli

resim.11

20

2. erozyon korozyonuna etki eden faktörler

akışkan;- akışkanın muhteviyatı- akışkanın dinamik özellikleri- akışkanın ve ortamın termodinamik özellikleri

malzeme;- malzemenin karakteristik özellikleri- malzemenin boyutu ve geometrik yapısı- imalat ve montaj kalitesi

diğer korozyon faktörleri ve kavitatif erozyon

21

2.1. akışkan özellikleri2.1.1. akışkanın muhteviyatıakışkan muhteviyatı erozyonun hızını ve şiddetini önemli ölçüde etkiler

akışkanın kimyasal muhteviyatı

- akışkanın pH değeri dolayısıyla elektrolitik özelliği, yapı içerisinde erozyon etkisine ilaveten kimyasal ve galvanik korozyon şartlarını da etkileyeceğinden, özellikle metal yüzeylerde bu mekanizmaların birlikte çalışması durumunu belirler (resim.12)

resim.12

22

2.1.1. akışkanın muhteviyatı akışkanın biyo-kimyasal muhteviyatı

akışkan içerisinde kirletici unsurların varlığı; özellikle çevre sıcaklığı civarındaki süreksiz proseslerde asidik lokasyona sebep olan bakteriyel oluşum ve bu oluşumun biyo-kimya-sal etkisiyle atmosferik, oksijen ve hidrojen korozyonlarını ortaya çıkarmaktadır

bu durum sistemin çalışma periyoduyla ters orantılı olarak erozyon korozyonunun hızını ve şiddetini arttırır. resim.13

23

2.1.1. akışkanın muhteviyatı

katı parçacıklar

akışkan içeriğine çeşitli yollardan küçük katı parçacıklar dahil olabilir

bu durum tıpkı aşındırma proseslerindeki gibi akışkanın hızına da bağlı olarak malzeme yüzeyinde hızlı ve şiddetli bir erozyona sebep olur

erozyonun hızı ve şiddeti; akışkanın hızı ve türbülans ile doğru orantılıdır, parçacıkların yüzeye çarpma açısı da önemli role sahiptir.

24

2.1.1. akışkanın muhteviyatı

resim.14

25

2.1.2. akışkanın dinamik özellikleri

erozyon hızı; akışkan hızının küpü ile doğru orantılıdır

türbülanslı akışta akışkanın yüzeyden geçiş hızı, ilerleme hızından daha yüksektir, ayrıca türbülans koşullarının değişkenliği; akışkanın yüzeyden geçiş hızını da değişken ve belirsiz kılar ve etkisini hesaplanamaz hale getirir

akışkan içeriğindeki katı parçacıkların miktarı ve yüzeye çarpma açısı da dinamik etkiyi belirleyen unsurlardandır

26

katı partikül oranının erozyona etkisiAbr

asifl

ik (

Mill

er n

umar

ası)

Katı konsantrasyonu (% ağırlık)grafik.1: 70 meşlik kum partikülleri kullanılarak yapılan erozyon deneyinde katı partikül oranı etkisi

katı partikül miktarının erozyona etkisi doğrusal ilerlememektedir.

grafik.1’de de görüldüğügibi; yapılan deneyden, akışkan içerisindeki katı partikülün erozyon etkisinin yaklaşık %15 ağırlık konsantrasyonu seviyesine kadar hızla arttığı, ancak bu noktadan sonra konsantrasyon artışının erozyon etkisini giderek azalan bir oranda arttırdığı tespit edilmiştir.

27

çarpma açısının erozyona etkisiS

af A

l er

ozy

on

hız

ı (g

/g

) x1

0-4

Al 2

O3

ero

zyo

n h

ızı

(g/

g)

x10

-3

Çarpma açısı, φ

grafik.2: Al 1100-O ve Al2O3’un yüzeylerine 152m/s hızında çarpan 127μm boyutlu SiC partikülleri ile erozyonu

çarpma açısının erozyona etkisi sünek ve gevrek malzemelerde faklı olmaktadır.

grafik.2’de de görüldüğü gibi sünek malzemelerde maksimum etki 15°-30°arasında, gevrek malzemelerde ise 90°civarlarında gerçekleşmektedir.

28

2.1.3. akışkanın ve ortamın termodinamik özellikleri

Akışkanın ve ortamın termodinamik özellikleri; erozyon hızını ve şiddetini etkilediği gibi diğer korozif oluşumlar için uygun şartlar oluşmasına da sebep olabilmektedir

başka bir deyişle; bir sistemde korozyon incelemesi yada koruma uygulaması yapılırken termodinamik şartların çok iyi analizi gerekmektedir

değişik termodinamik şartlar; başka faktörlerle de birleşip farklı korozyon türleri için uygun ortamlar oluşturur; kavitasyon, atmosferik korozyon, kimyasal ve biyolojik korozyon, çukurcuk korozyonu başta olmak üzere farklı basınç, sıcaklık ve akışkanın bağıl hacim koşulları; değişik bir veya birden çok korozyon türü için uygun zemin oluşturabilir

29

akışkanın ve ortamın termodinamik özellikleri

resim.15

30

2.2. malzeme özellikleri2.2.1. malzemenin karakteristik özellikleri erozyonun etkinliği; malzemenin tokluğu, malzeme yapısının homojenliği ve yüzey kalitesi ile ters orantılıdır

ancak unutulmamalıdır ki işletme ortamında erozyon genellikle malzemeye tek başına saldırmamaktadır, hızını ve şiddetini arttırmada her türlü fiziksel ve kimyasal fırsatı değerlendirir

erozyona dayanıklı mekanik özelliklere sahip malzeme seçilirken işletme şartları çok iyi analiz edilmelidir

böylece diğer korozyon faktörleri de göz önüne alınarak mekanik özellikleri birbirine yakın malzemeler arasından işletme şartlarına en uygun olanı seçilmelidir

31resim.16

a b

32

erozyon, akışkanın engelle karşılaştığı noktalarda ve açılı (<180°) kenarlarda daha etkin olmaktadır (borular daire kesitlidir)

ani kesit değişimi (akış bölgesindeki girinti-çıkıntılar, birleşme ve ek noktaları, vana ve pompa bağlantıları, malzeme kesitinin değiştiği noktalar vb.), akışın yön değiştirdiği bölgeler (köşeler, dönüşler, kıvrılmalar) ve delik, çatlak gibi sızma bölgelerinde erozyon etkinliği belirgin bir şekilde artmaktadır

2.2.2. malzemenin boyut ve geometrik yapısı

33

giriş

çıkış

giriş

çıkış

A

B

şekil.3

malzemenin boyut ve geometrik yapısı

34

tesis açısından malzemenin boyut ve geometrik yapısı

bir tesis kurulumunda, sistemi oluşturacak parçalar; prosese en uygun boyuta ve geometrik şekle sahip olarak tasarlanmak istenir

bir çok sistemde parçanın boyutu ve geometrik şeklini, temel istekler dışında en çok sınırlayan faktör; sistem için optimum alan veya hacim isteğidir

özellikle akışkan iletim elemanlarının, maliyet ve optimum alan isteği açılarından; en kısa yol ve sınır değerlere yakın kesit ebatlarında olması istenir

bu durumda; erozyon bakımından kritik olan noktalarda mümkün olan şekil iyileştirilmeleri yapmak ve korozyon tedbirleri almak gereklidir

35

resim.17

36

2.2.3 imalat ve montaj kalitesi

erozyonu etkileyen birçok faktör içerisinde imalat ve montaj kalitesi önemli ve kritik bir yere sahiptir

tasarım ve projelendirme aşamasında, üretim; sistemin ve içerisindeki her bir parçanın maruz kalabileceği her türlü korozyon şartları göz önüne alınarak planlanmış ve gerekli tüm testler yapılmış olsa dahi; üretim veya montaj aşamasında yapılabilecek hatalar ciddi hatta dramatik sonuçlar doğurabilir.

37

resim.18

38

bir haber

Geçen ay, Quantas Hava yolları’na ait bir Airbus A380 yolcu uçağı; motorlarından birinin patlaması sonucu Singapur’a acil iniş yapmıştı.Soruşturma sonucu Rolls Royce marka motorda yanlış montaj nedeniyle yakıt borularında çatlak oluşup, sızıntı yaptığı, bunun da yangın çıkardığı tespit edilmişti.Rolls Royce firması, aynı bulguları daha önce kendilerinin de elde ettiklerini, bu hatayı gidermek için çalıştıklarını kaydetti.Öte yandan Quantas Havayolları, Rolls Royce hakkında tazminat davası açtığını duyurdu.

resim.19

39

2.3. diğer korozyon faktörleri ve kavitatif erozyon

diğer korozyon faktörleri malzeme yüzeyinin erozyon direncini düşürür, hatta yok edebilirler

korozyon çok özel koşullar dışında tümüyleizole edilemeyip ancak etkisi azaltılabildiğinden, erozyon malzemeyi aşındırırken yalnız değildir,

bu sebeple erozyonun önlenmesinde; ortamın meyilli olduğu korozyon türlerinin analiz edilip böylece gerekli tedbirlerin alınması gereklidir

40

düzensiz erozyonun nedeni, birçok korozyon etkisinin bir arada bulunması

resim.20

41

erozyonun, kimyasal ve galvanik korozyonla birleştiği tipik bir durum

resim.21

42

solda uniform korozyon ve sağda kavitasyon ve çukurcuk korozyonları erozyonu desteklemiş

resim.22

43

erozyonun, kimyasal korozyon ile birlikte etkili olduğu parçada oluk formunda deformasyon oluşmuş

resim.23

44

erozyon etkisinin zayıf olduğu bir sistemde işletme periyodu ve kirlilik sebebiyle oluşan atmosferik ve biyolojik korozyon erozyon lokasyonları oluşturmuş

resim.24

45

kavitatif erozyon kavitasyon akışkanın olağan fiziksel etkisi dışında,

akışkan hızına bağlı olarak oluşan alçak basınç ve sıcaklık değişimleri gibi kritik termodinamik şartların oluştuğu noktalarda meydana gelen buhar kabarcıklarının implozyonu (içe doğru patlama) etkisiyle, malzeme yüzeyinde çökme veya maddesel kayıpla sonuçlanan özel bir erozyon türüdür

resim.25

46

örnek; yüksek hızlı gemilerin pervaneleri ve dümeni

resim.26

a) b)

c) d)

47

dümen elemanında kavitatif erozyon

resim.27

48

3. erozyon korozyonuna karşı alınacak önlemler, koruma ve ölçüm

3.1.1. ilk alınacak önlem ve en sık başvurulan yol; erozyon korozyonu dayanıklılığı yüksek bir malzemenin seçilmesidir.

3.1. alınacak önlemler

3.1.2. tasarım sırasında erozyon etkisini azaltacak önlemler alınabilir. örneğin kritik bölgelerde cidar kalınlığı arttırılır, akışkan hızı düşürülebilir.

49

3.1.3. akışkan muhteviyatı iyileştirilebilir,örneğin sıvı içindeki katı partiküller önceden çökertilebilir veya pislik tutucu ve filtre kullanılabilir,

3.1.4. termodinamik koşullar iyileştirilebilir, özellikle sıcaklığın azaltılması, korozyonun şiddetini de azaltır.

50

3.1.5. başta katodik koruma olmak üzere diğer erozyon faktörlerinin ortadan kaldırılması sağlanabilir.

3.1.6. imalatta etkin kalite kontrolü, montajda etkin denetim ve personel eğitimi ile kontrol dışı ekstra korozif etkenlerin oluşması engellenebilir.

51

3.1.7. koruyucu-önleyici bakım prosedürü içerisine korozyon analizi, ölçüm ve bakım prosedürü eklenmelidir.

52

3.1.8. ölçüm

korozyon, özellikle erozyon sonucu malzemede oluşan kayıplar işletme şartları bakımından oldukça önemli olabilmekte ancak gözle veya standart ölçü aletleri ile ölçülmesi çoğunlukla mümkün olmamaktadır

buna karşın birçok sistemde korozyon ölçümü yapılması elzem olmaktadır

bu amaçla ultrasonik kalınlık ölçüm cihazları kullanılır

53

ultrasonik ölçüm cihazlarının esasları

Ultrasonik kalınlık ölçüm cihazları, sonarın çalışma prensibine sahiptir

Bir prob ile test malzemesine doğru yüksek frekanslı ses dalgası iletilerek bu ses dalgası test malzemesinden farklı fiziksel karakterde bir ortama ulaşıncaya kadar ilerler ve sonra bu ses dalgası tekrar proba geri yansır

Ses dalgasının iç yüzeye gelip proba yansıması zamanının gerçek ölçümü dijital kalınlık ölçüm cihazının fonksiyonlarından biridir

54

Diğer fonksiyon ise malzemenin ses hızı ile kalınlık arasındaki ilişkidir; hızın geçiş zamanının kalınlık olarak sayısal değere dönüştürülmesi fonksiyonudur

resim.28

55

resim.29 resim.30

56

metaller için ses hız değerleri m/s

Çelik ( C ) 5920 Alüminyum 6320 Kadmiyum 2780 Nikel 5630 Manganez 4660 Altın 3240 Bakır 4700 Magnezyum 5770 Platin 3960 Kalay 3320 Çinko 4170 Monel 5400

57

sonuç

korozyonun ve erozyonun daha iyi kontrol edilebilmesi, zararlarının ortadan kaldırılması veya azaltılması farkındalık ve disiplin gerektirmektedir

düşmanı tanımak onu yenmek için gerek şarttır ancak yeterli değildir, disiplin özellikle imalat ve montaj hatalarından kaynaklanabilecek sorunların engellenmesinde önemlidir

58

teşekkürler

Hiç bilenlerle bilmeyenler bir olur mu?

59

kaynaklar

Korozyon ve önlenmesi ders notuYrd.Doç.Dr. Şengül DANIŞMAN, 2000

Corrosion Atlas MEGEP (Mesleki Eğitim ve Öğretim Sisteminin Geliştirilmesi Projesi)

yayınları Çeşitli internet siteleri